Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados
Introdução
Este artigo é uma adaptação de um material desenvolvido para a disciplina de Sistemas Supervisório e como gostei do tema decidi trazer aqui para o Medium.
A automação está cada vez mais presente dentro do nosso dia a dia, mas sua principal vertente ainda diz respeito as suas aplicações na indústria. Então sem mais delongas vamos começar a nossa pequena viagem.
Pirâmide da Automação
A primeira estação desta viagem é a Pirâmide da Automação. Este diagrama tem por objetivo proporcionar um melhor entendimento dos componentes em uma indústria e como eles estão relacionados, deste modo, ao entender a pirâmide da automação, será possível entender melhor o que é um sistema supervisório.
Na base da pirâmide, chamado de nível chão de fábrica ou campo, estão presentes os sensores e atuadores. É neste nível onde a matéria prima é convertida em produto, então sensores são utilizados para monitorar e os atuadores para moldar a matéria prima.
Subindo um nível, chegamos no nível controle. É neste nível que CLPs e PIDs garantem a operação correta do chão de fábrica, a partir dos dados recebidos dos sensores, os controladores são capazes de intervir (ou não) da melhor forma através do acionamento correto de atuadores, corrigindo possíveis erros.
Se você caiu aqui de paraquedas, pode pensar em sensores como olhos, eles enxergam o que está acontecendo com a pressão, a temperatura,…, e contam para o cérebro (CLP ou PID), que usam as mãos (os nossos atuadores) para ajeitar as coisas
Já no terceiro nível, estão presentes os sistemas de supervisão, o Supervisório. Neste nível estão as interfaces para acompanhamento do processo por parte dos operadores. Aqui é possível que o operador tanto aja como mero observador, deixando a planta funcionar automaticamente, tanto quanto controlador, passando então a pilotar a planta como achar melhor.
Os dois últimos níveis são respectivamente planejamento e gerência. O nível de planejamento utiliza um sistema de execução de manufatura, o MES. É este sistema que monitora a entrada de matéria prima e a saída de produtos, auxiliando no ajuste de pedidos e entregas. Normalmente, um sistema MES acompanha uma única planta de processos.
Já a gerência, utiliza o sistema ERP ou planejamento de recursos empresariais. O ERP costuma ser um conjunto de programas de computador que possibilitam acompanhar tudo o que está sendo feito dentro da empresa, aumentando a eficiência e transparência. Geralmente um ERP é capaz de acompanhar inúmeras plantas.
SCADA
Após entender os níveis de automação é possível aprofundar o sistema SCADA. Um Sistema de Controle e Aquisição de Dados (SCADA), é um conjunto de componentes de software e hardware que tornam possível supervisionar e controlar plantas de processo, tanto presencialmente quanto remotamente. Usando nossa pirâmide, podemos dizer que um sistema SCADA é a junção dos três níveis inferiores: campo, controle e supervisão.
É importante destacar que sistemas de supervisório, examinam, coletam e processam dados em tempo real, facilitando a interação entre equipamentos como sensores e motores.
O projeto de um sistema SCADA tem início com unidades terminais remotas, RTUs e/ou CLPs. São esses equipamentos microprocessados que se comunicam e interagem com dispositivos de campo e IHMs. Estes dados, vindo de sensores e atuadores, são roteados para computadores onde um software interpreta e exibe os dados, permitindo que operadores analisem e reajam aos eventos do sistema.
Antes da criação destes sistemas, o operador deveria estar no chão da fábrica monitorando e acompanhando todos os dispositivos ali presentes. Com o avanço da produção, relés e temporizadores foram utilizados para prover algum nível de automação, com isso já houve a diminuição de funcionário expostos ao chão da fábrica. Mesmo assim era condicionado a presença de ao menos um operador, além disso, era muito difícil encontrar erros e problemas para corrigir e melhorar a planta.
Os sistemas de supervisão ao longo do tempo
Só na década de 1950, as plantas passaram a utilizar processadores, devido principalmente indústrias do petróleo e de manufatura que exigiam controle e supervisão contínuos. Na década seguinte, com os avanços das tecnologias de comunicação, passou a ser possível supervisionar uma planta remotamente.
