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Aplicações de Automação

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1. Base de Dados do PCS Dados Set Points Administrador de Eventos Es Consoles de Opera o do Centro de Controle Fig 18 Programa SCADA e Dados 47 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Interc mbio de informa es Com o sistema de comunica o como linhas telef nicas cabos coaxiais cabos de fibra tica e sistema de microondas as informa es s o intercambiadas entre o Computador central e as demais esta es atrav s de protocolos de comunica o que implementam o esquema mestre escravo Isto significa que as esta es s enviam dados ao Computador central apenas quando este solicita No sistema de sat lite as informa es s o intercambiadas de uma maneira sem interroga o mestre escravo isto significa que as esta es podem enviar dados a qualquer momento Fig 19 Transmiss o de dados do PCS Ya em uma rbita Geosincr nica y gt has 75 sec 75 sec Esta o de Esta o Central do e Bombeamento Sistema Vsat HUB o N a e N cs Centro de Controle Fig 20 Configura o de Salto Duplo para transmiss o por sat lite 4 5 Protocolo de dados O protocolo de dados uma norma reconhecida que determina de que maneira os dados s o gerenciados antes e depois da transmiss o Existem muitos tipos diferentes de protocolos de dados Os protocolos se dividem de acordo com o n vel da comunica o que se est fazendo A fim de facilitar a c
2. o para aumentar a abertura da v lvula de vapor vem principalmente das a es proporcional e derivativa Isto reduz a velocidade da queda e faz a a o derivativa se tornar menos importante Enquanto isso por causa do desvio prolongado do ponto de ajuste a a o integral que depende da dura o do desvio se torna mais importante Finalmente a temperatura trazida de novo para o ponto de ajuste e permanece l o efeito derivativo cai para zero e a sa da do controlador e a vaz o de vapor se mant m em regime no ponto de ajuste Controlabilidade do processo Os quatro modos de controle discutidos liga desliga proporcional integral e derivativo s o os mais usados A escolha do controle bin rio ou modulado e dos modos de controle proporcional depende da dificuldade de controle do processo Quanto mais f cil o processo para ser controlado mais simples o controlador usado Um processo que varia raramente f cil de ser controlado e pode ser manipulado satisfatoriamente com controle manual considerando a possibilidade m opera o ou de n o opera o por causa da falha humana Quanto mais dif cil o processo para ser controlado mais complexos s o o controlador e os seus ajustes 3 4 Conclus o O controle cont nuo encontrado em ind strias de processo tais como refinarias petroqu micas t xteis sider rgicas minera o aliment cia farmac utica Ela tipicamente mede controla e mani
3. o sugere um exerc cio altamente te rico que n o muito relevante no mundo real onde tubula es vazam sensores se entopem e bombas cavitam Otimiza o a integra o do know how do controle de processo para maximizar a produtividade industrial desej vel controlar o que uma planta produz Plantas n o produzem vaz o press o temperatura n vel e an lise portanto estas vari veis s o apenas limites ou restri es As vari veis controladas podem ser relacionar com a produtividade ou efici ncia da planta A otimiza o causa o fim da era das malha de controle isoladas e o in cio do controle de envelope multivari vel O envelope um pol gono com os lados representando vaz o press o temperatura n vel an lise e outras vari veis de processo Dentro deste envelope est o processo que continuamente movido para a m xima efici ncia Opera o do Processo A otimiza o multivari vel a t cnica de controle aplicada pela natureza e tamb m o m todo de controle mais simples e mais elegante S se aplica otimiza o a um processo que j opera 2 Controle L gico 2 1 Conceito A maioria das instala es de controle de processo industrial envolve mais do que simplesmente regular uma vari vel controlada A exig ncia da regula o significa que alguma vari vel tende a variar de modo cont nuo por causa de influ ncias externas Mas h muitos processos na ind stria em q
4. uma representa o simb lica de processo de manufatura e o controlador para o processo Todas as medi es das vari veis de entrada S4 Ss Sa e das vari veis de sa da C4 C4 C1 do processo s o feitas e podem assumir apenas dois valores Por exemplos v lvulas est o abertas ou fechadas motores est o ligados ou desligados temperaturas est o altas ou baixas chaves limites est o fechadas ou abertas e assim por diante O estado discreto do processo em qualquer momento o conjunto de todas os valores de entrada e de sa da Cada estado discreto no sentido que h somente um n mero discreto de estados poss veis Se houvesses tr s vari veis de entrada e tr s vari veis de sa da ent o um estado consiste da especifica o de todos os seis valores Como cada vari vel pode assumir dois valores h um total de 64 estados poss veis 2 Um evento no sistema definido por um estado particular do sistema ou seja valor atribu do particular de todos os valores das vari veis de entrada e de sa da Um evento dura enquanto as vari veis de entrada permanecem no mesmo estado e as vari veis de sa da s o deixados nos estados atribu dos Para um simples forno pode se ter a temperatura baixa e o aquecedor ligado Este estado um evento que dura at que a temperatura suba e fique alta Com estas defini es em mente o controle do processo com estado discreto uma sequ ncia particular de eventos
5. 31 2 1 Conceito 6 1 5 FixDMax 32 4 2 Defini o de controle de processo com estado discreto l 6 2 Equipamentos do SCADA 33 4 3 Caracter sticas do sistema 7 2 1 Centro de Controle 35 4 4 Vari veis de estado discreto 8 2 2 Um exemplo de partida de bomba 36 3 Alarme e Intertrayvamento 9 3 Computador Central 37 3 1 Seguran a da Planta 9 3 1 Introdu o 37 3 2 Tecnologias do Sistema 10 3 2 Software do computador central 37 2 2 Escolha do Sistema 11 3 3 Sistema de aquisi o de dados 38 3 3 Alarme do Processo 12 3 4 Base de dados 39 3 5 M dulo de c lculo 41 3 4 Intertravamento do Processo 14 3 6 Base de dados e m dulo de c lculo 41 3 7 Sistema de alarme 42 4 Opera o do Processo 14 3 8 Gerenciador de eventos 42 4 1 Introdu o 14 3 9 Rel gio 42 3 10 Apresenta o de tend ncias 43 4 2 Fatores Humanos no Projeto 15 3 11 Comando partida de bomba 43 Temas em fatores humanos 15 2 2 Fatores humanos na opera o 17 4 Comunica es 44 3 Fun es do operador de processo 20 4 1 Introdu o 44 4 2 Processador de comunica es front end 4 Atributos Mentais do Operador 21 45 4 1 Automatiza o 21 4 3 Meios de comunica o 45 4 2 Modelo mental do operador 21 4 4 Rede de comunica es de dados 46 4 3 Representa o espacial do sistema para o 4 5 Protocolo de dados 48 operador 21 4 6 Redund ncia do sistema 49 4 7 Configura o de linha telef nica 49 5 Estudos do Operador 22 4 8 Relat rios da
6. em portugu s Frente Fim se deve ao fato de que o processador funcionalmente se coloca no in cio e no final do processo de comunica o efetuando todo o processamento desta fun o no sistema aliviando o computador central Host desta atividade O passo seguinte o do envio pelo computador central do comando at a correta esta o minimestre ou secund ria no campo Uma vez validado o seu comando pelo computador central atrav s da consulta sua base de dados efeita a verifica o de que n o existem impedimentos em fun o de intertravamentos de seguran a previamente definidos o seu comando enviado at da esta o onde se encontra a bomba atrav s dos seguintes etapas e caminhos 50 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Pelo processador de comunica es onde seu comando roteado pelo caminho apropriado Atrav s de um circuito de dados que np JE m JE inclui hardware e software que traduz o comando de uma forma que o mesmo possa percorrer os meios de comunica o O meio de comunica o linha telef nica dedicada transmiss o por microondas sat lite e uma combina o de quaisquer dos elementos acima No extremo de recebimento o hardware e o software traduzem o comando de forma que este possa ser usado pela esta o local Nesta Fig 22 Comando de partida de unidade esta o local o comando novamente para a CFE validado basicamente pelos CLPs que verific
7. o como para a opera o sempre que assim for solicitado Para que isso seja poss vel este micro deve ser dotado de 2 HD e de um sistema supervis rio capaz de interagir com o Gateway DELTA V Micro para o CLP Tendo em vista que a linguagem de configura o dos CLPs diferente da do DELTA V e como a filosofia da planta de processo separar controle anal gico de controle digital ser instalado outro micro na sala de controle que ter a fun o de efetuar manuten o nos CLPs Allen Bradley da planta de processo onde seja poss vel a restaura o de arquivos para o CLP a reconfigura o de LADDER e etc Este micro possui uma particularidade onde se torna poss vel efetuar FORCES nos ladders simulando um by pass nos instrumentos da planta sendo que assim torna se uma excelente ferramenta em caso de falha generalizada na ECOS permitindo assim uma possibilidade de produzir a planta de processo com o auxilio do operador interagindo diretamente com o LADDER Dentro deste micro estar sendo disponibilizado um software denominado Rslogix 5 que ser respons vel pela interface da manuten o com a rede de CLPs para tanto este micro dever estar habilitado a gerar impress o de LADDERs na impressora como o micro para o DELTA V Nota ao implementar o RSview 32 poder ser gerado tamb m registro de eventos No breaks e Carregadores de Baterias Em caso de falha de energia el trica da plataforma esta sen
8. o de trabalho t pica de Centro de ent o a bomba Controle Constar o do m dulo PCS do ponto de vista do operador detalhes dos diversos comandos menus e telas de v deo do Sistema de Controle do Oleoduto 36 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 3 Computador Central 3 1 Introdu o O conjunto de todo o hardware e software no topo da hierarquia do SCADA chamado coletivamente de computador central do sistema Ao inv s de se referir a um nico computador mestre todos os computadores do tipo esta es de trabalho Work Stations e seu software trabalham em conjunto como se fossem um computador central do Sistema de Controle do Oleoduto O n vel deste computador central do PCS localizado fisicamente no centro de controle Cada console de opera o est ligado a uma Work Station deste ponto em diante nos referiremos aos computadores do sistemas que s o do tipo Work Station somente por Work Station podendo permitir o controle de uma ou mais linhas dos Oleodutos no sistema Os console de opera o tem cada qual 3 ou 4 monitores ou unidades de v deo para fornecer as informa es necess rias para a monitora o do sistema Em cada centro de controle ou esta o mestre os consoles de opera o est o ligados entre si atrav s de uma rede local ou LAN Local Area Network Nesta rede local est o tamb m ligadas as Work Stations do sistema O conjunto destas Work Stations em rede chamad
9. que a temperatura da geladeira caia 3 Se a temperatura do congelador estiver alta e o eliminador de gelo estiver desligado o compressor ligado at que a temperatura caia Opera o do Processo 4 Se o detector de gelo estiver ligado o temporizador iniciado o compressor desligado e o aquecedor ventilador de eliminador fica ligado durante um intervalo de tempo at que o tempo seja expirado O evento 1 pode ocorrer em paralelo com qualquer outro Os eventos 2 e 3 podem ocorrer em paralelo Os eventos 4 pode ocorrer somente em s rie com 2 ou 3 4 4 Vari veis de estado discreto importante ser capaz de distinguir entre a natureza de vari veis em um sistema de estado discreto e as vari veis em sistemas de controle cont nuo Controle cont nuo Seja o n vel de l quido em um tanque como na Fig 1 14 O tanque possui uma v lvula que controla a vaz o de entrada no tanque e a vaz o de sua sa da livre H um sensor para detectar o n vel do tanque ligado a um controlador cujo objetivo o de manter o n vel constante e igual a um valor pr ajustado ponto de ajuste O controlador opera de acordo com algum modo de controle para manter o n vel constante mesmo havendo varia es induzidas de influencias externas Assim se a vaz o de sa da aumenta o sistema de controle ir aumentar a vaz o de entrada para compensar o aumento da sa da O n vel assim regulado Este
10. 35 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 2 2 Um exemplo de partida de bomba O comando Partida de Bomba vai ser usado como um exemplo em toda a extens o desse m dulo para ilustrar o papel desempenhado por cada componente SCADA dentro do PCS Como c rebro do sistema SCADA voc ao es monitora os dados fornecidos pelo SCADA N vel do Computador Central no seu console de opera o Por alguma a a Ta raz o ou outra voc pode decidir que deve dar partida numa bomba Emitindo se o comando para dar partida na bomba este 1 N vel do Operador segue um longo caminho do console de N vel do Processador de opera o at o local da bomba Comunica MAE Front End Se voc souber por onde passa o 4 comando a forma que ele toma ao passar 27 por cada subsistema e entender como se Sistema de Comunica es faz o retorno at voc dos dados adquiridos no campo ent o voc ser capaz de entender as implica es de como decidir e implementar decis es atrav s do sistema SCADA Para p r em atividade determinada bomba voc a seleciona posicionando o ponteiro do mouse sobre seu s mbolo na tela de opera o pressionando a seguir o bot o interno do mouse Isto abrir na tela uma caixa de comando com as op es para aquela bomba em particular Acionando com o mouse o bot o da caixa de comando correspondente a ligar o sistema emitir o mesmo para ser implementado pelo CLP no campo ligando Fig 4 Esta
11. A calibra o do controle que d a rela o entre a rela o da vari vel manipulada e a vari vel controlada ajuda a previsibilidade N o recomend vel o uso do display do controlador que mostra somente um desvio entre o ponto de ajuste e a vari vel medida Tal display reduz grandemente a habilidade do operador aprender a caracter sticas do sinal tais como ru do previsibilidade e calibra o do controle O controle manual tamb m foi muito estudado Geralmente o operador deve monitorar o ponto de ajuste alterando o quando julgar necess rio A resposta da malha aberta controle manual diferente da resposta da malha fechada autom tico mas com o tempo e experi ncia o operador aprende a imitar a a o autom tica A carga mental do operador foi estudada e analisada a tomada de decis o sob situa es diferentes como 1 n mero de fatores na situa o 2 complexidade da compreens o de cada fator 3 mem ria 22 Opera o do Processo Especifica o do Sistema Objetivos alternativas Especifica o da Fun o do Sub Sistema Aloca o de Fun o M quina Homem An lise da tarefa tarefas existentes Especifica o do trabalho Ajudas do trabalho Especifica o da M quina S ntese da tarefa Hardware e Software Projeto da M quina Produ o do Prot tipo Integra o intera o balan o e p Sele o e Treinamento Realiza o do S
12. O modem Bell 103 funciona a uma velocidade baixa de 300 bits por segundo ou 300 bauds Os modems modernos j utilizam velocidades de transmiss o de 57 6 kbauds 192 vezes mais r pido que o modem Bell 103 pois seus circuitos s o microprocessados Independente da velocidade e pot ncia computacional todos os modems possuem certas caracter sticas comuns como 1 conter uma interface RS 232C pois geralmente s o ligados a um computador ou terminal 2 conter uma interface RJ 11 para ser ligado linha telef nica 3 utilizar dois pares de tons uma para o estado ligado e outro para o estado desligado da linha de dados RS 232C Um dos pares usado pelo modem que origina a chamada e o outro pelo modem que responde chamada Geralmente o modem de origem envia dados entre 1070 e 1270 Hz e o modem que recebe usa dados entre 2025 e 2225 HZ Dentro de um modem Um modem t pico de 9600 bauds tem quatro partes principais 1 fonte de alimenta o 2 interface com sistema telef nico 3 CPU 4 circuitos Fonte de alimenta o A fonte de alimenta o est instalada na pr pria placa do modem quando ele independente do micromputador Quando ele montado na placa do computador ele usa a fonte do computador De qualquer modo a fonte regulada A interface RS 232C conecta o modem a um terminal ou computador principal Dirigidos por comandos recebidos atrav s da porta RS 232C os modems inteligentes po
13. Rastrear A verifica o cont nua dos valores das vari veis de processo anotando mentalmente as leituras levemente fora dos valores normais e outras informa es que chegam e que podem estar diferentes das normais Estas informa es quando persistentes levam interpreta o Interpretar Qualificar estimar pesar classificar e filtrar a informa o de entrada com o objetivo de separar flutua es aleat rias das tend ncias definidas Identificar os valores verdadeiros dos ru dos entre outros fatores que n o se enquadrem imediatamente bem com a opera o normal do processo Planejar Aplicar dados hist ricos heur sticos para estabelecer objetivos e ajustar as estrat gias de controle que ir o favorecer a seguran a da planta o uso eficiente dos recursos e sequenciar as tarefas em termos de prioridades entre outros fatores que possivelmente podem indicar problemas e alguma condi o insegura no futuro Diagnosticar Identificar imediatamente a fonte de problema quando ocorrer um falha e desenvolver apropriadamente as a es corretivas efetivas contornando o problema se poss vel todos acoplados com um profundo sentido de timing Em rela o interpreta o planejamento e diagnose pode se ter combina es e permuta es que o operador deve avaliar antes de tomar a es Estes s o os fatores que essencialmente diferenciam a pessoa treinada e experiente do novato As fun es do op
14. a temperatura de um reator pode ser mostrada em diferentes posi es em valores digitais Atrav s da configura o de tela os instrumentos virtuais podem se parecer com instrumentos convencionais com escala anal gica gr fico de barras simula a escala anal gica com bot es chaves seletoras e chaves de atua o A totaliza o da vaz o ou de outra vari vel por exemplo tempo acumulado de opera o de motor de bomba pode ser apresentada na tela do monitor em tamanho e cor definidos pelo usu rio O anunciador de alarme eliminado e agora os alarmes s o listados pelo computador mostrados na tela do monitor ou impressos em papel se necess rio O alarme sonoro cont nua existindo O usu rio pode definir um c digo de cores para diferentes tipos de alarme No diagrama do processo mostrado na tela do monitor do computador as vari veis alarmadas podem assumir diferentes cores Tamb m no sistema os status dos equipamentos podem ser definidos e observados na tela do monitor Assim por exemplo v lvulas fechadas podem ser representadas em vermelho fechadas em amarelo e em posi es intermedi rias em verde Tudo que era feito atrav s da instrumenta o convencional cont nua sendo feito por m o operador v o processo atrav s de uma janela Sua interface para ver o que est ocorrendo a tela do monitor e sua interface para atuar no processo o teclado do computador mouse trackball mouse com
15. gio sistema de emiss o de alarme sistema de gera o de gr ficos de tend ncias registro atrav s de gr ficos ortogonais X x y da vari vel contra o tempo gt m dulo de gera o de relat rio e gt um sistema de seguran a VV NV vv V RTU Monitora o de Pressao Controlador do Tempo Va Derrubada de Linha Base de Dados do PCS Dados de Set Points istrador de Eventos Aloca o de Pot ncia Tend ncia i Fig 8 Diagrama conceitual do programa do SCADA Embora cada processo funcione independentemente trabalham tamb m em conjunto muitas vezes compartilhando e intercambiando informa es No sistema PCS Sistema de Controle do Oleoduto cada linha tem seu pr prio ambiente no software OASYS ou seja conjunto de telas operacionais particulares Para se compreender o relacionamento de cada um dos componentes do software OASYS vamos descrever seu relacionamento utilizando um dado esquema conceitual medida que cada componente seja descrito seu relacionamento para com os outros componentes ser demonstrado com o uso do esquema 3 3 Sistema de aquisi o de dados O sistema de aquisi o autom tica de vari veis coordena a interroga o ou a aquisi o autom tica de vari veis das Esta es Terminais Remotas RTU s Esta o ao longo do oleoduto ou CLPs Controladores L gicos Program veis para aquisitar dados de campo de acordo com par metro
16. hist ricas Tal fun o no OASYS implementada na sua maior parte pelo XIS Sistema de Aquisi o Autom tica de Dados Manipulador de Dados Base de Dados do PCS Dados Controlador de Set Points do Tempo E E 7 Administrador de Eventos Console de Opera o no Centro de Control Fig 14 Gr fico de tend ncia grupo de programas que trabalha em conjunto para realizar as fun es descritas 3 11 Comando partida de bomba Emitindo se o comando de dar partida na bomba as verifica es pertinentes s o realizadas por um programa chamado o gerenciador de comandos que se certifica gt de que voc est realmente controlando a linha e que tem autoriza o para realizar o comando A validade do comando de partida da bomba tamb m verificada pelo gerenciador de comandos para ter certeza de que gt a press o atual de suc o est acima da base m nima da esta o gt a bomba est atualmente desligada ou em sequ ncia de desligamento gt a bomba n o est indispon vel gt a bomba n o est sob controle local e gt que a quantidade de energia que est sendo puxada na esta o est abaixo da demanda m xima de energia Os contratos de fornecimento de energia el trica 43 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados t m uma cl usula que estabelece a m xima pot ncia que se pode consumir na esta o A ultrapassagem desta pot ncia implicar em multas
17. interpretar r pida e eficientemente as informa es que recebe Voc poder tamb m a partir das informa es detalhadas que lhe chegam do sistema SCADA emitir comandos tirando proveito das folgas identificadas no sistema do oleoduto levando ent o a uma opera o otimizada do sistema O SCADA trabalha para o operador 60 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Sum rio N vel do Computador Principal Manica de Dados gt w n J20 O O Instrumentos ou Equipamentos de Campo Fig 41 Sistema PCS SCADA n Conceitos O sistema SCADA Sistema de Controle Supervis rio e de Aquisi o de Dados coleta dados e fornece o controle remoto de equipamentos dentro do sistema de oleodutos O SCADA hier rquico Isto significa que o mesmo consiste de um s rie de subsistemas interligados e ordenados segundo diferentes categorias A hierarquia SCADA tem sete n veis De cima para baixo 1 Operador no console de opera o 2 Computadores interligados em rede local na esta o mestre que constituem o denominado computador central ou Host 3 Processador de Comunica es ou CFE 4 Subsistema de Comunica es de Dados Se existente RTU Controlador de L gica Program vel CLP com m dulos associados e 7 Dispositivos de Campo Controlados ou Instrumenta o Monitorada O SCADA faz uso de uma interface gr fica para o usu rio ou GUI atrav s da qual os operadores
18. lise da planta 9 interoperabilidade entre outras plataformas digitais disparatadas 30 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados A opera o de selecionar uma malha iniciar uma entrada de dados atuar em determinado dispositivo remoto apresentar uma lista de alarmes n o feita milagrosamente mas deve ser prevista e programada Para facilitar as coisas s o dispon veis v rios programas aplicativos no mercado para que usu rio realize seu controle sendo os mais conhecidos Intouch da Wonderware FicsDmacs da Intellution 1 4 Intouch amp Fun es O programa supervis rio In Touch um programa que permite a configura o de um Sistema de Supervis o de Processo incorporando recursos de opera o configur veis pelo usu rio como telas sin pticos gr ficos e registros de alarmes entre outras O programa roda em microcomputador do tipo IBM PC com microprocessador 80386 ou superior com 4 MB de RAM no sistema operacional MS DOS no ambiente MS Windows e Windows NT e dentro do programa de supervis o InTouch usado para a opera o do Sistema As suas principais fun es s o 1 alarmes de falhas de seguran a 2 autoriza o de acesso 3 aquisi o de dados 4 opera o solicitada pelo operador 5 suporte Alarmes de Falhas de Seguran a O monitor de v deo do sistema do microcomputador constitui a interface homem m quina apresentando de forma clara e simples aos engenhei
19. material energia ou ambos O fluxo de material ou energia manipulado sob o comando de um controlador cujo objetivo manter a vari vel do processo em um valor desejado este valor chamado de ponto de ajuste set point Por exemplo um controlador de n vel de um tanque manipula a vaz o do l quido que entra no tanque um controlador de press o manipula a vaz o de g s na entrada da esfera e um controlador de temperatura manipula a vaz o de vapor da serpentina que passa no interior do vaso Ponto de ajuste Valor desejado da vari vel l om ga Tanso Valor real da vari vel controlada Elemento s de Controlador N Elementos L de controle Elemento finalde _ Vari vel Vari vel manipulad controla Fig 1 12 Malha de controle fechada gen rica 3 2 Malha aberta ou fechada No cap tulo da medi o foi visto como v rios instrumentos s o ligados juntos para formar malhas de medi o e controle A Fig 1 10 mostra uma forma gen rica de malhas de controle Todas estas figuras ilustram a informa o do controle autom tico percorrendo um circuito fechado Este arranjo chamado de controle de malha fechada O ponto de ajuste que ajust vel colocado na unidade de soma tipicamente por um operador da planta A medi o do valor real da vari vel controlada do processo tamb m colocada na unidade de soma Esta unidade compara os dois valores do ponto de ajuste e da medi o
