Treinamento em Redes de Automação Petrobras Parte 2

Treinamento em Redes de Automação Petrobras Parte 2

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Av. Almirante Saldanha da Gama, 145 CEP: 11030-401 - Ponta da Praia - Santos - SP Fone: (13) 3261-6000 - Fax: (13) 3261-2394 w.sp.senai.br/santos

SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Escola SENAI “Antônio Souza Noschese” UFP 2.01

Redes de

Automação

Treinamento

Petrobrás 2ª parte

Redes de Automação – Treinamento Petrobrás SENAI-SP, 2006

Trabalho elaborado pela Escola Senai “Antônio Souza Noschese”

Coordenação GeralWaldemar de Oliveira Júnior
CoordenaçãoBenedito Lourenço Costa Neto
ElaboraçãoCarlos Alberto José de Almeida

Equipe responsável Fábio Lobue dos Santos

RevisãoRosária Maria Duarte Parada
Av. Almirante Saldanha da Gama, 145
CEP: 11030-401 – Ponta da Praia – Santos-SP
Fone (13) 3261-6000 – Fax (13) 3261-2394

Escola SENAI “Antônio Souza Noschese” Internet: senaisantos@sp.senai.br

Sumário Sistema SCADA

Redes Industriais

Arquitetura de Redes TCP/IP

Redes Wireless

Sistema SCADA Rede de comunicações Estrutura e Configuração Modos de comunicação OPC

SDCD Estrutura e configuração Interfaces analógicas Resolução das interfaces D/A – A/D Sub-sistema de monitoração e operação Sub-sistema de comunicação

Redes Industriais • Rede corporativa

• Rede de Controle

• Redes de Campo

Características de algumas redes Organizações Nível físico IEC – 61158 – 2 Isolação elétrica Benefícios do Fieldbus Documentação básica

Arquitetura de Redes TCP/IP Endereçamento de nós na rede TCP-IP Como testar uma rede TCP/IP

Redes Wireless Introdução Tecnologias empregadas IEEE 802.1 Wireless Local Area Network

Controladores

Lógicos Programáveis

CLP Introdução

Evolução dos CLP’s Estrutura Básica de CLP’s Métodos de Processamento Exercícios Módulos de I/O Sistemas de Memória Arquitetura da Memória de um CLP Linguagem de Programação Diagrama de Contatos Modelos de Arquitetura de CLP’s Redes de CLPs Exercícios

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10 Sistema SCADA

A palavra SCADA é um acrônimo para Supervisory Control And Data Acquisition. Os primeiros sistemas SCADA, basicamente telemétricos, permitiam informar periodicamente o estado corrente do processo industrial, monitorizando sinais representativos de medidas e estados de dispositivos através de um painel de lâmpadas e indicadores sem que houvesse qualquer interface aplicacional com o operador.

Com a evolução tecnológica, os computadores assumiram um papel de gestão no recolhimento e tratamento de dados, permitindo a sua visualização e a geração de comandos de programação para execução de funções de controle complexas.

Atualmente os sistemas SCADA utilizam tecnologias de computação e comunicação para automatizar a monitoração e controle dos processos industriais, efetuando aquisição de dados em ambientes complexos e dispersos geograficamente. Os sistemas SCADA cobrem um mercado cada vez mais vasto, podendo ser encontrados em diversas áreas como em hidrelétricas, indústria de celulose, petrolífera, têxtil, metalúrgica, automobilística e eletrônica, além dos setores de saneamento básico, entre outros.

Estes sistemas revelam-se de crucial importância na estrutura de gestão das empresas, fato pelo qual deixaram de ser vistos como meras ferramentas operacionais, ou de engenharia, e passaram a ser vistos como uma importante fonte de informação. Num ambiente industrial cada vez mais complexo e competitivo, os fatores relacionados com a disponibilidade e segurança da informação têm grande relevância, tornando-se necessário garantir que a informação esteja disponível e segura quando necessária, independentemente da localização geográfica. Torna-se, portanto, necessário implementar mecanismos de acessibilidade, de segurança e de tolerância a falhas.

Os sistemas SCADA melhoram a eficiência do processo de monitoração e controle, disponibilizando, em tempo útil, o estado atual do sistema através de um conjunto de previsões, gráficos e relatórios de modo a permitir a tomada de decisões operacionais apropriadas, quer automaticamente, quer por iniciativa do operador.

Componentes do sistema SCADA Sensores e atuadores. Estações remotas. Rede de comunicações. Estações centrais de supervisão.

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Sensores e atuadores Os sensores e atuadores são dispositivos conectados aos equipamentos controlados e monitorados pelos sistemas SCADA.

Os sensores convertem parâmetros físicos, tais como velocidade, nível de água e temperatura, em sinais analógicos e digitais legíveis pela estação remota.

Os atuadores são usados para atuar sobre o sistema, ligando e desligando determinados equipamentos.