Mas foi durante a década de 1980 que o termo SCADA foi usado pela primeira vez para descrever sistemas com CLPs e microprocessadores que eram usados para monitorar e controlar processos automatizados. Neste momento, o sistema SCADA eram máquinas enormes e independentes.
Mais tarde na década de 1990, com computadores cada vez menores e o advento da rede de área local, LAN, e softwares IHM, os sistemas SCADA puderam ser comunicáveis. Contudo, cada fabricante possuía o seu próprio protocolo de comunicação impossibilitando uma maior integração, foi chamado de SCADA distribuído.
Já no final da década de 1990 e início dos anos 2000, os sistemas SCADAs passaram a implementar arquiteturas de sistemas aberto, sem protocolos determinados pelo fabricante. Esse SCADA, chamado de SCADA em rede, não demorou a ficar obsoleto. Com os avanços da TI, o banco de dados padrão passar a ser o SQL. Os desenvolvedores SCADA não acompanharam esta evolução o que fez com que os sistemas SCADAs ficassem obsoletos.
Atualmente os sistemas SCADA se adaptam as novas mudanças, tendo uma grande vantagem em relação a sistemas mais antigos. Com a adoção de padrões modernos de TI como SQL e aplicativos baseados na WEB, permitiu que os operadores pudessem ter esses dados mais facilmente e de qualquer lugar do mundo. Isso aumentou a eficiência das plantas pois possibilitou respostas mais precisas com base nos dados recolhidos e na análise do sistema.
Com a coleta histórica de dados e seu registro, geralmente utilizando bancos SQL por padrão, é possível analisar e criar aplicativos de tendência para melhorar ainda mais os processos.
Existem alguns sistemas que são similares ao SCADA e ao mesmo tempo distintos, vamos tentar compara-los para um melhor entendimento!
SCADA e IHM
Para um melhor entendimento é necessário explicações sobre o sistema SCADA e a IHM. IHM, interface homem máquina, é uma tela de monitoramento dedicada a um único CLP, se nesta planta há mais CLPs e IHM, eles são reunidos dentro de um mesmo sistema SCADA. Em outras palavras, um sistema SCADA é composto por vários CLPS e IHMs, sendo um nível de integração acima do que é possível para IHMs.
Na imagem abaixo vemos representado todo um sistema SCADA, onde em cada tela representada é uma IHM. Sendo assim nítido entender que um sistema SCADA é composto por interfaces mas não se resume a elas.
SCADA e DCS
Em suma, são sistemas bem parecidos e com aplicações também similares. Para se construir um sistema SCADA é necessário o uso de diversos softwares, para comunicar com desktops, CLPS e criar as interfaces. Já os DCS possuem interface gráfica integrada ao sistema DCS, isto facilita o desenvolvimento de supervisórios por não haver a necessidade de utilização de softwares adicionais e ainda é mais simples de tagear, entradas e saídas.
A nível de programação os DCS se destacam por já possuírem inúmeras funções pré-programadas, o que otimiza o desenvolvimento. Contudo isto acarreta num tempo maior de processamento fazendo com que os sistemas SCADA sejam mais rápidos que os DCS.
Por mais que sistemas SCADA possuam comunicação aberta e um bom nível de segurança, é válido dizer que sistemas DCS são ainda mais seguros.
Conclusão
Vamos recapitular o que vimos até aqui?! Um sistema SCADA é composto por hardware e software, e começa com a aquisição de dados ainda no chão de fábrica. Esses componentes não precisam mais ser de um mesmo fabricante, precisam tão somente possuir protocolos de comunicação que permitam comunicar-se com o processador. Os dados são então passados para os processadores, como CLPs e então são distribuídos para um sistema de dispositivos em rede. Estes dispositivos podem ser IHMs, computadores de usuários finais e servidores, que possibilitam uma operação mais precisa, eficiente e segura.
Vou deixar aqui os links que me baseei para esse trabalho, os vídeos estão em inglês mas a legenda é suficiente para acompanhar:
Obrigado por ter ficado até o final. Para mais textos incríveis como esse não deixe de visitar nosso site!
