SUPERVIS

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SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS

• Prof. André Laurindo Maitelli
• DCA-UFRN

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SISTEMAS SCADA SOFTWARE e PROTOCOLOS
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Componentes de um SCADA
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Características de um SCADA

• Interface com o usuário
• Displays gráficos
• Alarmes
• Tendências
• Interface da RTU
• Escalabilidade
• Acesso a dados

• Banco de dados
• Redes
• Tolerância à falhas e redundância
• Processamento distribuído cliente/servidor

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Software do SCADA

• Arquitetura escalável
• facilmente modificável
• expansível
• Procedimentos usados no projeto
• Centralizado
• Distribuído

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Centralizado
Distribuído
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Desvantagens

• Centralizado
• custos iniciais altos
• tamanho fixo do sistema
• redundância é cara, pois o sistema global deve
  ser duplicado
• Distribuído
• difícil comunicação entre diferentes computadores
• processamento de dados e base de dados devem ser
  duplicados nos computadores do sistema,
  resultando em perda de eficiência do sistema
• não existe procedimento sistemático para adquirir
  os dados da planta (se dois operadores requererem
  os mesmos dados, a RTU é interrogada duas vezes)

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Cliente-Servidor

• Um nó servidor provê serviços para os outros nós
  da rede (exemplo programa para banco de dados)
• Um nó cliente requisita um serviço para um nó
  servidor
• Exemplo display requerendo dados
• O servidor busca os dados e os disponibiliza ao
  cliente os dados solicitados

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Cliente-Servidor
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Tarefas de um sistema SCADA

• Entrada/Saída interface entre o sistema de
  controle e monitoramento e o chão de fábrica
• Alarmes faixa de aceitável de valores
• Tendências dados no tempo
• Relatórios periódicos, programáveis por evento
  ou pelo operador
• Display dados e ações de controle disponíveis ao
  operador

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Redundância

• Se quaisquer processos ou atividades no sistema
  forem críticos, ou se os custos de paradas de
  produção forem altos, redundâncias devem ser
  inseridas no sistema
• Maneiras
• Redundância no servidor
• Redundância nas LANs e PLCs

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Redundância no Servidor
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Redundância nas LANs e PLCs
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Tempos de Resposta do Sistema

• Velocidades típicas que são consideradas
  aceitáveis são
• Display de valores digitais ou analógicos (RTU)
  na tela do operador 1 a 2 segundos
• Controle requisitado do operador para a RTU 1 a
  3 segundos
• Reconhecimento do alarme na tela do operador 1
  segundo
• Apresentação de uma novo display na tela do
  operador 1 segundo
• Recuperação de tendências históricas e
  apresentação na tela do operador 2 segundos
• Seqüência de eventos trazidos da RTU 1
  milisegundo

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Protocolos

• Um protocolo controla o formato das mensagens
  comum à todos os dispositivos de uma rede
• Os protocolos mais comuns usados em sistemas de
  comunicação por rádio e sistemas de telemetria
  incluem
• HDLC (High Level Data Link)
• Modbus
• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
  Colision Detection)

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Protocolos

• A transmissão da informação entre a estação
  mestre e as RTUs usando técnicas de multiplexação
  por divisão de tempo requer o uso de mensagens
  seriais digitais
• Requisitos de uma mensagem
• eficiência bits de informação/total de bits
• segurança habilidade de detecção de erros na
  informação original transmitida
• flexibilidade transmissão de diferentes
  quantidades e tipos de informação
• facilidade de implementação (hardware e
  software) toda implementação tem requisitos
  mínimos de memória, lógica e velocidade de
  operação

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Protocolos

• As mensagens são divididas em 3 partes
• Estabelecimento provê os sinais para sincronizar
  o transmissor e o receptor
• Informação provê os dados em uma forma
  codificada para permitir ao receptor decodificar
  a informação e utilizá-la apropriadamente
• Término denota o fim da mensagem e provê a
  checagem da mensagem, que consiste em operações
  lógicas com os dados

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Exemplo Típico do Formato de uma Mensagem
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Protocolos

• O campo de estabelecimento da mensagem possui 3
  componentes
• Marca de pré-transmissão (mínimo de 8 ms) para
  preparar o modem receptor para receber os bits de
  sincronização
• Sincronização consiste de 2 bits um espaço
  seguido por uma marca. O processo de
  decodificação começa depois do recebimento do
  espaço-marca
• Endereço da RTU permite ao receptor selecionar
  a mensagem direcionada a ele em uma ambiente
  compartilhado (com várias RTUs)

