Sistema Supervisório Intouch, Manual de Controle de Processo. Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais - Campus Juiz de Fora (IFET-JF)
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Sistema Supervisório Intouch, Manual de Controle de Processo. Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais - Campus Juiz de Fora (IFET-JF)

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Universidade Federal de Pernambuco

Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências

Curso de Especialização em Engenharia de Instrumentação

Supervisório/IHM aplicado ao processo de uma coluna de destilação

Francisco Alves Cavalcanti

Orientador: Prof. Dr. Péricles Rezende Barros (UFCG)

Monografia apresentada ao Centro de Tecnologia e Geociências da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos para obtenção do Certificado de Especialista em Engenharia de Instrumentação

Recife, 2008

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Resumo

Supervisório/IHM aplicado ao processo de uma coluna de destilação

Francisco Alves Cavalcanti

Março/2008

Orientador: Prof. Dr. Péricles Rezende Barros (UFCG) Área de concentração: Eletrônica Palavras-chaves: automação, IHM, supervisório, refino, colunas de destilação.

Nesta monografia é proposto um estudo da viabilidade de um sistema

supervisório aplicado ao processo de destilação de petróleo numa coluna fracionada,

operando em regime contínuo, bem como sua implantação. Para isso, foi elaborada

uma estratégia de controle baseada em pesquisas recentes que inovam o processo de

controle no refino do petróleo.

A estratégia consiste no aquecimento em pontos intermediários da coluna de

destilação, associado à técnica de controle da pressão interna através da inundação do

condensador e da variação de sua carga interna, visando a atenuação dos transientes

de operação e a melhoria no controle do processo e na qualidade do produto final.

Para a construção do sistema proposto, é necessário o entendimento do

funcionamento de uma coluna de destilação, quais formas de controle serão aplicadas

e quais equipamentos serão utilizados. Desta forma haverá o tão importante realismo

gráfico para o operador e o perfeito funcionamento do sistema de supervisório.

Através do estudo dos equipamentos e tecnologias a se utilizar foi possível

construir um supervisório de interface amigável e realística que oferecesse acesso

rápido e fácil a variáveis (TAGs) monitoradas e controladas envolvidas no processo

de destilação.

Foram pesquisadas diversas formas de controle até que se chegasse a um

método com melhor adaptação às condições atuais; utilizando o número mínimo de

variáveis e, conseqüentemente, de TAGs.

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Conteúdo

1 Introdução ................................................................................................................ 5 1.1 A Coluna de Destilação ....................................................................................... 5 1.2 O supervisório ..................................................................................................... 8 1.3 Objetivo ............................................................................................................... 9 1.4 Motivação/Situação atual .................................................................................. 10 1.5 O Funcionamento do Sistema Proposto ............................................................ 12 1.6 Considerações Finais ......................................................................................... 13 2 Tecnologias disponíveis ......................................................................................... 14 2.1 Supervisório ....................................................................................................... 14 2.2 Supervisórios existentes no mercado ................................................................ 21 2.3 O software de supervisório escolhido: Intouch ................................................. 23 2.4 O padrão de comunicação OPC (OLE for Process Control) ............................. 25 2.5 Componentes físicos a serem usados ................................................................ 27 2.6 Simulação do processo ...................................................................................... 31 2.7 Considerações Finais ......................................................................................... 33 3 Solução proposta e resultados obtidos ................................................................. 34 3.1 Soluçãoproposta ............................................................................................... 34 3.2 Controle da Coluna de destilação ...................................................................... 35 3.3 Balanço dinâmico de material ........................................................................... 39 3.4 As telas do supervisório construído ................................................................... 42 3.5 Considerações finais .......................................................................................... 55 4 Conclusões, melhorias possíveis, trabalhos futuros ........................................... 57 4.1 Trabalhos futuros ............................................................................................... 58 Apêndice A ................................................................................................................ 59 Referências Bibliográficas ....................................................................................... 67

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5

1 Introdução

Neste capítulo introdutório, serão apresentados alguns aspectos teóricos

acerca do processo de refino e de controle numa coluna de destilação e, com isso,

observar a importância da criação de um sistema supervisório aplicado ao processo

de destilação no refino do petróleo, bem como as dificuldades em minimizar

transientes.