20. sicas e mec nicas Por exemplo 1 Deve se abrir ou fechar uma v lvula 2 Ativar uma chave 3 Esperar o n vel atingir determinado valor 4 Aguardar a press o atingir determinado valor V rios instrumentos podem ser ligados Eventualmente uma fonte de energia deve ser ligada As interfaces de entrada e sa da realizam as liga es reais para estes equipamentos realizarem estas atividades f sicas Comando Partir Bomba O comando Partir Bomba originou se do console de opera o no centro de controle e percorreu o caminho at o campo onde deu partida numa bomba Rev se o processo inteiro na Tab 4 56 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Tab 4 1 Operador D o comando Partir Bomba 2 Computador Central Valida e envia comando ao CFE 3 CFE Traduz o comando de sinal digital para sinal anal gico adequado ao meio f sico utilizado na comunica o Empacota e endere a comandos Envia comando para as Esta es ao longo do oleoduto atrav s do circuito de dados 4 RTU Traduz o comando de volta para o sinal digital Dirige o comando para o CLP certo 5 CLP Envia comando ao m dulo de sa da 6 Interface de Sa da Realiza o comando 7 Bomba dispositivo Come a a sequ ncia de partida 8 Instrumento L mudan as no fluxo ou na opera o da m quina 9 CLP Realiza a aquisi o autom tica de vari veis na interface de entrada e armazena os dados na tab
21. Assim que todos os dados sejam lidos pela mem ria o CLP os processa executando a programa o A programa o movimenta e combina os dados aplicando sobre estes fun es aritm ticas e l gicas O programa l o comando de Partida de Bomba e inicia ent o uma rotina espec fica para tanto processando os dados que s o necess rios a ela O 55 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados processamento desta rotina gera uma s rie de sa das para garantir de uma forma segura e ordenada a partida da bomba O fluxograma mostra de que maneira a programa o do usu rio no CLP verifica todas as condi es e os comandos existentes antes de simplesmente dar a partida na bomba Uma vez que a rotina tenha terminado de processar os dados estes s o deslocados para uma rea de armazenamento de dados Desse ponto estes dados s o lidos para a interface de sa da que altera a situa o f sica do dispositivo implementando assim o comando Ser o ativados todos os dispositivos que necessitam ser ligados ou desligados para dar partida na bomba Comando para dar partida de uma bomba A medida que o comando de Partir Bomba se desloca at o CLP ele lido pelo CLP e armazenado em sua mem ria O CLP atua sobre ele verificando inicialmente sua validade Em seguida gera uma sa da que escrita na tabela de sa da Depois inicia o trabalho f sico Para ligar a bomba talvez seja necess rio realizar uma s rie de tarefas f
22. By Pass ou Override Tendo em vista a instala o de um servidor para PI Plant Information no UNSUL este supervis rio deve contemplar esta transfer ncia de dados no futuro Utilizar a ECOS de maneira a permitir ou n o a habilita o dos pain is locais na condi o de TESTE Com login e senha conforme descrito anteriormente n o permitindo assim que pelo campo se coloque o painel em teste a revelia sem conhecimento dos operadores Instalar um painel de controle CP 001 com o intuito de acomodar as esta es ECOS micros para manuten o da rede de CLPs e um micro para manuten o da rede FIELDBUS FOUNDATION O micro de manuten o da rede FIELDBUS FOUNDATION deve alem de ter as fun es de gerenciamento da rede FIELDBUS ser capaz de operar a planta de processo em caso de emerg ncia interagindo com a planta de processo com a mesma capacidade da ECOS gerando relat rios e aquisitando dados tamb m para ANP comunicando tamb m com os computadores de vaz o Esta facilidade ficara a cargo do Administrator da rede de automa o com LOGIN e SENHA pois esta condi o e uma possibilidade emergencial para operar a planta de processo em caso extremo Pain is Locais O painel local deve ser concebido um por cada equipamento ou vaso ou quando da possibilidade de um para mais de um equipamento de um mesmo sistema e deve ser implantado de maneira a facilitar a montagem dos instrumentos de campo arranjo de cabos
23. Equipamento Por motivo de seguran a operacional espec fica para cada equipamento ESD 2 Parada de Produ o Para a planta de processo isolando a entrada e sa da de liquido dos vasos abrindo a PV de g s em plantas de leo e mantendo pressurizados os vaso em planta de g s Devem ser fechadas as v lvulas Wing e Master das cabe as de po os na arvore de natal seca ou molhada ESD 3 Parada de Produ o Idem ao ESD 2 por m fecham tamb m as v lvulas de seguran a DHSV ou SSSV ESD 4 Preparacao para Abandono Isola o das v lvulas de desligamento shudwon valves de entrada e sa da de liquido dos vasos despressurizar o da planta de processo Isola o el trica Seguran a dos Vasos da Planta de Processo e Manifold Todo Vaso deve possuir v lvulas de desarme SDV shudown valve de isola o da corrente de liquido bem como as LV s devem ser concebidas na falta de ar fecha a o ar para abrir As PV s de g s devem ser concebidas na falta de ar abre Por m em plantas de g s deve existir solen ide na l gica que garanta o fechamento desde que n o falte ar de instrumento das PV de g s garantindo assim a planta pressurizada Todo Manifold deve possuir SDV de isola o de suas sa das para as entradas dos Vasos Separadores Sempre devera existir uma SDV na sa da da Plataforma para o duto Monitora o de Fogo amp G s Toda plataforma deve possuir sistema de detec o de fogo e g
24. acomoda o de dispositivos para conex o em FIELDBUS FOUNDATION agilidade de manuten o e opera o dos mesmos sendo assim estes pain is locais devem acomodar em parte frontal todas as sinaleiras dos instrumentos de campo instalados no equipamento ou vaso oriundas de pressostatos chaves de n vel termostatos e etc que causam ESD 2 Emergency Shut Down n vel 2 botoeiras de PARTIDA PARADA de motores chaves de comando de bombas LOCAL ou REMOTO botoeiras de TESTE L MPADAS e REARME local chaves de Painel em TESTE ou NORMAL No topo do painel deve ser instalado um sistema de calibra o hidr ulico composto por engate r pido man metro com o range dentro do valor necess rio por cada equipamento que este painel estiver associado v lvulas de tr s vias do tipo esfera para alinhar os pressostatos que ser o instalados na lateral deste painel para a condi o de teste ou processo Este sistema instalado sobre o painel local visa otimizar a manuten o calibra o de todos os instrumentos a esse painel conectado quer sejam pressostatos termostatos chaves de n vel e etc Deve se lembrar que ao acionar a botoeira de TESTE do painel local para a posi o TESTE dever ser gerado na ECOS uma solicita o para habilita o do teste ao operador na sala de controle cujo qual monitorar a execu o dos trabalhos ou STARTUP garantindo assim a seguran a por uma opera o assistida obrigatoriamente pelo operador
25. bomba navega o A cor de fundo background das telas preta Para as janelas de comando janelas V lvula motorizada pop up sub telas gr ficos de tend ncia a cor de fundo cinza ou qualquer outra cor neutra diferente de preta As principais telas s o mostradas na arvore da Fig 4 o Parar Janela de comandos de bomba o Pwr B 32001 Rearme reset o um Cancelar manuten o MV 100 Rearmar reset B 32001 Executar ro Hor metro Cancelar manuten o Fig 5 10 Janela de comandos de uma v lvula motorizada Observa es 1 Um click sobre uma v lvula motorizada em manuten o Fig 5 9 Janela de comandos da bomba implica no aparecimento de uma janela pop up apresentando a mensagem de manuten o e a Observa es indica o da principal causa 1 Um click sobre uma bomba em dado entrado pelo operador via manuten o implica no teclado aparecimento de uma janela pop up 2 A condi o de v lvula apresentando a mensagem de motorizada em manuten o n o manuten o e a indica o da permite efetuar o comando de principal causa dado entrado pelo abrir ou fechar a v lvula operador via teclado 2 Deve ser apresentado hor metro na Tela de quadro operacional bomba para o operador fazer melhor 68 Na tela de Quadro Operacional s o apresentados os par metros como as vari veis referentes aos tanques e esferas como press o n vel temperatura densidade vaz
26. carga O desvio permanente a raz o porque uma casa controlada por um termostato que tenha uma isola o ruim requer que o ponto de ajuste seja aumentando manualmente para manter a casa confort vel quando o tempo se torna mais frio O termostato um controlador bin rio cuja banda de opera o tem ca do por que a carga de aquecimento da casa foi aumentada Controle Proporcional O controle proporcional tamb m conhecido como controle de uma nica a o ou modo fornece uma sa da modulada que pode ter qualquer valor entre o m nimo 0 e o m ximo 100 da faixa da sa da O valor depende de v rios fatores como 1 dire o e tamanho do erro de controle 2 ganho ou sensitividade do controlador 3 a o de controle direta ou inversa Os controladores e processos como as pessoas s o sens veis em diferentes graus Quando se diz algo que n o agrada uma pessoa e ela se irrita ela considerada muito sens vel Quando se diz a mesma coisa a outra pessoa e ela n o se perturba ela menos sens vel Quanto maior a sensitividade maior a rea o a um est mulo de entrada Sensitividade geralmente expressa em termos de ganho proporcional ou simplesmente ganho Ganho o equivalente quantidade de rea o dividida pela quantidade de est mulo Ganho definido como a varia o da sa da correspondendo a uma dada varia o de entrada dividida pela varia o da entrada Para a maioria dos contr
27. da O sistema de entrada e sa da fornece a conex o f sica entre o mundo externo dispositivos e instrumentos de campo e o CLP Cada interface E S est ligada a um instrumento ou dispositivo no oleoduto Os instrumentos podem incluir sensores de press o temperatura medidores ou dispositivos de detec o ao passo que os dispositivos s o primordialmente as bombas e as v lvulas A interface conecta os instrumentos e equipamentos ao CLP de forma que se ocorre uma mudan a em um destes extremos uma mudan a correspondente ocorrer tamb m no outro extremo Atrav s do circuito de interface o controlador capaz de detectar sentir perceber e medir quantidades f sicas concernentes a uma m quina ou um processo tais como proximidade posi o movimento temperatura press o corrente el trica e tens o A base dos estados ou valores correntes do CLP emite diversos comandos que controlam dispositivos tais v lvulas motores e alarmes sonoros e visuais Existem diversos tipos de interfaces de E S utilizadas nas aplica es para o oleoduto As duas mais comuns s o as relativas s vari veis discretas e vari veis anal gicas que s o descritas nesse m dulo A do tipo discreto trata de dados ON OFF ou do tipo de 1 0 Uma partida de um motor local atrav s de uma botoeira e o acionamento de alarmes provenientes do campo s o exemplos de tipos discretos de entrada de um CLP A do tipo anal gica utilizada para a
28. da Esta o Mestre com as demais ao longo do oleoduto se faz 52 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados atrav s de um circuito comum que pode ser visualizado como um barramento comum a que todas as esta es est o ligadas A Mestre ao emitir uma mensagem se faz ouvir por todas as esta es Somente aquela que foi endere ada por conter o equipamento a ser controlado ou por ser chamada a enviar dados ir responder Se um sinal n o lhe endere ado a RTU n o responde A esta o discerne seleciona e envia t o somente as informa es pedidas pelo centro de controle Para captar essas informa es a Esta o Mestre pede com regularidade os dados fornecidos pelas unidades Quando a RTU recebe os dados dos CLP s e dos dispositivos de entrada e sa da que controlam as bombas esta os manipula para preparar a sua transmiss o Quando o sistema Computador central solicita dados a RTU os envia Fazendo com que a RTU funcione com dados ao n vel de esta o evita se que o sistema de comunica es seja inundado por informa es n o processadas 5 3 Controlador L gico Program vel O pr ximo n vel da esta o um arm rio com equipamentos que aloja os controladores l gico program veis CLPs O CLP veio substituir os circuitos de l gica fixa implementados via de regra por rel s eletromec nicos alguns deles temporizados Estes circuitos que geralmente eram montados em chassis alojados nos pain
29. de n vel ajuste da v lvula de entrada e ajuste da v lvula de sa da s o quantidades de dois estados N o h medi o cont nua ou sa da cont nua sobre uma faixa Controle composto discreto e cont nuo poss vel para um sistema de controle cont nuo ser parte de um sistema de controle de processo com estado discreto Seja ainda o exemplo do sistema de tanque da Fig 1 15 Neste caso especifica se que a v lvula de sa da est fechada e o tanque se enche at o n vel requerido como na Fig 1 16 Pode se agora especificar que periodicamente uma garrafa vai para debaixo da v lvula de sa da O n vel deve ser mantido no ponto de ajuste enquanto a v lvula de sa da estiver aberta e a garrafa cheia Esta exig ncia pode ser necess ria para garantir uma coluna de l quido constante durante o enchimento da garrafa vaz o entrada ligado v lvula j desligado cheia SS 4 pes garraf s motor da esteira presente ausente pes desligado Fig 1 18 Controles cont nuo e discreto Este processo ir requerer um sistema de controle cont nuo usado para ajustar a vaz o de entrada durante o enchimento da garrafa atrav s da v lvula de sa da O sistema de controle cont nuo ser ligado ou desligado como um equipamento discreto Pode se ver que o processo de controle cont nuo justo uma parte do processo de estado discreto 3 Alarme e Intertravamento 3 1 Seguran a da Planta T
30. desde que n o agrida a nenhum fator de gt Seguran a gt Meio Ambiente e gt Sa de A planta de processo deve sempre atingir a condi o de seguran a exigido por cada projeto das plataformas quando os par metros de controle operacional ultrapassar os limites de opera o sendo eles gt N vel gt Press o gt Temperatura gt Vibra o e etc Para isso deve ser utilizado as chaves de n vel os pressostatos termostatos chaves de vibra o nas condi es de limite operacional gerando alarmes de HH HIGH HIGH Muito Alto e LL LOW LOW Muito Baixo gerando a parada de emerg ncia n vel 2 Niveis de Parada de Emerg ncia ESD ESD 1 Parada individual por Equipamento Por motivo de seguran a operacional especifica para cada equipamento ESD 2 Parada de Produ o Para a planta de processo isolando a entrada e sa da de liquido dos vaso abrindo a PV de g s em plantas de leo e mantendo pressurizado os vaso em planta de g s Fecha as v lvulas Wing e M ster das cabe as de po os na arvore de natal seca ou molhada ESD 3 Parada de Produ o Idem ao ESD 2 por m fecham tamb m as v lvulas de seguran a DHSV ou SSSV ESD 4 Prepara o para Abandono Isola o das SDVs de entrada e sa da de liquido dos vasos despressuriza o da planta de processo Isola o el trica xvi Automa o de Plataforma Seguran a dos Vasos da Planta de Processo e Manifold Todo Vaso
31. desempenho habilitado exibe certas caracter sticas comuns A habilidade se baseia no sentimento do tempo timing e na coordena o das atividades para resultar em um desempenho suave e sem esfor o altamente aprendido e vagamente acess vel consci ncia como indicado pelo fato que a tentativa de descrev lo quando em treinar um novato muitas vezes leva a real degrada o do desempenho Os efeitos na habilidade das v rias formas de stress tais como fadiga carga de trabalho ansiedade indicam que o desempenho da habilidade tende a melhorar com stress moderado mas al m de um limite varia grandemente com o indiv duo e se deteriora rapidamente A caracter stica humana contr ria ao modelo matem tico de tomar decis es Estudos mostram que a tend ncia humana tomar decis es baseando se em pequenas amostras pulando para as conclus es e tomando decis o dirigida para o otimismo apostando que no fim tudo d certo Um tipo de tomada de decis o muito importante a diagnose Estudos indicam que o homem n o segue a rvore de decis o das probabilidades dos v rios caminhos mas se move atrav s da rvore testando primeiro os caminhos de alta probabilidade e somente indo para os de baixa probabilidade quando os primeiros foram esgotados O desempenho humano das tarefas de controle manual foi muito estudado associado com as n o linearidades e com os dados amostrados Trabalhos mostram a dificuldade cr
32. diferentes estados e um sinal que um alarme em um estado p ex opera o normal e n o um alarme genu no em outro p ex partida ou manuten o Pode ser desej vel suprir certos alarmes durante estados particulares Isto pode ser relativamente f cil com um computador mas dif cil com sistema convencional Em processos batelada geralmente h controle sequencial Enquanto n o ocorrer falha o controle da sequ ncia usualmente direto e ininterrupto mas a necessidade de permitir falhas em cada est gio da sequ ncia pode tornar o controle sequencial complexo Com opera o sequencial portanto o controle sequencial e o alarme s o quase insepar veis 28 3 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados SCADA 1 Introdu o 1 1 Aplica es Um sistema de aquisi o de dados coleta e armazena para uso futuro Os dados anal gicos corrente de 4 a 20 mA cc tens o de mV de c lulas de carga tens o de termopares dos tipos J K R S T e B resist ncias detectoras de temperatura pulsos de turbinas medidoras de vaz o frequ ncia de sinais de transmissores de vaz o magn ticos frequ ncias de medidores tipo vortex ou coriolis s o convertidos para a forma digital conveniente para ser usada dentro do sistema digital de aquisi o de dados S o transferidos tamb m os chamados sinais digitais como protocolo HARTO contatos secos de chaves e rel s pulsos bin rios Atualmente
33. fiscal que ser o instalados nos separadores de teste produ o nos skids de medi o trem A e B sendo estas medi es enviadas a computadores de vaz o dedicados a esse fim atendendo a normas API vigentes e aceitas pela ANP A medi o de leo e condensado deve tamb m ser enviadas para a ECOS e gerar os relat rios necess rios ANP e guade fundo Neste t pico utilizaremos medidores magn ticos onde permitido pelas condi es de condutividade e aus ncias de s lidos em suspens o Na impossibilidade de ser utilizado este instrumento utilizaremos deslocamento positivo e a seguir placa de orif cio estando os medidores conforme solicita o do regulamento da ANP esta medi o tamb m ser enviadas para a ECOS e gerar os relat rios necess rios Cabe a dos po os A leitura precisa de cabe a de po o deve ser considerada em toda arquitetura pois fornece ao pessoal de reservat rio os dados confi veis de acompanhamento do comportamento do po o Este acompanhamento ser efetuado por transmissores de press o e temperatura Disponibilidade Operacional Uma das muitas vantagens de um sistema automatizado adv m de sua disponibilidade operacional e confiabilidade portanto ap s a implementa o do projeto a planta devera atingir o patamar de disponibilidade de 100 Y de opera o SMS Como j foi dito anteriormente o objetivo e manter 100 da operacionalidade da planta de processo
34. fluxo Os pontos anal gicos ap s retornados condi o normal depois de uma condi o de alarme n o devem alarmar para o operador A volta para a condi o normal configura o somente para evento Os pontos bin rios ap s retornados condi o normal depois de uma condi o de alarme devem alarmar para o operador O tag representado nas telas deve adotar o mesmo padr o da lista de pontos de entrada e sa da do CLP Exemplo PT 001 TT 002 FT 003 Os valores devem ser representados do seguinte modo Taa do instrumento PT_0014 Valor da vari ve Fig 5 11 Indica o da vari vel e tag do instrumento As cores dos valores do ponto anal gico e ponto bin rio devem representar a 70 condi o de alarme ou normal da vari vel conforme a defini o da Tab 4 Tab 4 Condi o e cor do ponto anal gico ou bin rio Condi o Cor do ponto Alarme muito alto HH Violeta Alarme alto H Vermelho Normal Verde Alarme baixo L Vermelho Alarme muito baixo LL Violeta As casas decimais dos valores das vari veis devem estar de conformidade com a Tab 5 Tab 5 Vari veis e n mero de casas decimais Vari vel Unidade Casal Natela Press o kgf cm 1 XXX X Temperatura C 1 XXXx Vaz o mh 0 XXXX Volume m O XXXX Tens o V 0 XXX Corrente A 0 XXX Tubo solo V 1 XX X Densidade g cm 3 XXXX As v lvulas manuais quando n o inclu das
35. gerenciador de dados Sistema de Aquisi o de Dados Manipulador de Dados J 5 Base de Dados doP CS Dados de Set Pojhts ontrolador do Tempo M dulo de C lculos Consoles de Opera o do Centro de Controle de Eventos Fig 9 Sistema de Aquisi o Autom tica de Vari veis e Gerenciador de Dados O gerenciador de dados arquivador tempor rio para os dados que s o capturados pelo sistema Seu prop sito o de colocar estes dados nos seus devidos lugares na base de dados do sistema As vezes estes dados devem ser colocados em mais de um lugar O gerenciador de dados coloca esses dados conforme previsto durante a etapa de configura o do sistema 3 4 Base de dados A base de dados de um sistema SCADA cont m os dados espec ficos para cada oleoduto que esteja sendo coberto pelo mesmo A base de dados pode ser vista como sendo o conjunto de todos os dados do sistema Fisicamente poderi a ser vista como um sistema de arquivos onde s o colocados e guardados todas as vari veis ou dados aquisitados pelo sistema bem como os par metros de opera o deste Existe um lugar espec fico para cada dado recebido do campo Os dados s o dispostos de acordo com uma estrutura hier rquica controlada com precis o A base de dados de um sistema SCADA se divide em dois tipos base de dados de tempo real e base de dados hist rico A Base de Dados de Tempo Real BDTR cont m todas as vari vei
36. interagem com o oleoduto atrav s de telas gr ficas coloridas e do mouse D o Computador Central ou Host Os comandos enviados atrav s do PCS s o validados pelo sistema antes de entrarem no circuito de dados de forma a garantir que somente operadores autorizados possam enviar comandos Relacionamos abaixo as principais fun es e ou componentes de um software SCADA 1 Sistema de aquisi o autom tica de vari veis que re ne dados de campo enviados pelos CLPs ou RTUs 61 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 2 Base de dados que atua como um sistema de arquivamento para entrada e sa da de dados 3 M dulo de c lculo que avalia os dados brutos e os converte a dados processados compara valores correntes e valores anteriores e interpreta os dados para tomada de decis es 4 Gerenciador de eventos que rastreia as mudan as que ocorrem em tempo real e inicia a es pr programadas em resposta s condi es presentes 5 Rel gio que centraliza todas as fun es relacionadas com o tempo e desencadeia a es programadas em particular 6 Sistema de alarmes que manda alarmes e mensagens de advert ncia para o console do operador quando acionado pelo m dulo de c lculo chamando a aten o do operador para a exist ncia de condi es que podem afetar a seguran a na opera o do oleoduto 7 Os gr ficos de tend ncias permitem aos usu rios do sistema visualizarem e interpre
37. manual Isto n o causa nenhum problema particular ao processo que cont nua operando com produtos dentro das especifica es Geralmente o sistema de controle possui um sistema suplementar de alarme que chama a aten o do operador para a perda do controle autom tico ou para a tend ncia do produto sair fora das especifica es Por m em condi es mais graves em que nem o controle manual consegue regular corretamente o sistema e o produto final est fora das especifica es entra o sistema de alarme Alarme do processo O ideal que a planta trabalhe em autom tico todo o tempo Os dist rbios normais do processo s o eliminados pelo controle autom tico Quando houver uma anormalidade al m da faixa de controle autom tico o processo deve ser passado para a condi o de manual Para isso deve haver sistema de alarme para chamar a aten o do operador pois ele n o est todo o tempo olhando os controladores e atualmente h tantas informa es concentradas em t o pouco espa o que imposs vel o operador perceber prontamente quando o controle autom tico perdido Na maioria dos casos a atua o manual do operador no processo suficiente para trazer o processo para as condi es ideais Por m em uma minoria dos casos a atua o manual n o consegue retornar a vari vel de processo para o ponto de ajuste e o processo tende para condi es de perda de produto ou inseguras Desligamento de em
38. mensagem at a sat lite Do sat lite esta comunica o v m at a microesta o VSAT instalada nas proximidades da minimestre endere ada e finalmente da micro VSAT at minimestre O atraso em cada ida e descida do sat lite de 0 26 seg A este tempo deve ser somado o tempo de processamento do sinal na esta o central e na micro VSAT o tempo de transferencia da mensagem entre as esta es do SCADA e o sistema VSAT que se faz a 9600 bauds o tempo de fila na micro VSAT e o tempo de acesso ao segmento espacial Para uma mensagem de pergunta e resposta mestre minimestre que some 3200 bits 800 da pergunta da mestre e 2400 da resposta da mini mestre ter amos um total de 800 9600 2400 9600 0 33 seg valor bastante conservativo A este tempo se soma o tempo de processamento no interior do VSAT que pode chegar a 1 4 segundos valor conservativo Assim para uma configura o de salto simples ter amos Td Ttse Tpi Ttf T d 0 26 1 40 0 33 2 seg onde Td Tempo total de atraso T tse Tempo total pelo segmento espacial Ttf Tempo para transmiss o entre as fronteiras dos sistemas SCADA e VSAT T pi Tempo de processamento acesso fila no VSAT Para ilustrar como se processa a comunica o na configura o que leva ao salto duplo segundo caso tomemos o mesmo exemplo acima da comunica o da mestre do SCADA com uma minimestre A mestre emite sua mensagem microesta o VSAT que ap s
