automaÇÃo residencial baseada em software supervisÓrio
TRANSCRIPT
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP
ESCOLA DE MINAS – EM
COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO -
CECAU
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL BASEADA EM SOFTWARE SUPERVISÓRIO
MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E
AUTOMAÇÃO
FLÁVIO PEREIRA MENDES
Setembro, 2007.
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FLAVIO PEREIRA MENDES
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL BASEADA EM SOFTWARE SUPERVISÓRIO
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia de Controle e Automação da Universidade
Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para
obtenção de Grau em Engenheiro de Controle e
Automação.
Orientador:
Prof. Dr. Carlos Frederico M. C. Cavalcanti DECOM/UFOP
Co-Orientadora:
Prof(a). Silvia Graziella Moreira Almeida CODAINST/CEFET-OP
Ouro Preto Escola de Minas - UFOP
Setembro / 2007
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Dedico este trabalho aos meus pais e
irmãos pelo apoio incondicional e por fazer
persistir nas batalhas
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AGRADECIMENTOS
À Universidade Federal de Ouro Preto.
Ao Prof. Carlos Frederico M. C. C. pela orientação e incentivo.
Ao CEFET –OP.
Aos Professores Silvia Graziela e Paulo R. Pinto. pelo acolhimento.
Aos colegas de Curso.
A todos que contribuíram para a realização deste trabalho.
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SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS......................................................................................................... viii
LISTA DE TABELAS...........................................................................................................ix
LISTA DE SIGLAS................................................................................................................x
RESUMO...............................................................................................................................xi
ABSTRACT......................................................................................................................... xii
I. INTRODUÇÃO...................................................................................................................1
1.1. Objetivo .......................................................................................................................1
1.2. Metodologia .................................................................................................................2
1.3. Estrutura do trabalho....................................................................................................2
II. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA)........................4
2.1. Definição......................................................................................................................4
2.2. Fundamentos da Aquisição de Dados..........................................................................5
2.2.1. Sensores ................................................................................................................6
2.2.2. Redes de comunicação..........................................................................................7
2.2.3. Condicionamento de Sinais ..................................................................................7
2.2.4. Hardware de Aquisição de Dados.........................................................................9
2.2.5. Software de Aquisição de Dados ........................................................................10
2.3. Arquitetura da rede SCADA......................................................................................10
2.4. Tecnologia SCADA...................................................................................................13
III. SUPERVISÓRIOS..........................................................................................................15
3.1. Introdução ..............................................................................................................15
3.2. Funcionalidades e Planejamentos do Sistema Supervisório. .................................16
3.2.1. Conhecimento do Processo.................................................................................16
3.2.2. Tomadas de Dados..............................................................................................17
3.2.3. Banco de Dados ..................................................................................................17
3.2.4. Alarmes...............................................................................................................18
3.2.5. Visualização de Históricos..................................................................................18
3.2.6. Hierarquia de Navegação entre Telas .................................................................19
3.2.7. Criação de Telas..................................................................................................19
3.2.8. Segurança do Sistema .........................................................................................19
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IV. SOFTWARE ELIPSE.....................................................................................................21
4.1 Introdução ...................................................................................................................21
4.2. Histórico.....................................................................................................................21
4.3. Elipse SCADA...........................................................................................................21
4.4. Módulos de Execução...............................................................................................23
4.5. Áreas de Aplicações...................................................................................................25
V. AUTOMAÇÃO PREDIAL E RESIDENCIAL ...............................................................27
5.1. Introdução ..................................................................................................................27
5.2. Conceitos Básicos ......................................................................................................28
5.3. Automação predial versus residencial .......................................................................29
5.4. Tendências .................................................................................................................30
VI. ESTUDO DE CASO ......................................................................................................32
6.1. Introdução ..................................................................................................................32
6.2. Software Elipse ..........................................................................................................32
6.3. Comunicação Elipse e PLC .......................................................................................36
VII. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS .............................................................40
VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................41
ANEXO A: TELAS DESENVOLVIDAS NO ELIPSE E UTILIZADAS NO ESTUDO DE
CASO....................................................................................................................................42
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LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Exemplo de um sistema SCADA........................................................................5
Figura 2.2 - Esquema básico de aquisição de dados...............................................................6
Figura 2.3 - Sensores ..............................................................................................................6
Figura 2.4 - Sinal com ruidos..................................................................................................7
Figura 2.5 - Condicionamento de sinais .................................................................................9
Figura 2.6 - Exemplo do PLC S7- 300 da Siemens. ...............................................................9
Figura 2.7 - Exemplo de um software de aquisição de dados...............................................10
Figura 2.8 - Arquitetura simplificada de um sistema SCADA. ............................................11
Figura 6.1 - Tela Principal – Automação Residencial ..........................................................32
Figura 6.2 - Organizer...........................................................................................................34
Figura 6.3 - Ferramentas Objetos .........................................................................................36
Figura 6.4 - Configurando tag para trocar informações via Freeport ...................................37
Figura 6.5 - Programa KEPserverEx ....................................................................................38
Figura 6.6 - Interface do programa STEP 7 Micro/Win. ......................................................39
Figura 6.7 - Comunicação.....................................................................................................39
Figura A.1 – Tela de Abertura ..............................................................................................42
Figura A.2 - Tela de Alarme.................................................................................................42
Figura A.3 - Tela de Tendências...........................................................................................43
Figura A.4 - Tela de Vídeo ...................................................................................................43
Figura A.5 - Tela de Históricos ............................................................................................44
Figura A.6 - Tela Principal ...................................................................................................44
Figura A.7 - Tela de Nível ....................................................................................................45
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LISTA DE TABELAS
Tabela 6.1 - Telas Programadas...........................................................................................33
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LISTA DE SIGLAS SCADA (Supervisory and Control Data Acquisition) - Controle e Aquisição de Dados Supervisórios. PLC (Programmable Logic Control) - Controlador Lógico Programável. RTU (Remote Terminal Unit) - Unidade Terminal Remota. ADC (Analog-to-Digital Converter) - Conversor Analógico-Digital. DAC (Digital-to-Analog Converter) - Conversor Digital-Analógico. HMI (Human machine Interface) - Interface Homen Máquina. OPC (OLE for Process Control) - OLE para Controle de Processo. PID (Proportional-Integral-Derivative) - Proporcional-Integral-Derivativo. ODBC (Open Database Connectivity) - Conectividade Aberta de Banco de Dados. DDE (Dynamic Data Exchange) - Intercâmbio Dinâmico de Dados. MMI (Man machine Interface) - Interface Máquina Homen. DAO (Data Access Objects) - Objetos de Acesso a Dados. IDE (Integrated Development Environment) - Ambiente de Desenvolvimento Integrado.
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RESUMO Este trabalho apresenta os sistemas SCADAs (Supervisory Control and Data Aquisition) e
a sua utilização na automação predial e residencial. Após a consolidação do uso do SCADA
no setor industrial, os sistemas de controle e aquisição de dados passaram a ser aplicados
nas áreas prediais e residenciais. No estudo de caso deste trabalho utilizou-se as
ferramentas do software de supervisão Elipse, fazendo o monitoramento e controle de um
espaço residencial. A metodologia utilizada foi o estudo do Elipse e a verificação do
contexto em que ele estava inserido. Fez-se uma análise e verificação de cada conceito e, a
partir daí, foi desenvolvido uma aplicação no software Elipse que simula, controla e
monitora variáveis desejadas. Como resultado, foi desenvolvido um sistema permitindo
através desta aplicação, uma melhor compreensão das principais ferramentas existentes em
sistemas SCADAs, fazendo a integração e controle de equipamentos e variáveis. Ao final
foi apresentado um estudo de caso capaz de fornecer uma visão global de como o controle e
integração de processos são feitos.
Palavras-Chave: SCADA, Elipse, predial, residencial, supervisório e controle.
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ABSTRACT This work introduce Supervisory Control and Data Acquisition system and how this kind
system is applied in the building and residential automation. With the spreading of SCADA
used in industry automation, the system of control and data acquisition were applied in the
building and residential area. In the case study this work used the tools of the supervision
software Elipse, doing the monitoring and control residential space. The methodology used
was the study of Elipse and the verification of the context which it was inserted. It was
done analyses and verification each concept and, from that, it was developed a software
Elipse’s application that simulates, controls and monitories tags. As resulted, it was
developed a system allowing through this application, a better comprehension of the main
tools of SCADAs system, integration and controlling equipments and tags. In the end, was
introduced a case study able to furnish a global view of how the control and process
integration are done.