Serão observadas características importantes para o bom funcionamento da

coluna como a estratégia do aquecimento distribuído, as relações de fluxo de vapor e

líquido no interior da coluna e a utilização de tanques-pulmão para o controle da

composição da alimentação da coluna.

1.1 A Coluna de Destilação

A destilação baseia-se no fato de que, num fluido multifásico, cada

substância tem seu ponto de ebulição definido e, por isso, é usado como um processo

de separação de misturas homogêneas. Quando se deseja fracionar uma mistura

homogênea de várias fases ou aumentar o grau de pureza do vapor condensado do

produto final, utiliza-se a coluna de destilação.

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Figura 1.1. Corte azimutal duma coluna de destilação mostrando pratos, válvulas e vertedouros.

Uma coluna de destilação consiste de uma estrutura subdividida em vários

níveis por meio de anteparos denominados pratos ou bandejas, estes, em formato

circular, possuem perfurações e vertedouros.

Baseando-se na quebra dos hidrocarbonetos por fornecimento de

temperatura, o petróleo bruto é aquecido na base da coluna de destilação à

temperatura e pressão altas o suficiente para que o vapor gerado consiga alcançar o

topo da coluna, passando por todos os pratos existentes na mesma.

Na medida em que o vapor sobe na coluna, o líquido desce, a função dos

pratos é manter ao máximo o contato entre as fases líquido-vapor. Como se pode ver

na Figura 1.1, o líquido escoa de cima para baixo por meio dos vertedouros, ficando

parte do líquido acumulada nos pratos, enquanto que o vapor sobe por meio dos

furos, entrando em contato com o líquido acumulado nos pratos, estabelecendo a

troca térmica entre as fases. Este contato entre as fases é de grande importância para

aumentar a eficiência da separação.

O fluxo de vapor subindo e o de líquido descendo devem obedecer a uma

relação tal que a eficiência da operação seja garantida (Kalid, 2005). Abaixo são

discutidos alguns problemas que podem ocorrer devido a isso.

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Formação excessiva de espuma (foaming) – Embora a formação de espuma

estabeleça grande contato entre as fases líquido-vapor, a formação excessiva de

espuma leva a acumulação excessiva de líquido nos pratos.

Arraste de líquido (entrainment) – Assim como a formação excessiva de espuma,

este fenômeno também se deve ao fluxo excessivo de vapor por meio dos furos nos

pratos. O vapor é transportado para uma bandeja de material menos volátil,

ocasionando numa mistura de materiais de diferentes volatilidades e,

consequentemente, num produto final de baixa qualidade.

Gotejamento (Dumping) – Causado pelo baixo fluxo de vapor entre os furos dos

pratos, fazendo com que o líquido concentrado nos pratos escoe para o prato inferior

por meio dos furos além de já escoar pelos vertedouros.

Inundação (Flooding) – As inundações são fenômenos que derivam dos citados

acima. Elas ocorrem sempre que um prato fica com excesso de líquido, alterando o

comportamento da coluna de destilação.

Se a vazão de vapor nos pratos for muito grande haverá inundação, pois o

líquido não conseguirá vencer o gradiente de pressão. Enquanto que se a vazão de

líquido nos pratos for muito alta o vapor é que não conseguirá vencer o gradiente de

pressão, devido à grande quantidade de líquido que fica sobre o prato.

Como se pode observar, trata-se de um problema com restrições de

operação e com várias variáveis de elevado grau de acoplamento, visto que a

temperatura e pressão em cada setor da coluna dependem fortemente da temperatura

fornecida na base e em cada prato da coluna. O comportamento dinâmico de uma

coluna de destilação é bastante não linear e com respostas bastante lentas, por conta

da propagação de calor.

É comum que, ao sofrerem falhas na alimentação, geralmente realizada nos

estágios inferiores da coluna, ou alterações na composição do óleo cru, as colunas de

destilação passem por um estado transiente que ocasiona numa produção de

compostos fora da especificação e num alto consumo de energia.

A fim de evitar transientes gerados pela alimentação por conta da diferença

de temperatura entre a carga interna da coluna e a alimentação, deve-se pré-aquecer o

óleo cru, para que seja enviado a tanques acumuladores, chamados tanques-pulmão,

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de forma a reduzir os transientes causados pela diferença na composição do óleo cru

que entra na coluna.

