funes SCADA (Superviso, Controle e Aquisio de Dados) Fontes de Dados em SE As Unidades Terminais Remotas (UTRs) so fontes tradicionais de dados de uma subestao. A funo primria deste equipamento coletar os estados e as medidas da subestao, transferindo-as para um sistema localizado no centro de controle, o qual realiza a superviso, controle e aquisio de dados (SCADA), facilitando, desta forma, o controle remoto. [PROUDFOOT 99] Para realizar esta tarefa, os fornecedores de UTRs e suprimentos para o centro de controle criaram protocolos de comunicao para transportar os dados e as mensagens. Eles eram planejados para trabalhar em tempo-real. Por este motivo, precisavam efetuar a sua misso de maneira rpida e eficaz. As mensagens necessitavam trafegar com muita otimizao j que as linhas de comunicao trabalhavam com uma largura de banda entre 1,2 e 9,6 BPS. [PROUDFOOT 99] Com o surgimento dos equipamentos secundrios de base-microprocessada, tais como: rels de proteo, Rels Universais (UR), Medidores de gases dissolvidos em transformadores, reguladores de voltagem, Oscilgrafos, medidores de energia, introduziram-se equipamentos com capacidade de comunicao dentro da subestao. Comerciantes destes Dispositivos Eletrnicos Inteligentes (IEDs) adicionaram capacidade de comunicao para permitir a sua conexo com o controlador programvel. Com esta conexo, pode-se configurar, recuperar dados e efetuar diagnsticos. Equipes de manuteno podem examinar logs contendo a seqncia de eventos, extraindo informaes para diagnosticar a ocorrncia de falhas. SCADA A integrao desses equipamentos digitais comumente denominada de sistema para Superviso, Controle e Aquisio de Dados - SCADA. A principal funo de um sistema SCADA a monitorao e o controle dos equipamentos em vrios nveis a qual montada atravs do levantamento dos requisitos das funes a serem automatizadas, seguidas pela definio da arquitetura de hardware e software a ser utilizada.

Funes Bsicas - Sistema de Automao

1) Comando remoto: A manobra dos equipamentos dever ser conduzida pelo operador a partir da sala de comando, atravs da interface grfica onde apresentado o diagrama unifilar da subestao. A sala de comando pode estar na prpria subestao ou em casos de subestaes desassistidas em um local remoto denominado Centro de Operao Regional. 2) Funo de monitorao: Apresenta ao operador, sob forma grfica ou atravs de desenhos esquemticos, os valores provenientes das medies realizadas, alm das indicaes de estado dos disjuntores, chaves seccionadoras e demais equipamentos de interesse. As medies podem ser obtidas por meio de transdutores conectados s entradas analgicas das UTRs ou controladores programveis, ou ainda atravs de equipamentos dedicados que promovam a transferncia entre analgico/digital. A figura 1 exemplifica uma tela do IHM com o unifilar de uma SE, construda pelo Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia. 3) Alarmes: uma notificao para o operador sobre a ocorrncia de alteraes espontneas da configurao da malha eltrica, ou uma irregularidade funcional de algum equipamento, ou ocorrncias no sistema digital, ou ainda, a ocorrncia de violaes de limites operativos de medies. Quando ocorre uma situao de alarme, o operador deve adotar um procedimento para reconhecer o mesmo. A figura 2 mostra um exemplo de alarmes com mensagens reconhecidas. 4) Registro seqencial de eventos: dever registrar a atuao de rels de proteo, abertura e fechamento de disjuntores e chaves seccionadoras e outras indicaes de estado de interesse, com preciso de at um milissegundo, possibilitando o encadeamento histrico das ocorrncias. Devido elevada preciso, a aquisio desses dados efetuada normalmente por equipamentos autnomos, que se comunicam com o centro de controle e demandam um dispositivo de sincronizao de tempo. 5) Funo proteo: uma funo realizada por equipamentos autnomos e redundantes, em face da sua importncia e velocidade com que devem atuar. composta por rels de proteo que podem ser digitais ou convencionais, sendo que esses ltimos podem ser eletromecnicos ou de estado slido. O sistema de automao responsvel apenas pela monitorao da atuao dos rels, que, no caso de rels convencionais, efetuada por meio de contatos auxiliares. J os rels numricos apresentam a possibilidade de transferncia dessa informao via canal de comunicao de dados, alm de poderem transferir, adicionalmente, o estado operativo do rel, por meio de rotinas de autodiagnstico. 6) Armazenamento de dados histricos: Todas as medies, indicaes de estado, alarmes e aes executados pelo operador devem ser armazenados, a fim de permitir a anlise ou auditoria posterior. A figura 3 mostra um exemplo de alarmes e aes executadas. 7) Grficos de tendncias: Devem possibilitar ao operador observar a evoluo das grandezas analgicas no tempo em que durar a monitorao. Tambm deve ser possvel observar tendncias analgicas extradas a partir de dados histricos. 8) Intertravamento: Devem efetuar o bloqueio ou liberao de aes de comando em chaves, disjuntores ou seccionadoras em funo da topologia da subestao, visando segurana operativa desses equipamentos. 9) Religamento automtico: um algoritmo de controle que tenta restabelecer automaticamente a topologia da subestao no caso de abertura espontnea de disjuntor. Esta

uma funo que introduz automatismos no sistema. Estes automatismos so elaborados com tcnicas de inteligncia artificial, descritas em Automao de Subestaes. 10) Controle de tenso e reativos: uma lgica de controle que visa manter o nvel de tenso e o fluxo de reativos nos barramentos, dentro de limites preestabelecidos, atravs da alterao automtica de "tapes" de transformadores e a insero ou retirada parcial ou total de banco de capacitores. Esta funo tambm introduz automatismos no sistema. 11) Recomposio: Entende-se por recomposio o restabelecimento de uma SE em caso de pane ou perturbao. A perturbao [RODRIGUES 97] um distrbio ocorrido na rede eltrica que altera os parmetros de tenso ou corrente. Uma falta uma perturbao caracterizada pela interrupo do fluxo de energia. Aps uma perturbao geral [MARTINO 97] em uma subestao, pode ser necessrio restabelecer o processo de carga, fazendo-o de forma rpida e segura. Para o restabelecimento do sistema existem duas fases: fluente e coordenada. Define-se por fluente a primeira fase da recomposio que inicia com a sincronizao de unidades geradoras ou recebimento de tenso em circuitos, a partir dos quais se sucedero a energizao de transformadores e outras linhas de transmisso, conforme a sua prioridade. Este procedimento realizado nas subestaes pelos operadores sob coordenao de um Centro de Operaes Regionais (COR) ou Centro de Operaes do Sistema (COS). Aps o trmino da fase fluente, o operador comunica o Centro de Operao, iniciando ento a fase coordenada. Nesta fase, dar-se-o a energizao dos demais equipamentos, as liberaes de tomada de carga adicionais e, conforme o caso, o fechamento paralelo e/ou em anel das reas que no foram interligadas durante a fase fluente. 12) Sincronizao: O sincronismo usado para sincronizar duas fontes. Ele executado com um sincronoscpio no qual o operador visualiza a Tenso, a Freqncia e o ngulo. Quando os valores da fonte A estiverem prximos da fonte B, o operador efetua o sincronismo. Outros requisitos funcionais de um sistema digital de automao devero oferecer, ainda as seguintes facilidades: 1) Subestaes desassistidas: Devem permitir que a subestao opere sem a presena do operador, sendo que nesse caso, sua operao passar a ser efetuada remotamente por outro centro de operao. Assim, o sistema dever redirecionar as informaes locais para um console remoto, atravs de um canal de comunicao de dados. 2) Interface homem-mquina: A IHM dever oferecer recursos grficos de animao que permitam ao operador, via de regra, pouco familiarizado com informtica, reconhecer de imediato os estados dos equipamentos, as medies realizadas e as sinalizaes de alarmes. A interface deve ser projetada com requisitos de ergonomia de software para que esta seja amigvel ao operador. A figura 4 exemplifica uma tela do IHM com a estrutura de rels de uma SE, construda pelo sistema Cimplicity da General Electric. 3) Diversidade de equipamentos: O sistema deve ser flexvel para permitir a integrao com equipamentos de aquisio de dados e controle, como Unidades de Terminais Remotas (UTR), Controladores Programveis (CP), equipamentos de medio digital e rels digitais, provenientes de diferentes fornecedores. A figura 5 mostra o fluxo de dados entre os dispositivos e demais funes. 4) Biblioteca de protocolos: O sistema deve ser capaz de operar com os diversos tipos de protocolos disponveis no

mercado. Este um requisito necessrio para integrar os diversos sistemas e equipamentos que operam com protocolos diferentes. Por exemplo, o sistema utilizado na SE de Santo ngelo possui um geteway para conversar com o protocolo DNP utilizado pela ELETROSUL e a subestao de It, Conitel usado pelo Operador Nacional do Sistema e IEC usado pelo Cimplicity. 5) Interligao em rede: O sistema dever apresentar facilidades de utilizao de rede de forma a permitir a integrao futura com outros mdulos. Benefcios da Automao Os benefcios incluem aumento de produtividade, eficincia nos processos, reduo de erros operacionais, melhoria nas condies de segurana, qualidade do produto, reduo de custos e mo-de-obra. Os sistemas SCADA que atualmente so os preferidos na maioria das aplicaes, baseadas preferencialmente em Unix. Os Sistemas Digitais de Controle Distribudo, sendo um concorrente do primeiro, mais flexveis e construdos tambm em Windows e Linux. Sistema de Base de Conhecimento (SBC - Inteligncia Artificial)