Key-Words: SCADA, Elipse, building, residential, supervisory and control
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I. INTRODUÇÃO
Quando se trabalha com sistemas automatizados complexos, surge a necessidade de
se criar uma interface que facilite o monitoramento da planta supervisionada. Pela
quantidade de variáveis monitoradas por estes tipos de sistemas, surgiu a necessidade de
criação de tarefas dinâmicas, amigáveis e ergonomicamente eficientes, que são atendidas
por sistemas denominados supervisórios [SEIXAS FILHO, 1999].
Os sistemas supervisórios estão inseridos em um contexto mais amplo, o sistema de
controle e aquisição de dados SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Esses
sistemas apresentam as funções de captar e armazenar os dados recolhidos pelos
equipamentos de campo e, a partir daí, fazer o monitoramento e controle das variáveis
desejadas. Ele é composto pela parte física do processo (hardware) e pela parte de
programação (software).
A parte física do sistema de aquisição de dados engloba desde sensores e
transdutores até a parte em que o sinal é convertido e processado para que possa ser
utilizado pelo software supervisório.
A aquisição de dados via hardware, juntamente com a parte de software, constitui-se
em um completo sistema de controle e aquisição de dados. Esses softwares analisam,
armazenam e expõe as informações necessárias para controle de todo o processo.
Como tema principal desse trabalho, aborda-se neste estudo os softwares SCADAs
(Supervisory Control and Data Acquisition), e mais especificamente o Elipse Scada
[ELIPSE, 2007].
1.1. Objetivo
Esse trabalho tem como objetivo o estudo dos softwares SCADAs (Supervisory
Control and Data Acquisition), a automação predial e residencial apresentando uma
literatura do seu funcionamento, suas áreas de aplicações e um estudo de caso utilizando o
software Elipse, mostrando suas ferramentas e seu potencial de aplicações.
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1.2. Metodologia
Inicialmente, foi feito uma pesquisa nas áreas de sistemas de aquisição de dados e
automação predial para uma melhor contextualização do assunto. Coletada as informações,
estudou-se o funcionamento do software Elipse SCADA, com o objetivo da aplicação de
suas principais ferramentas.
O trabalho prático foi desenvolvido na área de automação residencial por ser
uma área de grande tendência de crescimento e com alta variabilidade de aplicações. Para a
escolha do software Elipse fazendo o controle de dispositivos prediais, consideraram-se
fatores como: genuinamente brasileiro, mundialmente conhecido, apresenta grande número
de aplicações, acesso a equipamentos, disponibilidade no mercado, dentre outros.
O software utilizado fez aquisições de controle de dados captados no campo
de trabalho e simulou variáveis, servindo como interface entre o mundo analógico e o
mundo digital demonstrando o potencial de suas ferramentas. Para uma maior abrangência
foram também considerados manuais e tutoriais disponíveis no site do fabricante.
Após a obtenção dos dados foi desenvolvido uma aplicação aplicada com o
objetivo de mostrar as ferramentas do programa supervisório Elipse Scada e seu uso na
automação residencial.
1.3. Estrutura do trabalho
Nos capítulos 1 e 2 são apresentados os conceitos dos sistemas de automação,
fazendo uma abordagem sobre sistemas SCADA e supervisórios.
No capítulo 3 é realizada uma abordagem especifica do software supervisório
utilizado, mostrando suas ferramentas e aplicações.
No capítulo 4 é apresentado o Elipse Scada.
No capítulo 5 é apresentada a área de automação predial e residencial através de
definições, aplicações e tendências, analisando profundamente seus conceitos.
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No Capítulo 6 é apresentado um estudo de caso, através do desenvolvimento de uma
aplicação, que interliga os conceitos de automação predial com o sistema de aquisição de
dados através do software supervisório Elipse.
No Capítulo 7, encontram-se as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
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II. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA)
2.1. Definição
A aquisição de dados em um sistema de automação transforma fenômenos físicos
do mundo real em sinais elétricos que são medidos e convertidos em sinas digitais para que
possam ser processados, analisados e manipulados por computadores. Nessa fase, são
utilizados computadores com interface gráfica apurada, comum dos computadores do início
do século que com softwares adequados, possibilitam o monitoramento e supervisão de um
conjunto de dispositivos e variáveis de uma planta relativamente complexa.
Os sistemas de aquisição e controle de dados (SCADAs – Supervisory Control and
Data Acquisition) são de importância estratégica já que são adotados na maioria das
indústrias que compõem a infra-estrutura de um país. As aplicações da tecnologia SCADA
alcançam praticamente todo o espectro do setor produtivo. Para exemplificar, esses
sistemas são utilizados na indústria química, petroquímica e de cimento, indústria
alimentícia, na produção e na distribuição de energia elétrica, no controle de água, no
controle de oleodutos, gasodutos, centrais nucleares, edifícios inteligentes e tráfego.
Na maioria de suas aplicações, os sistemas de aquisições de dados são designados
não só para adquirir dados, mas também para também atuar sobre esses.
Na figura 2.1, tem-se um exemplo prático do uso de um SCADA onde o
Controlador Lógico Programável (PLC -Programmable Logic Controller) controla o fluxo
de água refrigerado que faz parte de um processo industrial. O SCADA possibilita que um
operador mude o ponto ajustado do controle para este fluxo, permitindo a gravação e
indicação de todas as condições de alarme, tais como a perda do fluxo ou da alta
temperatura. A válvula de controle é fechada pela unidade remota de controle (RTU –
Remote terminal Unit) ou do PLC; O sistema de SCADA, então, monitora o desempenho
total desse processo [PARK & MACKAY, 2003].
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O sistema SCADA ler a medida do nível e do fluxo, e envia o valor desejado para o PLC.
Figura 2.1 - Exemplo de um sistema SCADA
O PLC1 compara o valor do fluxo medido com o desejado, e age controlando a velocidade da bomba.
O PLC2 compara o valor medido do nível com o valor desejado, e age controlando o fluxo através
2.2. Fundamentos da Aquisição de Dados
O sistema de controle e aquisição de dados depende do poder de processamento e da
flexibilidade do computador podendo ser constituído de uma variedade de hardwares. A
tarefa do sistema é integrar esses componentes, fazendo com que eles transformem-se em
um único sistema de trabalho [PARK & MACKAY, 2003].
O diagrama funcional da figura 2.2 mostra os componentes básicos destes sistemas
compostos por:
• Sensores e trandutores;
• Redes de comunicação;
• Condicionador de sinais;
• Hardware de aquisição de dados;
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• Software de aquisição de dados;
CONDICIONADOR
DE SINAIS
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO DE DADOS
HARDWARE DEAQUISIÇÃO DEDADOS
SENSOR TRANSDUTOR
Figura 2.2 - Esquema básico de aquisição de dados
2.2.1. Sensores
Os sensores e transdutores fornecem uma interface entre o mundo real e os sistemas
de aquisição de arquivos, recebendo e respondendo a estímulos. O termo transdutor é
usado para designar sensores que convertem grandezas físicas em sinais elétricos, ópticos
ou mecânicos. Esses dispositivos, usualmente elétricos, eletrônicos ou eletro-mecânicos
que convertem algum tipo de energia em outras apresentam diferentes finalidades,
incluindo transferência de informação e de medidas. Como exemplo, o sensor pode
traduzir informação não elétrica (velocidade, posição, temperatura, pH) em informação
elétrica (corrente, tensão, resistência). A figura 2.3 mostra exemplos de sensores.
Figura 2.3 - Sensores
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2.2.2. Redes de comunicação
As redes de comunicação representam a conexão física de um sensor ou transdutor
para o hardware de condicionamento de sinais. Quando o sinal é recolhido no campo, ele
fica muito susceptível aos efeitos ruídos externos, especialmente em ambiente industrial,
(Figura 2.4). Nesses casos, um correto planejamento das instalações e o uso de tecnologias
corretas são importantes para reduzir os ruídos no sinal, evitando assim uma falha de
comunicacão do processo.