Para o perfeito funcionamento da coluna é preciso garantir o controle sobre

a pressão interna, visto que esta variável tem forte influência sobre pontos de

ebulição, com conseqüente influência nas vazões de vapor e líquido. Para tanto,

controla-se as variáveis de nível, temperatura interna e composição dos produtos de

topo e de fundo obtidos como resultado do processo.

Com o intuito de minimizar os efeitos dos transientes que possam vir a

ocorrer caso a coluna não esteja funcionando dentro de especificações operacionais

(pressão, vazão, temperatura e nível) é que faz com que a proposta da tela de

supervisório se baseie numa coluna de destilação com um novo método e ainda

pouco explorado; o aquecimento distribuído ao longo da coluna, capaz de acelerar o

processo de saída do estado transiente para uma condição estável de operação,

aumentando a qualidade do produto final e, ao mesmo tempo, promovendo uma

redução dos gastos energéticos.

1.2 O supervisório

Os sistemas de supervisão e controle são desenvolvidos para funcionar

como interfaces homem-máquina, estações de supervisão local de processos

industriais ou estações concentradoras de dados em processos distribuídos. Estes

sistemas são baseados em microcomputadores interligados a controladores

programáveis, estações remotas ou outros equipamentos de aquisição de dados

(SEIXAS FILHO, 1999).

Através de um sistema supervisório o operador pode interagir com o

processo a ser controlado, recebendo valores coletados pelos equipamentos em

campo, calculando, modificando e elaborando relatórios antes de enviar ao operador

que pode atuar ou não sobre o processo através do supervisório. Além disso, o

sistema de supervisão pode atuar automaticamente, dependendo do processo a ser

controlado.

O supervisório escolhido por nós foi o Wonderware Intouch por se tratar

de um software bastante usado nos processos industriais, para diversas aplicações.

9

1.3 Objetivo

O objetivo deste trabalho é propor e implementar um sistema de

supervisório aplicado a uma coluna de destilação com aquecimento distribuído. Para

tanto se faz necessário o estudo dos processos envolvidos no refino do petróleo, bem

como o comportamento das variáveis associadas a este. Assim faz-se uma análise

qualitativa e quantitativa do processo de refino.

Na elaboração da estrutura de controle (escolha dos pares de variáveis

manipuladas MV e variáveis controladas PV) pode-se aplicar a seguinte metodologia

de um sistema de controle (Kalid, 2005):

Manter sob controle o inventário de massa do processo;

Manter sob controle o inventário de energia do processo;

Manter sob controle a qualidade do processo.

E para cada uma dessas etapas as estruturas devem ser definidas de acordo com a

seqüência abaixo:

Figura 1.2. Fluxograma de definição das estruturas de controle.

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O controle automático de uma coluna de destilação almeja, basicamente,

atingir quatro objetivos (Jesus, 2000):

1. Garantir a estabilidade das condições operacionais da coluna;

2. Obtenção do produto final dentro de padrões previamente estabelecidos;

3. Manter o processo dentro do limite das restrições;

4. Alcançar os objetivos 1 e 2 da forma mais eficiente possível, promovendo um

aumento na quantidade e qualidade dos produtos a baixo consumo energético.

Para garantir esses objetivos faz-se necessário o controle das seguintes variáveis:

Pressão

Quantidade de produto de topo e de fundo

Vazão

Composição de topo e fundo ou de retiradas laterais

Ao longo do trabalho procurar-se-á esclarecer, além do funcionamento da

coluna de destilação e processos associados, as dificuldades encontradas no processo

de construção e implementação do sistema supervisório, bem como sua interligação

com os componentes físicos do projeto.

1.4 Motivação/Situação atual

Apesar de serem um dos equipamentos mais utilizados e dispendiosos em

termos de consumo de energia numa indústria petrolífera e se tornando, muitas

vezes, o gargalo que impede o aumento da produção, as colunas de destilação não

recebem grande atenção quanto ao sistema de controle empregado no processo.

A questão da auto-suficiência na extração de petróleo é bastante importante,

pois é uma prova de que a matéria-prima existe, porém, tão importante quanto é a

auto-suficiência na produção dos derivados do petróleo, que garante uma maior

estabilidade econômica quanto às oscilações do preço do petróleo no mercado

internacional. Assim, como uma forma de aumentar a produção dos derivados do

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petróleo, é de extrema importância que o processo de refino do petróleo mereça

grande atenção, em particular as colunas de destilação.

