IHM e Sistemas Supervisórios

AULA 01 – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS E INTERFACE HOMEM MÁQUINA (IHM)

Automação de Sistemas – Eng. Mecatrônica Profa. Priscilla Juá – [email protected]

Pirâmide da Automação 2

Pirâmide da Automação 2

1. Introdução 3

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Sist Sistem emas as Supe Supervis rvisór ório ioss são são sist sistem emas as digi digita tais is de monitoração e operação da planta que gerenciam variáveis de processo. Estas são atualizadas continuamente e podem ser guardadas em banco de dados locais ou remotos para fins de registro histórico.

1. Introdução 4



Um sistema de supervisão é responsável pelo monitoramento de variáveis de controle do sistema, com o objetivo principal de fornecer subsídios ao operador (homem-máquina) para controlar ou monitorar um processo automatizado mais rapidamente, permitindo a leitura das variáveis em tempo real e o gerenciamento e controle do processo automatizado.

Onde estão os sistemas Supervisórios na Automação? 5

1. Introdução 6



Exemplo: imagine um circuito elétrico hipotético constituído de um interruptor e uma lâmpada piloto situada a 500 metros de distância

1. Introdução 7



Estando o operador junto à lâmpada, esse circuito permite acompanhar a abertura ou o fechamento dos sensores e atuadores, instantaneamente, no processo industrial

Imagine agora 2000 circuitos destes... 8

Painéis de sinóticos

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Painéis de sinóticos 10

1. Introdução 11



No caso de haver muitos circuitos desses, onde seja preciso realizar a supervisão com a finalidade de sinalização da planta, é necessário que haja um processamento bastante rápido e em tempo real.

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1. Introdução 13





Os sistemas supervisórios podem ser classificados basicamente quanto a complexidade, robustez e número de entradas e saídas monitoradas. Os dois grandes grupos são IHM / HMI (Interface Homem-Máquina / Human Machine Interface)  SCADA (Aquisição de Dados e Controle do Supervisório) 

1.1 IHM - Interface Homem máquina 14




Uma IHM é um hardware industrial composto normalmente por uma tela de cristal líquido e um conjunto de teclas para navegação ou inserção de dados que utiliza um software proprietário para sua programação.



São sistemas normalmente utilizados em automação no chão de fábrica, geralmente, caracterizado por um ambiente agressivo.


 Converte

a linguagem de baixo nível em imagem, e os comandos do operador para o acionamento do equipamento.

 Construção

robusta e grau de proteção (IP) conforme necessidade do ambiente.

 É

constituída por uma CPU, um display e um tipo de teclado (teclas ou touch screen).

 Várias

aplicações: desde máq. lavar pratos até painéis de aeronaves.









Somente recebe e envia sinais aos CLPs Não guarda informações Pode ser desconectada, sem prejuízo.




Inteligentes, incorpora incorporando ndo CLP. CLP.




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Instalação próxima a linha de produção. Indicando sinais do CLP de forma gráfica, ou mensagens de texto. Controle da planta sempre feito pelo CLP.


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O desenvolvimento das IHMs, com visores alfanuméricos, teclados de funções e comunicação serial (no lugar dos painéis de sinóticos), trouxe consigo os seguintes benefícios: Economia de fiação e acessórios;  Redução da mão de obra para montagem;  Eliminação física do painel de sinótico;  Aumento da capacidade de comando e controle;  Maior flexibilidade frente a alterações necessárias no campo;  Operação amigável;  Fácil programação e manutenção. 




Há várias aplicações e utilizações para uma IHM: Visualização de alarmes e dados;  Alteração de parâmetros do processo;  Alteração de configurações de equipamentos;  Operação em modo manual de componentes da máquina. 