Figura 2.4 - Sinal com ruidos
2.2.3. Condicionamento de Sinais
Os sinais elétricos gerados pelos transdutores frequentemente precisam ser
convertidos para uma forma que possa ser aceita pelo hardware de aquisição. Por isto
usam-se os condicionadores de sinais que são circuitos eletrônicos que adequam os sinais
analógicos para a conversão digital [PARK & MACKAY, 2003].
Os principais circuitos em condicionadores de sinais são:
• Filtros
• Amplificamento
• Linearizadores
• Isoladores
• Excitadores
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a) Filtros
Ambientes com ruídos não são propícios para os pequenos sinais recebidos por
sensores como os termopares, onde o ruído tem a mesma ou superior magnitude que a
magnitude do sinal a ser medido. Assim, primeiramente o ruído deve ser retirado desse
sinal. Os equipamentos de condicionadores de sinais frequentemente contêm filtros Passa
Baixas que tem como finalidade eliminar as altas freqüências dos ruídos. Isto evita que o
ruído danifique o sinal proveniente dos sensores [PARK & MACKAY, 2003].
b) Amplificadores
Filtrado o sinal de entrada, o mesmo poderá necessitar de amplificação para melhorar a
sua resolução. A resolução máxima é obtida amplificando o sinal de entrada de modo que o
balanço máximo da tensão do sinal de entrada se iguale a escala de entrada do Conversor
A/D, contido dentro do sistema de aquisição de dados.
c) Linearizadores
Muitos sensores e transdutores apresentam uma relação não linear com a quantidade
física medida. O método de linearização desses sinais de entrada varia entre os produtos
dos condicionadores de sinais e de acordo com suas aplicações.
d) Isoladores
Equipamentos de condicionadores de sinais podem também ser utilizados para fornecer
isolamento aos sinais de transdutores vindo de computadores, onde existe a possibilidade
de alta tensão. Isto ocorre dentro de um sistema monitorado devido a uma falha de descarga
eletrostática ou elétrica.
e) Excitadores
Os condicionadores de sinais também fornecem excitação para alguns transdutores. Por
exemplo, os termistores que requer tensão externa ou sinais de excitação, (Figura 2.5).
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Figura 2.5 - Condicionamento de sinais
2.2.4. Hardware de Aquisição de Dados
O hardware de controle e aquisição de dados pode ser definido como um componente
de um sistema de controle e aquisição de dados, que executa as seguintes funções:
• A entrada analógica é processada e convertida para o sinal digital, usando como
ferramenta os conversores analógicos-digitais ADC (Analog-to-Digital converter).
Esse sinal digitalizado é então transferido para o computador ou outro equipamento
com essa função para ser armazenado e analisado;
• O tratamento do sinal de entrada digital, que contêm informações de sistemas ou
processo;
• O processo de conversão dos sinais digitais para sinais analógicos, usando os
conversores digital-analógicos DACs (Digital-to-Analog converter). Depois de
convertido o sinal analógico é usado para controlar um sistema ou processo;
• O tratamento do sinal de saída digital.
Na figura 2.6 mostra-se um exemplo de PLC.
Figura 2.6 - Exemplo do PLC S7- 300 da Siemens.
Fonte: IKS, 2007.
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2.2.5. Software de Aquisição de Dados
Os softwares armazenam os sinais capturados no campo na forma de sinais digitais
permitindo ao usuário o controle do processo, seja ele visualização, configuração,
parametrização, comando e monitoramento das funções necessárias a automação da planta.
Como exemplo, pode-se citar o software supervisório Elipse Scada [ELIPSE, 2007],
(Figura 2.7).
Figura 2.7 - Exemplo de um software de aquisição de dados
Fonte: ELIPSE, 2007.
2.3. Arquitetura da rede SCADA
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Em geral, os sistemas SCADAs são compostos por uma unidade central de
processamento, chamada de estação central e de estações remotas, chamadas de unidade
remotas de controle (RTU - Remote Terminal Unit), (Figura 2.8). Esses componentes
trocam informações através de um meio de comunicação. Os meios de comunicação
utilizados podem ser sem fios (satélite, rádio), ou com fios [UFRN, 2007].
Figura 2.8 - Arquitetura simplificada de um sistema SCADA.
O operador interage com o sistema através da unidade de visualização gráfica
disponível na estação central. Essa interface, conhecida como Interface Homem Máquina
HMI (Human Machine Interface), é atualizada em tempo real a partir de dados adquiridos
nas plantas pelas RTUs. A estação central, permite que o operador tem acesso à representação gráfica, na
forma de ícones, dos processos que estão sendo supervisionados ou controlados. O
operador também tem acesso a outras funcionalidades como:
• Geração de relatórios;
• Histórico do processo;
• Realização de operações de comando sobre dispositivos da planta;
As estações remotas são compostas por sensores para aquisição de dados, por um
componente que realiza a comunicação entre a estação remota e a estação central e por um
outro componente que é responsável pela execução das instruções que são enviadas pela
estação central.
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Os dispositivos remotos adquirem e transmitem os dados referentes aos
equipamentos ou processos que estão sendo monitorados para uma ou para várias estações
de trabalho. Em geral, os sistemas SCADAs possuem uma aplicação, que é executada em
uma ou em várias estações de trabalho, que coordena as funções de aquisição e de
armazenamento de dados em tempo real dos diversos dispositivos localizados remotamente.
Os dados armazenados nas estações de trabalho são tratados e apresentados para os
operadores através da interface gráfica mencionada anteriormente.
Essa é a abordagem padrão em sistemas de supervisão onde se deseja monitorar
diversas variáveis e cuja atuação no sistema consiste de atividades de configuração simples
das RTUs, como é o caso de sistemas de supervisão de transmissão e distribuição de
energia elétrica. No caso da indústria de processos, devido à complexidade das atividades
referente ao controle de processo, utiliza-se um elemento intermediário (Controlador de
Processo) entre o sistema SCADA e as RTUs.
Como visto, os SCADAs são voltados para o controle e a supervisão de processos.
Os primeiros SCADAs eram arquiteturas centralizadas, fechadas, sem conectividade
externa, que utilizavam hardware e software proprietários. Esse tipo de arquitetura possui
funcionalidade limitada e baixa flexibilidade [UFRN, 2007]. As principais desvantagens
associadas a esse modelo são:
• Em virtude da sua arquitetura centralizada, a interconexão entre os dispositivos de
campo (sensores e atuadores, por exemplo) e o computador central requer um
sistema de fiação complexo e de difícil reconfiguração se houver alguma
necessidade;
• O computador central é bastante caro, devido à alta concentração de funcionalidades,
constituindo-se, também, em ponto único de falha.
• A natureza proprietária dos sistemas utilizados impossibilita, na prática, soluções
diversificadas e submete o usuário a um único fornecedor ou fabricante. Isto
dificulta demasiadamente as possibilidades de interoperabilidade.
Por serem física e logicamente independentes dos outros sistemas das corporações
tradicionalmente, os SCADAs foram implantados para serem apenas operacionais e, por
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esse motivo, a preocupação com segurança não era parte integrante de seus projetos. A
validade desta afirmativa pode ser comprovada quando se analisa a utilização de
procedimentos que possuem potenciais problemas de segurança, mas que eram
considerados seguros devido ao isolamento dos sistemas SCADAs iniciais. Seguem alguns
destes procedimentos apresentados em [RUSH & KINAST, 2004].
• A autenticação de usuários baseada exclusivamente em senha;
• Os protocolos usados não implementavam nenhum tipo de autenticação;
• Os programas que compõem o sistema SCADA são implementados em sistemas
operacionais considerados inseguros.
Problemas relacionados com segurança tornam-se ainda mais importantes a partir da
evolução pela qual os sistemas SCADA estão passando. Os sistemas SCADA estão saindo
do isolamento lógico e estão evoluindo para arquiteturas abertas fortemente centradas em
conectividade. Com o objetivo de aumentar a eficiência, a competitividade e a
produtividade das empresas, os sistemas SCADA estão sendo interligadas com as redes
corporativas e, em conseqüência, com a própria Internet.