39. mundo externo dispositivo de campo e instrumentos e a CPU Central Processing Unit do CLP 63 Automa o de Terminal 2 Crit rios b sicos para confec o de telas do SCADA 2 1 Objetivo Estabelecer diretrizes b sicas e crit rios para configura o e constru o de telas dos Sistemas de Supervis o Controle e Aquisi o de Dados SCADA do DTNEST O documento estruturado do seguinte modo 1 Mecanismos de navega o no sistema 2 Telas b sicas com defini o de Base Line mascara e bot es padr o 3 T picos de sub janelas para comando de equipamentos 4 Telas para acompanhamento das opera es 5 Telas para acompanhamento das comunica es 6 Telas para arquitetura do sistema e configura o dos CLPs 7 Gr ficos de tend ncias trend recorder 8 Simbologia a ser adotada para representa o de instrumentos equipamentos linhas e acess rios 2 2 Desenvolvimento Filosofia geral As telas devem ser simples e com informa es que contemplem a origem e o destino Devem ser usados recursos de janelas pop up para permitir que dentro de uma tela com informa es gerais de uma determinada regi o ou opera o macro se abra uma janela com informa es mais detalhadas micro Conjuntos de telas ou contextos de informa es O sistema deve conter os seguintes conjuntos de telas ou contextos de informa es Telas operacionais voltadas para a a o de supervi
40. na maioria das aplica es industriais a aquisi o de dados feita por controladores l gico program veis CLP que possuem as interfaces de entrada e sa da j padronizadas e com pre o mais conveniente que as interfaces E S do sistema digital de controle distribu do Outro vantagem de se usar um CLP como sistema de coleta de dados a facilidade de driver de comunica o entre ele e o microcomputador onde ser rodado o programa aplicativo para realizar o controle supervis rio do processo Quando os dados s o coletados a grandes dist ncias eles s o transferidos atrav s de fios f sicos por uma onda de r dio frequ ncia portadora ou atrav s de linha telef nica ou por uma combina o qualquer destas tr s t cnicas Estes dados est o agora dispon veis em um nico local centralizado e podem ser indicados registrados totalizados analisados e alarmados tamb m desej vel que o operador al m de coletar os dados e saber os status dos dispositivos remotos possa atuar no processo abrindo e fechando v lvulas motorizadas ligando e desligando motores de bombas e compressores enviando sinais anal gicos para atuar em v lvulas de controle Nestas aplica es os sinais digitais do sistema de aquisi o de dados devem ser convertidos de volta para a forma anal gica e aplicados a algum tipo de atuador no processo Neste ponto deve se projetar e construir equipamentos digitais que executem todas estas
41. no local tamb m pode ter condi o de desligar equipamento do processo ou seja O sistema de detec o de gases pode inicializar o sistema de desligamento Em plantas grandes e complexas hoje a tend ncia de integrar o projeto e suprimento do g s e fogo com o sistema de desligamento ambos agrupados em um mesmo sistema de seguran a 3 2 Tecnologias do Sistema 10 Opera o do Processo H tr s tecnologias principais para implementar sistema de seguran a e desligamento na planta de processo 1 rel eletromec nico 2 eletr nica a semicondutor fiada fisicamente hard wired 3 microprocessador Rel eletromec nico Embora existam alguns poucos sistemas pneum ticos em uso eles podem ser classificados com de rel s pois seus princ pios operacionais s o semelhantes O sistema de seguran a baseado em rel eletromec nico tem sido muito usado ainda por causa de sua confiabilidade Eles s o inerentemente seguro em falha imune a maioria das interfer ncias el tricas podem ser projetados para atender a maioria das exig ncias de tens o e possuem baixo custo inicial de aquisi o Como desvantagens tem se 1 grande peso e tamanho 2 pouco flex vel para fazer altera es na programa o ou adi es que requerem mudan a na fia o f sica e revis o na documenta o 3 n o oferecem capacidade de comunica o digital serial ou paralela para uso integrado com SDCD ou CLP ou SC
42. o dar o desarmam e os sinais de desarme ser o gerados nos instrumentos f sicos tipo chave de campo como pressostato termostato ou chaves de n vel e vaz o Ou seja os alarmes s o gerados por chaves virtuais e os desarmes por chaves f sicas independentes entre si Como o sistema DELTA V e o CLP est o no mesmo painel na sala de controle no PN 001 o mesmo utilizar cart es de interface de maneira a disponibilizar estas informa es na ECOS Automa o de Plataforma e posteriormente no registrador de eventos Como se utiliza uma rede de controle anal gica inteligente o m dulo l gico PID de controle deve ser configurado sempre que poss vel no respectivo posicionador da v lvula de controle da malha em quest o LCV PCV TCV ou FCV Com a filosofia de pain is locais a rede FIELDBUS estar dispon vel dentro destes pain is com conex es reservas para instala o de terminais de manuten o no campo que pode ser feito por terminal port til HHT Handheld Terminal ou por computador port til Laptop Como o sistema de seguran a aplicado ao sistema o de seguran a intr nseca Ex i permitido fazer a manuten o ou opera o dos equipamentos a quente podendo abrir o painel e efetuar a conex o ou desconex o da fia o da rede Fieldbus Foundation Pelo conceito de seguran a intr nseca qualquer centelha gerada tem energia insuficiente para provocar igni o ou explos o da mistur
43. o do par tran ado 3 4 db km 100 kHz 14 db km 1MHz 39 db km 10 MHz A limita o de alta frequ ncia para o uso do par tran ado de 1 MHz n o por causa da atenua o mas por causa da interfer ncia crosstalk causada pelo acoplamento capacitivo entre os pares tran ados no cabo Cabo coaxial O cabo coaxial consiste de um n cleo central condutor rodeado por um material diel trico que pode ser politeno ou ar O condutor externo usualmente coberto de um revestimento isolante A perda em altas frequ ncias no cabo coaxial devida ao efeito pele skin effect que for a a corrente no n cleo central fluir pr xima de sua superf cie e assim aumenta a resist ncia do condutor Tais cabos tem uma imped ncia caracter stica entre 50 e 75 Q A atenua o t pica de um cabo coaxial com di metro de 0 6 cm 100 MHz 1 GHz 8 dB 100 m 25 dB 100 m Cabo telef nico Cabos telef nicos consistem de v rios pares de condutores tran ados Os condutores s o isolados com papel ou polietileno o tran amento sendo usado para reduzir a interfer ncia entre pares condutores adjacentes O conjunto dos pares tran ados blindado com pl stico e o cabo inteiro revestido de fio ou fita de a o para ter alta resist ncia mec nica Finalmente h um revestimento de pl stico externo Em frequ ncias de udio a imped ncia do cabo dominada por sua capacit ncia e resist ncia Isto resulta em uma atenua o que d
44. o processados e dados calculados As informa es n o processadas s o dados transmitidos pelas RTUs ou CLPs diretamente do campo Os DADOS CALCULADOS s o valores determinados aritmeticamente base dos dados n o processados Por exemplo um valor de press o de suc o um dado n o processado ao passo que o dado calculado como a perda de carga na v lvula de controle determinado subtraindo da press o na descarga das bombas da press o de descarga da esta o perda de carga em cima da v lvula reguladora de press o ou THROTTLE Os c lculos aritm ticos s o apenas um tipo de c lculo que pode ser realizado em cada ponto de dados Sistema de Aquisi o de Dados Manipulador de Dados ontrolado do Tempo dulo do C lculo Consoles de Opera o do Centro de Controle Fig 11 Base de dados Adminstrador de Eventos 3 5 M dulo de c lculo Dentro de um ambiente SCADA o m dulo de c lculo o instrumento de trabalho que realiza todos os c lculos computa es e manipula es dos dados na base de dados O M DULO DE C LCULO realiza opera es estat sticas matem ticas e l gicas d partida em rel gios p ra os mesmos e avalia a qualidade de dados na base de dados O m dulo de c lculos tem tr s prop sitos principais gt avalia dados n o processados e converte os a dados processados gt compara valores correntes com valores anteriores e gt interpreta dados e toma decis es
45. op o a planta ser desligada 4 Opera o do Processo 4 1 Introdu o Embora os sistemas de controle modernos tenham atingido um alto grau de automa o o operador de processo ainda imprescind vel e tem a responsabilidade imediata e total pela produ o segura e econ mica do processo H diferentes filosofias relacionadas com a fun o de 14 Opera o do Processo seguran a de intertravamento se o processo deve ser desligado manualmente pelo operador ou automaticamente pelo sistema de trip shut down shut off Em geral quanto maior o perigo mais forte o argumento para haver instrumenta o protetora Qualquer que seja o enfoque adotado o operador ainda tem a fun o vital de operar a planta de modo normal evitando as condi es de desligamento E quando houver o desligamento ele deve ser feito de modo ordenado e seguro A fun o do operador de processo crucial embora a opera o apresente ao operador tipos de problemas que ele n o est acostumado a tratar O estudo dos trabalhos industriais e as situa es de trabalho s o o campo da ergonomia ou a engenharia dos fatores humanos equivalentes portanto apropriado considerar a contribui o que esta disciplina presta aos problemas associados com o trabalho do operador de processo Comparada com outras industriais a ind stria qu mica faz pouco uso dos fatores humanos na rea de opera o do processo 4 2 Fatores Hum
46. os tamb m em uma escala apropriada representa o da press o O sinal el trico padr o que utilizado na transmiss o destas leituras na sa da do transmissor uma corrente el trica de baixa intensidade situada na faixa de 4 a 20 mA correspondendo 4 mA ao valor inferior da press o calibrada no transmissor menor press o que o transmissor deve ler e transmitir e 20 mA ao valor superior desta press o maior press o que o transmissor deve ler e transmitir Cada divis o na escala de press o corresponde a uma corrente el trica diferente na faixa de 4 a 20 mA Este sinal chegando na entrada correspondente do CLP ser devidamente filtrado e condicionado sendo enviado a seguir para um estagio de convers o anal gico para digital ADC ou A D O valor digital obtido ent o convertido para enquadr lo na faixa de valores de engenharia que enquadra o sinal gerado no transmissor O seguinte exemplo ilustra a citada convers o Seja um transmissor calibrado para a faixa de press o de 20 a 100 kg cm O valor correspondente a 4 mA deve corresponder a 20 kg cm e o valor de 20 mA a 100 kg cm Assim o valor convertido a um n mero bin rio depois do ADC deve 59 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados ser tratado de forma a se obter a convers o acima atrav s da express o Press o 100 20 20 4 x valor lido 4 20 kg em Para maiores informa es sobre o escalonamento veja o m dulo C
47. s o t o sa da de uma ou mais chaves de pr ticos como o rel e a v lvulo alarmes e ent o decide baseado em solen ide pois eles n o tem posi o uma l gica preestabelecida qual a segura em caso de falha sa da que deve ser enviada ao necess ria pot ncia para acion los anunciador e qual o elemento final que para seu estado seguro deve ser automaticamente ligado ou desligado 3 Um anunciador de alarme possivelmente com um dispositivo final que ir produzir a a o apropriada em resposta s sa das da l gica O anunciador de alarme geralmente tem l mpadas atr s de placas gravadas mensagens em uma tela de v deo terminal de display de v deo ou TRC tubo de raios cat dicos Usam se alarmes de udio associados como sirene buzina e campainha Fig 2 3 Tela de controle supervis rio com alarmes Anunciador gt Chaves de L gica alarme RR 3 Atuador final Fig 2 2 Diagrama de blocos do sistema de alarme 13 Opera o do Processo 3 4 Intertravamento do Processo Conceito Hoje os processos qu micos s o mais complexos maiores e operados mais pr ximos dos limites de seguran a Como resultado h uma maior probabilidade de estas plantas se tornarem inseguras tendo assim um maior potencial de causar grandes estragos prejudicando ou matando pessoas e resultando em paradas custosas Quando algo de errado acontece com o p
48. simples uma sequ ncia fixa mas sequ ncias vari veis podem ser manipuladas e o treinamento pode ser muito importante para elas Um problema que os estudos da an lise da tarefa revelam a identifica o do equipamento como v lvulas de bypass e de isola o em torno das v lvulas de controle 24 Opera o do Processo 8 Display da informa o Assim que a tarefa definida poss vel considerar o projeto dos displays O display da informa o um problema importante que intensificado pelo aumento da densidade de informa o nas salas de controle modernas O display tradicional o painel de controle convencional Monitores de computador agora apresentam ao engenheiro uma facilidade mas vers til com gr ficos coloridos de tend ncias e de valores hist ricos listas codificadas em cores de alarmes desenhos de diagramas de instrumentos e tubula es do processo mensagens de autodiagnose dos instrumentos e dos equipamentos A primeira coisa que deve ser enfatizada que o display somente um meio para um fim o fim sendo a melhoria do desempenho do operador em executar alguma fun o de controle O projeto adequado desta fun o em seus aspectos dos fatores humanos mais importante que os detalhes do display em si importante tamb m que o sistema de display tenha caracter sticas de adquirir a informa o rapidamente e ter capacidade de redund ncia de informa o H uma necessi
49. sistemas adotadas em sistemas SCADA no exterior como voc j pode observar esta configura o j foi muitas vezes abordada neste texto os CLPs n o se comunicam diretamente com o computador central mais sim com uma Unidade Terminal Remota RTU A RTU programada para traduzir os dados das CLPs para o protocolo utilizado pelo Computador central O controlador l gico program vel em uma esta o de oleoduto desempenha basicamente as seguintes fun es controla as bombas de bomba implementando a partida parando e mudando a velocidade da mesma atrav s dos variadores de fregii ncia controla as v lvulas abrindo e fechando total ou parcialmente fornece dados operacionais n o processados ou brutos para o sistema e em caso de necessidade a voc no centro de controle dado que est interligado instrumenta o da esta o e garante um ambiente operacional seguro executando independentemente procedimentos de parada de emerg ncia em caso de necessidade Dessa maneira os CLPs representam mais do que uma extens o das m os do operador Fazem muito mais que apenas ligar as unidades de bomba S o na realidade m os inteligentes uma vez que otimizam as opera es do oleoduto Est o localizados no mesmo arm rio dos equipamentos do CLP os m dulos de entrada e sa da Tais m dulos implementam de fato o trabalho f sico real de executar os comandos Nos SCADAs adotados nos oleodutos do DETR
50. sua sa da cujo valor depende dos seguintes fatores 1 dire o magnitude e dura o e taxa de varia o do erro de controle 2 ganho do controlador que depende do ganho proporcional ganho integral e ganho derivativo todos ajust veis 3 a o do controlador direta ou inversa Usando o controlador PID para a temperatura do leo este controlador faz o mesmo que o controlador PI mas ele tem uma caracter stica a mais O modo derivativo altera a sa da do controlador de acordo com a velocidade de varia o do erro de controle Se o erro n o estiver variando a a o derivativa n o faz nada Se o erro varia lentamente a a o derivativa muda a sa da um pouco durante a varia o do erro Se o erro varia rapidamente a a o derivativa faz uma grande varia o na sa da do controlador durante a varia o do erro O objetivo da a o derivativa o de dar um refor o a o corretiva do controlador especialmente quando a vari vel controlada estiver variando rapidamente Portanto a a o derivativa tende a evitar o erro se tornar muito grande antes que a a o proporcional e integral possam Opera o do Processo reganhar o controle A a o derivativa usada principalmente para sistemas lentos Para controlar a temperatura do leo com um controlador PID se a temperatura cair abaixo do ponto de ajuste lentamente o controlador age muito pouco como um controlador PI Se a queda r pida a a
51. tarefas Este equipamento j existe associado a programas de computador aplicativos o Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados SCADA 1 2 Equipamento Hardware A plataforma de opera o do sistema de aquisi o de dados e controle supervis rio um microcomputador rodando um programa aplicativo Atrav s de configura o de telas o operador pode selecionar atrav s do teclado ou mouse do computador diferentes vis es do processo desde uma malha isolada at o processo completo overview O monitor do computador ir substituir os pain is convencionais com botoeiras instrumentos de display anunciador de 29 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados alarme e painel sin ptico As chaves liga e desliga e as botoeiras de partida e parada s o substitu das por teclas ou s o atuadas atrav s da tela especial touch screen Tem se agora chaves l gicas ou virtuais que funcionam exatamente como se fossem reais O monitor do computador substitui os instrumentos de display Atrav s do programa de configura o o operador pode selecionar telas que apresentam os valores num ricos das vari veis de processo de diferentes modos sua escolha Os valores podem aparecer ao lado dos equipamentos associados Por exemplo o n vel do tanque pode ser apresentado em percentagem ao lado do desenho do tanque a vaz o que passa por uma tubula o pode ter o valor instant neo mostrado junto da tubula o
52. tecnologia usada a rel s eletromec nicos b l gica eletr nica c microprocessado 3 n vel de redund ncia a simples b dual c tripla 4 administra o de alarmes falsos a l gica supervis ria b sistema de vota o 5 per odos de teste a mensalmente b anualmente c somente quando h desligamento 6 custo de propriedade a custo de aquisi o b custo de engenharia c custo de opera o d custo de modifica es futuras 7 exig ncias do local a rea interna ou externa b rea classificada ou segura Roteiro de sele o Os passos necess rios para selecionar o melhor sistema incluem 1 Obter as estimativas de custo das solu es t cnicas dispon veis incluindo custos futuros de opera o durante a vida til do sistema 11 Opera o do Processo 2 Analisar a possibilidade de falha do equipamento e da planta devido a falha do sistema considerando os cen rios de falha em seguran a ou perigo em falha 3 Estimar o custo da planta parada como resultado da falha do sistema de seguran a 4 Baseado neste procedimento e na an lise da arvore de decis o selecionar o melhor entre todos os candidatos Uma solu o n o pode ser tima para todas as situa es Ponto fraco do sistema Muitas pessoas pensam em triplicar sistemas l gicos pensando que se um bom dois melhor e tr s o m ximo Mas muitas instala es com sistemas l gicos dual ou triplo tem dispo
53. transportada no ar Nos links pticos a informa o transmitida como uma modula o da luz atrav s de um cabo de fibra ptica 3 3 Telemetria e aquisi o de dados Um sistema de aquisi o de dados pode incorporar um subsistema de telemetria para a comunica o remota entre esta es Este sistema completo inclui 1 Na entrada do sistema est o as vari veis do processo que s o medidas pelos sensores 2 Os sinais s o condicionadas na forma de amplifica o filtro padroniza o lineariza o ou qualquer outra fun o para normalizar as sa das dos diferentes sensores e restringir suas larguras de faixa de modo que sejam compat veis com os canais de comunica o Os sistemas de transmiss o at o multiplexador podem empregar tens o corrente posi o pulso ou frequ ncia para levar os dados digitais ou anal gicos 3 Os sinais s o agora multiplexados ou no tempo ou na freq ncia de modo que todos sejam transmitidos no mesmo canal um por vez de modo ordenado e correto 4 Os sinais multiplexados s o transmitidos do transmissor para o receptor remoto atrav s de uma onda portadora de r dio frequ ncia RF modulada por amplitude frequ ncia ou fase A transmiss o pode alternativamente ser feita por cabo coaxial cabo de fibra ptica ou por linha telef nica 5 Assim que os dados chegam no receptor um a um eles s o demultiplexados ou sejam todos os sinais passam a existir s
54. um sistema de controle cont nuo porque tanto o n vel como a abertura da v lvula podem variar sobre uma faixa cont nua Mesmo se o controlador estiver operando de modo liga desliga h ainda uma regula o da vari vel embora o n vel oscile agora quando a v lvula de entrada aberta ou fechada para compensar a varia o da vaz o da sa da Ea InciDec waz o MEG saida LN 20 100 kPa Fig 1 16 Controle continuo de n vel Controle de estado discreto Seja agora o problema anterior revisado Tem se a mesma situa o da Fig 1 15 por m os objetivos s o diferentes e as vari veis n vel e ajuste s o discretos porque agora eles podem assumir somente dois valores Isto significa que a v lvula pode somente estar aberta ou fechada e o n vel est acima ou abaixo do ponto de ajuste Fig 1 17 Controle discreto de n vel Agora o objetivo encher o tanque at um certo n vel sem vaz o de sa da Para fazer isto especifica se uma sequ ncia de evento Opera o do Processo 1 Fechar a v lvula de sa da 2 Abrir a v lvula de entrada e deixar o tanque encher at o n vel desejado como indicado por uma chave 3 Fechar a v lvula de entrada quando o n vel atingir o valor desejado O n vel certamente n o vai se alterar at quando em algum momento mais tarde a v lvula de sa da aberta e h vaz o de sa da Notar que as vari veis medi o
55. vidro retangulares com mensagens de alarme gravadas Quando ocorre um novo alarme a buzina soa e a luz fica piscando at que o operador tome conhecimento e pressione um bot o O painel permanece luminoso at que a condi o de alarme seja eliminada pela a o do operador ou por outra alternativa Nos sistemas com computador de processo o sistema de alarme tamb m uma caracter stica normal A varredura de grande numero de vari veis do processo para condi es de alarme uma fun o muito conveniente para o computador Os limites especificados das vari veis do processo e dos estados do equipamento s o varridas e os alarmes resultantes s o indicados usualmente em ordem cronol gica na impressora ou na tela do monitor O computador de processo tem enorme potencial para o desenvolvimento de sistemas melhorados de alarme H a escolha das vari veis que devem ser alarmadas N o mais necess rio que elas sejam confinadas s vari veis do processo medidas pelos sensores O computador pode fazer c lculos de uma ou mais medi es e inferir os valores de outras vari veis aumentando consideravelmente a capacidade do sistema H ainda um numero de diferentes tipos de alarme que podem ser usados Eles incluem o alarme absoluto alarme de desvio alarme de diferen a alarme de instrumentos alarme de taxa de varia o O n vel em que os limites do alarme s o ajustados outro fator importante V rios ajustes
56. ADA Sistema Eletr nico a semi condutor Sistema a estado s lido fiado fisicamente pode ser projetado para superar muitas das desvantagens associadas com rel s como 1 apresentam teste on line de todos os canais ativos incluindo m dulos I O por meio autom tico ou manual falhas s o facilmente identificadas substitui o e adi o s o prontamente feitas 4 possibilidade de sistema redundante para melhorar desempenho e aumentar a toler ncia a falha O sistema com circuito eletr nico faz sua l gica atrav s de circuitos a estado s lido que est o fiados fisicamente na configura o desejada Qualquer modifica o l gica necessita de altera o na fia o mas pain is com matriz de pinos pode simplificar as altera es wN Microprocessador Sistemas com microprocessador s o poderosos e flex veis atrav s de hardware software e firmware Os sistemas com microprocessadores podem ser subdivididos em computadores pessoais CP e controladores l gico program veis CLP O sistema com CP considerado integral e o CLP um sistema distribu do 2 2 Escolha do Sistema Par metros de escolha Quando se projeta um sistema de seguran a de alto risco sempre se consideram os seguintes par metros 1 filosofia do alarme a individual em cada instrumento b agrupada em anunciador c feita por computador dedicado d feita no sistema de controle digital SDCD CLP com supervis rio SCADA 2
57. AN a interface homem m quina IHM ou MMI Man Machine Interface que defme a parte do sistema com a qual o operador interage com este implementada atrav s de monitores gr ficos a cores de alta resolu o alem de mouses dispositivos de comando de deslocamento do cursor na tela do monitor e impressoras a laser e dos tipos jato de tinta e matricial usada uma tecnologia denominada de GUI Graphical User Interface que em portugu s significa Interface Gr fica com os Usu rios que possibilita o suporte e o transporte pela rede de telas gr ficas que representam de forma pict rica as instala es industriais das esta es Tal interface substitui os tradicionais frontais dos pain is de controle com seus anunciadores de alarme os seus cones m micos que representavam as v lvulas bombas linhas e demais equipamentos na rea industrial e botoeiras para controle dos equipamentos Atrav s das telas operacionais o operador pode ser informado dos n veis das press es de suc o e descarga assim como dos pontos de ajuste ou set points das malhas de controle de press o vaz o geralmente situadas na entrada e na sa da das esta es e dos estados dos equipamentos nas esta es por exemplo bomba ligada desligada v lvula aberta fechada Caracter stica de Seguran a Existem numerosas rotinas de seguran a e programas projetados para monitora o das opera es e tomada de ac es para a opera o