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Protocolos

• O campo de informação contém 20 bits, dos quais 8
  bits são código da função e os 12 bits restantes
  são usados para dados.
• A terminação da mensagem contém
• Código de segurança BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghe
  m), que tem 5 bits e permite a detecção de erros
• Marca de fim de mensagem, que fornece o último
  bit como uma marca, de maneira que a outra
  mensagem possa seguir imediatamente

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Transferência da Informação

• Dois tipos de transferência são tratados
• Mestre para remota
• Remota para mestre

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Mestre para Remota

• A informação transmitida da mestre para a remota
  tem o propósito de
• Controle de dispositivo
• Controle de Set-Point
• Transferência de dados por lote
• Devido às sérias conseqüências da recepção de
  informações erradas, segurança adicional é
  requerida
• Isto é obtido através de uma forma de seqüência
  de mensagens chamada de seqüência selecione-
  antes-de-operar

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Mestre para Remota

• Function code especifica a operação a ser
  realizada pela RTU
• Control Address especifica o dispositivo ou
  set-point a ser controlado
• Set-Point fornece o valor a aceito pela RTU
• Checkback message permite verificar se a RTU
  interpretou corretamente o controle dado

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Remota para Mestre

• Todas as transferências de dados de remotas para
  mestre são realizadas por uma seqüência de
  mensagens usando variações para acomodar
  diferentes tipos de dados

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Remota para Mestre

• O código de função especifica o tipo de dados que
  serão transferidos pela RTU
• A identificação de dados identifica a quantidade
  e o tipo de dados requisitados pela estação mestre

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Remota para Mestre

• Em cada mensagem transmitida pela RTU é
  necessário reter a mensagem transmitida em um
  buffer na RTU, de maneira que se a estação mestre
  não receber a mensagem corretamente, pode ser
  requisitada uma retransmissão.
• Caso contrário, a informação pode ser perdida

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Remota para Mestre

• Três tipos básicos de dados são transferidos
  usando a seqüência anterior
• Estado atual de equipamentos externos e processos
• Informação armazenada na RTU em instantes
  anteriores
• Dados por exception reporting consistindo de
  informação relacionada ao estado de equipamentos
  e processos externos que foram alteradas desde o
  relatório anterior. Exemplos chaves

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Detecção de Erros

• Causa de erros
• Atenuação
• Largura de banda limitada
• Distorção por atraso
• Ruído

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Detecção de Erros

• Atenuação
• Quando um sinal propaga-se por um meio de
  transmissão sua amplitude decresce
• Dependendo do comprimento do cabo e
  amplificadores (ou repetidores) podem ser
  inseridos
• É maior para os componentes de alta freqüência

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Detecção de Erros

• Largura de Banda limitada
• É a diferença entre a maior e menor freqüências
• Quanto maior a largura de banda, maior será a
  proximidade do sinal recebido em relação ao
  transmitido
• Esta relacionada à taxa máxima de transferência
  de dados de um meio (bps)

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Detecção de Erros

• Distorção por atraso
• Quando um sinal digital é transmitido, os seus
  componentes de freqüência chegam ao receptor com
  atrasos diferentes entre eles
• Ruído
• Relação sinal-ruído

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Controle de erros por feedback

• A segurança é obtida pela adição de um check code
  para cada mensagem transmitida
• Idéia
• A estação transmissora calcula o check code da
  mensagem padrão
• A estação receptora repete o mesmo cálculo com a
  mensagem recebida e compara os dois
• Se forem diferentes a mensagem é descartada

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Controle de erros por feedback

• Os formatos típicos de códigos de segurança são
• Simple parity check um bit é adicionado a cada
  byte da mensagem. Se o número de bits 1 for par,
  o parity bit será 0 caso contrário, será 1
• Cálculo de Bloco de checagem extensão do simple
  parity check, usando checagem de paridade ou soma
  aritmética de bits
• BCH cada bloco de dados (26 bits) é dividido por
  um polinômio complexo e o resto desta divisão é
  adicionado no final do bloco de mensagem
• Cyclic redundancy check é similar ao BCH em que
  o resto é um código de 16 bits, que é colado no
  final da mensagem.