2.4. Tecnologia SCADA
A automação nos últimos anos tem se baseado no desenvolvimento de novas
tecnologias, na rapidez com a qual as informações são tratadas e na produtividade cada vez
maior buscada pelas empresas, fatores esses que atuam forçando o mercado a investir
incessantemente em pesquisa e desenvolvimento para continuar a crescer.
Existe também uma contínua pressão pela redução de custos, tanto na parte de
produtos como de serviços. Esta pressão leva à busca da melhor relação custo x benefício,
com o estudo em quais tecnologias investir, pesquisando quais já se consolidaram ou são
“promessas”, ou ainda que produtos uma empresa prestadora de serviços irá manter em sua
cesta para se manter competitiva no seu segmento de atuação.
Para os sistemas de supervisão, podemos verificar alguns fatos na atualidade:
• O uso contínuo de ferramentas baseadas em plataforma Windows;
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• O desenvolvimento de novas ferramentas, também para plataforma Windows, que
apresentam melhores conceitos de produtividade e flexibilidade;
• O uso de novas formas de supervisão;
• Uso de Linux e Unix para sistemas de maior porte em ambientes cujos usuários
possuem uma cultura nesse sentido;
• O uso cada vez maior do OPC (OLE for Process Control) que são um conjunto de
especificações padrões que permitem a interoperabilidade entre equipamentos.
• A criação de novas funcionalidades aos sistemas SCADA, (tais como análises de
sistemas de produção e processos, controle de bateladas e outros);
• Total integração com a rede mundial de computadores.
Outro ponto importante que atualmente é usado por grandes empresas que buscam o
sucesso na implantação de sistemas de automação é a sua capacidade de estar sempre
integrando equipamentos e softwares que representam o estado da arte na área de controle
de processos. Acompanhando essas tendências tecnológicas do mercado podemos citar
[ATAN, 2007]:
• Aplicação de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) de fabricantes de alta
tecnologia como Siemens, Ge-Fanuc, Allen Bradley, Schneider, Reliance, Altus
entre outros;
• Softwares Supervisórios (SCADA) para controle de processos, tais como: Ifix e
Cimplicity da GE-Fanuc, Rockwell Scada, FactoryLink da USData, Wizcon da PC
Soft, InTouch da Wonderware, Elipse entre outros;
• Sistemas baseados em computadores nas plataformas Pentium, RISC, etc;
• Ambiente de comunicação com uma grande variedade de redes;
• Ferramentas de desenvolvimento, tais como: Visual Basic, Visual C++ e Delphi;
uso de banco de dados como: Oracle, Microsoft SQL Server, etc.
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III. SUPERVISÓRIOS
3.1. Introdução
Os sistemas de automação industrial modernos atingiram tal nível de complexidade
que a intuição e experiência humana não são mais suficientes ou eficientes para construir
rapidamente modelos bem definidos dos mesmos [JURIZATO & PEREIRA, 2007].
Um sistema de supervisão opera de acordo com vários fatores em nível tanto de
software como de hardware. A presença de um ambiente de comunicação entre elementos
de controle e monitoramento é uma tendência que traz benefícios e sofisticação, além de
possibilitar a interação de todo o processo. Baseado nesse contexto, e utilizando tecnologias
de computação e comunicação, os softwares supervisórios permitem o monitoramento e
controle das variáveis do processo em análise, permitindo a operação e visualização através
de telas gráficas elaboradas para qualquer processo industrial ou comercial, independente
do tamanho de suas plantas. Outro aspecto a enfatizar é que em um ambiente cada vez mais
complexo e competitivo, os fatores relacionados com disponibilidade e segurança da
informação assumem elevada relevância, tornando-se necessário garantir que
independentemente da localização geográfica a informação esteja sempre disponível e
segura quando necessário.
Dentre dos principais softwares de supervisão podemos destacar [ROSÁRIO, 2005]:
• Elipse (Elipse);
• Wizcon (Emation);
• Intouch (Wonderware);
• Ifix (Intellution);
• RsView (Rockwell Automation);
• Cimplicity (Ge-fanuc);
• Unisoft (factory Link).
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Apesar de existirem diferentes fabricantes de softwares supervisórios, eles possuem
características semelhantes, capazes de atender pré-requisitos básicos funcionais de um
projeto. Dentre as principais características podemos citar:
• Interface de dados amigável, ou seja, apresentar visualização gráfica que facilite o
entendimento do operador do sistema;
• Geração automática de relatórios, com o controle estatístico do sistema;
• Histórico de Tendências (acompanhamento das variáveis controladas);
• Facilidade para interação com outros aplicativos (software);
• Acesso automático a banco de dados;
• Acesso compartilhado e remoto;
• Conexão em rede e por meio de modem ou rádio;
• Gerenciamento das condições de alarme.
3.2. Funcionalidades e Planejamentos do Sistema Supervisório.
A idéia principal de um sistema supervisório é analisar e controlar todo o
comportamento do processo que deve ser implantado para que possamos tirar o máximo de
proveito desse comportamento. Para isso, devemos fazer um planejamento correto para
conseguir minimizar os erros e ter um controle eficaz e seguro do processo.
Para um planejamento eficiente recomenda-se os seguintes passos [MORAES &
CASTRUCCI, 2001]:
3.2.1. Conhecimento do Processo Para um completo controle e monitoramento de um processo de automação, torna-se
necessário uma reunião de uma variedade de informações, vindas de várias fontes.
Primeiramente, deveremos entrar em contato com os operadores, gerentes e o corpo
administrativo do sistema a ser automatizado com o objetivo de conhecer a planta e as
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informações necessárias que precisam ser aproveitadas pelo sistema, seguindo da divisão
do processo em etapas e por último determinar as variáveis a serem monitoras.
3.2.2. Tomadas de Dados Quando se planeja a tomada de dados uma das metodologias é escolher para a
apresentação somente dados essenciais, de maneira de que o sistema supervisório
mantenha-se conciso. É preciso ter um limite no numero de dados para que um grande
tráfego na comunicação não venha prejudicar o desempenho total da rede.
3.2.3. Banco de Dados É um sistema de gerenciamento de dados que permite a organização das informações.
Nos softwares supervisórios ele é utilizado para a manipulação das variáveis (tags) que
serão usadas pelo sistema.
Para conseguirmos uma melhor organização dos dados devemos ter seguintes
informações:
• Fluxos do processo ou diagramas de instrumentação das plantas;
• Lista de endereços dos dados ou endereços de registradores no CLP;
• Lista de Alarmes.
Antes de montar o banco de dados com as variáveis analógicas, digitais ou do tipo
String, é necessário:
• Escolher a velocidade de leitura das variáveis;
• Desenvolver um sistema de nomes das variáveis. A escolha dos nomes deve
seguir uma lógica e, claro, o seu significado físico e o seu padrão de codificação.
Variáveis que não possuem significado ou que só são familiares para quem a
projetou podem tornar desastrosas uma futura manutenção do sistema ou
alguma correção;
• Usar pastas de arquivos para organizar variáveis. As pastas de arquivos
organizam as tags em grupos, de manuseio mais fácil. É também possível
- 18 -
agrupas as variáveis de maneiras significativas como exemplo; podemos agrupar
todos os aparelhos similares ou áreas dentro de uma planta.
3.2.4. Alarmes Alarmes são mensagens definidos pelo responsável do processo para alertar o operador
sobre alguma situação anormal. Cada alarme é definido de maneira independente e teria as
funções de comunicar e fornecer indicações do estado do processo, sinalizar um objeto
atingido e chamar atenção dos operadores para uma situação anormal
As principais características dos alarmes:
• Podem apresentar textos específicos;
• Podem ser impressos ou documentados;
• Podem ser configurados para providenciar qualquer tipo de ação;
• Na ativação do alarme a região afetada pode ser visualizada;
• Quando os alarmes forem ativados, enviam mensagens.
Outro ponto a ser observado é a ocorrência importante simultânea de um número
elevado de alarmes e sua repetição excessiva. Torna-se necessário a análise e filtragem de
certas informações para minimizar as notificações. Isso só é possível com equipamentos
programáveis que indiquem a amostragem distinta como criação de uma faixa de tolerância,
em que o alarme não desaparecerá até que uma variação significativa se produza.
A partir de uma concepção voltada para as causas do aparecimento dos alarmes é
possível chegar a uma concepção orientada no sentido de antecipar as ações que permitirão
restabelecer a situação desejada.