58. Aplica es de Automa o 1 Edi o Marco Ant nio Ribeiro Aplica es de Automa o Marco Ant nio Ribeiro Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala exprime se claramente e de modo compreens vel Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo que n o entende muito bem o assunto em quest o ou ent o que tem raz o para evitar falar claramente Rosa Luxemburg 2003 Tek Treinamento amp Consultoria Ltda Salvador Inverno 2001 Dedicado a io lindo Pref cio O presente trabalho foi escrito como suporte de um curso ministrado a engenheiros e t cnicos ligados de algum modo s atividades de produ o e opera o de Terminal de Petr leo onde s o manipulados armazenados movimentados e processados leo bruto g s natural e produtos claros e escuros de petr leo 1 Pir mide da Automa o 2 Tecnologias 1 1 SCADA 1 2 CLP 3 Redes 4 Integra o de sistemas Sugest es e cr ticas destrutivas s o benvindas no endere o Rua Carmen Miranda 52 A 903 CEP 41820 230 Fone 071 452 3195 e Fax 071 452 3058 e no e mail marcotekQuol com br Marco Ant nio Ribeiro Salvador Verao 2003 Autor Marco Ant nio Ribeiro se formou no ITA em 1969 em Engenharia de Eletr nica blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blabl
59. As opera es muito complicadas s o realizadas por rotinas individualizadas que s o postas em andamento pelo m dulo de calcular Apenas os resultados das opera es do m dulo de calcular aparecem na tela para informa o do operador 3 6 Base de dados e m dulo de c lculo A Figura 12 assinala as rela es entre gerenciador da base de dados e o m dulo de c lculos Cada c lula de mem ria ou local na base de dados chamada de um PONTO DE DADOS Podem ter associado a ele uma ou mais fun es A fun o qualquer instru o para fazer algo com os dados O m dulo de c lculo pode gt introduzir dados numa equa o alg brica gt exibir dados numa tela do monitor gt transferir dados para outro local gt comparar dados com um valor fixo gt comparar dados com ou o valor de dados e gt fazer qualquer coisa a mais que possa o operador necessitar 41 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 3 7 Sistema de alarme O sistema de alarme lida com todas as mensagens do PCS Em ordem de severidade podemos ter gt mensagens operacionais gt advert ncias gt mensagens priorit rias e gt mensagens cr ticas A interliga o dos diversos componentes do PCS pode ser examinada nos exemplos seguintes Um determinado ponto de dados na base de dados que guarda o valor da press o de descarga da esta o tem um valor corrente de 600 psi ou 4 137 kPa ou 41 37 kg em O ponto de dados ta
60. C PLC FCU MS e etc gerando alarmes e executando algoritmos diversos Possui banco de dados N Vista comunica se com SCADA via rede mostrando seus dados e gerando relat rios e hist ricos Permite alterar dados dos N s SCADA N o tem base de dados e n o se comunica com o campo N Ger ncia um n vista mas n o interfere no processo S monitora Todos usam rede a n o ser que seja Stand Alone Este quando o sistema Fix concentrado em apenas um N com todas as suas fun es M dulos do Fix Base de Dados Executa a comunica o com os equipamentos de campo os algoritmos de batelada detecta e anuncia alarmes Inclui os blocos b sicos Entradas e sa das anal gicas e digitais c lculos fanout programas registro digital texto e etc Suporte de Rede Permite que as esta es se comuniquem atrav s da rede local possibilitando manusear os dados em telas hist rico relat rios monitora alarmes entre as esta es e permite exportar e importar dados de bases relacionais Telas Gr ficas Pacote gr fico tipo Windows que permite construir e visualizar as telas do processo Hist rico Armazena dados hist rico em disco coletados em diversos pontos da rede A visualiza o pode ser feita em carta gr fica Alarmes Tarefa que monitora as vari veis e seus set s de alarmes gera sinal sonoro altera o visual tela grava em disco disponibiliza para rede Fix envia para imp
61. Esta o 50 4 9 Exemplo de partida de bomba 50 6 Aloca o de fun o 24 5 A Esta o 5 1 Introdu o 5 2 Unidade Terminal Remota Esta o ao Longo do Oleoduto 5 3 Controlador L gico Program vel 5 Dispositivos e Instrumentos 5 1 Introdu o 5 2 Interfaces de Entrada Sa da 5 3 Entradas Sa das Discretas 5 4 Tipos de vari veis anal gicas 5 5 Dispositivos de Campo 6 Conclus o Sum rio Conceitos Computador Central ou Host Rede de Comunica es N vel do CLP ou Unidade Remota N vel do CLP Interface E S AUTOMA O DE TERMINAL 64 2 Crit rios b sicos para confec o de telas do SCADA 2 1 Objetivo 2 2 Desenvolvimento 2 3 Navega o de telas 2 4 Defini es das telas 2 5 Simbologia 3 Telemetria 3 1 Introdu o 3 2 Conceito 3 3 Telemetria e aquisi o de dados 3 4 Canais de Comunica o 3 5 Modem 3 6 Transmiss o por RF 64 64 64 65 66 69 AUTOMA O DE PLATAFORMA 5 Automa o de Plataforma 5 1 Introdu o 5 2 Objetivo 5 3 Equipamentos existentes 5 4 Monitora o de dutos 5 5 Filosofia de Opera o mem mm mio ii iii 6 Estudo de caso Automa o da UN SUL viii 1 Introdu o 2 Objetivo viii ix 3 Levantamento de equipamentos existentesix 4 Monitora o dos Dutos 5 Filosofia de Opera o X xi 1 Automa o 1 Controle cont nuo autom tico 3 1 Introdu o Todo processo possui um fluxo de
62. H desarme de press o muito alta TSL alarme de temperatura baixa TSH alarme de temperatura alta DFSH alarme de desvio de 2 para a vaz o de G s gt DFSHH Desarme de desvio de 4 para G s gt DFSH Alarme de desvio de 2 para leo gt DFSHH Alarme de desvio de 4 para leo ESD 1 Parada pela plataforma ESD 2 Parada pelo Recebedor Alarme de falha de comunica o entre as duas extremidades do duto Os dados dispon veis em uma esta o de opera o devem ser exatamente iguais aos dados da outra esta o espelho para que os operadores das duas unidades visualizem exatamente os mesmos dados inclusive para efeito de leitura VV v VV v Automa o de Plataforma 5 5 Filosofia de Opera o A opera o ser padronizada de acordo com suas peculiaridades de processo totalmente respeitadas e dever uma filosofia nica entre as unidades operacionais do UNSUL para permitir a troca entre t cnicos de opera o e manuten o das duas plataformas Sala de Controle Toda a supervis o que dever ser efetuada pelo sistema supervis rio ECOS que roda em plataforma VXL em base VMS tendo como arquitetura de comunica o uma rede Ethernet por onde ir o trafegar os dados entre os CLPs perif ricos impressoras chaves Gateway propriet rio do fornecedor do sistema Os objetivos destas esta es de opera o s o os de 1 Mostrar nas telas os diagramas sin ticos dos pro
63. MLZ 1 e NT ARACAJU para P XIV Esta IHM al m de indicar as vaz es instant nea corrigida e totalizada tanto de G s como de leo dever ainda indicar as press es e temperatura em tela o fluxograma do gasoduto que dever Automa o de Plataforma estar conectada a uma impressora para registro de eventos dos alarmes referentes ao duto tais como PSLL PSL PSH PSHH TSL TSH Alarme de desvio de 2 para G s Alarme de desvio de 4 para G s Alarme de desvio de 2 para leo Alarme de desvio de 4 para leo ESD 2 Parada pela plataforma Parada pelo Recebedor sendo primordial um alarme indicando falha de comunica o entre as duas extremidades do duto Nota Os dados disponibilizados em uma IHM devem ser espelho da outra e vice versa podendo assim os operadores das duas unidades visualizar os dados mutuamente inclusive para efeito de leitura Ver cap tulo 5 para detalhes sobre monitora o duto entre PMLZ 1 e UGN Ver cap tulo 6 para detalhes sobre monitora o duto entre P XIV e NT ARACAJU 5 Filosofia de Opera o A opera o padronizada de acordo com suas peculiaridades de processo totalmente respeitadas deve ter como premissa uma filosofia nica entre as unidades operacionais do UNSUL filosofia esta que permita a intercambiabilidade entre t cnicos de opera o e manuten o Sala de Controle Toda a supervis o que dever ser efetuada pela ECOS VXL em base VMS tendo como arquite
64. N instalado no PN 001 na sala de controle de P XIV e no PN 1410101 na sala de controle de PMLZ 1 gt Indica o do evento registrado na impressora imprimindo a data hora minuto e a descri o do alarme Ap s o alarme efetuado e a l gica de seguran a ter atuado o operador dever ir at o equipamento em quest o verificar todo o equipamento as causas do determinado alarme e depois de normalizado todas as condi es externas pertinentes ao equipamento efetuar o RESET do painel local Caso a condi o para o alarme desapare a a l mpada no painel local ir apagar permitindo assim que o operador na sala de controle possa efetuar o MASTER RESET tanto pela ECOS como por uma botoeira de RESET instalada no PN 001 instalado na sala de controle que permitir remover a condi o segura de ESD 2 indicada no anunciador de alarmes e colocar novamente a plataforma em condi o normal de funcionamento A sinaliza o no painel local no anunciador RONAN ou na tela da ECOS indica que a planta est passando por uma condi o anormal gt Assim para a plataforma estar operando em condi o normal nenhum alarme deve estar ativado Sempre que for efetuado um By Pass Forces ou Override o operador deve comunicar seu supervisor a condi o do processo e acionar a manuten o para tomadas das medidas necess rias visando a solu o da anomalia Rede Fieldbus Na arquitetura de Fieldbus Foundation os contro
65. ONTROLE DE ESTA ES A partir da placa de E S as informa es s o transmitidas para o pr ximo ciclo de aquisi o autom tica de vari veis no CLP O controlador transmite ent o as informa es para a ESC Esta o de Supervis o e Controle local se existente e para a mestre As informa es a respeito de mudan a dos estados na esta o do oleoduto s o tamb m inclu das no pacote de informa es da esta o obtidas no ltimo c clo de aquisi o autom tica que ser enviado em seguida para o circuito de comunica es de dados Do circuito os dados s o recebidos pelo processador de comunica es CFE O CFE transmite os dados para o console de opera o apropriado na esta o mestre onde o PCS exibe a mudan a de press o no v deo para sua informa o 5 5 Dispositivos de Campo S o designados como dispositivos de campo os instrumentos e m quinas que transmitem informa o e s o controlados pelo SCADA Os instrumentos e dispositivos representam um n vel mais baixo nessa representa o da hierarquia PCS SCADA Os instrumentos s o os olhos e ouvidos do sistema SCADA medindo as vari veis que traduzem as condi es no oleoduto e transmitindo os dados para o operador no centro de controle atrav s de toda a hierarquia SCADA Os instrumentos incluem transmissores de press o transmissores de vaz o e volume dispositivos de detec o de inc ndio e de gases combust veis dens metros te
66. SCADA s Tal protocolo tamb m o padr o da Rede INTERNET gt O protocolo padr o de comunica es X 25 protocolo que opera ao n vel de transporte fazendo o transporte das informa es em forma de pacotes de 128 bytes Estes protocolos s o utilizados em todos as comunica es de dados quer por linha telef nica por transmiss o de microondas e na comunica o por sat lite Evidentemente eles se aplicam nas suas diversas camadas podendo o transporte das informa es do RCC por exemplo se fazer na rede do PETROSAT atrav s do protocolo X 25 No protocolo X 25 existe um par metro que limita o n mero de mensagens pendentes que necessitam de uma resposta Para as linhas telef nicas e as transmiss es por microondas esse par metro ajustado em 1 Isto for a uma resposta imediata antes que as outras mensagens possam ser manipuladas Com o sistema de sat lites esse par metro pode ser ajustado para um valor muito mais alto 4 6 Redund ncia do sistema Todo sistema de comunica o titular dos sistemas SCADAS definido Como a comunica o vital para manter a continuidade operacional do sistema que caindo muitas vezes implicar na paralisa o da opera o de todo o oleoduto embora tenha o VSAT elevada confiabilidade este tem um sistema reserva constitu do de linhas telef nicas discadas automaticamente No caso de uma microesta o VSAT por exemplo apresentar defeito impedindo a comun
67. TRAN para lig los com os equipamentos que voc controla permitindo tamb m que as informa es relativas as instala es industriais duto e as bases ao longo deste e que caracterizam o estado destas cheguem at a voc A rede de comunica es de dados comandada por um processador mestre de comunica es situado no centro de controle 4 2 Processador de comunica es front end O processador de comunica es CFE um m dulo base de microprocessador instalado no centro de controle A sua finalidade e a de seus similares quando existentes localizados nas esta es remotas coordenar e organizar as comunica es do computador central para as esta es remotas aliviando o desta tarefa Os comandos s o portanto enviados do n vel computador central para o processador de comunica es e deste para os remotos situados nas esta es no campo O processador de comunica es controla o fluxo de dados pelos os circuitos de comunica o de dados Gerencia rotas efetua a sincroniza o faz o reconhecimento e tradu o de dados que fluem para ele das esta es Um modem converte a forma dos sinais el tricos que saem do processador de comunica es para outro adequado aos meios de comunica o utilizado Nos SCADASs dos polidutos e nos sistemas SCADAS do DETRAN o meio de comunica o predominante ser o sat lite atrav s do PETROSAT VSAT descrito abaixo 4 3 Meios de comunica o Os ch
68. a a intera o entre o homem e o computador e a solu o de problema do homem e computador A recomenda o fazer a automa o completa com o computador e deixar o operador tomar a decis o assistido pelo computador Este resumo r pido serve apenas para mostrar que os problemas relacionados com os fatores humanos s o muito relevantes para o controle do processo pelo operador humano 2 2 Fatores humanos na opera o Antigamente 1940 60 os pain is de instrumentos eram simplesmente uma estrutura em que os instrumentos eram alojados geralmente com algum grau de l gica e bom senso Isto era feito de acordo com o caso individual e sem um enfoque sistem tico para melhorar o desempenho da combina o homem m quina Depois 1960 1980 apareceram as salas de controle centralizadas com uma enorme quantidade de informa es para um operador supervisionar Finalmente 1980 1995 as informa es diagramas gr ficos apareceram em telas de v deo ou monitores de sistemas digitais e de computadores As ind strias de processo se tornaram mais envolvidas em uma disciplina conhecida por v rios nomes incluindo engenharia dos fatores humanos engenharia humana ergonomia e biotecnologia As ind strias se tornaram capazes de usar os princ pios desenvolvidos pela ind stria militar usando grandes quantidades de equipamentos t cnicos e m o de obra de modo mais efetivo e eficiente A engenharia dos fatores humanos se
69. a ao que ele necessita para suas tarefas de rotina mais do que isso uma distra o Se aparece problema ent o um segundo n vel de informa o deve estar dispon vel para a rea com problema A hierarquia de displays de v deo vis o geral grupo e detalhe que pode ser apresentada em sistema de controle distribu do til pois permite ao operador focalizar o que importante em determinado momento Vermelho a cor padr o para problema verde a cor padr o a normalidade No tr nsito vermelho significa parar ou perigo Tinta vermelha na base de um gr fico de lucros e perdas para um neg cio m not cia Dizer que uma firma est operando no vermelho significa que ela est tendo preju zo Por analogia um painel de instrumento nunca deve mostrar qualquer l mpada vermelha quando tudo estiver operando normalmente Por exemplo o vermelho n o deve ser usada para uma l mpada piloto para ligado como condi o normal deve se usar outra cor de prefer ncia verde Quando aparecer uma luz vermelha ela deve ter somente um significado problema e deve requerer uma a o corretiva imediata do operador Outra ilustra o de engenharia de fatores humanos em apresentar a informa o o uso de diferentes sons de alarme para diferentes grupos de processo Por exemplo usar uma sirene para um grupo de sistemas uma buzina para um segundo grupo som repicado para um terceiro grupo H recomenda es da ISA e
70. a comunica o por sat lite existe um atraso inerente ao sistema que corresponde ao tempo de viagem do sinal da terra ao sat lite e deste de volta terra al m evidentemente do tempo de processamento deste sinal no interior do sistema Como o VSAT utiliza uma rede em estrela todas as comunica es passam pela esta o central que as roteiam desde o emissor at o destinat rio todas as mensagens passam pelo menos uma vez pela esta o central No que diz respeito ao modo como as esta es do SCADA podem estar ligadas ao sistema VSAT temos duas possibilidades b sicas Na primeira a esta o mestre do SCADA est diretamente ligada atrav s de um meio de comunica o qualquer como cabo coaxial r dio ou linha telef nica esta o central do VSAT As demais esta es do SCADA como as minimestres e secund rias est o ligadas s microesta es VSAT instaladas em suas proximidades Neste caso temos uma comunica o atrav s de um nico salto ao sat lite como abaixo descrito Na segunda configura o todas as esta es do sistema SCADA est o ligadas s microesta es micro VSAT Neste caso temos uma comunica o com um duplo salto sat lite como abaixo descrito No primeiro caso quando a mestre centro de controle quer se comunicar com uma minimestre eampo para dela aquisitar dados ou enviar um comando amestre envia sua mensagem esta o central do VSAT que por sua vez ap s seu processamento envia a
71. a e forno de microondas 4 A escala em um chave deslizante ou potenci metro mostra um aumento quando a chave movida para acima ou para a direita Estas a es de controle requerem o m nimo esfor o consciente para aprender e s o bem estabelecidos na vida di ria Quando se usam controles e arranjos de displays j consagrados pelo h bito geralmente t m se as seguintes vantagens 1 O tempo de resposta menor 2 O primeiro movimento de controle do operador geralmente correto 3 Um operador pode fazer tarefas mais rapidamente e com maior precis o 4 Um operador pode aprender os procedimentos mais rapidamente Uso do corpo humano O uso do corpo humano um assunto coberto pela antropometria que o estudo das medidas do corpo humano sua habilidade para ver e escutar sua tend ncia fadiga e a probabilidade de se cometer erros Esta informa o baseada em extensa pesquisa e teste Estas caracter sticas do corpo humano mais a natureza frequ ncia e dificuldade das tarefas f sicas e mentais que o operador deve executar a posi o de seu corpo e suas necessidades de mobilidade s o importantes no projeto de pain is de instrumentos Eles afetam as dimens es e disposi o layout dos instrumentos no painel e at a apar ncia dos instrumentos Recomendada a Mesma m o ou imagem Q Q a a N o recomendada a M o oposta ou imagem espelho Fig 3 3 Arranjo de grupos de instru
72. a estar operando em condicao normal nenhum alarme deve estar ativado Sempre que for efetuado um By Pass Forces ou Override o operador deve comunicar seu supervisor a condi o do processo e acionar a manuten o para tomadas das medidas necess rias visando a solu o da anomalia Rede Fieldbus Os controles anal gicos para a planta de processo nesta concep o encontram se separados das decis es de alarme e controle l gico sendo que a aquisi o de dados de controle via FIELDBUS FOUNDATION ou 4 20 mA quando aplic vel dever ser processada por um controlador dedicado a essa fun o denominado Gateway DELTA V instalado no interior do PN 001 e do PN 1410101 e os sinais de controle para shutdown e alarmes dever ser processado por um CLP tamb m instalado neste painel estando pr ximo um do outro de maneira a interliga los formando assim a base da automa o da planta de processo O processador do Gateway DELTA V ir receber os dados dos instrumentos de transmiss o de n vel press o temperatura vaz o e etc e disponibilizar essa informa o para a ECOS cuja qual ser respons vel pela interface entre o operador e o DELTA V Conv m lembrar que o micro que gerencia a rede FIELDBUS FOUNDATION no CP 001 tamb m estar recebendo os dados deste Gateway Atrav s dos valores anal gicos em unidades de engenharia proveniente xiii Automa o de Plataforma do instrumento de controle de ca
73. a gasosa flam vel ou explosiva Caso seja necess ria alguma interven o no controle diretamente no campo dentro do painel basta conectar o notebook no bloco Fieldbus Foundation e se ter acesso rede dedicada a determinado painel e assim mudar os par metros das a es de controle PID proporcional integral e derivativa para otimizar a estabilidade do processo como tamb m uma reconfigura o da rede local Para uma ampla visualiza o da rede dentro do PN 001 ser instalado o bloco para visualiza o de toda a rede ou por equipamento dependendo ent o da posi o onde o t cnico de opera o ou manuten o conectar o notebook Como se tem pain is locais um para cada equipamento a rede Fieldbus Foundation deve ser projetada instalada e configurada para que um instrumento de uma malha n o atue uma v lvula que esta conectada a outra malha CP para Delta V Este CP fundamental e tamb m ser instalado no painel CP 001 de onde poder ser utilizado para manuten o e para a opera o e ter duas fun es 1 manuten o preditiva 2 opera o da planta via FF Manuten o Preditiva O Gateway propriet rio disponibilizar em um computador instalado na sala de controle atrav s de um programa de gerenciamento todos os dados poss veis dos instrumentos acoplados rede FF 1 Indica o de poss veis falhas dos instrumentos vida til e status facilitando assim a manuten o peri d
74. abl blablabl Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro em Salvador BA per odo da implanta o do polo petroqu mico de Cama ari blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl Fez v rios cursos no exterior e possui dezenas de artigos publicados nas reas de Instrumenta o Controle de Processo Automa o Seguran a Vaz o e Metrologia e Incerteza na Medi o blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl Desde 1987 diretor da Tek Treinamento amp Consultoria Ltda blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl blablabl firma que presta servi os nas reas de Instrumenta o e Controle de Processo Aplica es de Automa o Conte do 7 An lise da tarefa 24 1 AUTOMA O 1 8 Display da informa o 25 1 Controle cont nuo autom tico 1 5 3 1 Introdu o 1 3 CONTROLE SUPERVISORIO E 3 2 Malha aberta ou fechada 1 AQUISI O DE DADOS SCADA 29 3 3 A es de Controle 2 3 4 Conclus o 5 1 Introdu o 29 3 5 Otimiza o de Controle 5 1 1 Aplica es 29 1 2 Equipamento Hardware 29 2 Controle L gico 6 1 4 Intouch
75. am se o mesmo poss vel de ser implementado diante dos intertravamentos de seguran a nos locais previamente definidos e o estado geral na esta o condi es de processo e dos equipamentos Estando as condi es locais necess rias a libera o da partida da bomba presente o CLP dar in cio a segti ncia de partida da mesma informando ao n vel local tal fato quando a esta o for assistida e tamb m esta o mestre 51 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 5 A Esta o 5 1 Introdu o Quando os comandos e instru es por voc emitidos a partir da esta o mestre alcan am a esta o onde est o localizados os equipamentos alvo dos mesmos uma s rie de dispositivos controladores e programas entrar o em a o Cada um desses dispositivos ou programas faz parte do n vel esta o do PCS Pipeline Control System Nesta se o voc ver de que maneira cada um desses elementos funciona para levar seus comandos at as unidades controladas e para transmitir informa es de volta para voc monitorar as opera es A implementa o dos comandos por voc emitidos se faz ao n vel das esta es situadas ao longo dos oleodutos onde est o localizadas as bombas e demais equipamentos que voc est controlando Na hierarquia SCADA existem as RTUs controladores de l gica program vel CLP dispositivos de entrada e sa da 1 0 unidades de equipamento como bombas e v lvulas e
76. amados meios de comunica o que s o utilizados no suporte do sistemas SCADA podem ser dos seguintes tipos gt Sat lite gt Linhas telef nicas dedicadas gt Fibra tica gt R dio microondas gt Cabo coaxial No que se segue ser o examinados os meios mais largamente empregados EJE N vel do Operador N vel do ra l Computador Principal ador PCS no Fig 16 Parte frontal do Processador de Comunica es PCS 45 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 4 4 Rede de comunica es de dados A comunica o b sica dos sistemas SCADA da PETROBR S se far atrav s de sat lite Para tanto a Companhia adquiriu da HUGHS TELECOMMUNICATIONS dos EUA um sistema pr prio que utiliza a tecnologia VSAT Very Small Aperture Terrninal que contempla uma esta o central ou HUB j instalada no EDISE e operada por t cnicos da pr pria Companhia e de esta es micro VSAT que est o sendo instaladas junto as esta es dos sistemas SCADA O sistema utiliza o sat lite BRASILSAT da EMBRATEL tendo a PETROBR S celebrado um contrato com a EMBRATEL para uso do seu sat lite O sistema PETROSAT ir em princ pio operar a 9600 bauds taxa de sinaliza o que via de regra significa n mero de bits por segundo no suporte de cada um dos sistema SCADAS da PETROBR S que compartilham seus recursos Essa taxa em bauds se traduz por uma velocidade de aproximadamente 1200 caracteres por segundo N
77. anos no Projeto O caminho percorrido pela tecnologia e a escala dos sistemas atuais tornaram imposs vel acreditar no m todo de tentativa e erro para conseguir a melhor adapta o das tarefas do homem Hoje necess rio encarar e superar os problemas atrav s da ergonomia Ergonomia o estudo da capacidade e da psicologia humana em rela o ao ambiente de trabalho e o equipamento operado pelo homem a parte da engenharia que trata dos fatores humanos O seu desenvolvimento foi muito influenciado pelos problemas encontrados nos complexos sistemas homem m quina aplicados principalmente nos campos da defesa militar aeroespacial e de computa o O r pido e grande desenvolvimento tecnol gico n o mais permitem confiar no m todo de tentativa e erro para se adaptar e desenvolver as tarefas humanas Uma rea importante de estudo nos primeiros trabalhos sobre fatores humanos era a compatibilidade entre o homem e a m quina com nfase em bot es e escalas knobs e dials Atualmente os fatores humanos s o vistos como engenharia de sistemas Temas em fatores humanos Uma lista das atividades dos fatores humanos no projeto de um sistema est mostrada na Tab 9 1 onde dois pontos podem ser notados 1 os fatores humanos est o inclu dos em todos os est gios do projeto e 2 as decis es tomadas nos primeiros est gios como aloca o de fun o s o muito importantes e o processo de projeto altamente interat
