Supervisão de Processos Agrícolas e Industriais: Planejamento de Sistemas Supervisórios

1 Prof Dr Gerson Ovidio Luz Pedruzi SUPERVISÃO DE PROCESSOS AGRÍCOLAS E INDUSTRIAIS AGRÍCOLAS E INDUSTRIAIS Automação e Controle de Processos Agrícolas e Industriais ELT 552 2 Autores Prof Dr Gerson Ovidio Luz Pedruzi Layout Taiane Souza Editoração Eletrônica Adriana Freitas Edição de conteúdo e CopyDesk João Batista Mota Diretora Silvane Guimarães Silva Gomes Campus Universitário 36570000 ViçosaMG Telefone 31 3899 2858 Fax 31 3899 3352 Universidade Federal de Viçosa Reitora Nilda de Fátima Ferreira Soares ViceReitor João Carlos Cardoso Galvão 3 Significado dos ícones da apostila Para facilitar o seu estudo e a compreensão imediata do conteúdo apresenta do ao longo de todas as apostilas você vai encontrar essas pequenas figuras ao lado do texto Elas têm o objetivo de chamar a sua atenção para determinados trechos do conteúdo com uma função específica como apresentamos a seguir Textodestaque são definições conceitos ou afirmações importantes às quais você deve estar atento Glossário Informações pertinentes ao texto para situálo melhor sobre determinado autor entidade fato ou época que você pode desconhecer SAIBA MAIS Se você quiser complementar ou aprofundar o conteúdo apresentado na apostila tem a opção de links na internet onde pode obter vídeos sites ou artigos relacionados ao tema Quando vir este ícone você deve refletir sobre os aspectos apontados relacionandoos com a sua prática profissional e cotidiana Ì a Ñ Õ 4 AULA 4 Desenvolvimento de um supervisório 1 PLANEJAMENTO DE UM SISTEMA SUPERVISÓRIO 11 Entendimento do processo a ser automatizado A primeira etapa do planejamento de um sistema supervisório é o entendimento do processo a ser automatizado A partir desse entendimento todas as fases seguintes podem ser realizadas Essa etapa é tão importante que todos que trabalham na automação de um processo precisam fazêla Em uma empresa por exemplo a automação de um processo é dividida em dois grupos um fica responsável pela automação do CLP e o outro se encarrega da automação do supervisório O que eles têm de entendimento comum é sobre como o processo funciona Isso demonstra que se você sabe como o processo funciona está apto a executar todas as outras etapas O entendimento do processo pode ser dividido em Reunião de uma grande quantidade de informação Caso a planta já exista converse com os operadores do sistema a ser automatizado Como o operador trabalha todos os dias na planta ele com certeza é quem mais conhece o seu funcionamento Saberá por exemplo quais variáveis tem que visualizar para manter a planta funcionando Dessa forma é essencial uma conversa com os operadores do sistema Assim eles poderão falar o que poderia facilitar o controle daquele sistema por meio do supervisório Caso a planta não exista converse com os especialistas de planejamento de operações futuras É essencial conversar com esses trabalhadores e saber quais as características e funções que o supervisório tem que ter para atender às necessidades do projeto Além de conversar dos operadores do sistema eou dos especialistas converse com a gerência e corpo administrativo da empresa Essa medida é importante para saber quais informações são necessárias ao suporte de decisão Alguns exemplos são os históricos de temperatura e de nível de uma planta Tais informações ajudam na análise de dados e o armazenamento delas é feito para que seja possível se realizar uma análise de qualidade que ajude no suporte de decisão de futuras melhorias ou modificações na planta 111 Sistema base para aplicação do planejamento Os nove passos para planejamento de um sistema supervisório serão aplicados ao sistema industrial de despacho de placas de metal que está representado na Figura 1 Este sistema funcionará da seguinte forma Ao pressionar um botão de partida LIGA é ligtado o motor M1 que comanda uma esteira M1 a qual transporta chapas metálicas O sensor SENSOR1 detecta as chapas que são depositadas na esteira M2 A cada 5 5 peças contabilizadas a esteira M1 deve parar e acionar o motor M2 por cinco segundos O motor M2 comanda a esteira M2 que transporta as pilhas completas com 5 unidades O processo se repete até que 50 placas sejam despachadas Nesse momento o botão DESLIGA deve ser pressionado pelo operador para parar o processo Ao finalizar todos os passos para o entendimento do processo o engenheiro deve conseguir chegar a um nível de detalhamento como mostrado anteriormente do processo Figura 1 Sistema de despacho de placas 12 Tomada de dados variáveis Nessa etapa do desenvolvimento do