3.2.5. Visualização de Históricos
Na visualização de variáveis, gráficos de históricos e tendências mostra como as
variáveis de processo e suas ações foram modificadas em relação ao tempo. Essas
aplicações são possíveis a partir da criação de janelas integradas ao aplicativo por meio de
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uma função de leitura das variáveis de estado do sistema, permitindo ainda a realização de
uma pré-seleção das variáveis que se deseja colocar em gráficos de históricos ou painéis de
visualização de tendência de variáveis medidas.
Eles podem ser usados para:
• Analisar a tendências de processo;
• Monitorar a eficiência da produção;
• Arquivar variáveis de processo.
Baseado nesses dados o operador terá condições de avaliar situações críticas do sistema.
3.2.6. Hierarquia de Navegação entre Telas Para tornar o sistema um sistema prático, fácil e condizente com a realidade em qual ele
retrata, suas telas devem seguir uma hierarquia lógica fornecendo progressivamente
detalhes das plantas e seus constituintes à medida que se navega através do aplicativo.
3.2.7. Criação de Telas O desenvolvimento das partes constituintes dos ambientes gráficos deve ser criado para
facilitar o trabalho e aumentar a eficiência dos sistemas supervisórios. O ambiente de
interface com o operador deve ser consistente, no uso de símbolos, cores, nomes utilizados
nos gráficos e nos botões de forma para que apresentem um ambiente padronizado, com
clareza e fácil entendimento. Devemos usar símbolos que possam facilmente ser
reconhecidos, usando símbolos já convencionados internacionalmente, por exemplo,
símbolos de válvulas, tanques e silos.
Na criação de telas procura-se adotar uma linguagem clara, evitando abreviações de
difícil entendimento para o usuário e usar cores com significados conhecidos, como
exemplo o vermelho e o verde, que significa parada e partida respectivamente.
3.2.8. Segurança do Sistema
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A segurança do sistema depende de quem tem acesso ao controle e informações por ele
produzido. Uma grande defesa para esse sistema é a criação de um acesso controlado por
senha. Deverá ser criado um campo referente a cadastro de usuários que daria acesso a
certas ferramentas do programa de acordo com a habilidade do operador.
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IV. SOFTWARE ELIPSE
4.1 Introdução O Elipse SCADA (Supervisoy Control and Data Acquisition) é um programa da Elipse
software que permite a criação de aplicativos de supervisão e controle de processos em
diversas áreas. Para a escolha do software elipse considerou fatores como: genuinamente
brasileiro, mundialmente conhecido, apresenta grande número de aplicações, grande
número de ferramentas, etc.
4.2. Histórico
A Elipse software foi fundada em Porto Alegre em junho de 1988, e desde então
dedica-se ao desenvolvimento de softwares para a área industrial. Nos primeiros três anos,
a Elipse desenvolveu softwares sob medida para processos de automação industrial. A
partir de 1991 a empresa passou a dedicar-se exclusivamente ao desenvolvimento e
comercialização do Elipse 21, software de supervisão e controle de processos para
ambiente MS-DOS. Em 1993, a empresa lançou o Elipse Windows, acompanhando a
popularização deste sistema operacional. A Elipse possui hoje dois escritórios no Brasil
(Porto Alegre e São Paulo) e mais duas filiais, uma nos Estados Unidos e outra na
Alemanha. A Elipse oferece atualmente dois produtos de supervisão: Elipse SCADA e o
Elipse E3 [ELIPSE, 2007].
4.3. Elipse SCADA
O Elipse SCADA permite a criação e execução de aplicativos Interface Homem
Máquina (HMI - Human Machine Interface) e SCADA para processos de qualquer
natureza. Configurável pelo usuário, permite a monitoração de variáveis em tempo real,
através de gráficos e objetos relacionados com as variáveis físicas em tempo real. Através
da coleta de informações de qualquer tipo de equipamento de controle, os operadores
podem monitorar e controlar todos os processos de chão de fábrica, bem como máquinas e
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recursos, gerenciando toda a produção. Os dados são apresentados de forma gráfica em
tempo real, permitindo o tratamento das informações [ELIPSE, 2007].
O Elipse SCADA pode trocar dados com vários equipamentos de aquisição de dados,
como Controladores Programáveis, Unidades Remotas RTUs (Remote Terminal Units) e
controladores PID e com outros sistemas, através da comunicação OPC (Ole for Process
Control). Possui ainda a ferramenta ODBC (Open Database Connectivity), para troca de
dados com bancos de dados relacionais.
O Elipse Scada é oferecido em quatro versões:
• Elipse View
É indicada para aplicações simples, como por exemplo, uma interface com o operador
para monitoração e acionamentos. As informações recebidas pelo View estão disponíveis
também para outras aplicações que possam trabalhar com DDE (Dynamic Data Exchange).
O DDE é o mecanismo de troca de informações entre múltiplas aplicações. Neste módulo
estão disponíveis:
Funções de monitoramento e controle;
Comunicação com PLCs e outros equipamentos via drivers, inclusive em blocos;
Objetos de tela para a produção de interfaces, como por exemplo, botões, medidores,
caixas de texto, gráficos de barra e tendências, imagens, animações, alarmes e
outros;
Importação de imagens de editores gráficos, como por exemplo, Corel Draw e
Microsoft Paint;
Alarmes;
Controle de acesso por lista de usuários (autenticação);
Servidor e cliente DDE;
Programação e automação de processos através de programação baseada em scripts,
o Elipse Basic;
Servidor para aplicações remotas.
• Elipse MMI (Man Machine Interface)
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É a versão para aplicações de médio porte, onde não haja necessidade de conexão
com bancos de dados externos via ODBC (Open Databese Connectivity), DAO (Data
Access Objects) ou quando não seja necessário enxergar outras estações através da rede.
Nesta versão, estão disponíveis além das características da versão View, as seguintes:
Históricos;
Receitas;
Relatórios;
Controle Estatístico de Processos;
Browser e Alarmes tipo Histórico;
Log de alarmes em disco.
• Elipse PRO (Professional)
Apresenta além das funções disponibilizadas na versão MMI, permite trocar dados em
tempo real com outras estações através do servidor Elipse TCP/IP, conectar-se com bancos
de dados, realizar comandos e programar setpoints através de rede local ou linha discada.
Permite a comunicação com equipamentos e sistemas via OPC (OLE for Process Control) e
conexão com softwares de controle.
• Elipse Power
Esta versão foi desenvolvida para supervisão de subestações e sistemas elétricos.
Possui recursos avançados como a conexão com IDEs (Integrated Development
Environment) e RTUs através de qualquer protocolo de comunicação, como IEC 870-5 e
DNP 3.0. O Elipse Power utiliza base de tempo local permitindo o sequenciamento de
eventos, oscilografia e tele supervisão [ELIPSE, 2007].
4.4. Módulos de Execução
O Elipse SCADA possui três módulos para sua operação. A configuração e execução
são determinadas pelos módulos Configurador, Runtime e Master.
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Configurador: Permite o desenvolvimento de aplicativos. Para a realização de testes
o configurador permite executar aplicações por até 2 horas.
Runtime: Permite a execução por tempo ilimitado de um aplicativo de supervisão
desenvolvido com o uso do Configurador. O Runtime não permite qualquer
alteração no aplicativo gerado pelo Configurador, a menos que existam telas ou
métodos predefinidos para alterações no aplicativo em tempo de execução.
Master: Inclui o Configurador e o Runtime na mesma ferramenta, permitindo
execução e configuração com a mesma chave de segurança.
O Elipse Scada funciona no módulo ativo com uma chave de proteção definido a partir
de um dispositivo de proteção (hardkey) que é acoplado ao computador. É a configuração
do hardkey que define qual módulo (Configurador, Runtime ou Master) ou quais
ferramentas estão disponíveis, já que o executável do Elipse SCADA é sempre o mesmo.
Desta forma, é possível atualizar o modulo de execução, trocando o hardkey, sem a
necessidade de instalar uma nova cópia do software. Da mesma maneira, as atualizações
podem ser realizados remotamente. Os módulos Runtime e Master estão também
disponíveis em versões denominadas Lite, limitadas em número de variáveis (75 ou 300
tags), enquanto os módulos denominados full permitem até 32.000 variáveis
Na ausência do hardkey, o software pode ainda ser executado em modo Demonstração.