78. anta de processo gt Indica o visual na ECOS e sonora no CP 001 painel de controle onde estar o acomodados os micros e ser gerado um arquivo automaticamente para guardar todo e qualquer evento gerado na ECOS em disco r gido para an lise posterior gt Indica o de alarme por equipamento no anunciador de alarme Ronan instalado no PN 001 na sala de controle de P XIV e no PN 1410101 na sala de controle de PMLZ 1 gt Indica o do evento registrado na impressora registrando a data hora e a descri o do alarme e deve ser instalada ao lado do CP 001 Ap s o alarme efetuado e a l gica de seguran a ter atuado o operador dever ir at o equipamento em quest o verificar todo o equipamento as causas do determinado alarme e depois de normalizado todas as condi es externas pertinentes ao equipamento efetuar o RESET do painel local Caso a condi o para o alarme desapare a a l mpada no painel local ir apagar permitindo assim que o operador na sala de controle possa efetuar o Master Reset tanto pela ECOS como por uma botoeira de Reset instalada no PN 001 instalado na sala de controle que permitir remover a condi o segura de ESD 2 indicada no anunciador de alarmes e colocar novamente a plataforma em condi o normal de funcionamento Sinaliza o no painel local anunciador RONAN ou na tela da ECOS indica que a planta esta passando por uma condi o anormal portanto para a plataform
79. aplica a algo t o simples como o tamanho e formato de uma chave de fenda que possibilite o seu uso para apertar um parafuso de modo mais firme confort vel e seguro A engenharia dos fatores humanos tamb m se aplica a algo complexo como o projeto de uma sala de controle habitat natural do operador de processo O trabalho do operador na sala de controle envolve muitos fatores incluindo os seguintes Projeto da Interface As principais caracter sticas do operador em projetar uma interface s o 1 par metros f sicos 2 experi ncia incluindo treinamento 3 h bitos adquiridos no passado 17 Opera o do Processo As pessoas como resultado da experi ncia passada esperam que os controles se movam de certos modos Estas expectativas s o cnamadas de estere tipos ou paradigmas porque elas s o universalmente aceitas Quando poss vel a sele o dos componentes para uma interface de controle industrial deve ser uma extens o dos estere tipos ou padr es habituais Por exemplo 1 As chaves el tricas montadas em parede encontradas nas casas t m estabelecido um padr o de h bito para ligar desligar l mpadas 2 O movimento de deslizar para cima e para baixo est associado com ligar e desligar e tamb m pode ser transferido de um h bito aprendido previamente 3 O movimento hor rio ou anti hor rio de uma chave rotat ria comumente usado em eletrodom sticos como liquidificador televis o geladeir
80. ar temperatura Como premissa deve ser considerado que as tomadas de impulso para gr ficos circulares deve ser mantida nos elementos prim rios para uso em caso de necessidade operacional os FRs PRs e TRs Ir tamb m disponibilizar informa es de opera o dos m dulos existentes nos instrumentos eletr nicos FIELDBUS FOUNDATION permitindo assim operar a planta a partir da ECOS com sinais tais como vari vel de processo sinal de set point sinal da v lvula em modo gr fico e janela indicando o valor em unidade de engenharia possibilidade de transfer ncia de autom tico manual A matriz de causa e efeitos deve ser gerada na ECOS facilitando assim a visualiza o r pida da l gica de processo bem como atrav s da mesma efetuar By pass de instrumentos de entradas digitais ou Override dos dispositivos de sa da digitais Deve se ainda existir um relat rio onde se possa armazenar toda a o efetuada pelo operador na ECOS sempre que a condi o normal de processo venha a ser alterada por necessidade de manuten o ou opera o disponibilizando assim dados para an lise de ocorr ncias anormais na planta de processo Para simples navega o pelas telas da xi Automa o de Plataforma 19 20 21 22 ECOS n o se deve ter nenhum tipo de solicita o de login e senha A ECOS deve somente solicitar o login do operador sempre que algum par metro for ser alterado colocado em regime de
81. ara a apresenta o em uma tela de tend ncia de tempo real a vari vel n o precisa receber nenhuma identifica o especial durante a configura o podendo o operador selecionar qualquer vari vel da base de dados Na tela de tend ncia hist rica poss vel a navega o na escala de tempo com abrang ncia de intervalo de tempo selecion vel A apresenta o de dados nas telas de tend ncia deve caracterizar os per odos em que n o tenham sido armazenados dados As janelas gr ficas devem permitir a amplia o ou diminui o da tela e deslocamento da imagem Os valores num ricos de vari veis anal gicas e g n vel temperatura podem ser apresentados na tela de acordo com a configura o atrav s de algarismos ou representa o gr fica proporcional ao valor da vari vel Os valores de estado de vari veis bin rias e g bomba ligada ou desligada podem ser apresentados na tela de acordo com a configura o atrav s de mensagens associadas ao estado ou atrav s de c digo de cores Tela do Controlador PID A tela do controlador deve mostrar os bot es de determina o do ponto de ajuste valor de sa da e par metros de configura o indica o dos valores da vari vel PV ponto de ajuste SP valor da sa da VM e gr fico de tend ncia Os par metros de sintonia dos valores de ganho tempo integral e tempo derivativo s podem ser alterados por operador com senha apropriada Tela de m
82. artbeat batida card aca A este sinal a esta o tem que responder informando se n o transmitiu nenhuma altera o no ltimo minuto A mestre assim testa a comunica o e verifica se a esta o continua ativa n o tendo havido nenhuma perda de mensagem 4 9 Exemplo de partida de bomba Em resposta aos dados no v deo no centro de controle se resolveu ativar uma bomba O operador escolheu e executou o comando PARTIDA DE BOMBA no monitor apropriado de console de opera o para colocar em opera o uma dada bomba O software de Controle de Sistemas de Oleodutos validou o comando tomando como refer ncia as informa es na base de dados Todos os computadores Work Stations localizados no centro de controle est o interligados com uma rede da rea local LAN para constituirem o n vel de Computador central para o PCS A comunica o entre todos os computadores sensores e processadores ao longo do oleoduto se faz utilizando um circuito de dados O circuito de dados opera segundo uma s rie de op es de comunica es inclusive linhas telef nicas de servi o p blico sistemas sat lites e transmiss o por microondas A administra o desse complexo sistema requer o respaldo dedicado de um computador separado cuja finalidade nica controlar o fluxo de dados no circuito de dados Esse computador dedicado denominado o processador front end de comunica es ou CFE A designa o Front End em ingl s
83. as VFD Variable Frequence Drives v lvulas de controle de press o e v lvulas de bloqurio ao longo do oleoduto Fig 2 Avi o a jato com Piloto Autom tico 34 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 2 1 Centro de Controle Embora o SCADA possa ser comparado aos olhos ouvidos e at as m os dos operadores para a opera o de um oleoduto o operador que o c rebro do sistema semelhan a do sistema de monitora o de dados num carro moderno ou os controles do piloto autom tico o sistema de controle do oleoduto ou PCS utiliza o SCADA para fornecer informa es ao operador No centro de controle o PCS exibe os dados transmitidos de todos os sensores no oleoduto na tela do monitor Voc monitora os dados e base de dados das opera es dos oleodutos e toma decis es que ir o otimizar o fluxo do produto ao longo do oleoduto at seu destino Uma vez tomada a decis o voc usa o mouse para informar ao sistema que deseja fazer alguma mudan a na opera o do oleoduto O SCADA transmite a mensagem ao equipamento apropriado do oleoduto e realiza instru es tais como dar a partida parar abrir ou fechar conforme seja especificado Voc o operador est no topo da hierarquia de comando trabalhando com work stations computador IBM com tecnologia RISC Reduced Instruction Set de alta capacidade de processamento Via de regra em um sistema SCADA t pico que cubra muitos oleoduto
84. as baseado em outra estrat gia Um exemplo o sistema de mistura autom tica de duas subst ncias em uma propor o fixa como 33 de A e 67 de B O controlador recebe as medi es das duas vaz es o operador ajusta no controlador a raz o da mistura 1 3 e o controlador manipula a vaz o de A resultando em uma mistura das duas subst ncias O sistema n o mede a composi o da mistura para garantir que ela foi feita na propor o desejada Tipicamente um controlador autom tico possui uma esta o manual associada de modo que o operador possa cortar o controle autom tico e passar para o controle manual do sinal de sa da 3 3 A es de Controle Para um controlador autom tico em uma malha fechada manter uma vari vel de processo igual ao ponto de ajuste ele deve saber se a vari vel est no valor correto Mas uma resposta SIM ou N O insuficiente e o controlador deve saber no m nimo se a vari vel est acima ou abaixo do ponto de ajuste Para um melhor controle o controlador deve saber o valor da diferen a entre a medi o e o ponto de ajuste Em outras palavras o controlador deve saber o valor do erro Para um controle melhor ainda o controlador deve saber a dura o do erro existente E para um controle melhor poss vel o controlador deve saber a velocidade de varia o da vari vel controlada Estes v rios refinamentos do controle implicam nos modos de controle que podem ser os seguintes 1
85. ato h muitos aspectos de sistemas de alarme que devem ser considerados se eles devem fazer o trabalho que o projetista e usu rio querem que eles fa am Os sistemas de alarme desempenham uma importante fun o no processo e por isso n o devem ser especificados 12 Opera o do Processo indiscriminadamente Muitos alarmes em Um dispositivo final causa um um painel ou console de instrumentos desligamento autom tico do equipamento inevitavelmente leva os a serem ignorados sob opera o Tipos comuns de dispositivo Uma fraqueza dos sistemas digitais atuais final incluem que a grande facilidade para gerar 1 Rel el trico agindo como um alarmes segundo bot o de Liga Desliga no Componentes circuito de controle da partida de um motor Os sistemas de alarme de processo 2 V lvula de emerg ncia operada por geralmente consistem de tr s solen ide componentes 3 V lvula piloto operada por solen ide 1 uma chave autom tica de vari vel de que pode ligar ou desligar um processo que detecta o valor da atuador pneum tico com mola e vari vel compara este valor com um diafragma em uma v lvula de ajuste e muda a sua sa da quando o emerg ncia A v lvula piloto valor ultrapassa o ponto de ajuste O geralmente de tr s vias e pequena associado a Liga Desliga Seguro qualquer tamanho Inseguro Pronto N o pronto 4 V lvula motorizada damper ou porta 2 Um circuito l gico que recebe o sinal de Estes dispositivos n o
86. atrav s da qual o processo atinge algum objetivo Para um simples aquecedor uma sequ ncia poderia ser 1 temperatura baixa aquecedor desligado 2 temperatura baixa aquecedor ligado 3 temperatura alta aquecedor ligado 4 temperatura alta aquecedor desligado O objetivo do controlador da Fig 1 8 dirigir o sistema de estado discreto atrav s de uma seq ncia espec fica de eventos Ser visto agora como a sequ ncia de eventos especificada e descrita e como Opera o do Processo um controlador pode ser desenvolvido para direcionar a sequ ncia de eventos Controlador Processo Fig 1 14 Processo discreto e controlador 4 3 Caracter sticas do sistema O objetivo de um sistema de controle de processo industrial fabricar algum produto de mat rias primas de entrada Tal processo tipicamente envolve muitas opera es ou etapas Algumas destas etapas devem ocorrer em s rie e algumas podem ocorrer em paralelo Alguns destes eventos podem envolver o ajuste discreto dos estados na planta ou seja v lvulas abertas ou fechadas motores ligados ou desligados contatos fechados ou abertos Outros eventos podem envolver regula o de alguma vari vel cont nua no tempo ou a dura o de um evento Por exemplo pode ser necess rio manter a temperatura em algum valor ajustado durante determinado intervalo de tempo O sistema de controle de processo a estado discreto o sistema de controle principal
87. autom tica s vezes o modem possu a um microprocessador mais poderoso que o do computador onde ele era instalado Em 1985 apareceu o modem de 2 400 bit s Este novo padr o foi chamado de V 22bis estabelecido pela CCITT Automa o de Terminal Seguiram o V 32 de 9 600 bits s o V 32bis de 14 400 bits s V 42 controle de erros e V 42bis compress o de dados Para superar as limita es das linhas de telefone p blicas os dados digitais s o transmitidos nestas linhas por meio de um modem Os dois m todos de modulados usados por modems s o 1 chaveando deslocamento de frequ ncia FSK frequency shift keying 2 chaveando deslocamento de fase PSK phase shift keying T cnicas de modula o de amplitude n o s o usadas por causa da resposta n o conveniente da linha para altera es tipo degrau na amplitude Modems podem ser usados para transmitir informa o em duas dire es ao longo de uma linha telef nica Opera o full duplex transmiss o da informa o nos dois sentidos simultaneamente half duplex a transmiss o da informa o nos dois sentidos mas somente em um sentido de cada vez simplex a transmiss o dos dados em somente um sentido O princ pio de FSK usa duas frequ ncias diferentes para representar o 1 e o 0 e pode ser usada em transmiss o de dados com taxa de at 1200 bauds bits por segundo O receptor usa um discriminador de frequ ncia cujo limite esta
88. base de exemplos dados reflete a posi o f sica dos oleodutos A base de dados cont m informa es que s o est ticas n o mudam e Tab 1 Tipos e exemplos de dados Tipo Descri o Exemplos Est tico dados n o mudam gt esquem ticos da esta o gt s mbolos de v lvulas gt unidades de engenharia como o HP gt equa es alg bricas gt usadas para manipular dados Din mico Dados s o atualizados gt dados operacionais da bomba de press o e continuamente temperatura gt situa o das bombas isto ligado desligado gt situa o de controle tal como local remoto gt situa o das v lvulas isto ngulo em que est o abertas gt vaz o e volumes transferidos Tab 2 Fun o e resultado do sistema de alarme Etapa Quem faz O que acontece 1 Sistema de Aquisi o Faz a interroga o do CLP e recebe automaticamente um pacote de informa es 2 Gerenciador de dados Obt m a press o de descarga da esta o 600 psi ou 4137 kPa e coloca a na base de dados 3 M dulo de c lculo Compara a ltima press o de descarga com o limite m ximo permiss vel Por exemplo os pontos ajustados s o se 615 psi ou 4240 kPa ent o alarme 1 se 625 psi ou 4309 kPa alarme 2 se 675 psi ou 4654 kPa parada se necess rio mandando o alarme apropriado 40 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Os dados tamb m podem ser descritos como dados n
89. belecido na metade das duas frequ ncias O deslocamento de frequ ncia recomendado n o deve ser menor que 0 66 da frequ ncia de modula o Assim a opera o do modem a 1200 bauds tem uma frequ ncia central recomendada de 1700 Hz e um desvio de frequ ncia de 800 Hz com o O representada por 1300 Hz e 1 por 2100 Hz Em uma taxa de transmiss o de 200 bauds poss vel operar um sistema full duplex Em 600 e 1200 bauds a opera o half duplex usada incorporando um canal de baixa velocidade para controle supervis rio ou baixa velocidade para retorno dos dados 3 6 Transmiss o por RF A transmiss o por r dio frequ ncia RF muito usada em telemetria civil e militar A transmiss o de RF come a em 3 Hz chamada de VLF muito baixa frequ ncia at 300 GHz chamada de EHF extremamente alta frequ ncia havendo bandas intermedi rias de baixa frequ ncia LF m dia frequ ncia MF alta frequ ncia HF muito alta frequ ncia VHF ultra alta frequ ncia UHF e super alta frequ ncia SHF A transmiss o do sinal por meio de propaga o de linha de vis o difra o de onda na superf cie ou na terra reflex o ionosf rica ou espalhamento para frente A transmiss o de telemetria ou sinais de dados usualmente feita por modula o de amplitude AM frequ ncia FM ou fase PM de alguma onda portadora Onda portadora Antena Antena Modulador a pe Demodulador Fig 5 16 Sistema de t
90. cessos onde deve existir o P amp I Process amp Instruments simplificado A tela inicial ter um anunciador de todos os alarmes por equipamentos existentes processo utilidades e seguran a O operador poder navegar entre telas matriz de causa e efeitos tela de controladores dever existir uma tela concentrando os controladores existentes no processo 2 Gerar relat rios por evento ocorrido no exato instante do acontecido tempo estampado em dia hora minuto segundo e subm ltiplo em impressora de modo on line permitindo assim ao operador identificar com precis o o alarme ocorrido no processo Os alarmes ter o status de ativo conhecido n o conhecido e normal 3 Como relat rio adicional salvo em disco e que sempre que solicitado pelo operador dever disponibilizar na tela janelas de gr ficos onde ser o acompanhados os valores de registro de PIT TIT FIT substituindo assim os atuais registradores gr ficos circulares do campo Devem tamb m ser registradas em disco r gido a temperatura de entrada TIT do manifold e press o est tica de entrada PIT ou seja na cabe a dos po os O c digo de cores cor vermelha para vaz o azul para press o e verde para temperatura As tomadas de impulso da press o diferencial atrav s da placa que v o para os registradores circulares devem ser mantidas para eventual uso dos FR PR TR As informa es de opera o dos m dulos existentes nos instrumentos
91. cial de uma tarefa um modo efetivo de armazenar 21 Opera o do Processo informa o Representando espacialmente uma tarefa de controle de processo o operador deve representar local f sico e deve saber como os sistemas podem interagir entre si Assim com conhecido e pensando de modo vers til ele pode usar estrat gias de resolver problemas para fazer infer ncias acerca do processo Por exemplo quando se pergunta a algu m quantas janelas h em seu apartamento este n mero obtido mentalmente percorrendo o apartamento como se estivesse no apartamento Fazer a representa o espacial de um processo ou de uma informa o mais eficiente que armazenar e memorizar 10 000 regras 5 Estudos do Operador A lista dos itens relacionados diretamente com a opera o do processo inclu dos os trabalhos de vigil ncia e controle manual contem mais de 140 itens Estudos mostram que particularmente dif cil o controle de processos onde 1 muitos displays e vari veis de processo s o interdependentes 2 a constante de tempo do processo muito grande 3 as vari veis importantes devem ser estimadas pelo operador em vez de serem medidas por instrumentos 4 as leituras dos instrumentos est o em pontos distantes entre si e devem ser associadas obrigando o operador lembrar de uma medi o enquanto vai ler a outra mem ria de curto prazo 5 operador tem um conhecimento imperfeito dos resultado
92. comunica o por sat lite Nesta para o caso de vari veis anal gicas a transmiss o s ocorrer quando o valor a informar tiver sido alterado al m de um determinado valor sobre o ltimo dado enviado Para o caso de vari veis de estado a transmiss o ocorrer se o estado presente for diferente do ltimo informado Este m todo economiza tempo porque 1 a esta o n o precisa esperar para que o computador central transmita um pedido queira transmitir informa es 2 vale se da capacidade do sistema de sat lite de transportar mensagens m ltiplas ao mesmo tempo Na transmiss o por exce o cada esta o envia um relat rio completo de dados com a transmiss o completa de todos os valores destes de cinco em cinco minutos para o computador central que assim pode verificar que n o foram omitidas quaisquer mudan as Consolidando se um valor perdido verificar o registro de todos os dados a nica maneira de se encontrar o erro N vel do CLP ou Unidade Remota O CLP e a RTU re nem dados do campo fazem algumas manipula es 62 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados preliminares antes de enviarem e os enviam para o computador central Quando existente a RTU envia os dados recebidos do computador central para o CLP correspondente N vel do CLP O CLP um computador especializado projetado para 1 controlar as bombas e v lvulas 2 reunir dados operacionais brutos dos in
93. controle bin rio 2 controle proporcional 3 controle integral 4 controle derivativo Controle liga desliga O controle liga desliga tamb m conhecido como controle bin rio on off ou de duas posi es o mais simples de todos os modos de controle Ele o mais curto e o menos adapt vel de todos os tipos de controle embora ele seja adequado para muitos casos e frequentemente usado em plantas de processo Ele tamb m o controle mais barato e o tipo quase sempre usado em controle de temperatura de geladeira e condicionador de ar ambiente A sa da de um controlador bin rio ou ligada ou desligada Seu valor depende dos seguintes fatores 1 a dire o do erro de controle 2 a a o do controlador direta ou inversa A unidade de soma da Fig 1 10 determina a dire o do erro de controle positivo ou negativo Seja o controle liga desliga de temperatura do leo de um tanque O leo aquecido pelo vapor que passa por uma serpentina colocada dentro do tanque Se a temperatura est baixa o controlador abre totalmente a v lvula de vapor se a temperatura est alta o controlador fecha totalmente a v lvula N o h vaz o intermedi ria de vapor a vaz o zero ou 100 No controle bin rio a diferen a do processo a banda de opera o entre as a es liga e desliga geralmente pequena como por exemplo a temperatura ambiente na sala Por m h casos onde a banda liga desliga int
94. dadas dedicadas As linhas telef nicas arrendadas s o 1 ass ncronas 2 totalmente duplexadas e 3 dedicadas Ass ncronos Quando as linhas de telecomunica es s o descritas como ass ncronas isto significa que qualquer n mero de caracteres pode ser transmitido a qualquer momento este conceito tamb m se aplica ao sistema VSAT que pode operar uma rede ass ncrona Isto tem import ncia cr tica quando se considera o n mero de comandos que deve ser transmitido do n vel do computador central para as esta es do oleoduto e a quantidade de informa es que s o trazidas de volta para o computador central Plenamente duplexadas Plenamente duplexada significa que a transmiss o de dados pode ocorrer em ambas as dire es ao mesmo tempo No sistema VSAT isto poss vel com alguns artif cios Essa caracter stica tem import ncia cr tica considerando se a natureza bidirecional das informa es mandadas das esta es ao longo do duto para a mestre e os comandos da esta o mestre enviados para as demais Linhas Dedicadas As linhas telef nicas dedicadas s o assim chamadas por que s s o utilizadas para comunica o de dados para aquele cliente e n o para comunica o de voz N o h portanto perigo de ocorrer interrup o na comunica o de informa es e comandos do computador central para os CLPs e RTUs por problemas de linhas cruzadas Sistema de Aquisi o de Dados Manipulador de Dados
95. dade para o desenvolvimento de displays que permitam o operador ter uma no o do estado do sistema de modo r pido e sem fazer esfor o O operador atualiza seu conhecimento do estado do sistema e faz uma previs o e antecipa o de tarefas usando um modelo mental do processo e amostrando leituras chave para verificar se ele est correto Ele necessita de um display completo para permitir que ele fa a isso S o necess rias outras facilidades como um sistema de alarme baseados no enfoque de gerenciamento por exce o que essencial quando a quantidade de informa o muito grande Quando a condi o excepcional detectada o operador deve trat la e para isso necessita de conhecer o estado do processo que um display fornece Um sistema de display deve tamb m permitir ao operador usar sua habilidade de reconhecer padr es Fig 3 5 Painel convencional com o operador em sua solid o caracteristica Instrumentos Convencionais O painel convencional constitui um display global em que os instrumentos t m um c digo espacial do qual o operador pode obter informa o em uma vista e em que ele pode reconhecer padr es Estas vantagens s o importantes e n o devem ser descartadas Isto ocorre por m somente quando a densidade de instrumentos no painel n o muito grande As vantagens desaparecem quando se torna necess rio usar blocos densos de instrumentos que s o dif ceis de serem distinguidos indivi
96. de de implanta o r pida de todo o sistema de monitora o de dutos para a UNSUL Melhorar a qualidade da medi o de leo por n s produzido evitando assim evas o de recursos Em face as necessidades acima foi elaborado uma pesquisa que pudesse atender a todos os requisitos que viessem a resultar num trabalho satisfat rio para a UNSUL 2 Objetivo Tendo em vista que a UNSUL atualmente possui somente duas unidades de produ o de forma a minimizar o leque de fornecedores e sobressalentes e assim conseguir otimizar os custos de contratos de manuten o treinamento e etc viabilizou se assim a necessidade de padroniza o de procedimentos operacionais e de manuten o para a automa o das plantas de processo monitora o de integridade de dutos e otimiza o da medi o para fins de atendimento aos requerimentos da ANP na UNSUL O objetivo manter o mesmo ambiente operacional e os mesmos recursos e procedimentos de manuten o existam nas duas unidades de forma a facilitar a intercambialidade de operadores equipamentos e sobressalentes entre as unidades operacionais do UNSUL Sendo assim e seguindo determina es EDISE GEAUT foi determinado por experi ncia em montagens anteriores a necessidade de responsabilidade alocada a um nico executor de forma a evitar a exist ncia de interfaces n o perfeitamente definidas entre as diversas atividades e sistemas que comp em este escopo baseado nessas e
