Treinamento em Redes de Automação Petrobras Parte 2

Treinamento em Redes de Automação Petrobras Parte 2

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Telas: As características básicas em termos de telas são as seguintes: Janelas overview Apresentam, de forma bastante simplificada até 300 controladores/indicadores, dispostos em grupos lógicos, arranjados de forma que o operador identifique facilmente as condições de alarme, modo de controle automático ou manual e grandeza dos desvios. Existem diferentes estilos e maneiras de representar as informações nestas telas; entretanto, o tipo mais comum utiliza barras para informar o operador, as quais são alinhadas por uma linha de referência onde as mesmas podem sofrer desvios para cima ou para baixo. O tamanho da barra representará a grandeza do desvio da variável em relação ao set point (geralmente configurada para 5 ou 10%). A cor da barra representará as situações de alarme e o modo de operação.

Janela de instrumentos Mostra um face plate (frontal) de um instrumento típico de painel (controlador, indicador, botoeira, totalizador, etc...), permitindo ao operador verificar com mais detalhes uma seção da planta que precisa de atenção. O operador poderá, então, monitorar e manipular alguns parâmetros de controles tais como: set point, transferência automático manual, saída para válvula, etc. Isso cria uma interface de operação bem amigável porque o operador de painel continua a operar um instrumento convencional.

Janela de instrumentos Janela de gráficos de tendência Mostra, numa representação gráfica e sempre atualizada, a tendência das variáveis de processo nos últimos minutos. É desejável que possam ser mostrados, simultaneamente, os gráficos de tendência de mais de uma variável do processo.

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Janela de gráficos de tendência.

Janela de gráficos históricos O histórico das variáveis de processo ao longo de períodos maiores, tais como horas, dias e meses é apresentado. Os valores médios nos períodos em questão e o gráfico não são atualizados no tempo. Existem recursos do tipo cancelar a indicação de variáveis para se estudar separadamente uma ou mais variáveis. A janela de gráficos históricos pode dispor de um cursor (linha vertical ) que pode ser movimentado pela tela, fornecendo os pontos de interseção do cursor com as curvas das variáveis.

Janela de gráficos históricos.

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OBS: Atualmente existem no mercado softwares de supervisão que operam em padrões gráficos gerenciados por Sistemas Operacionais baseados em janelas (WINDOWS). Isso significa que não existem, nesses sistemas, telas fixas, como visto anteriormente, bem como a hierarquia de navegação das mesmas.

O usuário poderá, na operação, abrir as janelas de funções de acordo com suas necessidades tornando o sistema muito mais flexível e amigável.

Janela de sinóticos Mostram graficamente seções de um fluxograma com os valores das variáveis de processo e set points atualizados continuamente. Os fluxogramas podem apresentar características adicionais que possibilitem um melhor entendimento dos mesmos, tais como indicação de alarmes, variações de nível, monitoração do trajeto do fluxo pelas tubulações, indicação dos valores das variáveis de forma dinâmica, etc.

Pode-se, inclusive, ativar o "faceplate" de um controlador numa região da tela, podendo o operador atuar no mesmo sem sair da tela.

Janela de sinóticos.

Componentes básicos de uma estação de operação É formado por um console de operação composto, basicamente, de um terminal de vídeo, teclado e impressora.

Neste conjunto é instalado um software de supervisão e controle de processos industriais.

Os arranjos dos consoles são muitas vezes construídos de maneira que várias telas sejam convenientemente alocadas e um operador possa observar a operação de várias

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Redes de Automação – Treinamento Petrobras seções da planta ao mesmo tempo. Podem incluir registradores, chaves críticas, telefone, etc.

É importante que o sistema forneça os dados do processo de maneira rápida e ordenada para o operador da planta. Também é necessário que o operador forneça informações (dados) e comandos ao sistema.

Teclado de membrana dedicado.

O teclado do operador é um importante aspecto a ser analisado no console. É através dele que o operador pode comandar mudanças do set point, tipo de tela e outros dados da malha de controle. Alguns sistemas usam o teclado como máquina de escrever onde as várias teclas são classificadas e codificadas e desempenham funções específicas no controle do processo. Outros sistemas utilizam um arranjo completamente diferente, onde grupos separados de teclas são arranjados de acordo com sua função. Podem ser codificadas e coloridas para proporcionar maior facilidade de reconhecimento ao operador. Esse teclado recebe o nome de teclado de operação.

Console de operação de um SDCD.

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Existe a tendência de alguns fabricantes do software de supervisórios fornecerem um tipo de vídeo conjugado com um sistema de entrada de dados, que recebe o nome de "touch screen" (toque de tela). Esse sistema consiste de um vídeo, o qual recebe uma moldura com emissores de luz infravermelha de um lado e elementos fotossensíveis do outro. Isso cria, sobre a tela do monitor, uma malha invisível de luz infravermelha. Quando o operador coloca o dedo sobre a tela os raios luminosos são bloqueados. A moldura percebe isso e informa as coordenadas da tela ao computador onde a tela foi tocada. Nesse sistema a tela mostra previamente várias opções de operação. O usuário deve tocar a região da tela demarcada pela moldura da opção (geralmente retângulos).