Linguagem de Programao para Processos:

No passado, no existia um padro internacional em que um fabricante pudesse se basear para definir sua linguagem de programao para PLC (Programmable Logic Controller). Cada fabricante usava uma, e elas no tinham nenhum compromisso com portabilidade e compatibilidade. Os sistemas eram totalmente proprietrios, dificultando as atividades para o usurio. Esta prtica comeou a mudar com a entrada dos PCs que utilizavam um padro. Para no perder mercado, estes fabricantes tambm passaram a aderir a padres. [CARVALHO 99] Eles adotaram o padro IEC (International Electrotechnical Commission) norma IEC61131- 3. Com isso, uma reposio de um PLC ou substituio por defasagem tecnolgica ficou mais fcil e econmica. O treinamento de programadores foi reduzido e a construo de novos sistemas ganhou mais agilidade. A norma define cinco linguagens de programao: Function Block Diagram (FBD), Instruction List (IL), Ladder Diagram (LD), Sequential Function Chart (SFC), Structured Text (ST). 3.4.3.1 Function Block Diagram uma linguagem grfica para programao de PLCs, baseada na interpretao do comportamento do sistema, podendo ser utilizada para detalhar condies de transio e aes de diagramas SFC. [CARVALHO 99] Os elementos da linguagem devem ser interconectados por linhas de fluxo. Variveis de entrada e de sada descrevem o processo que consiste em um conjunto de blocos elementares. As entradas e sadas so conectadas aos blocos atravs de linhas. Os blocos so representados por retngulos. Combinando blocos, pode-se construir uma lgica apropriada para a aplicao. 3.4.3.2 Instruction List usada para pequenas aplicaes ou como parte delas, sendo de baixo nvel e de grande eficincia. Um programa composto por uma lista de instrues. Cada linha possui um comando e um operador, operandos so separados por vrgulas. A linguagem utiliza um registrador no qual armazena os resultados. [CARVALHO 99] 3.4.3.3 Ladder Diagram uma representao grfica de equaes booleanas, combinando contatos e bobinas. Os smbolos grficos do diagrama Ladder so organizados como se fossem degraus. So limitados esquerda e direita por linhas verticais. Os contatos podem ser normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Quando energizado, NA forado a fechar e NF forado a abrir. [CARVALHO 99] As funes lgicas AND so exibidas em linha horizontal e os OR uma abaixo da outra verticalmente. Esta linguagem pode representar bem os sistemas de controle lgico combinatrio, mas ineficiente para sistemas de controle seqencial onde se necessita de controles de tempo. 3.4.3.4 Sequential Function Chart Esta linguagem de programao oriunda da teoria de Rede Pertri. Ela no se restringe Engenharia, sendo usada em todos os ramos da cincia. A SFC simples, porm com rigorosa formalizao matemtica. Um programa composto por um conjunto de Steps, Transies e Arcos Orientados que representam o funcionamento de um automatismo lgico. Os steps so ligados s aes e as transaes que so associadas s receptividades. Os arcos ligam steps s transies e vice-versa. [CARVALHO 99] 3.4.3.5 Structured Text

uma linguagem em forma de texto juntamente com a IL. uma linguagem estruturada e de alto nvel, semelhante ao Pascal e ao C. Foi desenvolvida para efetuar a programao de processos automatizados, onde se utilizam procedimentos complexos e difceis de serem representados nas linguagens grficas. A ST a linguagem de descrio de aes do diagrama SFC. [CARVALHO 99] A linguagem estruturada em listas de declaraes do tipo (IF, THEN, ELSE, FOR WHILE, REPEAT). No fazem parte da norma as linguagens: Flowchart que est sendo divulgada por empresas como uma adio norma e o Fieldbus que ser incorporado norma atravs de blocos de funes flexveis (FFB - Flexible Function Blocks). Automao Uma SE de energia eltrica um tipo de instalao complexa, principalmente para efetuar a sua automao. Existe um ambiente eletromagntico agressivo, h necessidade de velocidade de processamento elevada e os processos no podem aceitar comandos involuntrios e/ou medies incorretas. As SEs, em conjunto com as usinas de gerao, representam um ponto chave no sistema eltrico, no permitindo a interrupo no processo de fornecimento.

Para efetuar a automao de uma SE necessrio coletar uma srie de dados dos equipamentos. Nos sistemas atuais, que contemplam as subestaes mais antigas, os dados so coletados por rels e transdutores e enviados a UTR. Alguns destes dados so processados e enviados ao sistema SCADA. J os IEDs utilizados em SE mais modernas entregam os dados j processados diretamente ao sistema SCADA. Para cada SE necessrio efetuar um estudo para captar os dados a serem utilizados.

Metodologia para Especificao de Telecontrole 1- Verificar Necessidade da Empresa 2- Escolha do Sistema Scada 3-Definio do Software 4- Seleo do Hardware - Vida til esperada de 15 anos 5- Especificar UTR ou Substituio por Rels Universais (apenas em aplicaes digitais) 6- Implantao do Projeto Piloto 7- Planejamento da Implantao 8- Configurao do Sistema SCADA - definio da base de dados 9- Configurao da UTR ou dos Rels Universais 10- Comissionamento e Teste da Configurao

11- Operao Local - Permanece at verificar confiabilidade para operao remota 12- Documentao 13- Treinamento 14- Transferncia de Plataforma - Definio da Localizao do Controle Regional -O conceito

de centro de controle regional pode levar em conta caractersticas como: Estar prximo de uma equipe de manuteno, pois em caso de falha, os tcnicos de manuteno no demorariam em chegar. Estar situado em lugar com infra-estrutura de comunicao.Funes SCADA

Aquisio de Dados O subsistema de comunicao de dados de cada centro regional pode ser dividido em trs subsistemas especficos: Comunicao de dados com as UTRs e servidores de dados. Comunicao de dados com os centros regionais. Comunicao de dados com outros centros de operao. O subsistema de aquisio de dados dever detectar, atravs do protocolo, a perda das informaes trocadas com as UTRs e os servidores de dados, bem como com outros centros de controle. As perdas de comunicao devero ser detectadas e contabilizadas pelo sistema e, em correspondncia, devero ser gerados alarmes. Comunicao de Dados com as UTRs e Servidores de Dados - o subsistema de aquisio de dados deve coletar as informaes do sistema de potncia coletadas pelas UTRs instaladas e o envio de comandos. As UTRs possuem protocolo especfico. Os detalhes relativos aos protocolos, UTRs e servidores de dados so descritos no item de Requisitos de Hardware. A coleta de dados deve ser feita ciclicamente de acordo com os tempos definidos na tabela 16. O sistema deve suportar tambm a aquisio por exceo. Segundo o protocolo utilizado, o SSC dever suportar todos os tipos de comunicao necessrios, tais como mestre-mestre e mestre-escravo (polling). Comunicao de Dados com os Outros Centros de Operao - o subsistema de comunicao de dados com os centros de operao de outras empresas poder implementar outros protocolos. Os tipos de protocolos bem como os detalhes devero ser abordados durante o workstatement. Os dados recebidos das outras empresas devem ser processados como se fossem recebidos das UTRs. Como alguns dados podero vir simultaneamente via enlace de dados ou via UTR, o SSC dever gerenciar esses dados definindo as fontes principais e o backup. O chaveamento entre as fontes dever ser automtico.