Na maioria dos casos, o controle das colunas de destilação é feito em um

único ponto da coluna; na base. A proposta é implementar este controle em vários

pontos da coluna, aquecendo-se, através de resistências elétricas e sensores térmicos

localizados em alguns pontos da coluna com a finalidade de minimizar transientes. O

controle de temperatura distribuído entre os pratos da coluna é um método

relativamente novo e sem referências específicas (Marangoni, 2005).

O controle via aquecimento distribuído é uma boa alternativa para

minimizar o tempo de um estado transiente numa coluna de destilação (ocasionado

por falha na alimentação ou até mesmo pela qualidade do óleo cru que abastece a

coluna), além de ser uma boa alternativa em ter-se mais controle sobre o processo.

Porém, vale observar que, ao distribuir aquecimento ao longo da coluna, muita

energia é despendida, desta forma o controle da coluna de destilação com

aquecimento distribuído deverá ser efetuado apenas em alguns pontos específicos da

coluna, amenizando o gasto energético.

A idéia foi criar um sistema supervisório para este processo. Tal sistema

deveria, de preferência, ser um usado no controle prático de processos deste tipo.

Para isso foram pesquisados alguns softwares SCADA (Supervisory Control and

Data Acquisition) usados pela empresa. Alguns softwares encontrados foram:

Intouch, RealFlex, IFIX e VXL.

Figura 1.3. Comparativo da maioria das colunas de destilação (aquecimento na base da coluna) com a

coluna proposta (aquecimento distribuído).

12

1.5 O Funcionamento do Sistema Proposto

Para interligar o sistema de supervisório à coluna de destilação é necessário

o uso de dispositivos que interconectem o meio físico às IHMs do supervisório, estes

podem ser os CLPs (Controladores Lógicos Programáveis). Os CLPs fazem a leitura

do sinal dos transdutores de entrada (sensores) posicionados em diversos pontos do

processo; no interior da própria coluna e em válvulas que limitam o fluxo do material

destilado e do óleo cru ainda não processado.

Figura 1.4. Fluxograma do funcionamento do sistema de supervisório com o processo a ser

controlado.

Figura 1.5. Esboço do sistema de controle.

Supervisório

CLP

Sensores de Pressão Sensores de Temperatura

Medidores de Vazão

13

1.6 Considerações Finais

Como se pode observar, o processo envolvido no refino do petróleo através

de uma coluna de destilação é bastante complexo, por tratar de múltiplas variáveis e

com elevado grau de acoplamento. Visto esta complexidade, para a construção do

supervisório, será necessário um prévio estudo sobre as formas de controle e

restrições da coluna de destilação.

Pequenas perturbações são suficientes para levar a coluna de destilação a

uma condição operacional fora de especificações, acarretando na má qualidade do

produto final. O método de aquecimento distribuído é uma forma eficaz de reduzir os

efeitos de certas perturbações por reduzir o tempo dos transientes, facilitando o

controle do processo. Este método será considerado na implementação das IHMs do

sistema supervisório.

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2 Tecnologias disponíveis

Antes de implementar qualquer sistema, um estudo sobre as tecnologias

disponíveis deve ser feito, tanto no aspecto aplicacional quanto no aspecto

econômico, para, desta forma, escolher o equipamento que melhor de adapta às

condições e recursos existentes.

No caso, procurou-se fazer uso das ferramentas operacionais mais usadas na

indústria de petróleo e gás natural, como o software de supervisório, os modos de

comunicação e os dispositivos físicos (sensores e atuadores).

Como não houve implementação física do sistema até o momento, os estudos

foram direcionados aos componentes físicos que seriam usados de forma a criar um

supervisório com interface mais realística possível. Este estudo possibilitará a

continuação do trabalho, com a possível construção de uma unidade de destilação em

escala piloto para a aplicação do sistema de supervisório elaborado.

2.1 Supervisório

Os sistemas supervisórios têm a função de permitir que sejam monitoradas e

rastreadas informações de um processo produtivo ou instalação física. Estas

informações são coletadas através de equipamentos de aquisição de dados e, em

seguida, condicionadas, analisadas, armazenadas e, posteriormente, apresentadas ao

usuário. Estes sistemas também são chamados de SCADA (Supervisory Control and

Data Acquisition).

