SUPERVIS

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SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS

• Prof. André Laurindo Maitelli
• DCA-UFRN

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SISTEMAS SCADA HARDWARE e FIRMWARE
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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

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Conceitos

• 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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(No Transcript)
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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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(No Transcript)
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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

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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

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Tecnologias

• Instrumentos Inteligentes (Smart)
• significam usualmente sensores ou atuadores
  microprocessados
• permitem comunicação com outros dispositivos

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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

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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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(No Transcript)
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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
• Rack

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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

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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

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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

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Combinações possíveis
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Arquitetura Típica da Estação Mestre
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Arquitetura da Estação Sub-Mestre
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Arquiteturas de Comunicação

• Existem basicamente duas arquiteturas de
  comunicação mais usadas
• Ponto-a-ponto
• Multi-ponto

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Ponto-a-Ponto

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

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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
• É possível duas estações escravas comunicarem-se
  diretamente entre si (peer-to-peer), com aumento
  da complexidade do sistema.

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Filosofias de Comunicação

• Existem basicamente duas filosofias de
  comunicação
• Polled ou mestre-escravo
• 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

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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

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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

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Ilustração do polling
DLE EOT Data Link Escape End of Transmission
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CSMA/CD (peer-to-peer)

• Comunicação entre RTUs
• 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

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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

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CSMA/CD

• Exception 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
• 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
  (lt4800 bps)
• Poucos dados sendo monitorados na remota
• Existência de muitas RTUs ligadas à estação
  mestre (gt10)

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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