Processamento de Dados e Monitorao O software SCADA dever processar dados telemedidos provenientes das UTRs, servidores de dados, centros regionais de operao da empresa e de outros centros de operao interligados bem como, dados manuais. Os procedimentos a serem executadas so: fazer a converso para unidades de engenharia, verificar limites, variao de estado, dados calculados, alarmes e eventos, seqncia de eventos, atributos de qualidade de dados e invalidao de dados. Todos os dados de operao do sistema de potncia (por exemplo: estados, MW, MVAR, kV, MWh), que j no possurem etiqueta de tempo, devem ter estas etiquetas colocadas pelo servidor de comunicao do centro de controle de forma a manter consistncia para o tratamento, anlise, histrico, fechamento (settlement), contabilizao e faturamento. Devese resolver diferenas entre o fuso horrio e as mudanas entre o horrio padro e o de vero de forma a estabelecer selos de tempo consistentes para o software de aplicao. O sistema dever ser capaz de selecionar um conjunto de dados a ser propagado para os outros centros, definindo se devem ser enviados os dados brutos ou tratados localmente. Esta definio poder ser feita durante o workstatement. Verificao de Limites - os valores analgicos, obtidos e calculados, devero ser comparados com os limites superiores e inferiores. Os limites devero ser estabelecidos para cada grandeza, podendo serem alterados dinamicamente: Limite superior e inferior de escala ou de razoabilidade (reasonability limits). Limite superior e inferior de emergncia. Limite superior e inferior de operao. Dever ser possvel, tambm, alterar toda a tabela de limites, em funo de situaes (horrios pr-estabelecidos, condies eltricas, etc.) com dados pr-estabelecidos por funes off-line, obtidos atravs da interface com a rede corporativa. Esta alterao dever ser executada sem interromper o processamento normal do SSC. Limite mximo de taxa de variao da grandeza. Qualquer valor de limite deve ser considerado tanto para as funes SCADA como as de aplicao, descritas nos item de Funes SCADA e Software Aplicativo. Para todos os tipos de limite dever ser estabelecida uma banda morta (histeresis). Variao de Estado - para cada indicao de estado, dever ser comparado com o antigo valor adquirido e armazenado no banco de dados. Se ocorrer uma mudana, um alarme dever ser gerado e atualizado no display correspondente, devendo ser tambm ativado o configurador de redes. Dados Calculados - os dados calculados devero ser armazenados no banco de dados da mesma forma que os dados telemedidos. Valores Calculados de Dados Analgicos - os valores mdios devero ser calculados a partir das telemedies, bem como de valores estimados e/ou manualmente introduzidos pelo operador. Desta forma, a funo de clculo dever oferecer a possibilidade de clculo de valores analgicos, a partir de quaisquer telemedies, outros valores calculados, de limites estabelecidos ou preferencialmente de resultados de programas aplicativos. Dever ser prevista a possibilidade de definio dinmica de frmulas para os clculos dos dados analgicos. Estas frmulas devero ser introduzidas via displays apropriados para este fim. As frmulas devero ser introduzidas a partir de configurao definida no banco de dados. A freqncia do clculo dos dados poder ser parametrizada. 1. Indicaes de Estados Calculados - a freqncia de clculo das indicaes de estados calculados dever ser parametrizvel e no mximo igual taxa de varredura dos estados.

O operador pode especificar qual o de tempo de execuo dos novos estados calculados. Esta especificao poder ser feita atravs de expresses booleanas, envolvendo grandezas analgicas e estados, telemedidos ou calculados, com um nmero varivel de operandos. 2. Energia Integralizada - a energia dever ser integralizada em perodo definido pelo usurio (horrio, dirio, semanal) a partir das telemedies coletadas em tempo real. Os valores mdios devero ser expressos em MWh e MVARh. O intercmbio de energia entre as empresas tambm dever ser calculado por um perodo definido pelo usurio a partir das telemedies coletadas em tempo real. Os valores mdios devero ser expressos em MWh e MVARh, indicando o sentido do fluxo. Os dados calculados de energia ativa e reativa das unidades geradoras, bem como a potncia ativa total, consumo ativo e reativo e totalizaes devero ser apresentados aos operadores nos displays associados operao. 3. Dados Manuais - dados manuais so processados de forma anloga aos telemedidos ou calculados. Para cada entrada de dados no logging dever ser registrada a mudana, o horrio e a identificao do operador. 4. Outros Clculos - outros dados calculados e/ou usados pelos programas de aplicao e que no so coletados pelo sistema de aquisio de dados devero ter a possibilidade de serem configurados em qualquer display utilizado pelo sistema. Dever ser possvel criar grandezas calculadas a partir de qualquer atributo da base de dados, incluindo grandezas do sistema SCADA e produzidas por aplicaes. O resultado ou parcela poder conter os seguintes tipos: inteiro, real e booleano. As operaes devero ser: Operaes aritmticas: com capacidade de clculos envolvendo grandezas analgicas, utilizando-se as quatro operaes, bem como uma biblioteca de funes matemticas a ser definida. Operaes booleanas: dever ter a capacidade de clculos envolvendo indicaes de estados de disjuntores e outras sinalizaes, utilizando-se operaes booleanas (AND, OR, NOT). Operaes mistas: clculos envolvendo operaes aritmticas e booleanas. Clculo de corrente: com capacidade de clculo de corrente a partir de telemedies pertinentes, coletadas pelo sistema em tempo real. Clculo de MVA: o mesmo procedimento dever ser possvel para o clculo do MVA. Clculo condicional. Contador. Clculos estatsticos. Clculos trigonomtricos. Processamento de Alarmes e Eventos. 1. Geral - o sistema deve prever gerenciamento de alarmes onde seja permitido alertar o usurio sobre condies no usuais no sistema, tais como: abertura de dispositivos eltricos, ultrapassagem de limites, ocorrncias no sistema de comunicao e equipamentos pertencentes configurao computacional. O sistema de gerenciamento de alarmes deve comportar situaes de avalanche de alarmes decorrentes de distrbios no sistema eltrico, sem que com isso haja degradao, perda de confiabilidade ou de desempenho do SSC. Para isto, o sistema dever levar em conta: Mtodos para notificar os operadores, nas estaes de trabalho, sobre mudanas espontneas ocorridas no sistema. As notificaes devero incluir um alarme sonoro em diferentes tons, dependendo da gravidade, bem como indicaes visuais

da presena de mudanas ocorridas e no reconhecidas pelos operadores. As indicaes visuais devero incluir uma regio dedicada no display, a qual, a partir de pontos sensveis (poke point) vinculados a outros displays, proporcionaro uma viso mais detalhada das informaes acerca do estado do sistema de potncia. O usurio dever ter a possibilidade de parametrizar ou preestabelecer as formas de notificao acima descritas. Os alarmes devem ser funcionalmente classificados por rea de responsabilidade e visualizados pelo operador de uma forma que facilite a sua identificao. Ter acesso s ltimas mensagens de alarmes no reconhecidas. Reconhecer alarmes, permitindo aos operadores reconhecer e/ou suprimir as mensagens de alarmes em vrios displays, incluindo os diagramas unifilares de subestaes/usinas. As mensagens de alarmes devero ser reconhecidas e/ou suprimidas nas estaes de trabalho, tanto individualmente como por pgina de lista de alarmes, como por UTR. Possuir um mecanismo para silenciar o alarme sonoro. Permitir uma viso geral da lista de alarmes em ordem cronolgica e diferenciados por cores e prioridades e espaados de uma linha entre um alarme e outro. Possuir mecanismo de definio de prioridade de alarmes pr-estabelecidos. Permitir a impresso das mensagens por solicitao do operador. As mensagens devero ser armazenadas para recuperao ps-operao. Manter um arquivamento dos alarmes para anlise ps-operao, sem limitao de tempo, mas sim de espao fsico de armazenamento. Dever ser prevista a possibilidade de elaborao de relatrios pr-estabelecidos pelos usurios. Possuir mecanismo para a filtragem dos eventos e/ou alarmes de modo que seja possvel, por exemplo, mostrar nas telas apenas os eventos relacionados a disjuntores. 2. Processamento Anti-Bouncing - esta funo deve prevenir um nmero excessivo de variaes de estados e SOE provenientes de subestaes e usinas devido a problemas de bouncing de rels. Ela dever filtrar transies de estado, evitando que a lista de alarmes e seqncia de eventos seja sobrecarregada com informaes repetitivas. Quando um nmero mximo de transies em um determinado espao de tempo for identificado, o ponto de estado deve ser desativado. O operador dever ser notificado quando da ocorrncia da desativao automtica. Quando, aps um determinado nmero de varreduras, o software detectar que o bouncing cessou, dever ser enviada uma mensagem de alarme notificando o operador. A reativao dever ser manual e executada pelo operador. 3. Inibio de Alarmes Aps Retorno Operao de Enlaces de Dados ou Equipamentos - O SSC dever inibir durante a primeira varredura alarmes devido ao retorno operao de enlaces de dados ou qualquer tipo de equipamentos, incluindo UTRs ou centros de operao regionais. 4. Listas de Alarmes devero ser reconhecidas para todo o sistema, bem como uma lista de todas as mensagens reconhecidas e no reconhecidas distribudas por subestao/usina. A lista de alarmes dever tambm ser classificada por ordem de prioridades existentes no sistema. Dever ser disponibilizada ao usurio a possibilidade de preestabelecer vrios nveis de prioridades atravs de parametrizao. Outros sumrios devero ser contemplados: todos os pontos fora de servio, pontos inibidos, pontos introduzidos manualmente e os pontos que no esto em seu estado normal de operao.