Os sistemas SCADA mais antigos permitiam informar periodicamente o

estado corrente do processo industrial, monitorando sinais representativos de

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medidas e estados de dispositivos, através de um painel de lâmpadas e indicadores,

sem que houvesse interface aplicacional alguma com o operador.

Com os avanços da computação e da forma como os parâmetros mensuráveis

eram coletados e transmitidos, os sistemas de automação industrial passaram a

coletar dados em ambientes complexos, eventualmente dispersos geograficamente,

apresentando-os ao usuário com recursos gráficos elaborados (interfaces homem-

máquina), tornando a interação homem-máquina mais simples e, consequentemente,

mais imune a erros de operação.

Junto com a idéia computacional vieram as variáveis de operação, num

sistema SCADA, chamadas TAGs, que são assim como todas as variáveis

computacionais capazes de auxiliar na execução de operações matemáticas, lógicas,

com vetores ou strings e representar pontos de entrada/saída de dados do processo

que está sendo controlado. Neste caso, correspondem às variáveis do processo real

(ex: temperatura, nível, vazão etc.), se comportando como a ligação entre o

controlador e o sistema. É com base nos valores dos TAGs que os dados coletados

são apresentados ao usuário. Os TAGs também servem de auxiliares num sistema

SCADA quanto ao tratamento dos alarmes, identificados quando o valor do TAG

ultrapassa uma faixa ou condição pré-estabelecida. Os TAGs do sistema seguem uma

regra de nomenclatura, abaixo é possível observar uma tabela de nomenclatura de

TAGs de instrumentos.

Tabela 2.1 - Nomenclatura usada nos TAGS de instrumentos de acordo com sua funcionalidade (fonte:

http://www.users.rdc.puc-rio.br/werneckr/cp_cap0100.htm acesso em Dezembro de 2007)

1ª letra: tipo de variável

2ª letra em diante: função do instrumento

A composição (analisador) A alarme

B detectores de chama C controlador

D densidade E elemento sensor

E tensão, DDP G visor

F vazão, fluxo I indicador

H ação manual Q totalizador, acumulador

I corrente elétrica R registrador

K tempo S chave

L nível T transmissor

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M umidade V válvula

P pressão Y outras funções

S velocidade

T temperatura 2ª letra: modificador

W peso, vazão mássica D diferencial

X outros instrumentos F razão

Z posição

Os sistemas supervisórios ainda permitem programar a gravação de registros

(alarmes ou qualquer outro evento que venha a ocorrer) em Bancos de Dados, emitir

sons de alerta, mensagens, mudança de cores, envio de mensagens por Pager,

celular, e-mail, http, etc.

2.1.1 Os componentes de um sistema de supervisão

Os componentes físicos de um sistema supervisório podem ser classificados,

de forma simplificada, como: transdutores (sensores e atuadores), condicionadores,

rede de comunicação, estações remotas (aquisição/controle) e de monitoração central

(sistema computacional SCADA).

Os transdutores são componentes que ligam o meio físico ao sistema de

controle transformando grandezas físicas em elétricas, para o caso de sensores e

transformando sinais elétricos em variáveis físicas, para o caso de atuadores.

Os condicionadores são responsáveis pelo tratamento do sinal (modulação,

conversão AD/DA, amplificação, etc.) de acordo com a forma e o local onde o sinal

será empregado. Este processo de condicionamento também pode ser realizado pelas

estações remotas.

As estações remotas são compostas por CLPs (Controladores Lógicos

Programáveis) e/ou UTRs (Unidades de Terminal Remotas). Estas estações são

unidades computacionais específicas, utilizadas, geralmente, em instalações

industriais, para a funcionalidade de ler entradas, realizar cálculos ou controles, e

atualizar saídas. A diferença entre os CLPs e as UTRs é que os primeiros possuem

mais flexibilidade na linguagem de programação e controle de entradas e saídas,

enquanto as UTRs possuem uma arquitetura mais distribuída entre sua unidade de

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processamento central e os cartões de entradas e saídas, com maior precisão e

seqüenciamento de eventos.

A troca de informações entre os CLPs/UTRs e o sistema SCADA ocorre

através de uma rede de comunicação. Para a implementação da rede de comunicação,

um estudo prévio deve ser feito, considerando-se os requisitos do sistema e a

distância a cobrir, esta rede pode ser implementada através de fibras ópticas, cabos

Ethernet, linhas dedicadas, equipamentos wireless, etc.