Em máquina automatizadas com o emprego de CNC (Comando Numérico Computadorizado) é imprescindível o uso de IHMs dedicadas, pois existe uma necessidade real de que o operador interaja com a máquina diretamente nas seguintes situações: Referenciamento dos eixos;  Ajuste de ferramentas;  Carga de programa de uma peça a ser usinada;  Visualização de alarmes;  Ajuste de velocidades;  Realização de movimentos manuais, etc. 

Evolução das IHM s �

24

1.2 Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) 25



Os sistemas de supervisão e controle comumente chamados de sistemas SCADA são sistemas configuráveis, destinados à supervisão, ao controle e à aquisição de dados de plantas industriais, apresentando custo menor que os SDCD (Sistemas Digitais de Controle Distribuído) e, por essa razão, sendo muito populares nas indústrias.





Um sistema SCADA permite a um operador, em uma localização central, controlar um processo distribuído em lugares distantes, como, óleo ou gás natural, sistemas de saneamento, ou complexos hidroelétricos, fazer set-point ou controlar processos distantes, abrir ou fechar válvulas ou chaves, monitorar alarmes, e armazenar informações de processo.


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

A interação do operador com o processo é garantida através de interfaces gráficas que permitem uma interação amigável. A base de hardware pode ser um PC comum, que facilita e otimiza os custos com hardware.




Esses sistemas possibilitam configurar os arquivos de alarmes e eventos, além de relatórios e interfaces para controle de receitas e funções avançadas através da escrita de scripts, que são trechos de programas que permitem ampliar as funcionalidades inerentes do produto.


Sistema SCADA fazendo a aquisição de dados de 4 CLPs


Funções básicas de um supervisório: 



Aquisição de dados  Retirada de informações do processo através da conexão que o computador tem com o CLP, controlador do processo. Gerenciamento de dados  Apresentação, em tempo real de execução, dos dados do processo (telas, relatórios, históricos, etc.)


Comunicação entre Supervisório e CLP: 

Hardware: É

utilizada uma via de comunicação, que pode ser uma porta serial, uma placa de rede, etc.



Software: Para

comunicação é necessário que o driver do equipamento esteja sendo executado simultaneamente com o supervisório.






O driver é um software responsável pela comunicação, ele possui o protocolo de comunicação do equipamento. Um dos grandes problemas de se interfacear equipamentos e sistemas no chão de fábrica reside em se compatibilizar os protocolos da camada de aplicação.





Benefícios:  Informações instantâneas  Redução no tempo de produção  Redução de custos de produção  Precisão das informações  Detecção de falhas  Aumento da qualidade  Aumento da produtividade


Componentes do Sist. Supervisório TAGs  Telas  Alarmes  Receitas  Históricos  Usuários 


Enviando e recebendo sinais ao CLP: 

TAG  Mensagens digitais entre SCADA e CLP  Informações que estão nos endereços de memória do CLP






A grande maioria dos supervisórios utilizados é proprietário, logo deve-se pagar pela licença de uso. Forma de proteção do fabricante do software IHM: 

Chave de Hardware (hardkey) - cada chave está associada a um único número de série. A chave é instalada na porta paralela do micro (não interfere nas operações com a impressora) ou porta USB.




Forma de proteção do fabricante do software IHM: 

Chave de Software (softkey) – normalmente estas chaves são associadas a uma característica do PC como MAC da interface de rede, serial do HD ou serial do processador.






Quando a licença não é adquirida, normalmente os softwares de supervisão possuem um modo demonstrativo com algumas limitações. Exemplos de limitações: Número máximo de janelas, número máximo de tags, tempo máximo em “Run”.  Esta é uma forma marketing do fabricante do software de supervisão. 

1.2.3 Supervisão através da Internet 41



Um recurso muito importante, para uma supervisão de caráter não-crítico, é disponibilizar parte dos dados do sistema supervisório por Intranet ou por Internet.







O usuário pode analisar esses dados on-line através de um browser como o Internet EXplorer® ou Netscape®. Os sistemas permitem troca bidirecional de informações entre o chão de fábrica e os sistemas de operação e gerenciamento de processos.