5. Inibio de Alarmes - o software SCADA dever usar diferentes aes quando um estado anormal for encontrado, conforme descrito abaixo: Registrar: quando um ponto passa para o estado anormal ou retorna ao normal, uma mensagem dever ser registrada no registro de atividade do sistema. Se o registro da mensagem estiver inibido para o ponto correspondente, qualquer mensagem futura no deve ser registrada. Quando o registro estiver permitido, qualquer mensagem que foi bloqueada ser perdida, e qualquer mensagem futura ser registrada. Quando o registro estiver inibido, o reconhecimento e o alarme sonoro devero estar inibidos. Quando o alarme de um ponto, associado a um estado ou a seqncia de eventos, estiver inibido no devem ser gerados registros de seqncia de eventos relativos a este ponto. Reconhecimento: quando um ponto passa para o estado anormal, ou em alguns casos retorna ao estado normal, o ponto dever ficar no reconhecido at que o operador reconhea o ponto. Se o reconhecimento estiver inibido, o ponto no dever ficar marcado como no reconhecido quando passar para o estado anormal. Anormalidade: quando um ponto passa para o estado anormal, um alarme dever ser gerado. Quando a anormalidade estiver inibida, no dever ser gerado o alarme. Indicao anormal: quando um ponto passa para o estado anormal, ele dever ser marcado no banco de dados, atravs de uma indicao apropriada. Quando a indicao anormal estiver inibida, a indicao no banco de dados dever ser colocada como se o ponto estivesse no estado normal, mesmo que ele esteja no estado anormal. Alarme sonoro: quando um conjunto de pontos pr-configurados passar para o estado anormal, ou retornar ao normal, o alarme sonoro dever soar para alertar o operador sobre o ocorrido. Se o alarme sonoro estiver inibido, ele no dever soar quando o ponto passar para o estado anormal. 6. Alarme Sonoro - tons de alarmes sonoros devero ser definidos e parametrizados pelos usurios em cada estao de trabalho. Para cada estao de trabalho, mltiplos tons devero estar disponveis. Os tons devero ser contnuos e/ou intermitentes e associados gravidade do alarme. Dever ser possvel associar um tom a um alarme de maneira que, por exemplo, um tom contnuo poder ser associado com um alarme de alta prioridade e um tom intermitente com um alarme de baixa prioridade. Seqncia de Eventos 1. Geral - o sistema dever prever um processamento de seqncia de eventos compatvel com as UTRs descritas no item de Requisitos de Hardware. Devido aos diferentes tipos de UTRs que devem ser integradas, o sistema deve estar preparado para: Recepcionar dados com etiqueta de tempo acurada, fornecida por um GPS local. Recepcionar dados sem etiqueta de tempo. O computador front-end deve colocar uma etiqueta de tempo, porm esta etiqueta deve ser marcada como no confivel. Ajustar os retardos de tempo de comunicao de acordo com meio de transmisso e tipo de protocolo de forma a compensar os tempos de retardos inerentes. Para todos os centros de controle regionais, as frmulas de compensao devem ser aquelas atualmente usadas nos seus sistemas atuais. Maiores detalhes sero fornecidos durante o workstatement do projeto. O sistema dever considerar que futuramente a etiqueta de tempo para os dados de seqncia de eventos possa ser colocada pela UTR ou pelo IED (Intelligent Electronic Device) mais prxima ao sistema de potncia.

O sistema dever tambm prover a funo SOE com capacidade de tratar listas provenientes dos centros de controle, dos centros regionais ou de outro centro de operao, integrando estas informaes com as provenientes das remotas. Deve ser possvel ao operador desativar a varredura de uma lista de SOE de uma determinada remota. Igualmente dever ser possvel a reativao. Para cada desativao e/ou reativao dever ser registrado no logging a mudana, o horrio e a identificao do operador. O sistema dever ser capaz de tratar listas de SOE com resoluo de 1ms. Os registros de SOE devero ser armazenados no registro histrico, acessvel na rede de tempo real e corporativa. 2. Sincronismo - as remotas no so sincronizadas para efeito de SOE. O SSC deve se encarregar de calcular um fator de correo e efetuar todas as compensaes necessrias para que os eventos sejam ordenados em nvel sistmico na seqncia em que ocorreram, com a resoluo de 1 milissegundo. 3. Interface com o usurio - o sistema dever prever meios para que os usurios possam visualizar os eventos ocorridos, ordenados de forma cronolgica, com data e hora. Devero existir mecanismos adicionais para que os eventos possam ser filtrados para facilitar a visualizao. Dever ser possvel associar um tom a um alarme de maneira que, por exemplo, um tom contnuo poder ser associado com um alarme de alta prioridade e um tom intermitente com um alarme de baixa prioridade. Seqncia de Eventos 1. Geral - o sistema dever prever um processamento de seqncia de eventos compatvel com as UTRs descritas no item de Requisitos de Hardware. Devido aos diferentes tipos de UTRs que devem ser integradas, o sistema deve estar preparado para: Recepcionar dados com etiqueta de tempo acurada, fornecida por um GPS local. Recepcionar dados sem etiqueta de tempo. O computador front-end deve colocar uma etiqueta de tempo, porm esta etiqueta deve ser marcada como no confivel. Ajustar os retardos de tempo de comunicao de acordo com meio de transmisso e tipo de protocolo de forma a compensar os tempos de retardos inerentes. Para todos os centros de controle regionais, as frmulas de compensao devem ser aquelas atualmente usadas nos seus sistemas atuais. Maiores detalhes sero fornecidos durante o workstatement do projeto. O sistema dever considerar que futuramente a etiqueta de tempo para os dados de seqncia de eventos possa ser colocada pela UTR ou pelo IED (Intelligent Electronic Device) mais prxima ao sistema de potncia. O sistema dever tambm prover a funo SOE com capacidade de tratar listas provenientes dos centros de controle, dos centros regionais ou de outro centro de operao, integrando estas informaes com as provenientes das remotas. Deve ser possvel ao operador desativar a varredura de uma lista de SOE de uma determinada remota. Igualmente dever ser possvel a reativao. Para cada desativao e/ou reativao dever ser registrado no logging a mudana, o horrio e a identificao do operador. O sistema dever ser capaz de tratar listas de SOE com resoluo de 1ms. Os registros de SOE devero ser armazenados no registro histrico, acessvel na rede de tempo real e corporativa. 2. Sincronismo - as remotas no so sincronizadas para efeito de SOE. O SSC deve se encarregar de calcular um fator de correo e efetuar todas as compensaes necessrias para que os eventos sejam ordenados em nvel sistmico na seqncia em que ocorreram, com a resoluo de 1 milissegundo.

3. Interface com o usurio - o sistema dever prever meios para que os usurios possam visualizar os eventos ocorridos, ordenados de forma cronolgica, com data e hora. Devero existir mecanismos adicionais para que os eventos possam ser filtrados para facilitar a visualizao. dever ter a capacidade de introduzir um valor manualmente, substituindo uma telemedio invalidada. 2. Invalidao de Indicao de Estado: Invalidao automtica: as telessinalizaes devero ser invalidadas, inicialmente, a partir do programa de aquisio de dados. A ausncia da informao durante o controle de verificao geral, bem como uma deteco de erro na informao dever invalidar a indicao de estado. Invalidao manual e atualizao: o operador dever ter a capacidade de manualmente invalidar uma telessinalizao. Este procedimento dever estar disponvel nos displays onde a telessinalizao puder ser apresentada. A indicao de estado invalidada dever continuar a ser coletada e com o indicador de qualidade (flag) associado. O operador dever ter a capacidade de introduzir um valor manualmente substituindo uma telessinalizao invalidada. 3. Processamento de Invalidao - uma informao invlida dever inicializar os seguintes procedimentos: Atualizao da lista cronolgica de eventos. Atualizao de todos os displays envolvidos na invalidao, sendo que todas as informaes invlidas devero ser diferenciadas por uma indicao ou por uma cor diferente. Se a invalidao for manual, a respectiva lista de telemedies invalidadas ou de telessinalizaes dever ser atualizada. 4. Processamento de Revalidao - uma informao revalidada dever inicializar os seguintes procedimentos: Automtica: aps o desaparecimento da falha se esta informao estiver sem o flag de invalidao manual. Manualmente sob pedido do operador: toda revalidao dever provocar a atualizao da lista cronolgica de eventos. Dever tambm ocorrer a atualizao de todos os displays envolvidos na revalidao. Se a revalidao for manual, a respectiva lista de telemedies ou de telessinalizaes invalidadas dever ser atualizada. Controle Supervisivo 1. Requisitos Gerais - a especificao abrangente da funo de controle tem por objetivo permitir a operao durante um perodo de transio de algum centro de operao e para eventualmente servir de redundncia, para o caso de falha neste centro. 2. Envio de Comandos - o processamento no centro de controle dever constar de duas fases: Fase de seleo, onde o operador seleciona o equipamento desejado para telecomandar. No final da fase de seleo, deve-se fazer verificaes com o intuito de validar a seleo feita pelo operador e para autoriz-lo ou preveni-lo para passar para a fase de execuo do telecomando. Na fase de execuo, a ordem de telecomando ser enviada para a UTR e para o servidor de dados e centros de operao. A correta execuo do telecomando dever ser verificada pelo sistema. Verificaes devero ser feitas durante esta fase para garantir a perfeita execuo da ordem do telecomando. A emisso do comando dever ser registrada no logging com o horrio e a identificao do operador. O resultado deste comando dever ser igualmente registrado. Em caso de