Como não necessita do hardkey, o modo demo pode ser utilizado para a avaliação do
software. Ele possui todos os recursos existentes no módulo Configurador, com exceção de
que trabalha com um máximo de 20 tags (variáveis de processo) e permite a comunicação
com equipamentos de aquisição de dados por até 10 minutos. Neste modo, o software pode
ser livremente reproduzido e distribuído.
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4.5. Áreas de Aplicações
O Elipse SCADA sendo um software supervisório, é utilizado em diversas áreas de
aplicações. Dentre as aplicações do Elipse pode-se citar:
• Automação predial
Prédios inteligentes, onde todo o controle da planta é feito por automação, são conceitos
cada vez mais presente nos mercados imobiliário e de construções. Isto se deve às
necessidades de racionalizar recursos energéticos, incrementar a eficiência operacional e
controlar sistemas de segurança. Nos mercados de condomínios comerciais, shopping
centers e prédios comerciais implementam-se soluções de supervisão fazendo a
conectividade de softwares supervisórios com diferentes sub-sistemas de automação.
• Supervisão de máquinas
Diferentes fabricantes de máquinas adotaram os softwares supervisórios como a
solução para seus sistemas de controle e monitoramento de dados.
• Indústria automobilística
A indústria automobilística é uma grande usuária dos sistemas SCADAs. Como
exemplos de empresas que utilizam o Elipse em diferentes pontos da linha de produção
pode-se citar: Ford, Fiat, General Motors, Volkswagen, Mercedes Benz, entre outras.
• Sistemas de energia
Aplicações na área elétrica de geração, transmissão, distribuição e gerenciamento de
subestações podem ser desenvolvidas, onde é necessária a criação de interfaces locais para
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sistemas automatizados. Outro uso corrente é o controle de utilidades em plantas industriais,
garantindo o melhor uso da energia, sem riscos de penalização por excesso de demanda ou
problemas por falhas no gerenciamento correto do uso de energia.
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V. AUTOMAÇÃO PREDIAL E RESIDENCIAL
5.1. Introdução Os avanços tecnológicos nas áreas de informática, microeletrônica e protocolos de
comunicação possibilitaram a criação a baixo custo de dispositivos de controle,
monitoramento, integradores multifuncionais e processadores de alto desempenho que
foram integrados com o conceito de automação e passaram a ser difundidos e amplamente
utilizados nas indústrias.
Após a consolidação desses conceitos na área industrial eles passaram a ser
aplicados em áreas prediais (hotéis, prédios comerciais, hospitais, supermercados, shopping,
entre outros). Surgindo assim a automação predial que são: sistemas físicos integrados que
tem como finalidade suprir as necessidades do usuário com soluções prediais aumentando
os benefícios se comparados com os sistemas isolados de eficiência limitada, originando
assim os prédios automatizados.
Prédios automatizados são aqueles onde a integração dos sistemas e as novas
tecnologias, são usadas para maximizar a produtividade de seus ocupantes, permitindo o
gerenciamento e monitoramento eficiente de recursos e minimização de custos.
Atualmente, há uma mobilização para que toda a tecnologia aplicada nas industrias
e nas áreas prediais ao longo das décadas sejam inseridas dentro das residências. Nesta área
o principal fator a ser considerado é o serviço especializado em que o usuário interfere e
interage com o sistema todo o tempo.
O desejo de automação em projetos de pequeno e médio porte com características
comerciais ou residenciais começou a surgir na década de 80 quando companhias como a
Leviton e X–10 corp que começaram a desenvolver sistemas de automação predial
alcançando quatro milhões de edifícios e casas já no ano de 1996. Com o grande número de
aplicações e oportunidades geradas pelo computador pessoal, surgimento da Internet e pela
redução dos custos do hardware, criou-se uma nova cultura de acesso á informação
digitalizada. Esses fatores permitiram elevar o projeto elétrico de seu nível convencional
para um superior onde todas as suas funções desenvolvidas estejam integradas e trabalhem
em conjunto. Por mais moderno que possa ser um aquecedor ou um eletrodoméstico, se ele
- 28 -
trabalha sem se integrar com o restante, ele é apenas mais um equipamento dentro de casa
[BOLZANI, 2004].
5.2. Conceitos Básicos
Quando se trata de ambientes automatizados, observa-se diversos vocabulários
acoplados a essa tecnologia como: casa automática, casa inteligente, retrofitting (denomina-
se a adaptação de uma residência já construída para receber qualquer sistema eletrônico),
domótica (a palavra domótica originou-se do latim domus que significa casa. É a ciência
moderna de engenharia das instalações em sistemas prediais) que empregam segurança e
conforto em ambientes prediais e residenciais através da automação.
Para implementar um ambiente inteligente devemos pressupor um planejamento, para
que o mesmo consiga absorver todas as tecnologias existentes e as que surgirão. Assim para
um melhor planejamento deve-se atentar a alguns temas, como:
• A organização de sistemas de informática;
• Os sistemas de monitoramento da residência;
• A configuração das redes interna e externa de comunicações;
• A integração dos novos serviços de valor agregado;
• Adaptação da rede aos vários moradores;
• A conexão aos serviços públicos de telecomunicações;
• Máxima flexibilidade nas mudanças;
• Organização do espaço interno e externo com a introdução de novos
equipamentos e novos dispositivos.
Planejado a instalação verifica-se a utilização plena de todos os dispositivos instalados
e principalmente se há retorno em conforto e segurança do investimento feito.
Dentre as funcionalidades realizadas dos sistemas de automação predial e residencial
destacam-se: iluminação (controle de iluminação levando em conta a luz ambiente,
iluminação decorativa, iluminação externa, iluminação em cenas), controle de acesso (salas,
elevadores, estacionamento), segurança (circuito fechado de TV, alarmes, monitoramento,
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controle de acesso de pedestres e veículos, prevenção de acidentes, detectores de fumaça,
presença e gases, controle de segurança em caso de problemas elétricos ou mecânicos, etc),
informática (rede doméstica, acesso compartilhado, serviços via internet), conforto térmico
(ar condicionado, ventilação, controle de janelas, cortinas e persianas), telefonia (sistema
telefônico, intercomunicadores, porteiros eletrônicos), gerenciamento elétrico (controle de
cargas, sistemas de distribuição, monitoramento de falhas, sistemas de geração de
emergência, tarifações setorizadas), entretenimento (multimídia, distribuição de vídeo, som
ambiente, jogos eletrônicos, TV por assinatura), entre outros.
Cada um dos sistemas descritos acima adotados isoladamente em uma residência
apresenta eficiência limitada. Por isso, utiliza-se o conceito de integração que aumenta
significativamente os benefícios, fazendo com que a operação se torne mais simples, segura
e econômica, aumentando o conforto por toda a casa.
O Integrador de Sistemas é quem projeta, coordena os outros profissionais, auxilia na
escolha de equipamentos, acompanha a instalação e até mesmo presta serviços de
manutenção e atualização. Para realizar um projeto de maneira eficiente, o profissional
precisa conhecer toda a gama de opções disponíveis, identificando as necessidades e
limitações do usuário.
5.3. Automação predial versus residencial
A automação predial representada pelos hotéis, hospitais, shoppings, prédios públicos,
escritórios, supermercados, entre outros apresentam o conceito de integração dos seus
físicos eletromecânicos e eletroeletrônicos tendo como conseqüência, a centralização dos
processos existentes atendendo cada vez mais a necessidade de conforto das pessoas,
tornando a gestão em um sistema mais racional e econômico e integrando sistemas nas
áreas operacionais obtendo sinergia entre todas elas.
A automação predial pressupõe a existência a existência de usuários com o mesmo
perfil. Por ser orientada a um publico mediano ele não possui características especificas não
interagindo com o usuário fazendo com que o sistema não seja notado pelo cliente.
A automação residencial é muito diferente. Ela é orientada ao usuário fazendo com que
ele interfere e interage de acordo com suas necessidades. Outra grande diferença é que o
- 30 -
sistema residencial será comandado por pessoas sem nenhum conhecimento técnico sendo
preciso à utilização de equipamentos e softwares simples que possam ser manipulados sem
qualquer nível de dificuldade.