97. de limites de alarme podem ser feitos em uma nica vari vel para dar diferentes graus de alarme tais como de advert ncia a o perigo Os alarmes assim gerados podem ser ordenados e mostrados de v rios modos principalmente em rela o import ncia da vari vel e o grau de alarme O sistema de alarme convencional muito limitado pelas considera es de equipamento e relativamente inflex vel O tipo de alarme usualmente restrito ao alarme absoluto O sistema de alarme atrav s do computador muito mais vers til Fig 3 10 Anunciador de alarme O sistema de alarme por m frequentemente uma das menos satisfat rias caracter sticas do sistema de controle O defeito mais comum que h muitos alarmes e eles permanecem ativos por longos per odos Como resultado o sistema tende a ficar desacreditado pelo operador Ele come a a n o ligar para muitos sinais de alarme e pode mesmo desligar o dispositivo que assinala o alarme Os sistemas de alarme a computador tamb m possuem falhas peculiares fatalmente f cil com um computador ter uma prolifera o de tipos e graus de alarme Mais ainda os displays mais facilmente usados como os alarmes cronol gicos na impressora ou na tela s o inferiores aos pain is convencionais com rela o ao padr o de reconhecimento O principal problema nos sistemas de alarme a falta de uma clara filosofia de projeto Idealmente o sistema de alarme deveria s
98. dem armazenar e discar n meros telef nicos automaticamente O lado anal gico do modem come a com a interface com a linha telef nica Um circuito de sobrecarga protege o modem contra raios e outros danos el tricos Um circuito adicional garante que o sinal de sa da esteja de conformidade com normas da FCC Atualmente o chip do modem realiza as tarefas de convers o D A Antes dos circuitos integrados estes circuitos eram complexos e envolviam componentes discretos A CPU a parte principal do modem A CPU controla todos os outros componentes do modem realiza a compress o dos dados e detec o de erros especificados pelos protocolos do CCITT O programa da CPU carregado em dois chips de ROM e utiliza dois chips de 64 kB de RAM para o armazenamento tempor rio Modem inteligente O modem faz a liga o do universo anal gico das redes telef nicas com o mundo digital dos computadores Os primeiros modems desenvolvidos o foram pela Bell Labs o modem Bell 103 de 300 bauds Depois do Bell 103 o pr ximo foi o da AT amp T Bell 212A a 1200 bauds Embora fosse mais r pido era mais suscept vel a ru dos e corrup es do sinal do circuito telef nico A Hayes tomou a dianteira no comercio de modems para computadores Ela usou pela primeira vez o microprocessador dentro do modem O Hayes Smartmodem em 1981 usava o microprocessador Zilog Z 8 para controlar os circuitos do modem e gerenciar a discagem e resposta
99. deslocamento positivo ou sistema com placa de orif cio estando os medidores conforme solicita o do regulamento da ANP Estas medi es tamb m ser o enviadas para a ECOS e gerar o os relat rios necess rios A leitura precisa de cabe a de po o deve ser considerada em toda arquitetura pois fornece ao pessoal de reservat rio os dados confi veis de acompanhamento do comportamento do po o Este acompanhamento ser efetuado por transmissores de press o e temperatura Gerenciamento corporativo Uma das muitas vantagens de um sistema automatizado adv m de sua disponibilidade operacional e confiabilidade portanto ap s a implementa o do projeto a planta dever atingir o patamar de disponibilidade de 100 de opera o Mesmo obtendo e mantendo 100 da operacionalidade da planta de processo n o haver agress o a nenhum fator de seguran a meio ambiente e sa de ocupacional A planta de processo deve sempre atingir a condi o de seguran a exigido por cada projeto das plataformas quando os par metros de controle operacional ultrapassar os limites de opera o de n vel press o temperatura vibra o e ru do Para isso devem ser usadas chaves autom ticas que forne am alarme nos pontos de alto H ou baixo L e desarme nos pontos de muito alto HH ou muito baixo LL Niveis de Parada de Emerg ncia ESD H os seguintes n veis de parada de emerg ncia ESD ESD 1 Parada individual por
100. deve possuir Sdv s de isola o da corrente de liquido bem como as LV s devem ser concebidas na falta de ar FECHA As PV s de g s devem ser concebidas na falta de ar abre Por m em plantas de g s deve existir solen ide na l gica que garanta o fechamento desde que n o falte ar de instrumento das PV de g s garantindo assim a planta pressurizada Todo Manifold deve possuir SDV de isola o de suas sa das para as entradas dos Vasos Separadores Sempre devera existir uma SDV na sa da da Plataforma para o Gasoduto Oleoduto Monitora o de Fogo amp G s Toda plataforma deve possuir sistema de detec o de fogo e g s podendo utilizar sensores de UV sensores termovelocim tricos sensores de fuma a sensores de G s Metano sensores de G s H2S conforme as necessidades do estudo de cada plataforma lembrando que devem sr efetuada por vota o de 2 sensores por zona para ocasionar o ESD 3 e apenas um sensor alarme em toda a plataforma indicando no supervis rio o local do sinistro e ativar automaticamente as bombas de inc ndio Todos os alarme de falha devem ser encaminhados a ECOS Filosofia elaborada por Nerivaldo Marang o Petrobr s Rota 851 6588 TekapostilastAutomacao Automa o Aplica es doc 20 MAR 03 xvii
101. diversos instrumentos ou dispositivos Todos esses dispositivos e componentes ou est o localizados no Edif cio da Subesta o El trica ESB Electrical Sevices Building ou na rea industrial da esta o sendo que as vezes o comando para os mesmos tem sua origem no pr prio local por exemplo o comando dos sistemas auxiliares das bombas que deslanchado dentro da sequ ncia estabelecida pelo CLP na partida das bombas 5 2 Unidade Terminal Remota Esta o ao Longo do Oleoduto Como j mencionado acima nos sistemas SCADA adotados nos oleodutos do DTNEST a unidade de interface com o processo UIP parte do sistema que diretamente interage com os instrumentos e equipamentos no campo tipicamente o CLP Por m na maioria dos sistemas SCADA sobretudo nos mais antigos s o adotadas as chamadas Esta es Terminais Remotas RTU S para esta fun o A RTU tamb m pode ser utilizada como parte do sistema de comunica es se colocando antes do CLP na comunica o da mestre com as esta es e a unidade de interface com o processo do ltimo bloco do sistema encontrado pelo comando Partir Bomba A RTU ou CLP podem ser visualizados como um computador especializado nas fun es de entrada de dados e sa da de comandos para o processo Estes dados de processo s o oriundos da instrumenta o de campo e dos circuitos el tricos de comando e controle dos equipamentos As sa das de comando atrav s de contatos el tric
102. do considerado dois no breaks senoidal de 115 V ac respons vel por garantir as 2 esta es ECOS para 2 micros e impressora existindo toda a interliga o el trica dos mesmos dentro do CP 001 e distribu dos por um painel de distribui o Vac dentro do CP 001 Est sendo estimado o tempo de no m nimo 30 min para autonomia de todo o sistema de supervis o do CP 001 Estes no breaks dever o ser instalados dentro do CP 001e ter baterias seladas para evitar emiss o de gases na sala de controle No caso de P XIV como o container de produ o deixar de ser sala habitada dever ser instalado dentro deste container 2 conjuntos de carregadores e seus respectivos bancos de baterias incluindo um painel de distribui o 24 Vdc com capacidade suficiente para atender toda a demanda de carga exigida para o correto funcionamento de toda sinaliza o instrumentos solen ides r dios modem CLP DELTA V e etc Para PMLZ 1 dever ser refeito o c lculo de carga para acondicionar os bancos de baterias a nova carga de instrumentos que ser acrescentada A filosofia para distribui o 24 V cc deve ser realizada atrav s de um painel com chaves de dedica o para cada banco BANCO 1 DESLIGADO BANCO 2 com disjuntores de prote o dos barramentos indica o da tens o de cada barramento e pontos de testes por bornes com indica o de positivo e negativo em PMLZ 1 j h este painel de distribui o devendo ser criado um
103. dores de vaz o utilizando como elemento prim rio a placa de orif cio instaladas em porta placa Daniel ou entre flanges Os sensores de press o temperatura densidade e vaz o dos computadores de vaz o ser o instalados nos separadores de teste na linha de g s combust vel na linha do flare e nos SKIDS de medi o onde o somat rio das vaz es instant neas e totalizadas estar o dispon veis em relat rios e arquivos na ECOS As medi es dever o ser enviadas a um computador de vaz o destinado a esse fim atendendo as normas AGA oou ISO vigentes e aceitas pela ANP Os medidores de vaz o de vaz o de leo e condensado s o do tipo Coriolis ou totalizadores de vaz o com Deslocamento positivo A precis o das medi es fiscais deve ser melhor que de 0 2 do valor medido As medi es ser o feitas nos separadores de teste na linha de produ o na esta o de medi o skids trem A e B sendo estas medi es enviadas a computadores de vaz o dedicados a esse fim atendendo s normas API vigentes e aceitas pela ANP A medi o de leo e condensado deve tamb m ser enviadas para a ECOS e gerar os relat rios necess rios Para medir gua ser o usados os medidores magn ticos desde que condutividade m nima seja maior que 0 1 uS cm Na impossibilidade de ser utilizado este instrumento condutividade menor que vii Automa o de Plataforma a m nima requerida ser o usados medidores a
104. dos meios de comunica o p ex VSTA INMARSAT e LTD cones para navega o de telas Regi o 2 local onde s o apresentadas as telas principais que permitem a visualiza o controle e entrada de dados para o sistema A Regi o 3 quando utilizada aparece superposta regi o 2 Regi o 4 regi o onde preferencialmente s o mostradas as janelas pop up Por m as janelas pop up tamb m podem aparecer na regi o 2 desde que n o haja o encobrimento de regi o ou objeto de interesse ao operador naquela situa o Esta regi o 4 subdividida em tr s reas Regi o 4 1 apresenta a janela de bot es de acesso do sistema que deve estar sempre vis vel e localizada na parte superior esquerda da regi o 4 Cada bot o pode tamb m chamar outras r guas de bot es ou janelas dentro do contexto relativo s instala es de cada ponto operacional Regi o 4 2 apresenta a janela de alarmes que deve estar sempre vis vel e localizada no rodap esquerdo desta regi o onde devem estar mostrados os ltimos quatro alarmes de maior prioridade reconhecidos ou n o em ordem cronol gica Esta janela deve conter tamb m dois bot es no lado direito 1 Bot o de reconhecimento de todos os alarmes 2 Bot o de rolagem das linhas de alarmes correntes para visualizar a descri o dos alarmes al m dos quatros ltimos Regi o 4 3 apresenta a janela de bot es da Esta o de Supervis o e Controle ESC que deve esta
105. dualmente Fig 3 6 Vista parcial de um painel convencional Um display individual importante o registrador com gr fico Um registrador de tend ncia tem muitas vantagens sobre o indicador instant neo O registrador facilita o operador aprender as caracter sticas do sinal e facilita sua amostragem da informa o O registrador til para o operador fazer ajustes grossos do ponto de 25 Opera o do Processo opera o observar as condi es de falha no processo Fig 3 7 Registrador convencional Consoles de Computador O console de computador apresenta um contraste marcante com a instrumenta o convencional Algumas das caracter sticas ergom tricas importantes no display digital s o 1 deve haver uma a o especifica para obter o display 2 n o h c digo espacial e o c digo da informa o requerido deve ser lembrado ou guardado 3 somente uma tela mostrada por vez 4 somente o valor instant neo da vari vel mostrado H uma mudan a revolucionaria na interface do operador Atualmente os consoles de computadores apresentam gr ficos s mbolos do processo registros de tend ncias etc As telas de computadores podem apresentar os seguintes tipos de display 1 Planta 2 Grupo de malhas 3 Malhas 4 nico instrumento 5 Tend ncias da vari vel Comparando o painel convencional com o console do computador chega se s seguintes conclus es 1 o painel conve
106. e etc A implanta o deste sistema faz parte das a es que est o sendo tomadas pela E amp P no programa de monitora o de integridade de dutos Um fator aqui deve ser considerado em rela o filosofia do projeto de implanta o da automa o no UNSUL pois neste caso estaremos utilizando CLPs para tratarem os dados anal gicos recebidos de campo conforme fechamento de arquitetura com o E amp P SEDE GEAUT em reuni o realizada em Manaus tornando se assim uma exce o ao projeto de automa o onde todo o controle passa a ser efetuado por instrumentos em rede FIELDBUS FOUNDATION A arquitetura b sica para monitora o de dutos resume se em ter 2 CLP s um instalado em cada extremidade do duto recebendo informa es de vaz o instant nea press o est tica temperatura de escoamento em sinal anal gico padr o 4 20 ma pode se utilizar instrumentos FIELDBUS e interligados via r dio modem ou TCP IP dependendo da dist ncia entre as extremidades Nos CLP s o LADDER ser respons vel pela execu o do ALGORITIMO matem tico respons vel pelos alarmes de desvio e ESD 2 Conforme ET 3000 00 5520 941 PGT 001 AUTOMACAO DOS DUTOS Para a visualiza o dos dados pertinentes a esse sistema dever ser utilizado o supervis rio ECOS instalados na sala de controle das 2 plataformas sendo instalado tamb m uma IHM Interface Homen M quina em cada uma das salas de controle do recebimento sendo UGN para P
107. ela de entrada 10 CLP Manipula os dados segundo os programas 11 RTU Faz a interroga o de consulta ao CLP 12 CLP Envia dados para a Esta o de Controle e Supervis o ESC e para a mestre 13 RTU Sistema de Verifica mudan as e manda as informa es para o computador Sat lite central atrav s da CFE Comunica o Front End A RTU espera at ser consultada pelo computador central e em seguida traduz os dados para sinais anal gicos e os manda para o computador central atrav s da CFE 14 CFE Traduz os dados de volta forma digital e manda para o computador central 15 Computador central O PCS no software SCADA atua sobre os dados Envia as sa das para o console de opera o no centro de controle 16 Operador Utiliza as informa es para a tomada de decis es 57 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados 5 Dispositivos e Instrumentos 5 1 Introdu o Na ltima se o deste m dulo estudamos os dispositivos que s o controlados e os instrumentos que monitoram as opera es Aqui a n vel de esta o s o controladas as bombas e as v lvulas do oleoduto Ao mesmo tempo os instrumentos do oleoduto est o monitorando a press o da linha a vaz o a tempertura e a densidade do produto na linha Os dispositivos equipamentos e instrumentos a n vel da esta o do oleoduto recebem portanto seus comandos e enviam as informa es das opera es correntes para voc 5 2 Interfaces de Entrada Sa
108. elemetria com RF Automa o de Plataforma Automa o de Plataforma 5 Automa o de Plataforma 5 1 Introdu o A Petrobras UN SUL administra duas plataformas de produ o P14 e Merluza Atualmente estas plataformas s o controladas e monitoradas por instrumentos convencionais rel s e est o sendo implantados sistemas modernos baseados em Controladores L gico Program veis CLPs ligados a computadores pessoais que rodam programas aplicativos supervis rios Os principais objetivos dos sistemas de instrumenta o s o 1 prover seguran a aos operadores equipamentos e meio ambiente 2 garantir um controle do processo onde os produtos finais estejam dentro das especifica es estabelecidas pelo pessoal da Qualidade 3 fazer medi es precisas e exatas para atender as exig ncias da Agencia Nacional de Petr leo ANP relacionadas com os separadores de teste dos po os produtores dados de cabe a de po o e vaz es de transfer ncia de cust dia de g s e leo atrav s de instrumentos colocados nos dutos que ligam as plataformas ao sistema de terra 4 estabelecer um padr o para a opera o e manuten o 5 monitorar os dutos para detectar anormalidades vazamentos e situa es perigosas 5 2 Objetivo Como o sistema da UNSUL pequeno quando comparado com outras unidades da Petrobr s e como est se fazendo uma atualiza o da instrumenta o existente e colocando sistemas m
109. eletr nicos da rede Fieldbus Foundation devem estar dispon veis permitindo assim operar a planta a partir da ECOS Estes sinais incluem vari vel de processo PV sinal de set point SP sinal de sa da para a v lvula OUT e janela indicando os valores em unidades de engenharia e possibilidade de transfer ncia de autom tico para manual e vice versa A matriz de causa e efeitos deve ser gerada na ECOS facilitando assim a visualiza o r pida da l gica de processo bem como atrav s da mesma efetuar by pass de instrumentos de entradas digitais ou override dos dispositivos de sa da digitais Deve ainda haver um arquivo de relat rio onde se possa armazenar toda a o efetuada pelo operador na ECOS sempre que a condi o normal de processo venha a ser alterada por necessidade de manuten o ou opera o disponibilizando assim dados para an lise de ocorr ncias anormais na planta de processo Para simples navega o pelas telas da ECOS n o se deve ter nenhum tipo de solicita o de login e senha A ECOS deve somente solicitar o login do operador sempre que algum par metro for ser alterado colocado em regime de By Pass ou Override Tendo em vista a instala o de um servidor para PI Plant Information no UNSUL este supervis rio deve contemplar esta transfer ncia de dados no futuro Utilizar a ECOS de maneira a permitir ou n o a habilita o dos pain is locais na condi o de TESTE Com login e senha co
110. em P XIV junto com a instala o dos carregadores na antiga sala de controle Separadores de testes Deve ser dada aten o na qualidade e precis o dos instrumentos instalados nesses vasos pois estes por sua vez disponibilizar o todos os dados coletados em relat rio para an lise por parte dos engenheiros e t cnicos de reservat rio estes devem manter c pia com hist rico em disco r gido Devendo assim enquadrar conforme portaria da ANP ANP e G s Com o intuito de atender normas da ANP ser feita a medi o corrigida do g s produzido por interm dio de computadores de vaz o utilizando como elemento prim rio a placa de orif cio utilizando v lvulas DANIEL ou flanges Os sensores dos computadores de vaz o ser o XV Automa o de Plataforma instalados nos separadores de teste e produ o neste caso somente se especificado por MD g s combust vel e g s direcionado aos queimadores ou flare e nos SKIDS de medi o onde o somat rio das vaz es instant neas e totalizadas estar o dispon veis em relat rios e arquivos na ECOS As medi es dever o ser enviadas a um computador de vaz o destinado a esse fim atendendo as normas AGA vigentes e aceitas pela ANP ANP e leo e condensado Neste t pico utilizaremos medidores que possam ser utilizados com G s emulsionado do tipo Coriolis ou Deslocamento positivo com precis o melhor que de 0 2 para efetuar medi o de vaz o para efeito
111. encionalmente feita grande de modo a minimizar a frequ ncia de opera o do equipamento como o motor da bomba Este controle feito na press o do compressor do borracheiro H um ponto para ligar o compressor por exemplo 70 psi e um ponto para desligar o compressor como 150 psi Este tipo de controle Opera o do Processo chamado de controle de intervalo diferencial differential gap O controle bin rio simplesmente uma a o de chaveamento e o mesmo instrumento pode ser usado para qualquer outra opera o de chaveamento como atuar um alarme Assim o instrumento identificado como uma chave e n o como um controlador Quase todos sistemas de controle operam com cargas vari veis de processo A carga do processo a quantidade de material ou energia que deve ser manipulada para controlar a vari vel controlada A carga depende se o sistema est operando na capacidade m xima intermedi ria ou m nima e de todos os fatores que influem na vari vel controlada exceto a vari vel manipulada O controle bin rio te rica e praticamente incapaz de manter a vari vel controlada dentro de uma dada faixa de opera o para mais do que uma carga de processo Para outras cargas a banda se move para cima ou para baixo dependendo se carga est aumentando ou diminuindo O deslocamento da banda de controle chamado de desvio permanente offset que pequeno ou grande dependendo do tamanho da varia o da
112. epende da frequ ncia e tamb m da distor o de atraso de fase desde que sinais de diferentes frequ ncias n o s o transmitidos no cabo com a mesma velocidade Assim um pulso propagado atrav s do cabo resulta em um sinal que n o apenas atenuado importante em comunica o de voz e anal gica mas que tamb m distorcido em fase importante em transmiss o de sinal digital O grau de distor o de atraso de fase medido pelo atraso do grupo dB do A largura da banda dos cabos telef nicos restrita em baixas frequ ncias pelo uso de amplifica o ca em esta es repetidoras usadas para refor ar o sinal ao longo da linha Para melhorar a resposta da amplitude em alta frequ ncia colocam se indut ncias discretas para corrigir a caracter stica de atenua o da linha que aumentam a distor o do atraso de fase e a atenua o em alta frequ ncia A banda de frequ ncia us vel da linha telef nica entre 300 Hz e 3 kHz Para transmitir a informa o digital de modo confi vel o equipamento de transmiss o deve ter uma perda da transmiss o menor que 30 dB uma largura de banda limitada causada por uma perda de transmiss o que varia com a frequ ncia varia es de atraso de grupo com a frequ ncia ecos causados pelo descasamento das imped ncias e interfer ncia h brida e ru do causado pelo chaveamento e picos de tens o Assim pode se perceber que a natureza da linha telef nica causa problemas particu
113. er projetado na base do fluxo de informa o na planta e os instrumentos de alarme selecionados e localizados para maximizar a informa o dispon vel para controle considerando a confiabilidade da instrumenta o De fato um sistema de alarme uma cole o de subsistemas especificados por projetistas de equipamentos particulares com a adi o de alguns alarmes Um sistema de alarme uma ajuda para o operador Uma quest o importante embora ignorada a a o requerida pelo operador quando ocorre o alarme 27 Opera o do Processo Fig 3 11 Tela de alarmes no controle supervis rio H tamb m problemas espec ficos que fazem os alarmes serem numerosos e persistentes Um a confus o de alarme e estado Um estado simplesmente indica que um equipamento est ligado ou desligado Um alarme de modo diferente indica que um equipamento est em um estado particular e deveria estar diferente ou seja o equipamento est desligado mas deveria estar ligado Em muitas plantas h numerosos estados que necessitam ser indicados mas frequentemente n o existem displays separados para os estados e s o usados os displays de alarmes Este problema pode ser solucionado pelo uso de tipos separados de displays por exemplo amarelo para alarmes branco para estados Fig 3 12 Alarme individual no instrumento Um problema similar a rela o dos alarmes com o estado do processo O processo tem um numero de
114. er representados de modos diferentes Representa o de linhas e acess rios Os acess rios de linha devem ser simbolizados conforme os anexos da N 58 As linhas e tubula es de processo devem estar de conformidade com a NDT 03 As v lvulas com diferentes fun es bloqueio reten o controle diferentes atuadores pneum tico solen ide motorizadas manuais devem ser representadas de modos diferentes nas telas Devem ser seguidas as normas N 58 e NDT 03 Representa o de equipamentos el tricos Os equipamentos el tricos devem seguir os s mbolos recomendados na N 898 Representa o de instrumentos Os instrumentos devem seguir os s mbolos recomendados na N 901 Condi es gerais Os s mbolos devem ser representados sempre obedecendo a uma proporcionalidade de dimens es As v lvulas de controle devem possuir um pequeno quadro com a percentagem de abertura pr ximo ao seu s mbolo Quando se clica sobre um s mbolo de v lvula de controle deve aparecer uma sub tela mostrando a malha de controle correspondente Os equipamentos com op o de opera o Local Remota devem seguir a NDT 03 ou seja seguir a Tab 3 Tab 3 Status Remoto Local e cores Estado Nome Cor Local L Vermelho Remoto R Cor de fundo As linhas representadas nas telas n o devem se cruzar sendo as linhas verticais interrompidas nos cruzamentos As linhas que representam as tubula es devem possuir sentido de
115. erador tamb m dependem do status do processo Se a condi o est normal ele apenas monitora e observa Se as condi es do processo s o anormais o operador deve administrar as falhas que implica em 1 detectar a falha 2 diagnosticar a falha 3 corrigir a falha Quando o sistema de controle se torna muito automatizado a fun o de administra o de falhas tende a ficar mais importante e crucial para evitar perdas e de produ o e acidentes 20 Opera o do Processo 4 Atributos Mentais do Operador Um operador eficiente deve ter alguns atributos mentais inerentes Estes atributos indicam por que alguns operadores s o melhores que outros assim como jogadores de futebol ou pilotos de automobilismo e porque algumas pessoas n o s o trein veis 4 1 Automatiza o Com a pr tica uma determinada tarefa requer cada vez menos aten o do operador de modo que ela se torna automatizada A automatiza o pode ocorrer em v rios n veis As tarefas de monitorar controlar e interpretar s o as mais prov veis de ser automatizadas com a pr tica enquanto o planejamento e a diagnose s o se tornam automatizadas Automatiza o aqui se refere ao operador e n o deve ser confundido com automa o de processo ou de m quina Do ponto de vista da neurologia a automatiza o do operador similar ao processo de decorar como se decoram as tabelas de multiplica o Automatizar as tarefas menos sim