falha na execuo do comando, dever ser gerado um alarme. Os tipos de comandos a serem executados so: Abertura e fechamento de dispositivos de dois estados (por exemplo: chaves, disjuntores). Incremental (Raise/lower) (por exemplo: taps de transformadores, geradores): deve ser possvel selecionar o equipamento e executar mltiplos comandos incrementais. Set point (por exemplo: transformadores, geradores, reguladores). Transferncia de modo de controle (por exemplo: manual/automtico, bloqueado/no bloqueado). O sistema dever prever flexibilidade para que comandos possam ser submetidos a um sistema de intertravamento, onde existiro expresses booleanas associadas a cada comando a serem calculadas de forma a autorizar o envio do comando. Caso o comando no seja autorizado, o operador dever ser alertado. Tagging - devero ser previstos tags para informar ao operador sobre uma condio especial de um determinado componente do sistema eltrico de potncia. Esta sinalizao tem por finalidade impedir alguma ao sobre o referido dispositivo. O sistema dever registrar o nome do operador no momento da incluso e/ou supresso do tag, para identificao do usurio. Definio de Tagging - a funo de definio de tag dever permitir ao operador definir os tipos de tags desejados. O tipo define o efeito que este dever ter quando colocado sobre o equipamento desejado. Os tipos de tags podero ter uma ou mais caractersticas, entre outras: Abertura e/ou fechamento do equipamento impedido e/ou bloqueado. Em manuteno. Cada tipo de tag dever tambm especificar a sua prioridade, permitindo a identificao dos diferentes tipos de tags de forma nica no diagrama unifilar da subestao e/ou usina. 1. Colocao de Tag - a funo de colocao do tag dever permitir ao operador posicionar tags nos equipamentos para impedir a abertura e/ou fechamento, ou ainda, para informar ao operador sobre qualquer condio especial existente. Os operadores devero ter capacidade de entrar com textos livres, associados ao tag. 2. Supresso do Tag - a funo de supresso do tag dever tambm ser disponvel ao operador. O sistema dever registrar o nome do operador no momento da supresso do tag, para identificao do usurio. Sadas Impressas Geral - as impresses devero ser usadas para eventos e/ou alarmes do sistema de potncia, do sistema computacional, telecomandos, sistema de telecomunicao, bem como para impresses peridicas e relatrios. Registro de Operao - os seguintes tipos de mensagens devero ser impressos no instante da ocorrncia: eventos e alarmes, inibio de alarmes e controle supervisivo. Impresses Cclicas ou por Solicitao - o usurio dever ter a capacidade de configurar no banco de dados os atributos de periodicidade das impresses, inclusive o cancelamento de parte das impresses. Os relatrios horrios, dirios e semanais devero ser impressos (periodicamente ou por solicitao). Anlise de Ps-Perturbao A funo de anlise de ps-perturbao ajudar a determinar os efeitos no sistema de potncia de uma perturbao como, por exemplo, a perda de uma linha de transmisso principal. Desta forma, esta funo dever permitir a recuperao do estado do sistema monitorado em qualquer tempo, aps a ocorrncia.

O sistema dever prover um conjunto de ferramentas para efetuar consultas a esses dados. Desta forma, a funo de anlise de ps-perturbao dever, no mnimo, incluir dois tipos de recursos: Armazenamento de dados j incorporado na funo de histrico. Recuperao, total ou parcial, definida no tempo e/ou por tipo de informao. Armazenamento de Dados Histricos - a funo de armazenamento de dados histricos dever armazenar, de forma constante e automtica, todas as mudanas de dados prselecionados e calculados pelo SCADA. Este armazenamento no dever ter limitao de tempo, quanto ao nmero de informaes a serem pr-selecionadas para este fim. Esta limitao deve ser apenas baseada na capacidade de armazenamento do sistema. Perdas de valores, devido ao esquema peridico da funo de armazenamento, no podem acontecer. A performance dever ser suficiente para manipular situaes com grandes quantidades de mudanas em um curto espao de tempo. Como conseqncia, a funo dever gerenciar a alocao do espao em disco de maneira que o operador seja informado quando o salvamento dos arquivos em outros meios magnticos for necessrio. Recuperao de Dados - a funo de recuperao de dados dever ser capaz de recriar uma configurao j passada do sistema de potncia e possibilitar uma viso geral do estado do sistema de potncia em qualquer ponto histrico no tempo passado. A funo dever recuperar do banco de dados do SCADA (a parte que foi armazenada na base de dados histricos). Dever ser possvel a visualizao da recuperao das seguintes formas: Diagramas unifilares normais do SCADA. Diagramas tabulares normais do SCADA. Displays normais do sistema quando aplicvel, isto , quando eles inclurem dados do SCADA. Uma vez recuperado o banco de dados SCADA, a funo dever permitir ao operador: Recuperar os dados para um outro momento. Pular para frente para um prximo momento, no qual houve mudana nas informaes. Entrar no modo play-back no qual a recuperao dos dados dever ser contnua. A velocidade de recuperao dever ser ajustvel de maneira mais rpida ou mais lenta, em relao ao perodo de hora normal. Em modo play-back, o operador poder selecionar valores e utilizar os recursos de curvas de tendncia em vdeo. Dever ser possvel o uso do banco de dados SCADA para inicializar: Aplicaes de anlise de rede: por exemplo, dever ser possvel executar o estimador de estado com os dados recuperados. Simulador para treinamento de operadores: neste caso, os dados recuperados sero usados como ponto de partida de uma sesso de simulao. Displays SCADA Os bancos de dados SCADA e as mudanas de indicaes devero ser apresentados ao operador atravs de displays. Os displays unifilares e tabulares de subestaes e usinas devem ser implementados em trs modos: modo de tempo real, modo entrada de dados de estudo e modo sada de dados de estudo, isto , o mesmo display deve operar com bases de dados diferentes selecionadas pelos usurios.

