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

TELEMETRIA

Telemetria Usados em sistemas geograficamente distribuídos; Um sistema de telemetria usualmente consiste de várias estações de satélites interligadas a uma estação central. Telemetria é a transmissão da informação de medição para locais remotos por meios de fios, ondas de rádio, linhas telefônicas ou outros meios.

Condicionadores de sinal Aplicações Complexos petroquímicos; Distribuição de energia; Água ou gás em cidades; Armazenamento de óleo ou gás em regiões produtoras. 1 2 3 n MUX TR RC Link RF Cabo Link dados memória Sensores Condicionadores de sinal Multiplexador Demultiplexador Saídas dos dados Transmissão dos dados Linha telefônica Sistema de Telemetria

Canais de Comunicação Cabos: A escolha do canal de comunicação depende da aplicação, dos custos envolvidos, da velocidade de comunicação requerida, da freqüência, de acesso às Unidades Terminais Remotas (RTU’s) e dos serviços de comunicação disponíveis no local. Cabos: Podem ser do tipo par trançado, coaxiais, telefônicos, fibra ótica, etc. A escolha depende de muitos fatores: O tipo de aplicação; O local por onde o cabo passará; A sua resistência (afeta a atenuação do sinal); A capacitância (afeta a freqüência de corte e a taxa de transferência de dados); Conexões e terminações (afetam o custo e tempo de instalação e a atenuação de sinal). Problemas: Interferência e Ruídos

Ruído É um sinal aleatório indesejável que corrompe o sinal original; Pode ser interno (térmico, imperfeições no circuito), ou externo (interferência eletrostática, eletromagnética, rádio freqüência, etc); Uma medida de desempenho de um sistema de comunicação é dada pela relação sinal ruído (SNR). SNR= 20 log(sinal/ruído) dB Valor aceitável 60 dB (S/R=103)

Comunicação de dados Em comunicações de dados, a medida mais importante de desempenho do sistema de comunicação é a razão de erro e bits (BER) que é a relação entre o número de bits recebidos com erro e o número de bits recebidos (10-4 é aceitável em sistemas industriais); Relação entre SNR e BER:

Fontes de Ruídos As principais fontes de ruído são: acoplamento eletrostático (capacitivo), magnético (indutivo) e resistivo.

Fontes de Ruídos Acoplamento Eletrostático:

Fontes de Ruídos Acoplamento Eletrostático: Redução do efeito através do uso de protetor para redução do ruído eletrostático; Acoplamento Eletrostático:

Fontes de Ruídos Acoplamento magnético: VL=K.ω.I.Área

Fontes de Ruídos Acoplamento magnético: Uso de condutores trançados para reduzir o efeito do acoplamento magnético; Acoplamento magnético:

Fontes de Ruídos Acoplamento de impedâncias: Soluções: Fio de baixa resistência; Cabos de retorno separados.

Características gerais de cabos R → Vqueda = R.I é o maior problema para sinais DC (freqüências baixas). L,C → efeitos significativos quando a freqüência cresce.

Par trançado São dois fios de cobre ou alumínio revestido de plástico isolante. Impedância caract. = 140Ω Valores típicos de atenuação do par trançado: 3,4 dB/Km 100KHz 14 dB/Km 1MHz 39 dB/Km 10MHz São a solução mais econômica para transmissão de dados e permitem taxas de transmissão maiores que 1Mbps em links de 300m;

Cabo Coaxial Impedância característica: 50 e 75Ω Atenuação: 8dB/100m 100MHz 25dB/100m 1GHz

Fibra Ótica Permitem taxas de transmissão de Gbps; São projetadas para a transmissão de dados digitais; Geralmente são mais baratos que cabos coaxiais (quando comparada a capacidade de dados por custo unitário); Princípio: refração

Fibra Ótica A fibra ótica atua como um condutor para pulsos de luz gerados por uma fonte de luz, tipicamente um diodo de injeção lazer ou LED operando a comprimentos de onda de 0.85, 1.2, ou 1.5 µm (micrômetro);

Linhas telefônicas É a conexão mais comum usada em telemetria em um sistema SCADA; Para este tipo de conexão o sistema de telemetria deve trabalhar em “exception reporting” em que a RTU automaticamente disca para a estação mestre, quando ocorre um alarme ou existe uma mudança de status na RTU. Outra forma é a conexão em um tempo pré-determinado da mestre para a escrava (polling). O uso de uma linha telefônica padrão é limitado a aplicações não-críticas, por problemas de linha ocupada e atrasos entre a ocorrência do evento e a transferência da informação entre mestre e escravo.

Linhas telefônicas Vantagens: Fácil acesso à linha telefônicas em localizações urbanas e rurais; Instalação fácil e rápida; Disponibilidade de modems de conexão; Baixo custo de instalação inicial.

Linhas telefônicas A central telefônica supre cada linha com 50 V; A linha fechará na direção do telefone para a central e foca na direção da central para o telefone; A central enviará pulsos para o assinante e fará com que o telefone toque. Quando telefone é levantado e a linha é fechada, a central pára de emitir pulsos de toque e conecta o circuito de voz (duas formas). Pulsos DC DTMF (Dual Tone Multifrequency)

Linhas telefônicas Pulsos DC. DTMF. Matriz 3x4 de tons de freqüência de áudio. Cada pulso tem 1/10segundos. A central enviará dois tons para cada dígito discado

Linhas telefônicas Uma linha telefônica chaveada padrão é um circuito de dois fios a 600Ω. A linha permite comunicações “full-duplex” (os sinais podem fluir em ambas as direções ao mesmo tempo) sobre os dois fios.

Linhas dedicadas Neste tipo de ligação uma linha liga permanentemente dois pontos. O link é dedicado a somente um usuário e não é chaveado através de equipamento de chaveamento e nenhum outro assinante tem acesso ao link.

Serviços de dados Analógicos DATEL é um termo internacional para transmissão de dados sobre linhas analógicas. O serviço pode ser provido sobre linhas dedicadas ou chaveadas e inclui um modem em cada terminal. O serviço é classificado de acordo com: Tipo de linha (chaveada ou dedicada); Velocidade de operação; Operação ponto-a-ponto ou ponto-multiponto.

Ponto-a-ponto

Ponto-multiponto Desvantagens: Se o link falha, a comunicação como todas as RTUs é interrompida; Taxas de transmissão menores que ponto-a-ponto. Vantagem: Menor custo que o ponto-a-ponto.

Multiponto digital Se as RTUs estão próximas entre si, é possível ligá-las através de uma conexão multiponto simples usando uma conexão RS-232.

Transmissão por Radio Freqüência É muito usada em telemetria civil e militar; A transmissão de RF começa em 3 Hz (chamada de VLF – muito baixa freqüência) até 300 GHz (chamada de EHF – extremamente alta freqüência), havendo bandas intermediárias de baixa freqüência (LF), média freqüência (MF), alta freqüência (HF), muito alta freqüência (VHF), ultra alta freqüência (UHF) e super alta freqüência (SHF).

Transmissão por Radio Freqüência A transmissão do sinal é por meio de propagação de linha de visão, difração de onda na superfície ou na terra, reflexão ionosférica ou espalhamento para frente; A transmissão de telemetria ou sinais de dados é usualmente feita por modulação de amplitude (AM), freqüência (FM) ou fase (PM) de alguma onde de RF portadora;

Transmissão por Radio Freqüência A alocação de bandas de freqüência é feita por acordo internacional da União Internacional de Telecomunicação, com sede em Genebra Modulador Transmissor Receptor Demodulador Onda portadora Antena