supervisório o desenvolvedor deverá selecionar quais variáveis sistema irá adquirir Isso é necessário pois em uma planta existem muitas variáveis mas os operadores a gerência e o corpo administrativo só precisam saber daquelas que influenciam na execução do processo Um bom exemplo é o tanque em que entra e sai água do qual o operador quer analisar o nível de água dele Isso pode ser feito analisandose a vazão de água de entrada a vazão de água de saída e a partir desses dados estimar o volume do tanque e daí analisar o nível Outra opção é ter um sensor medindo o nível Por isso é necessária a escolha de dados essenciais Para o operador é suficiente saber o nível do tanque e logo não é necessário que ele conheça a vazão de entrada e a vazão de saída Outro problema de se adquirir muitas variáveis é ter um banco de dados muito grande Em redes de computadores se o banco de dados for muito grande o tempo de resposta também será relativamente grande Com um número de variáveis suficientemente grande o que pode ocorrer é que a variável que o operador está vendo no momento não é a variável atual pois 6 houve um atraso devido ao sistema ter que procurar entre as inúmeras variáveis contidas no banco de dados Para o nosso sistema base as variáveis selecionadas para o supervisório seriam Botoeira liga sistema Botoeira desliga sistema Sensor de contagem placas Contagem de placas que estão na Esteira 2 Motor que controla a Esteira 1 Motor que controla a Esteira 2 Contagem de tempo de Esteira 2 ligada Total de placas despachadas 13 Planejamento do banco de dados O sistema supervisório está diretamente relacionado ao banco de dados Dessa forma é muito importante fazer o seu planejamento Para se fazer o planejamento do banco de dados é necessário a Designar as variáveis do sistema supervisório Diagrama de instrumentação da planta Nesse diagrama são mostrados quais equipamentos estão relacionados com a planta Fluxo de processo No fluxo é mostrado como o processo evolui para sair de matériaprima até chegar ao produto final Lista de endereços dos registradores do CLP Dessa forma ao se observar a variável é possível saber a que conjunto ela pertence b Escolher a classe de varredura SCAN ie velocidade de leitura das variáveis O CLP funciona em tempo real O supervisório não funciona em tempo real Por isso um aspecto que o supervisório pode ter é fazer a leitura de variáveis em frequências diferentes Isso é muito útil pois existem variáveis que podem ser analisadas em um intervalo de tempo maior do que outras c Desenvolver um sistema de nome das variáveis d Usar pastas de arquivos para organizar variáveis e Agrupar conjuntos de tags que se referem a mesma etapa do processo É necessário se agrupar conjuntos de tags quando o sistema é muito grande no qual existe muita setorização e variáveis a serem observadas Nesses casos utilizase a nomenclatura e organização própria por setor Isso ajuda muito na organização e na manutenção do sistema especialmente quando ela é realizada por terceiros Tabela 1 Nomes das variáveis do sistema no supervisório Elementos Nome da Variável Esteira 1 Esteira1 Contagem de Placas ContadorPlacas Esteira 2 Esteira2 Tempo de Esteira 2 ligada Temporizador Esteira2 Placas Despachadas Somatorio placas 7 No caso do sistema base as variáveis poderiam ser nomeadas no supervisório como na Tabela 1 Observe que estes nomes devem remeter ao que a variável representa fisicamente na planta e assim facilitar a identificação dela durante o processo de criação do supervisório Note também que foi utilizado o underline para separar os nomes Isso é preciso pois o software Elipse Scada o qual usaremos no futuro para a criação de supervisórios não aceita espaço em nomes de variáveis Além disso para melhor organizar as variáveis no sistema supervisório podese dividilas em 3 pastas a Saídas físicas do sistema Contadores e Temporizadores como na Figura 2 Figura 2 Pastas de organização das variáveis do sistema 14 Planejamento dos Alarmes No sistema supervisório o alarme tem a função de sinalizar que algo está ocorrendo seja bom ou ruim Por exemplo em um sistema com agitador toda vez que o operador clica no botão do agitador um alarme avisa que o agitador foi acionado Isso não implica uma situação de perigo mas é interessante mostrar ao operador que o agitador foi acionado Ao se desligar o agitador também é interessante mostrar que isso ocorreu ao operador Mas se por exemplo o agitador desligou por uma razão desconhecida ou perigosa como superaquecimento outro tipo de alarme deverá ser acionado Definir Condições de acionamento dos alarmes Escolha da forma de