Os displays unifilares e tabulares podem igualmente apresentar informaes armazenadas na base de dados de histricos do sistema. Outros tipos de display podem ser oferecidos pelo sistema. Diagramas Unifilares - um diagrama unifilar uma representao grfica especfica de uma instalao ou de uma rea do sistema de potncia. Medies anormais e alarmes no reconhecidos devero ser indicados, assim como devero ser previstos mecanismos para a inibio de alarmes, reconhecimento de alarmes, telecomando de dispositivos e outras funes necessrias. Displays Tabulares - devero existir displays tabulares de instalaes, alm dos unifilares. Estes displays devero apresentar informaes mais detalhadas do que aquelas apresentadas em um diagrama unifilar. Estes displays devero ser construdos automaticamente pelo software e refletir o contedo do banco de dados to logo este seja modificado. Lista de Condies Anormais de Operao e Mudana de Estados - estes displays devero conter uma lista das condies anormais correntes e das mudanas de estado ainda no reconhecidas. Cada entrada deve ter a hora da entrada juntamente com a informao textual que identifica a medida e a condio em que a medida se encontra. Devero ser previstos, os seguintes displays de lista de excees: Lista de condies anormais de operao ordenada no tempo, contendo pelo menos, os estados e medies analgicas anormais e no reconhecidos, mostrados em ordem cronolgica. Lista de condies anormais de operao ordenada hierarquicamente, contendo estados e medies analgicas anormais e no reconhecidos, mostrados na ordem em que eles aparecem no banco de dados. Outras listas de condies anormais de operao referente aos centros de controle, UTRs, servidores de dados, topologia, funes de controle, impedimentos e seqncia de eventos devero estar tambm disponveis. Sumrios - os displays sumrios devero possuir a lista dos dispositivos monitorados pelo SCADA que se encontram: com alarmes e eventos, com alarmes inibidos, manualmente removidos de servio e com alarmes de aplicaes como, por exemplo, CAG. Display dos Registros das Aplicaes - para cada aplicao, este display, de interesse de analistas, dever apresentar em ordem cronolgica os registros de execuo da aplicao em questo. Display do Estado da Comunicao - este display dever apresentar o estado dos equipamentos de comunicao do SCADA e dos enlaces de comunicao de dados. A partir deste display, o operador dever estar apto a modificar o estado dos equipamentos de comunicao e dos enlaces de comunicao com os servidores de dados e com os centros de controle. Display de Estatstica de Comunicao - este display dever apresentar a disponibilidade do sistema de comunicao, em termos de contagem das tentativas de varredura sem sucesso e dos erros relatados pelos servidores de comunicao de dados e o tempo em que o sistema permaneceu defeituoso. Estes dados devero ser armazenados para cada hora do dia, acumulado em bases dirias e mensais. Displays de Impedimentos Operativos - devero estar disponveis displays que contenham a definio do tipo de tag e listas de impedimentos (tags). A partir do display de definio de tags, o operador dever estar apto a ver a definio dos tipos de tags. O pessoal de desenvolvimento do sistema dever estar apto a adicionar, remover ou modificar os tipos de tags. O display referente a lista de tags dever

dispor de impedimentos posicionados no momento nos equipamentos. O operador dever ter recursos para editar os comentrios que acompanham cada tag. Displays do Estado Operativo - devero estar disponveis displays que apresentem a configurao do SSC, incluindo a rede, equipamentos e perifricos. Este display dever permitir aes de controle sobre os equipamentos do SSC. Bouncing Bouncing um problema na variao do estado do rel. Ele fica constantemente abrindo/fechando. Failover O mesmo que load sharing, ou seja, carga compartilhada. um sistema para prevenir falhas. Um computador acorda a partir do momento em que ele detecta alguma falha. Hot swapping So atividade de manuteno com o equipamento ligado. Hot-standby Equipamento em estado de espera com todas as suas funes ativadas. Partida fria Incio das atividades de um computador a partir de um estado parado (sem atividade). SCADA Abreviatura Controle, Superviso e Aquisio de Dados uma categoria de sistemas para trabalhar com automao de processos. Atravs da sua interface homem-mquina pode-se visualizar os estados de equipamentos bem como comand-los. Standby Equipamento no estado de espera. Passa a funcionar a partir de um problema detectado. TAF Teste de Aceitao em Fbrica um conjunto de teste realizados de acordo com normas para verificar as condies do equipamento. Workstatement um detalhamento das funes que um equipamento deve ter. uma atividade especificada aps o trmino de uma licitao e/ou compra, sendo executada junto com o fabricante. Decluttering a capacidade de fazer as informaes aparecerem e desaparecerem em nveis diferentes de ampliao. Zoom e declutter devero ser aplicveis a qualquer camada de um diagrama unifilar.

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INTRODUO O termo SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) na automao refere-se a sistemas de superviso, controle e aquisio de dados composto por um ou mais computadores monitorando e controlando um processo. O processo pode ser industrial, infra-estrutura ou facilidade conforme descrito a seguir: Processos industriais incluem manufatura, gerao de energia, refino de petrleo e muitos outros. Podem ser executados de forma contnua ou batelada. Os sinais tratados podem ser tanto analgicos quanto digitais; Processos de infra-estrutura podem ser pblicos ou privados, e incluem tratamento e distribuio de gua, coleta e tratamento de esgoto, linhas de leo e gs, transmisso e distribuio de energia eltrica, e grandes sistemas de comunicao; Processos de facilidade ocorrem em instalaes pblicas e privado, incluindo edifcios, aeroportos, navios, plataformas offshore e estaes espaciais. Esses sistemas monitoram e controlam HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) e consumo de energia. O objetivo principal dos sistemas SCADA propiciar uma interface de alto nvel do operador com o processo informando-o "em tempo real" de todos os eventos de importncia da planta. A utilizao de sistemas SCADA permite uma srie de vantagens se comparados com os paineis convencionais: o Reduo de gastos com montagem de paineis de controle e projeto; o Reduo de custos da aquisio de instrumentos de painel, pois no sistema SCADA so virtuais; o Eliminao de custos com peas de reposio, pois tratam-se de instrumentos virtuais; o Reduo de espao necessrio para a sala de controle; o Dados disponvies em formato eletrnico, facilitando a gerao de relatrios e integrao com sistemas ERP (Enterprise Resource Planning) ou SIGE (Sistemas Integrados de Gesto Empresarial); o Praticidade da operao, pois os instrumentos so apresentados ao operador em um simples clique do dispositivo apontador;Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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o Entre outras. Em contrapartida existe a necessidade de mo-de-obra capacitada para desenvolver as interfaces homem mquina (I.H.M.). Hoje os principais sistemas de superviso oferecem trs funes bsicas: Funes de superviso: Inclui todos as funes de monitoramento do processo tais como: sinticos animados, grficos de tendncia de variveis analgicas e digitais, relatrios em vdeo e impressos, etc.

Funes de operao: Atualmente os sistemas SCADA substituram com vantagens as funes da mesa de controle. As funes de operao incluem: ligar e desligar equipamentos e seqncia de equipamentos, operao de malhas PID, mudana de modo de operao de equipamentos, etc. Funes de controle: o Controle DDC ("Digital Direct Control") Alguns sistemas de superviso possuem uma linguagem que permite definir diretamente aes de controle, sem depender de um nvel intermedirio de controle representado por remotas inteligentes. Todas as operaes de entrada e sada so executadas diretamente atravs de cartes de I/O ligados diretamente ao barramento do micro, ou por remotas mais simples. Os dados so amostrados, um algoritmo de controle como um controlador PID por exemplo, executado, e a sada aplicada ao processo (ao direta sobre uma varivel manipulada). Isto entretanto s possvel quando a velocidade do processo assim o permite. Em alguns casos requisitos de confiabilidade tornam desaconselhvel este tipo de soluo. o Controle Supervisrio: Nesta classe de sistemas, os algoritmos de controle so executados pela unidade terminal remota (RTU), mas os set-points para as malhas de controle so calculados dinamicamente pelo sistema de superviso de acordo com o comportamento global do processo. Esta arquitetura possui maior confiabilidade que os sistemas DDC e traz a vantagem de atuar sobre um grande nmero de malhas de controle simultaneamente enquanto o operador geralmente s consegue atuar malha a malha com um sistema convencional. Geralmente utilizada uma interface tipo sistema especialista para definio das regras de controle a nvel de superviso. Este tipo de estratgia muito utilizado para controle avanado na rea mineral onde comum o modelamento matemtico da planta. 2 ARQUITETURA DO SISTEMA SCADA O termo SCADA normalmente se refere a sistemas centralizados que monitoram e controlam locais inteiros, ou sistemas complexos de reas grandes (sistemas com dimenses entre uma planta industrial e um pas). Muitas aes de controle so executadas automaticamente atravs de unidades terminais remotas (RTUs) ou por controladores de lgica programveis (CLPs). Normalmente o supervisrio no executa os funes de controle. Por exemplo, um CLP pode controlar a temperatura regulando o fluxo de gua fria em um processo industrial de resfriamento, mas o sistema de superviso pode permitir para os operadores apenas mudar o setpoint para a temperatura, habilita condies de alarme, exibir e registrar dados do processo. O loop de controle executado pelo controlador, seja ele um CLP, multloop ou RTU de controle. Enquanto o supervisrio monitora o sistema e o desempenho global dos loops de controle. A aquisio de dados iniciada no nvel da RTU ou PLC. O dados compilado e ento formatado de tal um modo que o operador da sala de controle possa tomar decises e intervir no controle. Os dados lidos pelos I/O de campo podem ser armazenados em sries temporais permitindo cria um banco de dados de gerenciamento do sistema, registros histricos e tendncias. Sistemas SCADA tipicamente implementam banco de dados distribudos,

