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SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN.

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1 SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN

2 SISTEMAS SCADA – HARDWARE e FIRMWARE

3 Conceitos Um sistema SCADA é um sistema constituído por um número de Unidades Terminais Remotas (RTUs), coletando dados de campo e transmitindo a uma estação mestre via um sistema de comunicação A estação mestre apresenta os dados adquiridos e permite ao operador realizar tarefas de controle remotamente

4 Conceitos operação remota Um sistema SCADA difere de um sistema de controle de processos pelo operação remota O SCADA é uma integração de vários sub- sistemas

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6 Conceitos Em um sistema SCADA complexo existem cinco níveis hierárquicos: Nível de instrumentação de campo e dispositivos de controle RTUs Sistema de comunicação Estações mestres Sistema de processamento de dados

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8 Tecnologias Sistemas Digitais de Controle Distribuído (SDCD) –as funções de aquisição de dados e de controle são realizadas por unidades microprocessadas distribuídas, situadas próximas dos dispositivos controlados –usados em sistemas que necessitam de grande velocidade de processamento e transmissão de dados

9 Tecnologias Controladores Lógicos Programáveis (PLC) –usados desde os anos 90 –utilizam módulos de entrada e saída –linguagem de programação Ladder –são utilizados na implementação de um sistema SCADA, praticamente como uma solução padrão de hardware

10 Tecnologias SmartInstrumentos Inteligentes (Smart) –significam usualmente sensores ou atuadores microprocessados –permitem comunicação com outros dispositivos

11 Vantagens na Implantação de um Sistema SCADA Melhoria operacional da planta ou processo Acréscimo da produtividade do pessoal Melhoria na segurança do sistema, devido a maior quantidade de informações disponíveis Proteção dos equipamentos da planta Proteção ao meio ambiente Menor consumo de energia, devido à otimização da planta

12 Unidades Terminais Remotas RTUs Uma RTU é uma unidade de controle, geralmente microprocessada, que monitora e controla equipamentos localizados longe da estação central A sua tarefa primária é controlar e adquirir dados dos equipamentos de processo na localização remota e transferir estes dados para a estação central

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14 Componentes de uma RTU Processador e memória associada Módulos analógicos (entradas e saídas): multiplexador, amplificador, amostrador segurador, conversor A/D Módulos digitais (entradas e saídas) Interfaces de comunicação: RS-232/RS-485, linhas telefônicas dedicadas ou discadas, microondas, satélite Fonte de potência RackRack

15 CLPs usados como RTUs São equipamentos microprocessados muito utilizados para o controle de equipamentos e processos industriais Podem ser programados para executar uma grande variedade de funções Apresentam grande robustez para a aplicação em ambientes industriais

16 CLPs usados como RTUs Os CLPs são comuns em sistemas SCADA pelas seguintes razões: –solução econômica –versatilidade e flexibilidade –facilidade de projeto e instalação –controle avançado –fisicamente compacto –fácil diagnóstico e detecção de falhas

17 A Estação Mestre Uma estação mestre tem uma ou mais estações de operação conectadas a um sistema de comunicação, consistindo de modem e rádio transmissor/receptor Uma estação mestre tem duas funções principais: –obter periodicamente dados das RTUs e estações sub-mestres –controlar dispositivos remotos através da estação de operação

18 Combinações possíveis

19 Arquitetura Típica da Estação Mestre

20 Arquitetura da Estação Sub-Mestre

21 Arquiteturas de Comunicação Existem basicamente duas arquiteturas de comunicação mais usadas: –Ponto-a-ponto –Multi-ponto

22 Ponto-a-Ponto Os dados são exportados entre duas estações A comunicação pode ser em modo –full-duplex –full-duplex: transmitindo e recebendo simultaneamente em 2 freqüências distintas –simplex –simplex: uma única freqüência

23 Multi-ponto Nesta configuração geralmente existem uma estação mestre e múltiplas estações escravas Quando duas estações escravas necessitem transferir dados entre elas, elas o farão através da estação mestre peer-to-peerÉ possível duas estações escravas comunicarem-se diretamente entre si (peer-to-peer), com aumento da complexidade do sistema.

24 Filosofias de Comunicação Existem basicamente duas filosofias de comunicação: –Polled –Polled ou mestre-escravo –Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection –Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection (CSMA/CD) Uma maneira de reduzir a quantidade de dados transferidos de um ponto a outro é trabalhar por exceção (excepction reporting) Em sistemas de rádio, a excepction reporting é normalmente associada a CSMA/CD. Mas, excepction reporting pode ser aplicada a sistemas com grande massa de dados a serem transferidos

25 Polled Pode ser usado em uma configuração ponto-a- ponto ou ponto-multiponto, sendo a filosofia mais simples A estação mestre está no controle total do sistema de comunicação e faz requisições regulares e repetitivas de dados a cada uma das estações remotas É essencialmente uma metodologia half-duplex em que a estação escrava somente responde a uma requisição da estação mestre

26 Polled Vantagens: –Software simples –Falha de comunicação rapidamente detectada –Não ocorrem colisões na rede Desvantagens: –A estação mestre atende a uma estação remota por vez –Sistemas com baixa transferência de dados são desnecessariamente lentos –Não permite a comunicação direta entre estações escravas

27 Ilustração do polling DLE EOT: Data Link Escape End of Transmission

28 CSMA/CD (peer-to-peer) Comunicação entre RTUs: polling –Em uma situação em que uma RTU quer comunicar-se com outra, uma solução seria a RTU responder a seu polling com uma mensagem com um endereço destino diferente do endereço da estação mestre –A mestre examinaria o campo de endereço destino na mensagem recebida e a retransmitiria a estação remota apropriada –Esta técnica pode ser utilizada em uma rede mestre-escravo e quando existir um grupo de estações com status igual

29 CSMA/CD (peer-to-peer) CSMA/CD: –Esta técnica pode ser utilizada unicamente em casos em que todos os nós tem acesso ao mesmo meio –Todos os dados são transmitidos pelo nó de transmissão encapsulando os dados em um frame que contém o endereço do nó destino na cabeça do frame –Todos os nós lêem o frame e o nó que identificar o seu endereço na cabeça do frame lê o dado e responde –O sistema deve evitar colisões escutando inicialmente o meio antes de iniciar a transmissão –Caso o meio esteja ocupado, o sistema espera, caso esteja livre, transmite –Se ocorrer uma colisão, toda transmissão é interrompida, sendo emitido um sinal para anunciar a ocorrência de uma colisão –Para evitar colisões sucessivas, o nó espera um período aleatório e volta a transmitir

30 CSMA/CD Exception ReportingException Reporting: –É uma técnica para reduzir transferências desnecessárias de dados –É um método popularmente usado com a filosofia CSMA/CD, e pode ser utilizado no polled em casos em que existe uma grande quantidade de dados sendo transferidos desde as remotas –As estações remotas monitoram as suas entradas polling –Quando existe uma mudança de estado, a estação remota escreve um bloco de dados para a mestre, quando esta fizer o polling com a remota –Razões para utilizar report by exception: Baixa taxa de transmissão do canal de comunicação (<4800 bps) Poucos dados sendo monitorados na remota Existência de muitas RTUs ligadas à estação mestre (>10)

31 CSMA/CD O tipo de exception reporting depende da aplicação e pode ser: Limites máximo e mínimo (alarmes) de uma variável analógica Percentual de mudança de uma variável analógica Intervalos de tempo máximo e mínimo


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