Nas estações de monitoração central é onde se encontram as IHMs (Interfaces

Homem-Máquina) do sistema supervisório. Segundo Silva e Salvador (2005), estas

estações de monitoração centrais podem ser consideradas como as unidades

principais dos sistemas SCADA, sendo responsáveis por recolher a informação

gerada pelas estações remotas e agir em conformidade com os eventos detectados,

podendo ser centralizadas num único computador ou distribuídas por uma rede de

computadores, de modo a permitir o compartilhamento das informações coletadas.

Pode-se considerar, como um exemplo de aplicação, a aquisição de

deslocamento angular por meio de um sensor capacitivo, o circuito de detecção da

variação de capacitância acoplado a este sensor consiste de um oscilador, tal circuito

pode ser considerado um condicionador do sinal de saída do sensor. Depois de

transmitido pelo condicionador este sinal é processado pelas estações remotas

(CLPs - Controladores Lógicos Programáveis e UTRs - Unidades de Terminal

Remotas), onde, se necessário, são realizados mais ajustes do sinal, para então ser

enviado ao sistema de monitoração central (IHMs) onde é então exibido em forma

de variável computacional do sistema supervisório (TAG) ao operador do sistema.

Como última observação tem-se que os componentes físicos controláveis são

agrupados em quatro níveis de operação, chamados níveis hierárquicos de operação.

Cada um deles está relacionado quanto a seu nível remoto.

Nível 0 - Nível de operação de maior prioridade, que reúne os equipamentos de

campo controláveis, como transdutores (sensores e atuadores controláveis),

condicionadores, etc.;

Nível 1 - Concentra as estações remotas (CLPs e UTRs);

Nível 2 - Diz respeito ao controle por meio das telas de supervisório nas estações de

18

monitoração central;

Nível 3 - Também faz referência ao controle por meio de telas de supervisório,

diferenciando-se apenas na grande distância geográfica de controle e na prioridade de

controle que é a mais baixa de todos os níveis de operação citados acima.

Figura 2.1 – Ilustração de um sistema SCADA

(“O que são supervisórios?” da Silva A.P.G. e Salvador M. 12/2005)

2.1.2 Componentes lógicos de um sistema SCADA

Além da divisão do controle em quatro níveis hierárquicos de operação para

os componentes de um sistema SCADA, tem-se a divisão dos componentes lógicos,

cujas principais tarefas são divididas em blocos ou módulos, que vão permitir maior

ou menor flexibilidade e robustez, de acordo com a solução desejada.

De acordo com Silva e Salvador (2005), é possível dividir essas tarefas em:

Núcleo de processamento

Comunicação com CLPs/UTRs;

Gerenciamento de Alarmes;

Históricos e Banco de Dados;

Lógicas de programação interna (Scripts) ou controle;

19

Interface gráfica;

Relatórios;

Comunicação com outras estações SCADA;

Comunicação com Sistemas Externos / Corporativos;

Outros

O núcleo de processamento merece uma atenção especial, pois é responsável

pela coordenação do fluxo e distribuição das informações recebidas dos

equipamentos de campo para os demais módulos até chegarem ao operador do

sistema, geralmente acompanhadas de relatórios e gráficos, permitindo, a partir da

leitura das informações recebidas, atuar automaticamente no processo, informar

anomalias ou simplesmente sugerir medidas a serem tomadas.

Com o avanço da tecnologia computacional, os softwares SCADA têm se

tornado cada vez mais versáteis, permitindo a implementação de tarefas cada vez

mais complexas, além de assegurar mais ainda a sua confiabilidade.

2.1.3 Modos de comunicação

Ainda de acordo com Silva e Salvador (2005), a funcionalidade de um

sistema SCADA está fortemente relacionada à troca de informações, que podem ser

basicamente:

Comunicação com os CLPs/UTRs;

Comunicação com outras estações SCADA;

Comunicação com outros sistemas.