geralmente chamado de banco de dados de tagname que contm dados dos pontos de I/O. Um ponto representa um nico valor de entrada ou sada monitorada ou controlada pelo sistema. Um tagname pode estar endereado a uma entrada ou sada fsica do equipamento de controle, assim como pode permitir a leitura e escrita de outros endereos da memria do equipamento de controle. Os tagnames normalmente so armazenados como pares valortimestamp: um valor, e o timestamp quando foi registrado ou foi calculado. Uma srie de pares valor-timestamp permitem criar o histria daquele ponto. Que so visualizados pelo operador por meio de uma interface homem mquina. Uma Interface de Humano Mquina ou IHM o aparato que apresenta dados de processo para o operador e por meio deste possvel intervir no processo. As IHMs eram inicialmente plataformas proprietrias e por isso limitadas em seu campo de atuao. Atualmente, baseadas na plataforma PC, podem, alm de desempenhar suas funes bsicas descritas anteriormente, gerar relatrios para CEP (Controle Estatstico de Processos), impresso de relatrios, ou se comunicar via Ethernet/TCP-IP rede corporativa. Existem IHMs que podem ser aplicadas inclusive em ambientes ditos de rea classificada, com risco de exploso devido, geralmente, gases suspensos (como em plataformas de petrleo), ou em salas limpas, onde geralmente so lavveis e em ao inoxidvel (como nas indstrias farmacuticas). A IHM ligada com o banco de dados do sistema SCADA, promove registros, diagnstico de dados e informao de administrao como: procedimentos de manuteno, informao de logstica, detalhes de agendamento e guias para resolues de problemas. Alm disso, a IHM geralmente apresenta graficamente as informaes do processo na forma de sinpticos. Isto significa que o operador pode ver uma representao esquemtica da planta que controlado. Os sinpticos fornecem uma representao grfica geral da planta em substituio aos painis sinticos tradicionais. Cada sintico representa uma rea do processo em um certo nvel de detalhe. Para se obter uma viso mais detalhada de uma determinada rea pode-se recorrer a um novo sintico, a um sintico de hierarquia inferior (subsintico), ou a uma viso de uma outra camada do mesmo sintico (sistema "multi layer"). Para alguns tipos de processo, recomenda-se o uso de um sintico tipo plano infinito que traz a representao global de uma sistema distribudo geograficamente, tal como um oleoduto, o sistema de controle de trfego de uma cidade, um sistema de controle de subestaes de trens, etc. Esta tcnica denominada full-graphics. As telas possuem uma parte fixa denominada de mscara ou fundo e diversos

campos dinmico atualizados dinamicamente. Os primeiros sistemas supervisrios possuam interface com o usurio semi grfica. Todos os espaos vagos da tabela do gerador de caracteres eram preenchidos com smbolos especiais que permitiam representar os equipamentos de processo. O sinptico era formado pela justaposio dos caracteres grficos, como num quebra-cabeas. Os smbolos utilizados para um determinado tipo de processo:Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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petroqumico, por exemplo, no serviam para representar um processo mineral ou de outra natureza. No sistema grfico ao contrrio, o desenho formado livremente pela combinao de entidades geomtricas fundamentais como: retas, retngulos, elipses e crculos, texto bitmapeado e vetorados ("stroke-fonts"), arcos, poligonos, etc. Aps definidos, os smbolos so armazenados numa biblioteca. Se a representao armazenada corresponde a descrio das entidades geomtricas tem-se um sinptico orientado para geometria. Se o smbolo armazenado corresponde a uma configurao fixa de bits (mapa de bits), tem-se um editor bitmapeado. O construtor de sinpticos a ferramenta que permite ao usurio criar novos sinpticos. De preferncia deve ser possvel se usar o construtor com o sistema on-line. Alguns construtores so editores grficos que definem duas estruturas de dados bsicas: uma para a mscara e outra para os campos dinmicos. Alguns construtores entretanto necessitam compilar a descrio de campos para obter um cdigo executvel para as animaes. Sinpticos com estrutura de dados geomtrica (modelados) so mais flexveis para modificaes futuras e parecem ser uma tendncia para sistemas SCADA atuais. Sinpticos bitmapeados so mais rpidos de se exibir e permitem definir um maior nvel de detalhe para cada smbolo. Atualmente os editores orientados para objetos so ainda mais flexveis. Cada equipamento corresponde a um objeto. Os objetos podem ser transformados por translao, rotao e mudana de escala, podem ter qualquer uma de sua propriedades (atributos) alterada e ter aes complexas a ele associadas (click actions). O sistema se

torna totalmente dirigido a eventos: eventos de processo e eventos de operao. O Intouch um exemplo de supervisrio que permite a configurao orientada os objetos na tela. Os sistemas IHM modernos para Windows tipicamente so constitudos do programa de desenho (contrutor de sinptico) e outro para execuo da IHM. Uma parte importante da maioria das implementaes de sistemas SCADA so os alarmes. Um alarme um estado digital de uma comparao realiada. Pode possuir dois valores: NORMAL ou ALARMADO. Um sistema SCADA normalmente consiste nos seguintes subsistema:Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Estao de superviso. Esta unidade promove a Interface Humano Mquina ou IHM o aparato que apresenta dados de processo para o operador humano, e por meio deste o operador monitora e controla o processo. Esta IHM provida por um conjunto software de superviso mais microcomputador compatvel com o sistema a ser executado; Um sistema de controle e/ou aquisio de dados. Geralmente o sistema de controle de tempo real constitudo de unidade separada da estao de superviso. Pode ser um ou conjunto de Controlador Lgico Programvel (CLP), controlador multloop, controlador single loop, Unidade Terminal Remota (RTU), entre outros. Essas unidades so conectadas aos sensores e atuadores do processo. Convertem os sinais dos sensor para dados digitais e dados digitais de controle para os atuadores. Em alguns casos a estao de superviso desempenha a tarefa de executar os algoritmos de controle (DDC); Infra estrutura de comunicao que conecta a estao de superviso as unidades de controle e, quando emprega-se Unidades Terminais Remotas (RTUs) de I/O, unidades de controle as RTUs de I/O. A figura 1 apresenta um diagrama que ilustra as partes de um sistema SCADA. Figura 1 - Diagrama genrico de uma sistema SCADAInstituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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2.1 EXEMPLOS DE ARQUITERURAS TPICAS DE SISTEMAS SCADA 2.1.1 SCADA COM CLP (COMPACTO, MODULAR, DISTRIBUDO) A figura 2 apresenta diagrama esquemtico SCADA com uso de um CLP. O CLP

em questo pode ser compacto, modular ou com I/O distribudo. Cada carto ou mdulo de I/O possui um determinado nmero de entrada ou sadas que podem ser digitais ou analgicas de acordo com o tipo de sinal enviado/recebido. O sistema de superviso pode ler as entradas digitais/analgicas e ler/escrever nas sadas digitais/analgicas. Alm disso, outros endereos de memria podem ser lidos ou escritos, como por exemplo, bits auxiliares, dados de parmetros de controle proporcional, integral e derivavo, valores de temporizao e contagem, entre outros. Figura 2 - Diagrama bsico esquemtico SCADA com uso de um CLPInterface de comunicao Cabeamento com sinais digitais e analgicos. Estao de superviso com IHM desenvolvida de acordo com o processo a ser monitorado e controlado. Controlador lgico programvel (compacto, modular ou distribudo). Transmissores, sensores, valvular, motores eltricos, etc. Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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As figuras seguintes ilustram estas trs aquiteturas de rede de CLP com sistema de superviso. Figura 3 Arquitetura local de rede CLP com uso do CLP modular ou compacto. Nesse tipo de arquitetura, os mdulos de I/O montados localmente em um CLP modular e a comunicao do tipo ponto-a-ponto. Figura 4 - Arquitetura local de CLP com I/O remotos ou distribudos (RTU de I/O). REDE REMOTA DE I/OEstao de superviso. Interface de comunicao CLP I/Os Instrumentos de campo Estao de superviso. Interface de comunicao CLP I/Os Instrumentos de campo Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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A instalao de um sistema automtico com o uso de I/O locais, requer um gasto considervel de cabeamento, borneiras, caixas de passagem, bandejas, projeto e mode-