Sub-sistema de supervisão e otimização

O subsistema de supervisão e otimização consiste de um minicomputador (uso opcional) capaz de executar as funções de supervisão total do sistema, otimização do processo e geração de relatórios gerenciais. Suas principais funções e características são as seguintes: • Formatar e indicar condições de alarme nos consoles de vídeo e imprimi-las numa impressora de alarmes.

• Alimentar a janela de sumário de alarmes com uma tabela alfanumérica contendo os alarmes ativos, seus estados, reconhecidos ou não, e sua condição de alarme, crítico ou não, horários de ativação, reconhecimento e desativação. Obs.: Condições de alarmes também podem ser visualizados nas janelas de situação geral, de grupo ou individual. Quaisquer métodos poderão ser utilizados para notificar o operador da ocorrência de alarmes como, por exemplo, sinais sonoros, simbologia diferenciada, alteração de cores da tela, etc..

• Coletar dados através dos subsistemas de controle e aquisição e registrá-los em meios magnéticos, tais como unidades de disco, para mostrá-los instantânea ou posteriormente nos consoles ou imprimi-los nas impressoras. Em termos de relatórios, normalmente estão disponíveis os seguintes:

das variáveis, etc
Situação das variáveis de hora em hora, etc

- Momentâneo: Emitido a pedido do operador, apresentando as variáveis de processo, seus tags, valores e situação do loop. Ex. Hard-Copy de tela, situação - Evento: Emitido na ocorrência de um evento pré-configurado. Ex. Relatório de eventos de alarmes, transferência auto-manual,etc. - Periódicos: Emitidos periodicamente, conforme o período pré-configurado. Ex.

• Realizar cálculos para atingir um ou mais objetivos de otimização da planta ou de consumo de energia e analisar a performance da planta ou dos equipamentos.

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• Gerenciar módulos de batelada objetivando melhorar a desempenho de várias atividades que teriam de ser realizadas manualmente. Normalmente, o subsistema de supervisão e otimização permite o desenvolvimento de software de aplicação, ou mesmo de software de controle de processos em background, sem interrupção do sistema de controle, facilitando a alteração de configurações de controle, cálculos de performance, equações de balanço material e de energia, etc.

Componentes básicos do subsistema de supervisão e otimização

O principal elemento deste subsistema é o que chamamos de computador hospedeiro (Host Computer).

Computadores são, usualmente, divididos em várias classes, com diferentes critérios de classificação. Velocidade, memória principal e custo podem ser usados para classificá-los. Tanto a velocidade quanto a memória dependem muito do comprimento da palavra, isto é, o número de bits que um computador pode processar por vez.

Os computadores, geralmente, são agrupados em quatro classes principais: Microcomputadores: São constituídos por uma única CPU. Minicomputadores: Trabalham com mais de uma CPU. Possuem alta velocidade de processamento.

Mainframes: são qualificados pelo seu grande tamanho de memória e velocidade.

Trabalham com várias CPUs e usualmente são encontrados como computadores centrais de grandes corporações.

Super computadores: são construídos a partir de uma classe especial de processadores, freqüentemente definidos como supercomputadores.

Computador host.

O computador hospedeiro, quando existe, geralmente consiste de um minicomputador com um tempo de acesso de memória razoavelmente rápido. Suas funções são muitas. Podem ser tanto de processamento de palavras e de dados como

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Redes de Automação – Treinamento Petrobras de aplicações diretas de controle, de geração de telas gráficas dinâmicas e/ou de programas para otimização e coordenação da operação da planta.

Entre programas associados ao hospedeiro temos programas de otimização e de emissão de relatórios periódicos, entre outros, mas sempre com a finalidade de fornecer informações de alto nível ao gerente da planta.

Sub-sistema de comunicação

O subsistema de comunicação é composto pela rede local de comunicação (cabos, interfaces e protocolos). Tem a função de interligar os outros subsistemas de forma a integrar o equipamento. Deve possuir confiabilidade e rapidez.

Subsistema de comunicação.

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12 Redes Industriais

Os sistemas de controle antigos tipo SDCD tem a sua instalação e manutenção implicando em altos custos principalmente quando se desejava ampliar uma aplicação onde, além dos custos de projeto e equipamento, custos com cabeamento dos equipamentos de campo à unidade central de controle.