notificação dos operadores Alguns tipos de notificação são mensagens na tela mensagens na tela com cores diferentes sinais sonoros Envio de mensagens Esse envio pode ocorrer das seguintes formas mensagem na tela envio por email envio por mensagem de celular Providência de ações As providências de ações deverão informar ao operador qual ação ele deve tomar quando determinado alarme é acionado Por exemplo quando o alarme que indica que o motor ligou for acionado o operador não precisa fazer nada Já quando o motor for desligado por superaquecimento o operador terá que agir Funções Chamar a atenção do operador para uma modificação do estado do processo Quando ocorre uma mudança em um estado intermediário do processo O operador está em estado de observação e a sinalização é necessária para que ele possa executar uma ação que dará continuidade ao processo Saídas Físicas do Sistema Esteira1 Esteira2 Contadores ContadorPlacas SomatórioPlacas Temporizadores Temporizador5s 8 Sinalizar uma ação atingida Quando o processo chega ao seu estado final O operador não precisa intervir pois o processo chegou ao fim Fornecer indicação global sobre o estado do processo Por exemplo no caso de um tanque poderiam ser indicados os estados Enchendo Agitador ligado entre outros Ele pode também indicar qual a porcentagem do processo que já foi completada Dois exemplos para diferenciar a função Chamar a atenção do operador para uma modificação do estado do processo e a função Sinalizar uma ação atingida são um misturador e o transporte de caixas No misturador quando o tanque enche de água o sistema sinaliza a modificação do estado do processo Então o operador pode despejar o material que será misturado no tanque que dará continuidade ao processo Já no transporte de caixas quando todas as caixas forem transportadas o sistema irá indicar que a ação de transporte foi atingida finalizando o processo Alarmes normais São aqueles que não requerem qualquer necessidade de intervenção em relação ao seu funcionamento Alguns exemplos ocorrem quando o sistema está funcionando corretamente como quando o alarme indica que o motor ligou ou desligou por uma causa normal e o operador não tem que tomar qualquer ação Não implicam o aparecimento de uma situação perigosa É importante que a intervenção não seja uma carga suplementar ao operador em períodos agitados O alarme normal existe para chamar atenção do operador quando ele estiver distraído Em períodos agitados essa técnica não é tão eficaz pois o chamar a atenção se torna uma coisa corriqueira e por isso o operador irá ignorála Modos possíveis de intervenção Supressão de um sinal sonoro Caso o sinal toque o operador o desliga Intervenção diretamente na tela do supervisório No caso de aparecer um popup o operador pode clicar em ok O popup normalmente é utilizado para sinalizar algo grave Aceitação do alarme Caso o operador reconheça o alarme e o aceite ele clica no check Não reconhecimento por parte do operador Em casos de alarme normal nos quais não é necessário que o operador faça o reconhecimento Modos de apresentação dos alarmes no sistema supervisório Alarmes Instantâneos Os alarmes instantâneos costumam ficar na parte superior ou inferior das telas Apresentam apenas os alarmes que estão ocorrendo naquele determinado momento 9 Histórico de Alarmes O histórico de alarmes costuma ter uma tela do supervisório própria para ele Nesse local são mostrados todos os alarmes ocorridos durante a execução do sistema Na Figura 3 temos um exemplo do supervisório do sistema base utilizado Nele é possível observar os alarmes instantâneos na parte de baixo do supervisório Já na Figura 4 temos o histórico de alarmes Figura 3 Sistema supervisório e os alarmes instantâneos Figura 4 Página histórico de alarmes Na Tabela 2 estão apresentados os possíveis alarmes para o sistema base Tabela 2 Possíveis alarmes para o sistema base Variável Valor Comentário Função Esteira1 0 Esteira 1 Desligada Indicação Global Esteira1 1 Esteira 1 Ligada Indicação Global Esteira2 0 Esteira 2 Desligada Indicação Global Esteira2 1 Esteira 1 Ligada Indicação Global 10 15 Planejamento da Hierarquia das Telas No planejamento de hierarquia das telas é muito importante a hierarquia de navegação consiste em uma série de telas que fornecem progressivamente detalhes das plantas à medida que se navega no aplicativo barras de navegação com botões sugestivos da tela a ser chamada na sequência Na Figura 5 podese observar o fluxograma da hierarquia das telas de um sistema supervisório Observe que o usuário irá ter inicialmente a tela Login quando abrir o programa Após