2.1.3.1 Comunicação com equipamentos de campo

O processo de comunicação entre o sistema SCADA e os equipamentos de

campo é realizado através de um protocolo em comum, existem duas formas de

estabelecer esta comunicação:

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Comunicação Mestre-Escravo – Dá total poder à estação central (estação Mestre),

fazendo com que as estações remotas (Escravo) apenas respondam à estação central

após a recepção do pedido, caracterizando um sistema half-duplex. Este método de

comunicação traz vantagens quanto ao custo das estações remotas, visto que não

haverá necessidade de estações remotas de alta tecnologia (estações remotas

inteligentes), porém impede as estações comunicar à estação central anomalias que

possam vir a acontecer no processo, sem que estas venham a ser consultadas.

Comunicação por interrupção – Usadas para a transmissão de informações

emergenciais, como alarmes. Ao contrário do modo Mestre-Escravo, este tipo de

comunicação pode estabelecer-se entre duas estações remotas (escravo-escravo). Este

modo de comunicação é bastante útil como forma de reduzir o tráfego de dados na

rede. Porém observa-se um determinado atraso, por parte da estação central, na

aquisição de informações importantes do sistema, como no caso de haver alguma

falha.

2.1.3.2 Comunicação entre estações de sistemas SCADA

Com o grande desenvolvimento tecnológico na parte de comunicações,

observa-se uma versatilidade cada vez maior na comunicação entre estações

SCADA. Estas comunicações são comumente feitas através de protocolos via rede

Ethernet TCP/IP, porém vem aumentando a cada dia o uso da internet como canal de

comunicação entre estações SCADA.

A vantagem da utilização de Navegadores de internet como meio de

comunicação está na facilidade de manutenção (visto que o programa de controle do

sistema fica armazenado apenas no servidor) e na rapidez do controle remotamente,

não importando à que distância o operador esteja do processo. É importante ressaltar

que a internet é um meio de transmissão de dados bastante conhecido e difundido,

tornando fácil seu uso e entendimento.

A comunicação com outros sistemas, ou simplesmente com coletores ou

fornecedores de dados, como os CLPs, pode acontecer através da implementação de

21

módulos específicos, via Bancos de Dados, ou outras tecnologias como o XML e o

OPC. O OPC é uma tecnologia aberta de comunicação entre dispositivos, que

dispensa o uso de drivers específicos e que será discutida mais adiante.

2.2 Supervisórios existentes no mercado

Para a construção das IHMs do sistema de supervisório vários softwares

SCADA foram pesquisados dentre os existentes no mercado. Abaixo se tem algumas

características dos softwares encontrados pelo estudante:

Wizcon

Bastante usado em aplicações prediais, o Wizcon é um conjunto de softwares

para automação, totalmente integrados. Da configuração de Entradas/Saídas ao local

e à visualização de Internet, o WizFactory fornece as ferramentas gráficas bastante

intuitivas.

Realflex

O Realflex trata-se de um software supervisório de rápida resposta (True real-

time SCADA), usado por grandes empresas de extração de petróleo e gás natural na

monitoração de dutos. Possui uma versão demo para pequenas aplicações (RealWin)

de pequeno tamanho e que exige pouco de um computador, por isso foi o software

escolhido anteriormente.

LabView

O LabView é mais voltado a aplicações científicas e de engenharia. Seu

ambiente de desenvolvimento gráfico é de fácil manuseio. Permite inserir interfaces

para instrumentação virtual (voltímetros, osciloscópios, etc.), sem a necessidade de

gerar códigos de programação. Apresenta também facilidade para construir

aplicativos em um ambiente totalmente gráfico, que podem ser executados em rede

22

ou pela Internet.

Elipse

O Elipse SCADA é um software de supervisório nacional de qualidade

comprovada, bastante usado em aplicações industriais, com extenso suporte (em

português) e que está disponível no laboratório onde o curso do PROMINP é

ministrado. Apesar de tantas qualidades não é um software tão usado por empresas

da área de petróleo e gás natural.

iFIX

Elaborado pela Intellution, este software HMI/SCADA é usado em uma

grande variedade de processos industriais, incluindo processos discretos, contínuos e

em batelada. Como características, o iFIX possui o que um bom software SCADA

apresenta como Suporte a OPC, ActiveX e ODBC, gráficos on-line e de histórico,

monitoração em tempo real, entre outras.

VXL

Desenvolvido em 1987 o VXL ainda é usado por empresas na monitoração de

processos envolvendo petróleo e gás natural. É bastante conhecido pelo fácil

manuseio e pelas muitas opções de conectividade hardware que oferece. Roda na

plataforma openVMS, porém encontra-se bastante defasado dos softwares atuais de

supervisório e possui pouca documentação.