116. erg ncia Quando os operadores podem entrar em p nico ou serem incapazes de tomar a decis o certa no momento certo com o excesso de informa es dispon veis o sistema procura eliminar o julgamento humano das fun es cr ticas de seguran a O sistema atua automaticamente no processo desligando o ordenadamente Limites de seguran a Hanual Autom tico Tempo Fig 2 1 S P o ponto de ajuste XL e XH s o pontos de alarme e XLL e XHH s o pontos de desligamento A prote o da planta independente da a o humana implementada pelo sistema de desligamento com suas entradas e sa das dedicadas e completamente separadas do sistema de controle do processo Este sistema monitora as opera es em uma condi o est tica at ser ativado ou disparado por uma condi o anormal prevista O sistema requer um alto n vel de diagnose geralmente n o existente nos equipamentos de controle do processo para detectar falhas internas que podem n o ser facilmente evidentes Monitora o do fogo e g s Mesmo com o sistema de regula o alarme e desligamento ainda poss vel haver fogo ou explos o no processo Pode haver falhas no sistema de alarme e desligamento que deixa de atuar em condi o de perigo ou pode haver fogo provocados por outras fontes diferentes Os perigos devidos a gases combust veis e t xicos s o manipulados por outro sistema Este sistema al m de detectar a presen a de gases
117. es de bateria e seus respectivos bancos de baterias incluindo um painel de distribui o 24 V cc com capacidade suficiente para atender toda a demanda de carga exigida para o correto funcionamento de toda sinaliza o instrumentos solen ides r dios modem CLP sistema digital de controle e g Delta V Para PMLZ 1 dever ser refeito o c lculo de carga para acondicionar os bancos de baterias a nova carga de instrumentos que ser acrescentada A filosofia para a distribui o da tens o de 24 V cc deve ser realizada atrav s de um painel com chaves dedicadas para cada banco BANCO 1 DESLIGADO BANCO 2 com disjuntores de prote o dos barramentos indica o da tens o de cada barramento e pontos de testes por bornes com indica o de positivo e negativo Na plataforma PMLZ 1 j existe este painel de distribui o e na P XIV dever ser criado um painel junto com a instala o dos carregadores na antiga sala de controle Atendimento aos procedimentos da ANP Nos Separadores de testes todos os instrumentos de medi o das vari veis cr ticas temperatura press o densidade e vaz o dever o ter caracter sticas metrol gicas repetitividade exatidao drift com a temperatura e com o tempo calend rio que atendam s exig ncias da ANP Para atender o regulamento t cnico da ANP as medi es da vaz o de g s produzido dever o ser compensadas pela press o est tica e temperatura atrav s de computa
118. escente do operador humano para controlar processos com um grande n mero de atrasos de transfer ncia ou integra es ou tempos mortos Certos sistemas s o virtualmente incontrol veis pelo operador a n o ser que lhe seja fornecida informa o especialmente processada Em particular sistemas com mais de tr s integra es em s rie tendem a ficar al m dos limites do controle manual Outra caracter stica do homem como controlador sua habilidade de exercer as fun es do controle preditivo antecipat rio Muito trabalho foi feito sobre displays em termos de projeto detalhado de escalas e o lay out do display e provavelmente estes s o os aspectos que o engenheiro mais facilmente identifica como fatores humanos A classifica o dos usos dos displays 1 Indica o de status onde o operador recebe a informa o discreta de um estado entre dois poss veis motor ligado desligado opera o normal anormal n vel baixo alto luz acesa apagada 2 Indica o quantitativa onde o operador l um valor num rico preciso Por exemplo temperatura de 24 C press o manom trica de 2000 kPa 3 Leitura de verifica o o operador requer a confirma o de que o valor est dentro de uma faixa aceit vel Por exemplo n vel n o est nem baixo e nem alto 4 Ajuste o operador manipula seu controle do instrumento para conseguir um estado predeterminado do display Exemplo estabelecimento do ponto de ajuste do c
119. esfera ou a pr pria tela do monitor se ela for sens vel ao toque touch screen Este sistema supervis rio facilita muito a vida do operador Relat rios que anteriormente eram escritos m o agora s o automaticamente impressos A partir do aperto de uma tecla o operador pode ter uma lista de todos os pontos que foram alarmados nas ltimas 24 horas de opera o Concluindo um conjunto integrado de sistema de aquisi o de dados programa de controle supervis rio e um microcomputador pode ser uma alternativa econ mica para um Sistema Digital de Controle Distribu do Por causa de suas limita es de desempenho e conveni ncia geral apresentadas por um sistema com microcomputador estas aplica es s o id ias para processos onde o custo cr tico e o controle simples Este conceito certamente cria a expectativa e a vis o do futuro para aplica es abertas Mesmo com suas limita es o sistema pode ter ou fazer 1 gerenciamento de banco de dados relacional 2 pacote de planilha de c lculo 3 capacidade de controle estat stico de processo 4 processador de texto 5 gerenciamento de display orientado para objeto 6 esta o de trabalho orientada para janela 7 troca de informa es com outros sistemas da planta 8 comunica o com outros sistemas digitais como controlador l gico program vel controlador digital single loop sistema de monitora o de m quinas rotativas sistema de an
120. ica o da esta o mestre com ela a mestre automaticamente comutar a comunica o para uma das linhas telef nicas reservas efetuando automaticamente a chamada DDD do n mero da linha que corresponde a micro VSAT em falha A comunica o passa ent o a se fazer atrav s de modems e a linha telef nica enquanto perdurar a falha da micro VSAT Este sistema BACK UP ser assim constitu do de um determinado n mero de linhas telef nicas dispon veis ao n vel da esta o ligadas modems N o est o sendo adotadas linhas dedicadas alugadas s companhias telef nicas locais e sim terminais n o residenciais que s o linhas comutadas comerciais para que a liga o se fa a necess ria que a esta o mestre disque a minimestre desejada 4 7 Configura o de linha telef nica No caso de sistemas com linhas cativas alugadas a companhia telef nica em muitas vezes organiza atrav s de uma estrutura hier rquica Se existir um 49 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados problema num trecho da linha telef nica este poder afetar diversas esta es A sa da de servi o de uma central telef nica ir afetar outras esta es mais ao longo do oleoduto 4 8 Relat rios da Esta o Com o protocolo que implementa a chamada transmiss o por exce o como o caso do RCC e do BJSCAN as esta es ao longo do duto enviam informa es para o Computador central sempre que os dado se alterem Al m de t
121. ica pr programada 2 Visualiza o e configura o geral da rede FF para reconfigura o assinatura de instrumentos pela rede e interoperabilidade Opera o da planta Via FIELDBUS O sistema de controle ECOS utiliza software VXL j consagrado por toda a PETROBR S que muito confi vel por usar equipamentos de m dio porte de hardware e rodar sobre um sistema operacional muito est vel e tamb m consagrado denominado VMS Por m em caso de uma falha da interface com a ECOS a rede FF mant m a planta funcionando normalmente nas configura es existentes dos instrumentos e mesmo assim caso seja necess rio alterar qualquer valor nos controladores da planta e g set points de press o ou n vel ou altera es no PID estas altera es poder o ser efetuadas atrav s deste micro Este micro dever ser conectado a uma impressora matricial e gerar relat rios tanto para a manuten o como para a opera o conforme a configura o e programa o Para que isso seja poss vel este CP deve ter dois discos r gidos e um sistema supervis rio capaz de interagir com o Gateway propriet rio CP para o CLP Como a linguagem e o programa de configura o dos CLPs s o diferentes da linguagem e do programa do sistema digital a ser instalado e g Delta V e como a filosofia da planta de processo separar controle anal gico do processo dos alarmes e desarmes digitais ser instalado outro CP na sala de co
122. imultaneamente e podem ser mostrados ou analisados na esta o final 3 4 Canais de Comunica o Linhas de transmiss o As linhas de transmiss o s o usadas para guiar ondas eletromagn ticas e em instrumenta o elas comumente tomam a forma de par de fios tran ados cabo coaxial ou linha de telefone Nas linhas de transmiss o importante saber e especificar os par metros prim rios de 1 resist ncia 2 condut ncia de vazamento 3 indut ncia e capacit ncia distribu das As linhas de transmiss o s o caracterizadas por tr s par metros secund rios 1 imped ncia Zo 2 atenua o a por unidade de comprimento da linha expressa em dB m 3 deslocamento de fase B que medido em rd m Par tran ado O par tran ado s o dois fios de cobre ou alum nio revestidos de pl stico isolante O tran amento reduz o efeito da interfer ncia acoplada indutivamente Valores t picos dos par metros prim rios para par tran ado de fio AWG 22 s o Valor t pico R 1009km 1 mH km 10 5 S km 0 05 uF km 73 Sensores Condicionadores de sinal Fig 5 15 Sistema de telemetria Multiplexador XMTR RCVR Link RF SS Cabo Linha telef nica Transmiss o dos dados Demultiplexador Sa das dos dados 74 Automa o de Terminal Em altas frequ ncias a imped ncia caracter stica da linha aproximadamente 140 Q Valores t picos de atenua
123. is tais como sat lite explora o espacial e mar tima H quem considere telemetria a transmiss o convencional pneum tica ou eletr nica da instrumenta o Nestas aplica es os valores das vari veis de processo press o temperatura vaz o n vel e an lise s o convertidos nos sinais padr o pneum tico de 20 a 100 kPa 3 a 15 psi ou eletr nico de 4 a 20 mA cc A transmiss o pneum tica pode ser feita at dist ncias de 300 metros em tubos pl sticos ou met licos de di metro externo de 6 35 ou 9 5 mm A dist ncia limitada pela velocidade da resposta que quadruplica quando se dobra a dist ncia A transmiss o eletr nica pode ser feita at distancias de 3 km em fios tran ados comuns de 14 AWG N o h limita o t cnica da dist ncia pois o sinal de corrente n o atenuado ao longo da linha por m h uma limita o pr tica da fia o f sica O avan o da telemetria ocorre na instrumenta o usando t cnicas de r dio 72 frequ ncia microondas ou fibras pticas Os canais de comunica o usados incluem linhas de transmiss o empregando dois ou mais condutores que podem ser fios tran ados cabos coaxiais ou linha telef nica ligando fisicamente os dois pontos transmiss o e recep o Os links de microondas permitem a comunica o de dados por modula o de uma r dio frequ ncia ou portadora de microondas e os dois pontos n o s o ligados fisicamente mas a informa o
124. is de um evento tal como um minuto depois do envio do comando O rel gio utiliza tanto o m dulo de c lculos como o gerenciador de eventos para controlar a temporiza o de respostas e a es No OASYS todas as fun es anteriores c lculo sistema de alarmes gerenciador de eventos e rel gio se situam no CMX 42 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Sistema de Aquisi o de Dados Manipulador de Dados Base de Dados do PCS Dados de Set Points Controlador z do Tempo M dulo do C lculo Adminstrador de Eventos Tend ncia Consoles de Opera o do Centro de Controle Fig 13 Rel gio 3 10 Apresenta o de tend ncias Al m de controlar e manipular dados recebidos e enviados o PCS fornece tamb m duas caracter sticas cr ticas de presta o de informa es gt gr ficos de tend ncias e gt relat rios digitais Gr ficos de tend ncia fornecem informa es hist ricas ao operador quer numa atualiza o cont nua em tempo real a vari vel vai sendo plotada mostrando o seu comportamento contra o tempo avan ando o gr fico medida que novos valores chegam do campo quer com formato fixo com in cio e final definidos hist rico onde plotado o comportamento da vari vel no tempo em um intervalo predefinido Permitem tamb m ao operador selecionar os dados a serem exibidos na tela Os relat rios digitais s o pacotes predeterminados de informa es
125. is de controle das esta es efetuavam de uma forma autom tica todos os sequenciamentos e intertravamentos envolvidos em comandos como o de partida de uma bomba de grande porte o que implicava em uma sequ ncia de subcomandos como os necess rios ativa o dos subsistemas suportes das bombas como o de refrigera o e lubrifica o for ada Nestas sequ ncias estavam tamb m temporiza es necess rias entre as v rias sequ ncias adotadas uma dada sequ ncia s era disparada depois de tantos segundos do cumprimento de outra Implementavam tamb m estes circuitos fun es de prote o das bombas provocando a derrubada das mesmas se uma condi o de processo perigosa se apresentasse Os CLPs s o hoje dotados de poderosos rnicroprocessadores eletr nicos circuitos integrados contendo centenas de milhares de transistores que constituem a sua Unidade Central de Processamento UCP A par da UCP o CLP tamb m dotado de grande n mero de cart es especializados para a entrada e sa da de sinais de e para o campo A UCP e os cart es de entrada e sa da s o alojados em trilhos de Racks ou gavetas estrutura met lica suporte em forma de uma gaveta dotada de um tampo superior sem a sua parte frontal por onde via de regra entram os cart es de circuito impressos que constituem e definem a configura o do CLP O CLP tem suas fun es semelhan a de um computador definida por um programa que via de regra escr
126. istema Avalia o do Sistema Fig 3 4 Atividades dos fatores humanos no projeto do sistema 23 Opera o do Processo 4 interdepend ncia dos fatores 5 caracter sticas de atraso da situa o Um aspecto importante destes estudos a luz que eles lan am no modo em que o operador rastreia o estado do processo e depois atualiza seu modelo baseado nele Em geral o operador tende a prever o futuro do estado do processo e depois faz apenas as leituras necess rias para confirmar que sua previs o estava certa Estes trabalhos t m importantes implicacoes nos displays Um bom display permite ao operador conhecer o estado do processo como um todo rapidamente e com um m nimo esfor o O aparecimento e uso do computador no controle de processo provocaram grandes mudan as no trabalho do operador A aloca o das fun es para o computador e para o operador varia continuamente com o progresso da tecnologia Fatores sociais e de organiza o tamb m foram investigados Trabalhos revelam que o operador tende a operar muito no isolamento e seus resultados n o s o muito satisfat rios quando h envolvimento de sistemas Procura se encorajar a comunica o tratando a sala de controle como um centro de controle e informa o que deve usar tudo em conjunto e projetando trabalhos que resultem em uma maior variedade responsabilidade oportunidade de aprender e completude Pode haver muito preju zo quando h uma co
127. ito em uma linguagem do tipo Ladder onde as linhas de comando lembram circuitos el tricos com base em rel s Os CLPs s o m quinas de alta confiabilidade na implementa o de fun es de intertravamentos e sequenciamentos se prestando evidentemente tamb m para a aquisi o de dados de vez que tem a capacidade de se comunicarem com os computadores das esta es passam a estes as informa es que chegam dos instrumentos e sensores do campo Juntamente com as chamadas RTUs ou Unidades Terminais Remotas implementam ou se constituem na chamada unidade de interface com o processo ou UIP Os CLPs em conjunto com os dispositivos de entrada e sa da 1 0 operam realmente as unidades e captam informa es dos instrumentos de monitora o dos oleodutos Nos sistemas adotados nos oleodutos da PETROBR S os CLPs se ligam diretamente ao n vel superior da esta o se esta for assistida tiver operadores que s o os computadores que integram a chamada Esta o de Supervis o e Controle ESC ao n vel local e tamb m no caso do sistema do OSBRA ao computador central Host da esta o mestre atrav s de processadores de comunica o especiais tipo Front End que convertem o protocolo do CLP geralmente 53 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados MODBUS RTU em um outro que finalmente envelopado pelo X 25 que o adotado no PETROSAT Esta conex o se faz geralmente por uma porta serial Em outras arquiteturas de
128. ivo e iterativo Os primeiros trabalhos sobre fatores humanos eram relacionados com as tarefas f sicas mas atualmente a nfase colocada nas tarefas mental o que mais relevante pois o operador de processo est essencialmente tomando decis es O modelo do homem como um processador de informa o til embora a aplica o da teoria da informa o para o problema n o seja bem sucedida O trabalho nesta rea tem enfatizado 1 a habilidade do homem aceitar as informa es provenientes dos muitos canais sensores e codificados de v rios modos diferentes 2 as diferen as nas quantidades de informa o que podem ser manipuladas pelos v rios canais 3 a amostragem da informa o e a atualiza o de seu modelo mental do ambiente 4 o efeito do excesso de informa o resultando na omiss o seletiva de partes da tarefa 5 a caracter stica da mem ria particularmente da mem ria imediata como a exercida na lembran a de um numero de telefone para fazer uma chamada 15 Opera o do Processo Fig 3 1 Operador do processo O enfoque do fator humano para um trabalho particular tende a ser a quest o da habilidade envolvida incluindo a natureza da habilidade sua aquisi o atrav s do processo da aprendizagem e sua desintegra o sob stress As habilidades diferem grandemente em sua facilidade para estudar Algumas aptid es do operador de processo podem ser inacess veis Mesmo assim o
129. lar por m reverso do que ocorre para as sa das Por exemplo suponhamos que uma c lula fotoel trica detecte luz ultravioleta isso mudaria a corrente el trica no sensor e faria fechar uma chave O efeito ser gerado provavelmente utilizando se um sistema de chaveamento magn tico Uma vez fechada a chave do lado de energia puxaria a chave do lado de l gica que fechada junto com ele Na aquisi o autom tica seguinte de vari veis o CLP verificaria que o valor na tabela de sa da para esse endere o agora 1 ao inv s de o programa o atuaria de acordo com esses dados gerando provavelmente alarmes 5 4 Tipos de vari veis anal gicas As interfaces de E S para vari veis anal gicas lidam com os dados anal gicos de instrumentos tais como sensores de press o sensores de temperatura detectores de gases combust veis e sensores de vaz o de densidade etc O transdutor de press o um exemplo simples que demonstra o princ pio de funcionamento das interfaces anal gicas O est gio transdutor onde se situa o sensor de press o em um transmissor de press o que est situado no campo conectado fisicamente tubula o no ponto onde se que obter a press o reage s mudan as desta vari vel produzindo uma s rie de valores brutos Essas leituras n o s o teis por si s Elas passam atrav s de um conjunto de circuitos destinados a lineariza o do sinal que faz a convers o dos mesmos enquadrando
130. lares na transmiss o de dados digitais Equipamentos como modems s o usados para transmitir dados digitais ao longo das linhas telef nicas 3 5 Modem Modem um circuito eletr nico que possui duas fun es modular e demodular em um nico inv lucro 1 recebe v rios sinais na entrada e faz um tratamento individual para cada sinal 2 depois de tratados envia todos estes sinais de volta um a um Modem Bell 103 Os primeiros dispositivos de eletr nica o tel grafo e o teletipo comunicavam se entre si trocando sinais de pulsos de corrente cont nua atrav s de fios compridos Os computadores e terminais modernos ainda utilizam uma vers o aperfei oada desta t cnica como a definida pela norma RS 232 C Os Automa o de Terminal telefones por outro lado comunicam se passando um sinal anal gico de udio atrav s da linha A intensidade e frequ ncia do sinal dependem do volume do tom da mensagem transmitida A diferen a b sica entre a rede telef nica que ela transporta informa o de voz udio ou alternada e a rede de computadores pode utilizar sinais de corrente cont nua A partir da necessidade de conectar computadores nas linhas telef nicas j existentes levou a AT amp T desenvolver o modem Bell 103 O modem converte os pulsos digitais de liga e desliga que representam os dados em tons anal gicos de liga e desliga para serem transmitidos atrav s de uma linha telef nica normal
131. les anal gicos para a planta de processo s o separados dos alarmes e controles l gicos Por isso a aquisi o de dados de controle atrav s da rede Fieldbus Foundation ou 4 20 mA quando aplic vel dever ser processada por um controlador dedicado a essa fun o denominado Gateway propriet rio e g Delta V se o fornecedor for a Fisher Rosemount instalado no interior do PN 001 e do PN 1410101 e os sinais de controle para shutdown e alarmes dever o ser processados por um CLP tamb m instalado neste painel estando pr ximo um do outro de maneira a interliga los formando assim a base da automa o da planta de processo O processador do Gateway ir receber os dados dos instrumentos de transmiss o de n vel press o temperatura vaz o e enviar essa informa o para a esta o ECOS que ser respons vel pela interface entre o operador e o sistema digital instalado e g Delta V O CP que gerencia a rede Fieldbus Foundation no CP 001 tamb m estar recebendo os dados deste Gateway Atrav s dos valores anal gicos em unidades de engenharia proveniente do instrumento de controle de campo ser poss vel gerar alarmes digitais intermedi rios pelo supervis rio ECOS Estes alarmes precursores de alto H e baixo L ocorrerem antes dos desarmes de muito alto HH e de muito baixo LL O instrumento de campo da rede Fieldbus Foundation envia sinais para o controle e a ECOS gera os alarmes intermedi rios que n
132. lharem a energia faltar ou os componentes falharem individualmente ou em combina o O sistema deve operar de modo a garantir a seguran a da planta O sistemas de intertravamento e seguran a n o ir evitar os desvios perigosos do processo ou os acidentes catastr ficos mas ir reduzir os riscos de tais ocorr ncias a um n vel aceit vel Como h sempre um elemento de riscos envolvido e deve ser definido um n vel aceit vel deve se tratar da probabilidades de ocorr ncia de vari veis aleat rias e indeterminadas e dist rbios externos ao sistema Todos estes fatores contribuem para diminuir a confiabilidade das condi es de opera o Mesmo com o mais completo sistema de intertravamento mais cedo ou mais tarde algum ou todos dos seguintes fatos ir o acontecer 1 o processo estar fora dos limites de seguran a os limites de flamabilidade ser o excedidos ou ocorrer o emiss es t xicas ou decomposi es 2 o equipamento ir falhar o compressor entrar em surge ou o motor da bomba queimar 3 o desempenho do equipamento ir decair o trocador de calor entupir ou a serpentina criar incrusta o 4 as utilidades ser o interrompidas faltar energia el trica ou vapor 5 o controle de processo e o sistema de intertravamento falhar o ou ficar o sem confiabilidade Assim deve se estar seguro que se tudo o mais falhar a planta permanecer no modo de opera o mais seguro ou como ultima
133. m sistema SCADA Este fog o pode ser ajustado para proporcionar o calor na grelha de acordo com a temperatura preestabelecida por tempo tamb m predefinido Atingindo se as condi es ajustadas no controle do fog o a carne est assada O forno ent o passa do est gio de assar para o est gio de manuten o do calor at que voc decida que hora de servir o jantar Nos carros mais modernos existem monitores e controladores no sistema para uma variedade de condi es Ao girar a chave na igni o tem in cio uma rea o em 33 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados cadeia de eventos que d o partida no motor Os sensores enviam milhares de informa es por segundo para monitorar e controlar os sistemas essenciais do carro Existe uma s rie de controladores que recebem informa es a respeito da velocidade do motor temperaturas misturas de ar combust vel n vel de oxig nio na descarga e uma s rie de outras condi es operacionais semelhan a de um sistema SCADA o computador analisa as informa es e em resposta envia comandos que ajustam a maneira em que o motor deve funcionar S o mandadas informa es numa s rie de mensagens de v deo e alarme A sua velocidade aparece no veloc metro Se tiver uma porta entreaberta isto origina um alarme aud vel Quando voc ouve a cigarra voc fecha a porta e o alarme cessa Aparece na Figura 2 outro sistema de controle computadorizado que se as
134. ma Supervis rio e o sistema de aquisi o de dados por ser feita atrav s da rede R Net A rede R Net do tipo barramento com mecanismo de acesso por passagem de bast o token bus e se enquadra no modelo ISO de interconex o de sistemas abertos O meio de transmiss o utilizado um cabo coaxial de 75 ohms semelhante aos usados em sistemas de rede local A transmiss o de dados feita em banda base a uma taxa de 800 kbauds A autoriza o para a transmiss o passada de uma esta o para outra atrav s de uma sequ ncia de pulsos caracter sticos denominados bast o token Ap s transmitir a mensagem a esta o passa o bast o para a esta o seguinte e assim sucessivamente formando um anel l gico 31 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Por ser um sistema de controle distribu do o Sistema Supervis rio naturalmente modular e expans vel permitindo ao usu rio ampla flexibilidade na configura o de suas necessidades atuais e em futuras expans es das seguintes formas 1 expans o da pr pria rede local atrav s da adi o de novas esta es de supervis o ou microcomputadores at o m ximo de n s permitido pela Rede RNET 255 2 liga o opcional dos microcomputadores a uma segunda rede local 1 5 FixDMax Introdu o O FixDmacs Software de Controle e Automa o Industrial Distribu da produto da empresa americana IntellutionO um software que permite ao u