O browser comunica-se com o servidor Web através do protocolo HTTP. Após o envio do pedido referente à operação, o browser recebe a resposta na forma de uma página HTML.

2. Tipos de Operação dos sistemas SCADA 45

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Modo de desenvolvimento Desenvolvimento das telas  Elaboração dos desenhos  Configuração de drivers  Definição das TAGs 



Modo de execução Onde roda a aplicação desenvolvida  Onde opera a planta ou equipamento.  Tempo real. 

3. Planejamento de um sistema supervisório 46

Recomenda-se as 9 etapas seguintes desenvolvimento dos sistemas supervisórios: 1. 2. 3. 4.

Entendimento do processo a ser automatizado Variáveis do processo Planejamento da base de dados Planejamento de alarmes

no

3. Planejamento de um sistema supervisório 47

Recomenda-se as 9 etapas seguintes desenvolvimento dos sistemas supervisórios: 5.

6. 7. 8. 9.

no

Planejamento da hierarquia de navegação entre telas Desenho de telas Gráfico de tendências Planejamento do sistema de segurança Padrão Industrial de desenvolvimento.

48

3.1 Etapa 1 - Entendimento do Processo  

Reunião de informações oriundas de várias fontes O que deve ser feito?  Conversar com operadores do sistema atual, especialistas no processo. (Registrar as informações por escrito);  Conversar com Gerência e corpo administrativo;  Quebrar o processo em etapas;  Determinar as variáveis do processo que precisam ser monitoradas;  Definir tipo de comunicação a ser utilizada.

3.1 Etapa 2 – Variáveis do processo 49





Escolher para apresentação apenas dados essenciais. Definir um número máximo  Preocupação com o tráfego de dados

3.1 Etapa 3 – Banco de dados 50







Sistemas de médio e grande porte. Informações necessárias  Fluxos dos processos  Lista de endereços do CLP  Lista de alarmes Desenvolver um sistema de nomes de variáveis.

3.1 Etapa 4 - Alarmes 51

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Estabelecer definições com a aprovação do responsável técnico  Condições de acionamento dos alarmes  Escolha e notificação de operadores  Envio de mensagens  Providencia de ações






Função dos alarmes  Chamar a atenção do operador  Sinalizar um objeto atingido  Fornecer indicação global do processo Alarmes Normais ou pré-alarmes  Sem necessidade de intervenção  Não implica em situação perigosa






Intervenção em face de alarmes  Sem carga adicional ao operador Tipos de intervenção  Supressão do sinal sonoro  Intervenção direta na tela  Aceitação do alarme  Não reconhecimento por parte do operador.

3.1 Etapa 5 – Hierarquia de navegação das telas 54



Boa organização torna o sistema claro e condizente com a realidade 

Telas de operação  Modo manual  Modo automático

Telas de supervisão  Telas de parametrização  Telas de manutenção. 

3.1 Etapa 6 – Desenho de telas 55



Consistência  Símbolos e cores  Nomes de botões  Botões no mesmo local em todas as telas



Clareza de entendimento



Padronização de símbolos e nomes

3.1 Etapa 7 – Gráfico de tendências 56



Levantar quais as variáveis devem ser plotadas  Tempo real  Históricos

3.1 Etapa 8 – Acesso e segurança 57



Quem deve acessar o sistema?



Quais telas devem ser protegidas?

3.1 Etapa 9 – Padrão Industrial 58



Hoje em dia o que predomina em sistemas supervisórios é o padrão Windows®, baseado no padrão Microsoft® de interface homem-máquina, o qual possibilita redução no tempo de aprendizagem se o operador estiver familiarizado com outras aplicações Microsoft® e seu ambiente de trabalho.

4. Exemplo de produtos 59

IGSS  ELIPSE  LABVIEW  INDUSOFT  CIMPLICITY  RS VIEW (Rockwell)  WIZCON  IFIX  WINCC (Siemens)  INTOUCH (Schneider) 

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