logar irá para a Tela Principal e daí terá as possibilidades de ir para Tela Histórico de Alarmes ou abrir o popup Gráficos ou o Controle de usuário Dessas telas terá a possibilidade de voltar à Tela Principal Figura 5 Fluxograma de hierarquia de telas de um supervisório Em sistemas maiores é possível criar botões de acesso que levem o usuário a conseguir observar certas partes da planta de forma mais específica No exemplo base utilizado poderia ser criado um acesso para que o operador tenha dados mais específicos da esteira como velocidade de funcionamento sentido de rotação etc 16 Desenho das Telas Outra etapa importante no planejamento de um supervisório é o desenho das telas Nessa etapa é importante fica atento às seguintes características Somatorio placas 40 Sistema de despacho próximo a limite Indicar atenção Somatorio placas 50 Desligar Sistema Intervenção Auxiliarliga desliga 0 Sistema Desligado Indicação Global Auxiliarliga desliga 1 Sistema Ligado Indicação Global 11 Consistência Uso de símbolos e cores Observe que as telas das Figuras 3 e 4 têm fundo cinza Algo muito importante a ser notado no desenvolvimento de um sistema supervisório é que o operador trabalhará olhando para a tela por longos períodos de tempo Logo a tela tem que ser a menos cansativa possível Por isso os sistemas anteriores têm o fundo cinza pois é uma cor que não é tão chamativa Além disso a cor utilizada nos objetos da foto deve enfatizar o estado de funcionamento do processo Utilizamse cores vermelhas para objetos que estejam desligados ou não estejam funcionando bem por exemplo Nome dos botões O nome que está no botão tem que dar uma ideia aonde ele o levará Por exemplo um botão que leva a uma tela secundária pode ter o nome Tela secundária pois essa denominação mostra exatamente aonde ele o levará Posição dos botões nas telas Os botões não podem ficar sortidos na tela O operador vai ter o trabalho de deslocar o mouse na tela Logo se por exemplo ele está em uma tela e queira voltar para a anterior presumese que o botão esteja no mesmo local As Figuras 3 e 4 demonstram isso Nelas o menu se encontra no mesmo local logo todos os botões de navegação entre telas e popups estão sempre no mesmo local do supervisório Utilização de símbolos que facilitem o entendimento É importante a utilização de símbolos padrão que deixem claro qual objeto está sendo representado Observe que nas Figuras 3 e 4 que os botões do menu são bem intuitivos o que facilita a operação Além disso os desenhos utilizados para representação das esteiras na Figura 3 são o padrão utilizado na indústria para representálas o que torna mais fácil o entendimento por parte do operador 17 Gráficos Gráficos de tendência Os gráficos de tendência mostram como variáveis do processo mudam ao longo do tempo por meio de sua imagem gráfica Tendência são utilizadas para Analisar a evolução de uma variável do processo Monitorar a eficiência da produção Armazenar dados para futuras auditorias Um bom exemplo é o gráfico de tendência da temperatura de um processo ao longo do tempo Esse gráfico pode ser salvo em um banco de dados e posteriormente ser analisado para ver as temperaturas críticas ao longo do processo No sistema base utilizado podese utilizar o gráfico de tendência por exemplo para a contagem de tempo que a esteira 2 está ligada como representado na Figura 6 No entanto essa não é a melhor aplicação do gráfico de tendência sendo o exemplo anterior uma melhor base para entendêlo 12 Figura 6 Gráficos de tendência utilizado no sistema base Gráficos em barras Os gráficos em barras são utilizados para contagem de variáveis discretas e auxiliam o operador a acompanhar os limites da variável analisada Na Figura 7 é possível observar os gráficos em barras utilizados no sistema base Note que como ele tem os limites das variáveis o operador consegue com eles acompanhar o acúmulo das placas em cada caso Figura 7 Gráficos em barra do sistema base 18 Acesso e Segurança e Padrão Industrial É necessário analisar as seguintes características do sistema Restrição do pessoal ao sistema Tem a função de restringir em parte do sistema determinado trabalhador que vai trabalhar ou em que parte ele tem acesso Por exemplo o sistema pode restringir um gerente a apenas visualizar os dados do sistema ou um operador a apenas operar o sistema Adequação do sistema supervisório com outros aplicativos do sistema operacional utilizado Isso é necessário pois muitas vezes o sistema supervisório de uma planta se comunica com outros sistemas O que também pode ocorrer é uma planta se comunicar com outra Logo um padrão é necessário