obra para a instalao. Os blocos I/O remotos possibilitam uma reduo drstica destes gastos, uma vez que todos os sinais no sero encaminhados para o rack do CLP e sim para pontos de entradas e sadas que ficaro localizados no campo. Este mdulos de I/O, tambm conhecidos como remotas de I/O ou RTU de I/O, so independentes e configurveis. Interligados entre si atravs de um barramento de campo (fieldbus) proprietrio ou de padro aberto. Nesta arquitetura existe a necessidade de cartes de interface para conexo entre os racks remotos e o rack central. Um barramento permite aprimorar o controle de I/O atravs do uso de comandos de comunicao no programa. O barramento tambm pode ser usado inteiramente para o controle de I/O, com mltiplos dispositivos de I/O e sem comunicao adicional. Pode ainda ser dedicado comunicao da CPU, com mltiplas CPUs e sem dispositivos de I/O. Sistemas mais complexos tambm podem ser desenvolvidos, com CPUs duplas e uma ou mais CPUs adicionais para a monitorao de dados Figura 5 - Arquitetura de rede de CLP`s. REDE DE CLPsEstao de superviso. Interface de comunicao CLP I/Os Instrumentos de campo Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Mdulos de I/O montados localmente. Normalmente, a comunicao dos CLPs com o sistema de superviso do tipo mestre-escravo ou polling. 2.1.2 SCADA COM FIELDBUS PROTOCOLO (PROPRIETRIO OU ABERTO) A figura 6 ilustra o esquema de um sistema SCADA com uso do Fieldbus Foundation. No esquema, esta mesma rede est integrada com um CLP possibilitando que os dados deste equipamento sejam acessados por meio da rede fieldbbus. Figura 6 - Diagrama bsico esquemtico SCADA com FIELDBUS 2.1.3 SCADA COM SINGLELOOP E/OU MULTLOOP Um sistema SCADA de gerenciamento centralizado pode ser implementado para monitorar controladores tipo singleloop ou multloop. Neste caso os controladores devem possuir interface de comunicao multiponto que permita a comunicao com a estao de superviso.Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Figura 7 - Diagrama basico esquemtico SCADA com singleloop / multloop 2.1.4 SCADA COM DDC (CONTROLE DIGITAL DIRETO) O supervisrio com funo controle (DDC), a figura 8 apresenta um esquema de sistema SCADA com DDC. Neste caso no existe o controlador separado da estao de superviso. A prpria estao de superviso possui hardware DAQ (aquisio de dados) ou DAC (aquisio de dados e controle). Geralmente esta arquitetura empregada em processo que no necessitem de alta disponibilidade do sistema de controle e monitorao, pois a parada da estao implica em interrupo do controle. Figura 8 Diagrama bsico esquemtico SCADA com DDCInstituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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2.2 FLEXIBILIDADE DA ARQUITETURA SCADA Alguns elementos so bsicos em um sistema SCADA (estao de superviso, equipamento de controle com I/O e infra estrutura de comunicao). Um sistema SCADA pode compreender mais de uma estao de superviso, podem existir estaes especficas para relatrios, grficos de tendncia, controle estattico do processo, entre outros. A infra estrutura de comunicao pode utilizar diversas tecnologias de transmisso de dados e at mesmo utilizar redes redudantes para aumentar a disponibilidade dos sistema. Alm disso, todo os sitema pode ser monitorado a distncia por meio da rede WAN. A figura 9 exemplifica a flexibilidade da arquitetura de um sistema SCADA. Figura 9 - Exemplo da flexibilidade da arquitetura de um sistema SCADA 3 COMPONENTES DE HARDWARE E SOFTWARE BSICOS DO SISTEMA DE SUPERVISO 3.1 HARDWARE Microcomputador industrial ou workstation;Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Dispositivo de entrada de dados: teclado de engenharia, teclado funcional, mouse ou "Track-ball" e "Touch Screen". Dispositivo de comunicao com o operador: monitor ou terminal de vdeo. Dispositivo de comunicao com o equiapmento de controle: interface serial convencional: RS 232-C, RS485, RS422, IEE1158; carto multiserial inteligente; carto de comunicao direto com a rede de CLPs. Dispositivos de comunicao com outros sistemas: cartes de redes, distribuidores de conexo ("hubs" e switchs). Outros perifricos: impressoras, sinpticos tradicionais;

3.2 SOFTWARE Pacote supervisrio bsico: programa de execuo da IHM, programa de desenvolvimento (construtor de sinptico) e programa servidor de comunicao ou driver de comunicao. Pacote batch: contm as funes de gerenciamento de processo de batelada. Pacote SPC/SPQ: contm as funes estatsticas para Statistical Process Control, basicamente plotagem automtica das cartas de controle e gerao de alarmes quando um determinado processo foge de seu comportamento normal. Gerador de relatrios: linguagem de quarta gerao para definio de programas pelo prprio usurio; Em nenhuma das arquiteturas apresentadas o software de superviso tem ligao direta com o equipamento de controle. Todo software de superviso possui pelo menos uma interface de comunicao (OPC, DDE, Suitelink, ActiveX, etc). Esta interface possibilida falar com outro software e este por sua vez possui o protocolo de comunicao com o equipamento de controle. Este software chamado de servidor de comunicao que pode possuir um ou mais drivers de comunicao para os equipamentos de controle. Desta forma, criada uma camada que permite abstrair o equipamento de controle utilizado. Portanto no pacote de execuo de uma estao de superviso existe pelo menos um driver de comunicao e o programa de execuo da aplicao (figura 10). Alm disso, para o desenvolvimento empregado um programa que permite criar e animar as telas de sinpticos do processo.Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Figura 10 - Esquema dos sofwares bsicos de uma estao de superviso O driver de comunicao funciona como tradutor entre o protocolo do supervisrio e equipamento de controle. Este driver de comunicao deve ser especificado em funo das seguintes caractersticas bsicas: - Sistema operacional utilizado na estao de superviso; - Protocolos disponveis no programa de superviso; - Interface e protocolo de comunicao com o equipamento de controle; - Fabricante/modelo do equipamento de controle; O servidor de comunicao pode agregar mais de um driver de comunicao para equipamentos de controle distintos e interfaces distintas. Em alguns casos os drivers so executados como programas independentes. Para esta situao dever existir no

programa de superviso tantos links lgicos quanto forem os drivers utilizados. A figura 11 ilusta o esquema de ligao lgica e fsica entre um programa de superviso e quatos CLPs. No exemplo o CLP 1 possui interface ponto a ponto RS232, o CLP 2 RS485 e os CLPs 3 e 4 ethernet. Pode ser observado que o mesmo servidor de comunicao est sendo utilizado para CLPs com interfaces distintas.Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Figura 11 - Esquema lgico e fsico de comunicao com CLPs distintos. 4 DRIVERS DE COMUNICAO Atualmente, quanto Sistema Operacional Windows utilizado (GUI), dois protocolos se destacam na utilizao de drivers de comunicao com equipamentos de campo: OPC e DDE. 4.1 O PROTOCOLO OPC Um dos grandes problemas de se interfacear equipamentos e sistemas no cho de fbrica reside em se compatibilizar os protocolos da camada de aplicao. O MMS Manufacturing Message Specification foi uma tentativa de padronizao que entretanto fracassou por falta de adeptos. O padro OPC foi inicialmente liderado pela Microsoft e especificado pela OPC Foundation. Este protocolo hoje o padro de fato da indstria. Geralmente um fabricante de equipamento de controle poder fornecer com o seu produto um servidor OPC. O fabricante de SCADA tambm fornece o cliente OPC. O mesmo acontece com um fornecedor de inversores, de rels inteligentes ou de qualquer outro dispositivo industrial inteligente. Um sistema SCADA tambm pode oferecer um servidor OPC para comunicao com outro sistema de aquisio de dados, por exemplo, um PIMS ((Process/Plant Information Management System).Instituto Federal Fluminese - IFFWilliam da Silva Vianna w_vianna@hotmail.com

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Como as aplicaes precisam apenas saber como buscar dados de um servidor OPC, ignorando a implementao do dispositivo e o servidor precisa fornecer dados em um formato nico: servidor OPC, a tarefa de escrever drives de comunicao fica muito facilitada. O servidor OPC fornece dados de tempo real proveniente de sensores

(temperatura, presso, etc.), comandos de controle (abrir, fechar, ligar, desligar, etc.), status de comunicao, dados de performance e estatstica do sistema, etc. O protocolo OPC baseado no modelo de componentizao criado pela Microsoft e denominado COM (Componet Object Model), uma maneira eficiente de se estabelecer interfaces para aplicaes que substitui as chamadas de procedimento e as DLL usadas inicialmente para encapsular uma aplicao. O nome OPC: OLE for Process Control foi cunhado na poca em que o COM era um modelo embrionrio de comunicao entre aplicativos como o nome de OLE (Object Linking and Embedding). O padro OPC baseado em comunicaes cclicas ou por exceo. Cada transao pode ter de 1 a milhares de itens de dados, o que torna o protocolo muito eficiente, superando o MMS para aplicaes prticas, segundo tcnicos da diviso Powertrain da GM. O protocolo OPC no resolve o problema de nomes globais. Voc deve saber exatamente em que servidor uma dada varivel pode ser encontrada. As especificaes do protocolo OPC esto disponveis no stio da OPC Foundation e incluem alm da especificao bsica para a construo de driv