Para minimizar estes custos e aumentar a operacionalidade de uma aplicação introduziu-se o conceito de rede de comunicação digital para interligar os vários equipamentos de uma aplicação. A utilização de redes em aplicações industriais prevê um significativo avanço nas seguintes áreas:

Custos de instalação Procedimentos de manutenção Opções de upgrades Informação de controle de qualidade Informações de instrumentos para manutenção Configurações dos instrumentos a distância O projeto de implantação de sistemas de controle baseados em redes, requer um estudo para determinar qual o tipo de rede que possui as maiores vantagens de implementação ao usuário final, que deve buscar uma plataforma de aplicação compatível com o maior número de equipamentos possíveis.

Surge daí a opção pela utilização de arquiteturas de sistemas abertos que, ao contrário das arquiteturas proprietárias onde apenas um fabricante lança produtos compatíveis com a sua própria arquitetura de rede, o usuário pode encontrar em mais de um fabricante a solução para os seus problemas. Além disso, muitas redes abertas possuem organizações de usuários que podem fornecer informações e possibilitar trocas de experiências a respeito dos diversos problemas de funcionamento de uma rede.

Redes industriais são padronizadas sobre 3 níveis de hierarquias cada qual responsável pela conexão de diferentes tipos de equipamentos com suas próprias características de informação (ver Figura ).

O nível mais alto, nível de informação da rede, é destinado a um computador central que processa o escalonamento da produção da planta e permite operações de monitoramento estatístico da planta sendo imlpementado, geralmente, por softwares gerenciais (MIS). O padrão Ethernet operando com o protocolo TCP/IP é o mais comumente utilizado neste nível.

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Discrete Control

Control Layer

Information Layer

ARCHITECTURE Níveis de redes industriais

O nível intermediário, nível de controle da rede, é a rede central localizada na planta incorporando PLCs, DCSc e PCs. A informação deve trafegar neste nível em tempo real para garantir a atualização dos dados nos softwares que realizam a supervisão da aplicação.

O nível mais baixo, nível de controle discreto, se refere geralmente às ligações físicas da rede ou o nível de I/O. Este nível de rede conecta os equipamentos de baixo nível entre as partes físicas e de controle. Neste nível encontram-se os sensores discretos, contatores e blocos de I/O.

As redes de equipamentos são classificadas pelo tipo de equipamento conectado a elas e o tipo de dados que trafega pela rede. Os dados podem ser bits, bytes ou blocos. As redes com dados em formato de bits transmitem sinais discretos contendo simples condições ON/OFF. As redes com dados no formato de byte podem conter pacotes de informações discretas e/ou analógicas e as redes com dados em formato de bloco são capazes de transmitir pacotes de informação de tamanhos variáveis.

Assim, classificam-se as redes quanto ao tipo de equipamento a ela ligados e aos dados que ela transporta. Então temos:

Rede corporativa: Rede que interliga sistemas gerenciais que podem, inclusive, estar geograficamente distribuídos.

Rede de controle: É a rede central localizada na planta incorporando PLCs, DCS’s (Digital Control

Systems) e PCs. A informação deve trafegar neste nível em tempo real para garantir a atualização dos dados nos softwares que realizam a supervisão da aplicação.

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Redes de campo: Subdivididas em: - Rede sensorbus (manufatura) - dados no formato de bits (AS-i e INTERBUS Loop).

- Rede devicebus (manufatura) - dados no formato de bytes (DeviceNet e o PROFIBUS DP).

- Rede fieldbus (manufatura e instrumentação) - dados no formato de pacotes de mensagens (PROFIBUS PA e o Fieldbus Foundation).

Para a instrumentação de manufatura o foco concentra-se, principalmente, nas redes de campo, onde existem, hoje, diversas tecnologias utilizadas. - rede sensorbus – Utilizada principalmente em automação de manufatura com controle lógico, onde trafega dados no formato de bits. - rede devicebus - Utilizada principalmente em automação de manufatura com controle lógico, onde trafega dados no formato de bytes. - rede fieldbus - Utilizada principalmente em automação de processos com controle complexo, onde trafega dados no formato de pacotes de mensagens.

Sensorbus Devicebus

Fieldbus

Low-endMidrange High-end
Simple DevicesComplex Devices
bitbyte block

Type of Devices

Type of Control

Process Control

Logic Control

Classificação das redes.

A rede sensorbus conecta equipamentos simples e pequenos diretamente à rede. Os equipamentos deste tipo de rede necessitam de comunicação rápida em níveis discretos e são tipicamente sensores e atuadores de baixo custo. Estas redes não almejam cobrir grandes distâncias. Exemplos típicos de rede sensorbus incluem Seriplex, ASI e INTERBUS Loop.

A rede devicebus preenche o espaço entre redes sensorbus e fieldbus e pode cobrir distâncias de até 500 m. Os equipamentos conectados a esta rede terão mais pontos discretos, alguns dados analógicos ou uma mistura de ambos. Além disso, algumas destas redes permitem a transferência de blocos em uma menor prioridade comparado aos dados no formato de bytes. Esta rede tem os mesmos requisitos de transferência rápida de dados da rede de sensorbus, mas consegue gerenciar mais equipamentos e

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