SAGE

O SAGE – Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia, é mais um software

nacional, capaz de realizar funções de gerenciamento de energia em sistemas

elétricos de potência, podendo ser configurado para diversas plataformas, de

subestações a Centros de Operação de Sistemas. Desenvolvido pelo CEPEL e

23

largamente utilizado por empresas nacionais para monitoração e controle das

subestações elétricas, o SAGE funciona em ambiente LINUX e é composto por

vários módulos, entre eles está o SAGE/SCADA responsável pela parte de aquisição,

controle e supervisão.

Indusoft

O Indusoft é um pacote de ferramentas que inclui todos os blocos de

construção de sistemas HMI/SCADA. Possui interface gráfica em tempo real e é

capaz de rodar em ambiente Windows NT, 2000, XP, CE e CE .NET ou num

ambiente de internet e tintranet. Possui interface intuitiva para o usuário e é

compatível com interfaces importantes da Microsoft, como VBA, COM/DCOM e

OPC.

Wonderware Intouch

O Intouch é um conjunto de softwares, destinado à criação de telas gráficas

de interação com CLPs, controladores Multiloop, Fieldbus, etc. É a interface homem-

máquina mais simples de ser configurada em comparação aos demais softwares

existentes no mercado.

Os softwares que compõe o pacote do Intouch são o WindowMaker, o

WindowViewer, o NetDDE, SPC, Recipe, SQL, os Drivers e o Intouch.

Por se tratar de um dos softwares de supervisórios mais usados do mundo

(inclusive com aplicações na indústria de petróleo e gás natural), a documentação do

Intouch é bastante ampla, ponto fundamental, junto à facilidade e simplicidade no

processo de criação de telas, para que fosse o software escolhido.

2.3 O software de supervisório escolhido: Intouch

Assim como grande parte dos supervisórios atuais, o Intouch é composto por

um conjunto de softwares, cuja aplicação é voltada à criação de telas gráficas de

interação com CLPs, relés, UCPs, etc. Comparado a outros softwares existentes no

mercado, o Intouch é de fácil entendimento

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A princípio, começou-se a trabalhar com o Intouch 7.0, experimentalmente

partiu-se para o Intouch 9.5, permanecendo nesta versão. A versão 9.5, assim como a

7.0, é bastante estável, com a vantagem de rodar bem melhor em Windows XP

(sistema operacional que o aluno possui no computador pessoal) que a versão 7.0,

com a qual se enfrentou alguns problemas de travamento.

Para rodar o programa é necessário abrir o Application Manager, que é uma

espécie de visualizador de projetos. A partir do Application Manager é possível

iniciar o Window Maker e o Window Viewer.

Figura 2.2 – Tela do Application Manager

O Window Maker trata da construção das IHMs de forma prática e intuitiva. É

possível também, além da edição gráfica das telas, elaborar rotinas através de scripts

para automatizar o sistema. É também, através do Window Maker que o programador

pode associar os TAGs à um servidor OPC, de forma a estabelecer o controle com o

mundo real.

Se o usuário não possuir a licença para uso do software será exibida uma

mensagem indicando que a licença não foi encontrada e que será executada a versão

demo. Esta versão tem como principal restrição a limitação do número de variáveis

do processo em trinta e dois TAGs.

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Figura 2.3 – Tela do Window Maker, ajustando ações e características da válvula FV-104, como

preenchimento de cor e exibição de janelas ao clicar no dispositivo.

Através do Window Viewer é feito o monitoramento do processo através das

telas previamente construídas no Window Maker. Para se ter acesso a esta ferramenta

através do Window Maker basta clicar-se em Runtime, localizado no canto direito da

tela.

2.4 O padrão de comunicação OPC (OLE for Process Control)

Neste projeto, se usará o OPC como padrão de comunicação entre o mundo

real (CLPs, e sensores) e o mundo virtual (IHMs).

Antes de entender como funciona o padrão de comunicação OPC, é

necessário saber em quais tecnologias o padrão OPC se baseia (Fonseca, 2002):

OLE (Object Linking and Embedding) – Tecnologia desenvolvida pela

Microsoft em 1990 no intuito de atender à necessidade da integração de diferentes

Muito útil.
Material muito interessante e bem feito. Parabéns aos responsáveis pela elaboração!
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