Estações remotas O processo de controle e aquisição de dados inicia-se nas estações remotas PLCs

(Programmable Logic Controllers) e RTUs (Remote Terminal Units) com a leitura dos valores atuais dos dispositivos que lhes estão associados e o respectivo controle. Os PLCs e os RTUs são pequenos computadores através dos quais as estações centrais de monitoração se comunicam com os dispositivos existentes nas instalações fabris.

Os PLCs apresentam como principal vantagem a facilidade de programação e controle de I/O. Por outro lado, os RTUs possuem boa capacidade de comunicação, incluindo comunicação via rádio, estando especialmente indicados para situações adversas onde a comunicação é difícil.

Atualmente, nota-se uma convergência no sentido de reunir as melhores características destes dois equipamentos: a facilidade de programação e controle dos PLCs e as capacidades de comunicação dos RTUs.

Rede de comunicações Rede de comunicações é a plataforma através da qual a informação de um sistema

SCADA é transferida. Levando em consideração os requisitos do sistema e as distâncias a cobrir, as redes de comunicação podem ser implementadas, entre outros, através dos seguintes meios físicos:

Cabos - Os cabos estão indicados para a cobertura de pequenas distâncias.

Normalmente são utilizados em fábricas, não sendo adequados para grandes distâncias devido ao elevado custo de cablagem, instalação e manutenção;

Linhas Dial-Up - As linhas Dial-Up podem ser usadas em sistemas com atualizações periódicas que não justifiquem conexão permanente. Quando for necessária a comunicação com uma estação remota é efetuada uma ligação para o respectivo número;

Linhas Dedicadas - As linhas dedicadas são usadas em sistemas que necessitam de conexão permanente. Esta é uma solução cara, pois é necessário o aluguel permanente de uma linha telefônica ligada a cada estação remota;

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Rádio-Modems - Estes dispositivos são usados em locais onde não estão acessíveis linhas telefônicas. Por vezes, em situações onde uma ligação direta via rádio não pode ser estabelecida devido à distância, é necessária a instalação de dispositivos repetidores.

Estações centrais de supervisão As estações centrais de supervisão são as unidades principais dos sistemas SCADA, sendo responsáveis por recolher a informação gerada pelas estações remotas e agir em conformidade com os eventos detectados. Podem estar centralizadas num único computador ou distribuídas por uma rede de computadores de modo a permitir a partilha de informação proveniente do sistema SCADA.

A interação entre os operadores e as estações de monitoração central é efetuada através de uma interface Homem-Máquina, onde é comum a visualização de um diagrama representativo da instalação fabril, da representação gráfica das estações remotas, dos valores atuais dos instrumentos fabris e da apresentação dos alarmes detectados.

Estrutura e Configuração

Funcionalidades A capacidade de supervisão do sistema SCADA inclui as seguintes funcionalidades: Aquisição de dados; Visualização de dados; Processamento de alarmes; Tolerância a falhas.

Aquisição de dados: A aquisição de dados é o processo que envolve o recolhimento e transmissão de dados desde as instalações fabris, eventualmente remotas, até as estações centrais de monitoração.

O processo de aquisição de dados inicia-se nas instalações fabris, onde as estações remotas lêem os valores dos dispositivos a elas conectados. Após a leitura desses valores segue-se a fase de transmissão de dados em que, quer em modo de comunicação por polling, quer em modo de comunicação por interrupção (Report by Exception), os dados são transmitidos através da rede de comunicações até a estação central.

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Por fim, o processo de aquisição de dados é concluído com o respectivo armazenamento em bases de dados.

Visualização de dados: A visualização de dados consiste na apresentação de informação através de interfaces homem-máquina, geralmente acompanhados por animações, de modo a simular a evolução do estado dos dispositivos controlados na instalação fabril.

Os sistemas SCADA permitem visualizar, além dos dados recolhidos, previsões e tendências do processo produtivo com base em valores recolhidos e valores parametrizados pelo operador, além de gráficos e relatórios relativos a dados atuais ou existentes em histórico.

Processamento de alarmes: O processamento de alarmes assume um papel de elevada importância na medida em que permite informar anomalias verificadas, sugerir medidas a tomar e, em determinadas situações, reagir automaticamente mediante parâmetros previamente estabelecidos.

O computador, ao analisar os dados recolhidos, verifica se algum dos dispositivos gerou valores excepcionais, indicadores de situações de alarme.

No tratamento de valores digitais, as situações de alarme podem ser detectadas através de uma variável que assume o valor 0 ou 1; no tratamento de valores analógicos são definidos valores que limitam as situações aceitáveis, de modo a que quando os valores lidos estiverem situados fora das gamas de valores permitidos seja detectada uma situação de alarme.

Além das situações de alarme detectadas com base nos valores lidos pelos dispositivos, os sistemas SCADA podem acionar alarmes com base na ocorrência de determinadas combinações de eventos.

Os alarmes são classificados por níveis de prioridade em função da sua gravidade, sendo reservada a maior prioridade para os alarmes relacionados a questões de segurança.