5.4. Tendências
Cada vez mais, está freqüente a construção de casas e edifícios equipados com algum
tipo de equipamento inteligente empregando largamente o conceito de automação. Os
controles de uma casa tradicionalmente relegada as casas e edifícios mais ricos, entram em
um novo circulo de desenvolvimento. O avanço tecnológico, o aumento da familiaridade
dos consumidores com o termo digital e investimentos de empresas de tecnologia como HP,
Intel, e Microsoft, ajudam na queda do custo de equipamentos e produtos da área
residencial e predial aumentando assim a demanda por esses serviços. A aliança de grandes
indústrias surge como uma tendência, pois juntas desenvolvem sistemas de fácil uso, inter-
comunicadores, facilitando assim a vida do consumidor final.
A competição em serviços de entrega (voz, vídeo, internet), guiará os provedores a
inovar, misturando os serviços oferecidos fazendo com que a comunicação se convergia em
uma só. Por exemplo; inclusão de correio de voz na TV, mensagens unificadas acessando
por voz a diversos serviços em diferentes equipamentos, monitoramento remoto, entre
outros.
A tendência de crescimento da transmissão de sinais em formato digital, bem como sua
integração por meio de infra-estrutura única de cabeamento, com o processamento destes
sinais sendo realizado por unidades de controle capazes de cruzar as informações dos
diversos subsistemas e de tomar as devidas ações de forma automática e inteligente
mediante parâmetros pré-determinados e armazenados no sistema, com a universalização
dos protocolos de comunicação dos diversos subsistemas de um edifício.
Na atualidade também registra-se a rápida evolução das tecnologias em sistemas
abertos, fazendo com que os sistemas proprietários sejam fadados ao esquecimento,
tornando-se, se muito, objeto de estudos universitários de História da Tecnologia.
- 31 -
Desde a invenção do PC IBM, os produtos e serviços são divididos em sua maior parte
“para o trabalho” e “para diversão e entretenimento” essa divisão tende a acabar pois os
equipamentos apresentará funções múltiplas.
Outro ponto interessante é a idéia de como a casa automatizada influenciará no controle
da saúde das pessoas. A casa segura apresentará recursos de monitoramento de lugares (por
exemplo, piscinas), e monitoramento de ambientes (por exemplo; gás, água, monóxido de
carbono), no qual trará câmeras e outros equipamentos. O estilo de vida digital também
apresentará soluções para doenças crônicas de coração e diabetes, trazendo um melhor bem
estar para os clientes.
De forma geral, esses sistemas eletrônicos estão sempre evoluindo objetivando suprir as
necessidades atuais e futuras de seus usuários,
- 32 -
VI. ESTUDO DE CASO
6.1. Introdução
A proposta deste trabalho é desenvolver, no software Elipse, um sistema utilizando
suas principais ferramentas com o intuito de mostrar um estudo de caso na área de
automação residencial. No sistema desenvolvido são utilizados ferramentas de gráfico de
tendências, alarmes e históricos, diversas telas (Anexo I) para uma melhor navegabilidade,
diferentes variáveis, scripts e objetos para um melhor controle e monitoramento.
6.2. Software Elipse
Para uma visualização sinóptica do processo foram criadas 7 telas (Abertura,
Principal, Vídeo, Tendência, Alarmes, Nível, Histórico) todas interligadas. Na figura 6.1
mostra-se a tela principal.
A tela principal dar uma visão geral de uma planta residencial e os estados de suas
variáveis em tempo real. A partir dela pode-se controlar os dispositivos de presença,
intensidade luminosa, ar condicionado, ligar e desligar lâmpadas, monitorar a temperatura
em tempo real e consegue-se acesso as outras telas de navegação.
Esse controle se dá pela integração das telas, variáveis, scripts, e também pelos
diversos tipos de objetos como objetos button, display, animation, text, dentre outros.
Figura 6.1 - Tela Principal – Automação Residencial
- 33 -
As telas são o ponto de partida para a construção da interface de uma aplicação. Na
tabela 6.1 mostra-se as telas utilizadas e suas funções.
Tabela 6.1 - Telas Programadas
TELAS UTILIZADAS NO SUPERVISÓRIO
Tela Função
Tela de Abertura É a primeira tela a ser exibida. Exibe informações sobre o trabalho e o
autor. Dando opções de continuar ou sair do programa
Tela Principal Essa tela dá uma visão global do trabalho, a partir dela consegue-se o
acesso a todas as funções, objetos e outras telas.
Tela de Alarmes
A tela de alarmes apresenta informações sobre os alarmes ativos e o
histórico. Cada vez que ocorre, são gravados todos os dados do evento,
como data, hora, tag, etc. Consegue-se assim acompanhar o desempenho
anormal do sistema.
Tela de Vídeo Apresenta imagem em tempo real de um espaço com o objetivo de
monitorar visualmente o lugar.
Tela de Tendências Mostra os desempenhos das variáveis desejadas em tempo real
Tela d e Presença Monitora as características da variável presença em uma tela principal
Tela de Nível
Essa tela visualiza uma variável específica que em nosso caso, é simulado
o nível de reservatório de água, dando uma visão completa do seu
comportamento através de animação e painel de visualização
Tela de Histórico
Essa tela mostra os valores de tags armazenados. O armazenamento pode
ser feito por tempo ou por evento, que deve ser especificado para a
gravação dos dados. Serve para uma análise de comportamento da variável.
A etapa seguinte no desenvolvimento do aplicativo de supervisão é a criação e
nomeação de tags. A palavra tag é do inglês e significa etiqueta, rótulo. Pode-se assim
- 34 -
defini-lá, em nosso contexto, como uma etiqueta ou rótulo que não aparece na tela do
computador e tem como finalidade a identificação das variáveis no supervisório. A criação
e modificação de seus parâmetros são feitas utilizando a ferramenta organizer. Na Figura
6.2 mostra-se a tela do organizer.
Figura 6.2 - Organizer
Os tags utilizados no programa foram:
• Porta_P (tag tipo PLC);
• Alarme PP (tag tipo PLC);
• Ar (tag tipo PLC);
• Araut (tag tipo PLC);
• Armanual (tag tipo PLC);
• Lâmpada_1 (tag tipo PLC);
• Lampada4 (tag tipo PLC);
• Temperatura01 (tag tipo PLC);
• Porta_Quarto(tag tipo Demo);
• AR2 (tag tipo Demo);
• Nível (tag tipo Demo);
• Lux (tag tipo PLC);
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• Luzaut (tag tipo PLC);
Outra função importante é à criação dos objetos que são usados nas telas de
aplicação para inserir bitmaps de fundo e objetos. Os objetos de tela são elementos gráficos
que estão relacionados com os tags de modo a realizar uma interface amigável com as
variáveis (Figura 6.3). Os objetos previamente disponíveis são os seguintes [ELIPSE, 2007]:
• Slider: Permite visualizar ou enviar valores para um tag por um potenciômetro
(botão deslizante).
• Tendência: É utilizado para visualizar um gráfico de tendência com até 16 tags (que
podem ser trocados em execução), executando a coleta em tempo-real ou em
segundo plano. Pode desenhar gráficos de variáveis por tempo ou de variáveis em
relação a outras (XY).
• Botão: Para acionamentos ou execuções de tarefas especificadas pelo usuário
através do mouse ou teclado.
• Gauge: Mostrador de valores analógicos com ponteiros (medidor).
• Texto: Este objeto permite atribuir mensagens a intervalos de valores dos tags
denominados Zonas, definindo cores e textos para cada um deles.
• Barras: Utilizado para visualizar dados na forma de barra. Podem ser mostrados até
16 tags em cada objeto de barras.
• Display: Mostrador numérico/alfanumérico em tempo real.
• Animação: Para criar animações usando bitmaps definidos pelo usuário.
• Setpoint: É uma caixa de edição, para digitação e envio de valores para uma
variável.
• Alarmes: Permite a visualização dos alarmes ativos (Sumário) ou dos alarmes
logados no arquivo de alarmes (Histórico).