Em situações de falha do servidor ou da rede de comunicações é possível efetuar o armazenamento das mensagens de alarme em buffer o que, aliado à capacidade de transmissão de mensagens de alarme para vários servidores, permite atingir maior grau de tolerância a falhas.

Através da informação proveniente do login, os sistemas SCADA identificam e localizam os operadores, de modo a filtrar e encaminhar os alarmes em função das suas áreas de competência e responsabilidade.

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Os sistemas SCADA guardam em pastas .log informação relativa a todos os alarmes gerados, de modo a permitir que posteriormente se proceda a uma análise mais detalhada das circunstâncias que estiveram na origem da geração do alarme.

Tolerância a falhas: Para atingir níveis aceitáveis de tolerância a falhas é usual a existência de informação redundante na rede e de máquinas backup situadas dentro e fora das instalações fabris, de modo a permitir que sempre que se verifique uma falha num computador o controle das operações seja transferido automaticamente para outro computador - uma réplica de backup - sem que se notem interrupções significativas.

Modos de comunicação Os sistemas SCADA utilizam genericamente dois modos de comunicação: comunicação por polling e comunicação por interrupção.

Tecnologias disponíveis Internet DDE / NETDDE OLE OPC Protocolos de comunicação de equipamentos (proprietários/abertos)

Internet A Internet é cada vez mais o meio de comunicação preferido pelas organizações.

Através do uso de tecnologias relacionadas a ela e de padrões como TCP/IP, HTTP e HTML é, atualmente, possível o acesso e partilha de dados entre a área de produção e a área de supervisão e controle de várias instalações fabris.

De fato, com o uso de um Web browser é possível controlar em tempo real uma máquina localizada em qualquer parte do mundo, bastando introduzir o seu URL no browser, sem que haja necessidade de deslocamento.

Os dados são transportados através de protocolos comuns, garantindo a interconectividade e a interoperabilidade entre os diversos dispositivos que compõem o sistema.

A interoperabilidade significa que os dispositivos de uma rede partilham informação, não coexistindo isoladamente.

Utilizando as infra-estruturas de rede existentes, baseadas em Ethernet - TCP/IP, é possível desenvolver sistemas de aquisição de dados e automação de sistemas sem

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Redes de Automação – Treinamento Petrobras necessidade de infra-estruturas adicionais. Não é necessário nenhum hardware especial para desenvolver uma aplicação de aquisição de dados baseada na Internet.

O browser se comunica com o servidor Web através do protocolo HTTP. Após o envio do pedido referente à operação pretendida, ele recebe a resposta na forma de uma página HTML.

Algumas das vantagens da implementação de uma aplicação de recolhimento de dados através de um browser são:

O browser disponibiliza um modo de interação simples, com o qual os utilizadores já estão habituados, podendo incluir ajuda on-line, imagens, som e vídeo;

Não é necessária a instalação de nenhum cliente, dado que geralmente todos os computadores têm browsers instalados, o que simplifica a administração do sistema;

É necessário, apenas, efetuar manutenção de páginas, applets e scripts do lado do servidor;

A natureza cliente-servidor da Internet faz com que seja possível que diversos clientes acessem, simultaneamente, dispositivos e visualizem dados em tempo real, independe da sua localização. Essa aproximação é diferente da tradicional e permite controlar vários dispositivos.

Teoricamente, qualquer dispositivo com capacidade para se comunicar com um computador pode ser colocado na rede. Neste âmbito estão incluídos dispositivos de amostragem analógicos e digitais, PLCs, sensores, câmeras, etc.

Alguns destes dispositivos, especialmente os que se comunicam via porta serial, forçaram o mercado ao desenvolvimento de dispositivos de conversão de comandos de rede para comandos por eles interpretáveis, e vice-versa. Todos os dispositivos não adequados para a rede necessitam de um servidor que traduza os pedidos e efetue a comunicação com o dispositivo através do seu protocolo nativo.

DDE / NetDDE O DDE (Dynamic Data Exchange) é um protocolo cliente-servidor que permite a transferência de dados entre aplicações através do uso de mensagens do Windows. O cliente e o servidor podem ser programados para interpretar os dados como um comando. Para a troca de mensagens entre máquinas remotas existe um mecanismo semelhante ao DDE denominado NETDDE. O DDE é totalmente bit blind, ou seja, nem o cliente nem o servidor sabem se estão se comunicando com uma aplicação de 16 ou 32 de bits. Na realidade o servidor desconhece se o cliente se encontra na mesma máquina ou não.

O DDE através da rede - NETDDE (Network Dynamic Data Exchange) - usa uma hierarquia de nomes semelhante ao DDE; contudo, neste caso os nomes do serviço e o tópico foram alterados, respectivamente, para servidor DDE e share representando, o

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Redes de Automação – Treinamento Petrobras primeiro, o nome do computador que desempenha as funções de servidor e o segundo os nomes do serviço e o tópico da aplicação servidora. O NETDDE usa o protocolo NetBIOS, que corre sobre TCP/IP, permitindo ao NETDDE utilizar a Internet.

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