- 36 - Atalhos para inserção de objetos
Figura 6.3 - Ferramentas Objetos
Os scripts no Elipse são pequenos procedimentos escritos em linguagem de
programação própria que permitem uma maior flexibilidade na sua aplicação. Os scripts
são sempre associados a eventos, isto é, eles são iniciados no momento da ocorrência deste
evento. Um exemplo de script usado foi na integração Porta_principal e sensores de
presença, que trancando a Porta_principal os sensores ligam automaticamente.
Foram também utilizados históricos, relatórios, entre outras ferramentas, para um
melhor aproveitamento do software.
Depois da criação e utilização de cada ferramenta do Elipse separadamente, faz-se a
integração dos mesmo. Essa integração consiste em unir ferramentas (tags, telas, objetos,
scripts, entre outros) com o objetivo de fazer com que o programa execute especificações
pré-programadas para o seu perfeito funcionamento. O uso das ferramentas de configuração
e preparo do Elipse mostrou à aplicabilidade de seus recursos e a facilidade do manuseio de
suas ferramentas.
6.3. Comunicação Elipse e PLC
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Existem várias maneiras de se trocar informações com qualquer equipamento de
aquisição de dados, tais como Controladores Lógicos Programáveis (PLC Programmable
Logic Controller), Unidades Remotas (RTU's Remote Terminal Unit), servidores OPC( Ole
for Process Control), controladores e outros tipos de equipamentos.
A próxima etapa foi fazer a comunicação do software supervisório com o PLC S7-
Siemens. Essa comunicação foi desenvolvida utilizando dois diferentes caminhos.
Primeiramente foi testada a comunicação com o driver Freeport. Esse drive foi
desenvolvido pela Siemens e permite a comunicação do Elipse Scada e um ou mais CLPs
da linha S7-200. O Driver provê a captura de dados do hardware usando as funções,
comandos é fiações necessárias e então os disponibiliza para sua aplicação usando métodos,
formatos, protocolos. Na figura 6.4 mostra-se um tag configurada para trocar informações
via o driver Freeport.
Figura 6.4 - Configurando tag para trocar informações via Freeport
Foi testada também a comunicação via interface OPC utilizando o software
KepServerEX que suporta diferentes tecnologias cliente-servidor. A tecnologia OPC
implementa um mecanismo que provém dados de algum dispositivo para uma base de
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dados configurada em um servidor OPC, permitindo que qualquer aplicação cliente tenha
acesso a mesma base de dados. Assim pode-se misturar os drivers de um fabricante com o
supervisório de outro, porque todos usam uma interface comum. Na figura 6.5 mostra-se a
interface do KEPserverEx.
Figura 6.5 - Programa KEPserverEx
Depois de testada ambos meios de comunicação, o escolhido para o
desenvolvimento do trabalho foi a comunicação via interface OPC. Apesar de ser uma
comunicação mais lenta em relação ao driver Freeport como constatado nos teste, apresenta
uma interface mais amigável e facilidade de configuração.
Para programar os PLC foi utilizado o programa STEP 7-Micro/WIN. Este
programa permite programar o PLC com a linguagem Ladder, descarregar o programa no
PLC ou carregar o programa que está executando numa PLC, (Figura 6.6).
- 39 -
Figura 6.6 - Interface do programa STEP 7 Micro/Win.
E para finalizar faz-se a interligação final, que consiste no completo sistema de
aquisição e controle de dados. Nessa última fase identifica-se o equipamento externo nesse
caso o PLC por meio do software KepServerEX, fazendo com que seja estabelecida a
comunicação entre o software Elipse e os sensores, passando pelo PLC, (Figura 6.7).
Figura 6.7 - Comunicação
- 40 -
VII. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS
O resultado final alcançado pelo projeto mostrou-se de acordo com o esperado, pois
construi-se um trabalho prático, aplicando as principais ferramentas do software Elipse.
Contextualizou-se o software Elipse no conceito de sistema de aquisição e controle de
dados. Outro ponto importante foi o contato com diversos programas como STEP-7
MICRO/WIN, KEP serverEX, o driver Freeport e o próprio Elipse.
A comunicação entre o PLC S7-200 e o software Elipse através do driver Freeport
demonstrou-se mais rápido com relação à interface OPC (Ole for Process Control)
Durante a realização desse trabalho e avaliação dos resultados obtidos, foram
observadas as necessidades de um estudo mais profundo com relação aos diversos
softwares supervisórios objetivando identificar quais são os mais indicados para os
diferentes tipos de ambientes existentes.
No sistema de controle residencial desenvolvido é possível aumentar o grau de
controle e modificar o seu meio de comunicação utilizando a comunicação sem fio. Outro
ponto avaliado seria conseguir uma versão integral, para uma melhor utilização do software
Elipse sem as limitações da versão demonstração utilizada.
- 41 -
VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• ATAN, 2007, www.atan.com.br, acesso em 01 de agosto de 2007.
• BOLZANI, 2004 - BOLZANI, C.A.M. Residências Inteligentes, Editora Livraria da
Física, São Paulo, 2004.
• ELIPSE, 2007 - ELIPSE Software. Disponível em: http://www.elipse.com.br,
acesso em 17 junho de 2007.
• JURIZATO & PEREIRA, 2007 - JURIZATO, L.A. & PEREIRA, P, S, R. Sistemas
Supervisórios. Disponível em: http://201.28.104.78:8080/jsbsi/viewarticle.php?
id=10, acesso 10 junho de 2007.
• MORAES & CARSTRUCCI – MORAES, C. M. & CASTRUCCI, P, L. Engenharia
de Automação industrial. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2001.
• PARK & MACKAY, 2003 - PARK, J. & MACKAY, S. Practical Data Aquisiion
for Instrumentation and Control Systems, Newnes Publications, United Kingdom,
2003.
• ROSÁRIO, 2005 - ROSÁRIO, J.M. Princípios de Mecatrônica, Editora Prentice
Hall, São Paulo,2005.
• RUSH & KINAST, 2004 - RUSH, W.F. & KINAST, J.A. How to Protect SCADA
Systems from Cyber-Attack Recognizing risks is thefirst step in protecting SCADA
systems, disponível em http://www.gasindustries.com/articles/july03b.htm, em
junho de 2004.
• SEIXAS FILHO, 1999 - SEIXAS FILHO, Constantino. A produção em foco. In:
Scantech News, Rio de Janeiro, set.99.
• UFMG, 2007 http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/Download
/DownloadFiles/ scada.pdf, acesso 01 agosto de 2007.
• http://www.iks-hof.de/Antrieb&Steuerung.htm, acesso em 05 de agosto de 2007
• UFRN, 2004 - Aspecto de segurança de um sistema scada uma visão geral.
Disponível em: ftp://users.dca.ufrn.br/artigos/2004/isa_scada_2004.pdf, acesso em
01 junho 2007.
• WIKIPEDIA, 2007 - http://en.wikipedia.org/wiki/, acesso em 17 de junho de 2007.
- 42 -
ANEXO A: TELAS DESENVOLVIDAS NO ELIPSE E UTILIZADAS NO ESTUDO DE CASO Na figura A.1, mostra-se a tela de abertura apresentando o programa e dando a
possibilidade de ir entrar ou sair do programa.
Figura A.1 – Tela de Abertura
Na figura A.2 mostra-se a Tela de Alarmes que permite a visão dos alarmes ativos e temos
acesso aos históricos dos alarmes
Figura A.2 - Tela de Alarme
- 43 -
Na figura A.3 mostra-se monitoramento das variáveis em tempo real, podendo fazer a
análise de seu comportamento em conjunto ou individualmente.
Figura A.3 - Tela de Tendências
Na figura A.4 mostra-se o exemplo da Tela de Vídeo que captura e exibe a imagem em
tempo real.
Figura A.4 - Tela de Vídeo
- 44 -
Na figura A.5 apresenta-se a Tela de Histórico que se apresenta em formato de células os
últimos resultados das variáveis previamente selecionadas para análise.
Figura A.5 - Tela de Históricos
Na figura A.6 apresenta-se a Tela Principal que permite a visão global do processo e
consegue-se o acesso a todas as outras telas no programa.
Figura A.6 - Tela Principal
- 45 -
Na figura A.7 consegue-se o monitoramento e controle da variável nível que controla o
reservatório de água da casa.
Figura A.7 - Tela de Nível