135. mb m cont m outras informa es associadas com a press o de descarga da esta o que via de regra s o chamados de atributos do ponto Estas informa es poderiam incluir Press o de descarga m xima permiss vel N veis de advert ncia Pontos de alarme ajustados N veis de parada A tabela Tab 2 mostra como o sistema de alarme trabalha 3 8 Gerenciador de eventos O gerenciador de eventos acompanha as mudan as que ocorrem em tempo real As mudan as que provocam determinadas a es s o chamadas eventos O gerenciador de eventos inicia a es em rea o aos eventos Ocorrendo um evento uma mensagem de acionamento trigger enviada para um gerenciador de eventos Sistema de Aquisi o de Dados Manipulador de Dados Base de Dados do PCS Dados de Set Points S y W Adminstrador de Eventos M dulo do C lculo Consoles de Opera o JF do Centro de Controle Fig 12 Sistema de Alarme 3 9 Rel gio O tempo um conceito crucial do PCS O rel gio centraliza todas as fun es relacionadas com o tempo no ambiente SCADA Desencadeia a es programadas tais como interroga o de CLPs e RTUs ao longo do oleoduto impress o de relat rios e envio de comandos O rel gio pode ser programado para invocar uma a o programada a digamos gt uma hora especificada por exemplo cada dia s 5 horas gt um intervalo espec fico de 30 em 30 minutos gt um intervalo espec fico depo
136. mentos semelhantes Pequenos detalhes podem afetar o desempenho do operador durante as suas oito ou seis horas de trabalho Por exemplo para uma tela de monitor a resolu o das figuras a altura de sua posi o a ilumina o externa luminosidade e contraste Outros fatores antropom tricos incluem Ambiente f sico 18 Opera o do Processo Como ambiente f sico consideram se a temperatura e umidade ambiente luminosidade ru do e a quantidade de tr fico na sala Arranjo dos instrumentos Princ pios para arrumar os instrumentos no painel para beneficiar e facilitar o operador incluem os seguintes 1 Os instrumentos devem ser agrupados de modo l gico para mostrar suas rela es com o processo 2 Os controladores e esta es manuais de controle e suas indica es associadas devem ser pr ximos entre si o mais pr tico poss vel 3 Grupos semelhantes de instrumentos devem ser arrumados do mesmo modo como ilustrado na Fig 2 3 4 N o devem ser colocados mais do que cinco instrumentos semelhantes em uma linha com espa amento uniforme a n o ser que haja um c digo de cor ou outra diferencia o chocante entre os grupos vizinhos de instrumentos Apresenta o da informa o Em plantas muito grandes e complexas conveniente apresentar a informa o por exce o para tornar a vida do operador mais f cil Informa o que seja rotineiramente apresentada ao operador deve ser limitad
137. militares para fornecer informa o mais detalhada sobre a engenharia de fatores humanos Padroniza o de equipamento Quando se especificam os instrumentos para compra conveniente limitar os tipos de instrumentos e seus fornecedores para padronizar os equipamentos dentro da planta Neste contexto padronizar pode significar as seguintes coisas 1 Quando for tecnicamente razo vel deve se manipular situa es semelhantes em uma planta do mesmo modo Onde apropriado medir as v rias vaz es da planta com o mesmo tipo de instrumento por exemplo placa de orif cio Por m outros fatores como custo disponibilidade comercial desempenho caracter sticas do fluido podem impedir a padroniza o e justificar a compra de instrumentos diferentes 2 Quando for pr tico deve se especificar somente determinada marca de instrumento Ter instrumentos de um nico fabricante oferece as seguintes vantagens a o estoque de pe as reservas fica menor economizando dinheiro e espa o de almoxarifado b Muitos instrumentos s o intercambi veis de modo que a necessidade imediata de substitui o pode ser satisfeita por um instrumento j existente 19 Opera o do Processo c o pessoal de instala o e manuten o trabalha com equipamentos j conhecidos tendo menos necessidade de manuais e fazendo mais rapidamente o trabalho 3 Fun es do operador de processo As tarefas envolvem mais habilidade de co
138. mpo ser poss vel gerar alarmes digitais intermedi rios pelo supervis rio ECOS esses alarmes intermedi rios de HIGH alto e LOW baixo antes de ocorrer o ESD 2 pelo instrumento de campo que por agora pode ser considerado os alarmes de HIGH HIGH e LOW LOW Resumindo o instrumento de campo da rede FIELDBUS envia sinais para o controle e a ECOS gera os alarmes intermedi rios que n o dar o Shut Down e os sinais de Shut Down ser o gerados nos instrumentos tipo switch de campo pressosto termostato ou chaves de n vel Como tanto o DELTA V como o CLP est o no mesmo painel na sala de controle no PN 001 o mesmo utilizar cart es de interface de maneira a disponibilizar estas informa es na ECOS e posteriormente no registrador de eventos Um detalhe na filosofia a ser implementada diz respeito configura o dos controladores que ir o executar as fun es de PID pois como estamos utilizando uma rede de controle anal gica inteligente o m dulo l gico PID de controle deve ser configurado sempre que poss vel em seu respectivo posicionador referente v lvula de controle da malha em funcionamento LCV PCV etc Utilizando a filosofia de pain is locais a rede FIELDBUS estar dispon vel dentro destes pain is com conex es reservas para instala o de terminais de manuten o no campo que pode ser feito por Handheld ou laptop a esse fim dedicado Por se tratar de instala o com barreira de segura
139. munica o ruim entre os operadores controlando o processo em pontos diferentes 6 Aloca o de fun o O enfoque cl ssico para a aloca o de fun o listar as fun es que ser o feitas pela m quina e pelo operador e usar a lista como guia Por m este enfoque requer alguma qualifica o O crit rio para atribuir fun es para o operador a conveni ncia do sistema e n o a efici ncia do operador o que levemente diferente Outros fatores importantes incluem motiva o do operador administra o de falha diagnose de falha desligamento da planta e detec o do mau funcionamento 7 An lise da tarefa A an lise da tarefa a ser feita precede logicamente outros est gios do projeto como a escolha da interface ou o treinamento do operador Para escrever as instru es de opera o da planta recomend vel quebrar a tarefa em uma hierarquia de subtarefas Uma das dificuldades em qualquer an lise de tarefa conhecer quando parar de redescrever a atividade A regra usada parar de redescrever quando o produto da probabilidade p vezes o custo c da falha aceitavelmente baixo Quando uma a o simples ele requer pouco ou nenhum treinamento Uma tarefa complexa requer muito treinamento Este m todo baseado na identifica o do perigo considerando sua magnitude e sua probabilidade A an lise da tarefa quebra a tarefa em opera es que s o feitas de acordo com um plano O plano mais
140. n a intr nseca possibilita a manipula o quer por parte da manuten o ou opera o podendo abrir o painel e efetuar a conex o ou desconex o da fia o da rede FIELDBUS sem a gera o de centelha uma das grandes vantagens deste sistema Caso venha a ser necess rio alguma interven o no controle diretamente no campo dentro do painel basta conectar o laptop no bloco FIELDBUS e ter acesso a rede dedicada a determinado painel e assim mudar a es de controle do PID como A o proporcional integral e derivativa para otimizar no local a estabilidade do processo como tamb m uma reconfigura o da rede local por equipamento de instrumentos por parte da manuten o no referido painel Para uma ampla visualiza o da rede dentro do PN 001 ser instalado o mesmo bloco para visualiza o de toda a rede ou por equipamento dependendo ent o da posi o onde o t cnico de opera o ou manuten o conectar o laptop Como estamos utilizando pain is locais um para cada equipamento a rede FIELDBUS deve ser projetada e instalada para que um instrumento de uma malha n o atue uma v lvula que esta conectada a outra malha Ou seja durante o projeto distribuir as malhas de rede FIELDBUS fechando sempre o Loop de controle nela mesma Instrumenta o DELTA V Este micro conforme j dito anteriormente tem import ncia fundamental e tamb m sera instalado no CP 001 poder ser utilizado tanto para manuten o com
141. na sala de controle ap s a habilita o ter sido efetivada no painel permitir ao campo efetuar as manobras quer sejam para opera o ou manuten o do equipamento solicitado Esta condi o por se tratar de uma condi o anormal de opera o exige um per odo de tempo para se manter nesta condi o portanto o teste ser habilitado xii Automa o de Plataforma por no m ximo 60 min onde por um per odo de tempo cerca de 55 minutos o painel estar com suas sa das de shutdown inibidas indicando no painel local ECOS registros de eventos em que situa o o referido painel se encontra por m n o derrubar a planta de processo Ap s este per odo ou seja nos 5 min restantes dever ser gerado um alarme na ECOS com flashing das l mpadas no painel local indicando que o per odo de tempo est para expirar dando ao operador possibilidade de revalidar a condi o ou n o Caso o operador n o revalide o tempo de teste o CLP entender que n o esta sendo feito nenhuma interven o no mesmo e ap s esses 5 min completando assim o ciclo de uma hora de teste colocar automaticamente o painel na condi o NORMAL onde caso exista algum alarme j em andamento efetuar a l gica de seguran a parando o processo Em caso de parada de processo a causa estar dispon vel para o operador de v rias maneiras para identificar gt Indica o visual do alarme no painel local gt Indica o sonora na pl
142. ncional caro e perde muitas vantagens se a densidade da informa o se torna muito alta 2 o computador oferece facilidades adicionais Fig 3 8 Console de computador de um sistema digital de controle distribu do Sistemas de Alarme Mesmo quando o processo com controle autom tico est nas suas condi es normais a aten o focalizada na monitora o e manipula o das condi es anormais e de falhas fun o do sistema de controle evitar sempre que poss vel o desenvolvimento de condi es que levar o ao desligamento shut down da planta e tamb m executar o desligamento se necess rio A responsabilidade de evitar as condi es de desligamento tamb m do operador O principal aux lio autom tico que ele disp e o sistema de alarme Os sistemas de alarme s o um aspecto do controle de processo extremamente importante mas curiosamente ignorado e frequentemente insatisfat rio B B daa Fig 3 2 9 Monitor de v deo do computador Um sistema de alarme uma caracter stica normal dos sistemas convencionais de controle Se uma vari vel de processo excede os limites especificados ou se um equipamento n o 26 Opera o do Processo est no estado determinado uma alarme assinalado Podem ser usados sinais aud veis e visuais O sinal aud vel dado por uma buzina ou sirene e o sinal visual aparece em um painel especial consistindo de numerosos pequenos pain is de
143. nforme descrito anteriormente n o permitindo assim que pelo campo se coloque o painel em teste sem conhecimento do operador Automa o de Plataforma 10 Instalar um painel de controle com o objetivo de acomodar as esta es ECOS micros para manuten o da rede de PLCs e um micro para manuten o da rede Fieldbus Foundation 11 O micro de manuten o da rede Fieldbus Foundation deve ter as fun es de gerenciamento da rede FIELDBUS e tamb m ser capaz de operar a planta de processo em caso de emerg ncia interagindo com a planta de processo com a mesma capacidade da ECOS gerando relat rios e coletando dados tamb m para ANP comunicando tamb m com os computadores de vaz o Esta facilidade ficar a cargo do Administrator da rede de automa o com LOGIN e SENHA pois esta condi o e uma possibilidade emergencial para operar a planta de processo em caso extremo Pain is Locais O painel local deve ser concebido um para cada equipamento ou vaso ou quando poss vel de um para mais de um equipamento de um mesmo sistema Ele deve ser implantado de modo a facilitar a montagem dos instrumentos de campo o arranjo de cabos a acomoda o de dispositivos para conex o em Fieldbus Foundation a agilidade de manuten o e opera o dos mesmos Os pain is locais devem acomodar na parte frontal todas as sinaleiras dos instrumentos de campo instalados no equipamento ou vaso oriundas de gt presso
144. nhecimento do que de manipula o Elas s o basicamente fun es de tomada de decis o envolvendo displays simb licos O conte do de trabalho f sico muito pequeno O operador do processo parte do sistema de controle As principais fun es do sistema de controle e portanto do operador dependem da natureza do processo pode ser de monitorar as condi es de alarme de um sistema simples at conduzir as opera es sequenciais de um controle de batelada Uma opera o sem erro garante uma produ o m xima aumento de seguran a e uma diminui o de paradas do processo e manuten o dos equipamentos H um consenso de que o operador exerce cinco tarefas principais onde quatro s o cognitivas requerem alguns forma de tomada de decis o As tarefas s o monitorar rastrear interpretar planejar e diagnosticar Monitorar A varredura cont nua de sinais de v rias esp cies e graus de import ncia e em v rios locais da sala de controle e no campo Os engenheiros dos fatores humanos classificam monitorar como uma tarefa de percep o motora requerendo alerta agilidade e imunidade fadiga e ao t dio A monitora o n o envolve tomada de decis o mas mesmo assim esta tarefa a mais fraca em termos de habilidades humanas Muito pode e tem sido feito em termos de painel tela console e esta o de trabalho layout de equipamentos para melhorar o desempenho da monitora o do processo pelo operador
145. no SCADA se forem representadas na tela devem ter seu interior preenchido com a cor branca conforme abaixo lt HV_001 Fig 5 12 Representa o de uma v lvula manual n o do SCADA Quando o operador clica sobre o tag de um ponto anal gico e g press o temperatura vaz o n vel aparece uma tela com as seguintes informa es do ponto Descri o Unidade Alarmes Muito alto HH DT Alto H DT Baixo L Muito baixo LL 7 Fig 5 13 Click sobre um ponto anal gico 7i LSHH 001 Tag Descri o Unidade ELSHH 001 J Ponto de atua o Fig 5 14 Click sobre um ponto bin rio 3 Telemetria 3 1 Introdu o As ind strias de leo gua g s s o caracterizadas por sistemas complexos de distribui o envolvendo a transfer ncia de fluidos ao longo de tubula es que interligam reas de produ o armazenagem e consumo Estes sistemas tamb m incluem v rios itens de equipamento ou planta como esta es de bombeamento compressores tanques de armazenagem cada um com vari veis medidas associadas Estes dispositivos geralmente est o distantes v rios kil metros entre si em reas remotas essencial para a supervis o eficiente e efetiva destes sistemas de distribui o que todos os dados de medi o sejam transmitidos para uma sala de controle central Para se fazer isso necess rio um sistema de telemetria O sistema usualmente consiste de v rias es
146. nt System foi consultado tamb m o produto da Smar denominado FMS Portanto a instala o de um destes equipamentos far parte do escopo e por meio do qual o operador e informado com anteced ncia do envelhecimento de sensores necessidade ou n o de interven o a exemplo da remo o de v lvula de controle de seu local de instala o calibra o remota de instrumentos e a perfeita integra o com a tecnologia FIELDBUS FOUNDATION a ser utilizada nestes projetos j consagrada mundialmente e j utilizada com sucesso em ambiente PETROBRAS 4 Monitora o dos Dutos A proposta em quest o permite a implanta o em prazo adequado aos compromissos assumidos pela PETROBRAS junto ao governo federal de um sistema que viabiliza a monitora o acima reduzindo assim os riscos de acidentes ambientais com a integra o dos sistemas de parada de emerg ncia e de monitora o de vazamentos passando os dois a atuarem de forma conjunta visando a minimiza o do impacto Al m do acima exposto este sistema ir permitir a supervis o remota da integridade destes dutos por meio da integra o deste sistema com o PI Plant Information que um servidor a ser instalado em pr ximo passo no UNSUL Itaja SC cujo qual se trata de um sistema a n vel corporativo a ser implantado ao n vel de E amp P disponibilizando para as ger ncias todos os dados de opera o de integridade dos dutos disponibilidade de equipamentos
147. ntos s o utilizados no c clo Cada c clo chamado de uma aquisi o autom tica de vari veis A aquisi o autom tica de vari veis no CLP cumpre um ciclo completo Come a lendo novas entradas e termina dando sa da aos dados depois da a o pelo programa O processo descrito na seguinte ordem 1 O CLP aceita dados de processo dos dispositivos de detec o entradas tais como sensores de press o e temperatura 2 O CLP processa estes dados crus ou diretos do processo executando o seus programas 3 O CLP envia comandos apropriados sa das a dispositivos de controle e envia tamb m dados a ESC local se existente e ao processador de comunica es local para transmiss o ao computador central 4 O CLP repete tudo de novo O processador l os dados do processo obtidos da instrumenta o da esta o executa a sua programa o e em seguida emite comandos destinados aos dispositivos de campo Alterando se os estados dos equipamentos de campo o fluxo do produto no oleoduto pode tamb m mudar Em conjunto com as mudan as f sicas das opera es mudan a no tipo de produto que est sendo bombeado por exemplo de gasolina para diesel o estado modificado dos equipamentos produz um novo conjunto de valores para as vari veis monitoradas pelo sistema No final de cada aquisi o autom tica de vari veis o CLP envia as mais recentes sa das para a interface de sa da apropriada e recebe as ltimas entrada
148. ntrole que ter a fun o de 1 Fazer manuten o nos PLCs Allen Bradley da planta de processo 2 Restaurar os arquivos do CLP vi Automa o de Plataforma 3 Reconfigurar o programa ladder Neste CP deve ser poss vel efetuar valores for ados no programa ladder simula es de by pass nos instrumentos da planta tendo assim uma excelente ferramenta de pesquisa de defeitos Neste CP ser rodado um programa aplicativo da Allen Bradley denominado Rslogix 5 que ser respons vel pela interface da manuten o com a rede de CLPs permitindo a altera o do diagrama ladder fazer for a de pontos imprimir o diagrama ladder Com o aplicativo supervis rio Rsview32 da Allen Bradley poder tamb m ser gerado um registro de eventos No breaks e Carregadores de Baterias Em caso de falha tens o abaixo ou acima de valores predeterminados ou de falta de energia el trica na plataforma est o sendo considerados dois equipamentos de energia ininterrupt vel no breaks Este equipamento de fonte ininterrup tvel fornecer energia para as duas esta es ECOS para os dois CPs e para impressora por um per odo minimmo de 30 minutos Estes no breaks dever o ser instalados dentro do CP 001e ter baterias seladas para evitar emiss o de gases na sala de controle No caso de P XIV como o container de produ o deixar de ser sala habitada dever o ser instalados dentro deste container dois conjuntos de carregador
149. o densidade estoque dispon vel innage espa o dispon vel ullage valores totais de volume por produto operado do tanque ou esfera Desta tela o operador pode acessar tamb m outras telas mais detalhadas atrav s de bot es tais como diagn stico da telemedi o parada do tanque informa es operacionais gr ficos de tend ncia de cada tanque ou esfera Tela de Gr fico de Tend ncia As cores das vari veis que ser o plotadas nos gr ficos de tend ncia s o as mostradas na Tab 1 que est de conformidade com a norma Petrobras NDT 03 Caso alguma cor n o esteja definida na norma a Petrobras a definir Tab 1 Cores das vari veis de processo Vari vel Cor N vel de liquido Bege Temperatura Amarelo Press o Branco Densidade Verde Vaz o Azul As telas de tend ncia cont m a representa o em forma de gr fico de uma s rie de valores de uma mesma vari vel durante determinado intervalo de tempo As telas de tend ncia apresentam no m nimo quatro vari veis simultaneamente permitindo ajustes nas escalas de tempo valores da vari vel e cores de cada linha Nas telas de tend ncia de tempo real o gr fico passa a ser constru do a partir do momento em que a vari vel selecionada salvando um novo valor a cada segundo Nas telas de tend ncia de tipo hist rico o gr fico passa a ser constru do a partir dos recuperados da vari vel de arquivos de dados hist ricos P
150. o interno exato e efetivo capaz de prever como o sistema ir funcionar Quando os eventos ocorrem eles podem ser comparados com esta previs o para ver se algo errado ocorreu Esta habilidade chamada de modelo da rotina e o operador a usa quando o processo est operando em condi o normal O operador eficiente atualiza continuamente em sua cabe a o estado corrente do sistema e onde o sistema est operando Sem um modelo interno o operador deveria se referir a tabelas e outros dados de suporte requerendo tempo para fixar e absorver estes dados quando avaliando a opera o corrente do sistema 4 3 Representa o espacial do sistema para o operador Al m do modelo mental o operador tem uma representa o espacial do sistema Para diferenciar estes dois tipos de representa o seja um processo onde o operador sabe que o n vel do tanque est caindo Se o operador armazenou um valor ou regra ele mentalmente varre suas regras e escolhe aquela que diz se o n vel da gua est caindo a v lvula de sa da est aberta Para um modelo espacial o operador representaria a tarefa espacialmente como um sistema f sico com locais e movimentos entre locais Para achar a fonte de um problema como este o operador iria mentalmente rodar uma simula o do processo at achar a solu o No exemplo o operador iria imaginar um quadro com a gua saindo do tanque atrav s de uma v lvula de sa da Uma representa o espa
151. o de computador central do sistema ou Host do sistema Al m dos acima citados impressoras e uma unidade de armazenamento de dados por meios ticos o juke box tico est o interligadas na rede O juke box ptico tem a finalidade de armazenar enormes quantidades de dados em arquivo hist ricos que poder o posteriormente ser recuperados para elabora o de relat rios pesquisas de ocorr ncias de determinados fatos As Work Stations n o s o obrigat riamente localizadas fisicamente na mesma sala que os monitores de v deo teclado e mouse que constituem os consoles Podem clicar em uma sala parte sendo interligadas com os v deos teclado e mouse atrav s de uma s rie de cabos 3 2 Software do computador central O elemento chave na opera o ao n vel Computador central o software O software OASYS Open System fornecido pela Valmet Automation a base do software SCADA dos sistemas de controle dos polidutos do DTNEST E uma s rie de programas que trabalham em conjunto para reunir e exibir dados do campo e para controlar bombas e v lvulas 1 N vel do Operador CFE Comunica o de Dados Fig 7 Sistema de Controle de Duto ao n vel do Computador Central 37 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Os componentes de software SCADA incluem gt sistema de aquisi o autom tica scan system de vari veis base de dados m dulo de c lculos gerenciador de eventos rel
152. o para opera o e efetuar 2 fun es b sicas que e a manuten o preditiva e opera o da planta via FIELDBUS Manuten o Preditiva O Gateway DELTA V acima referido disponibilizar a um computador instalado na sala de controle atrav s de um software denominado AMS ou FMS todos os dados poss veis dos instrumentos acoplados rede FIELDBUS indicando poss veis falhas dos instrumentos vida til e etc facilitando assim a manuten o peri dica pr programada Disponibilizar a visualiza o e configura o geral da rede FIELDBUS para reconfigura o assinatura de instrumentos pela rede e etc Opera o da planta Via FIELDBUS O sistema de interface ECOS utilizando software VXL j consagrado por toda a PETROBRAS muito confi vel por utilizar equipamentos de m dio porte de hardware e rodando sobre uma base operacional muito est vel e tamb m consagrada denominada VMS por m em caso de uma falha da interface com a ECOS a rede FIELDBUS mant m a planta funcionando xiv Automa o de Plataforma normalmente nas configura es existentes nos instrumentos e mesmo assim caso seja necess rio alterar qualquer valor nos controladores da planta seja set points press o n vel etc ou altera es no PID como a o proporcional integral ou derivativa os mesmos poder o ser efetuados por este micro Este micro dever ser conectado a uma impressora e gerar relat rios tanto para a manuten
153. o para se manter nesta condi o portanto o teste ser habilitado por no m ximo 60 minutos Depois de um per odo de 55 minutos o painel estar com suas sa das de shutdown inibidas indicando no painel local ECOS registros de eventos em que situa o o referido painel se encontra por m n o derrubar a planta de processo Ap s este per odo ou seja nos 5 minutos restantes dever ser gerado um alarme na ECOS com l mpadas piscando no painel local indicando que o per odo de tempo est para expirar dando ao operador possibilidade de revalidar ou n o a condi o Caso o operador n o revalide o tempo de teste o CLP entender que n o est sendo feita nenhuma interven o no mesmo e ap s esses 5 minutos colocar automaticamente o painel na condi o NORMAL onde caso exista algum alarme Automa o de Plataforma j em andamento efetuar a l gica de seguran a parando o processo Em caso de parada de processo a causa estar dispon vel para o operador de v rias maneiras para identificar gt Indica o visual do alarme no painel local gt Indica o sonora na planta de processo gt Indica o visual na ECOS e sonora no CP 001 painel de controle onde estar o acomodados os micros e ser gerado automaticamente um arquivo para armazenar todo evento gerado na ECOS em disco r gido para an lise posterior gt Indica o de alarme por equipamento no anunciador de alarme RONA
154. oda planta deve ser projetada usando se princ pios de seguran a baseados em praticas de engenharia estabelecidas Procedimentos como Perigo e Operabilidade Hazard and Operability HAZOP An lise de Perigo Hazard Analysis HAZAN e An lise de Arvore de Falha Fault Tree Analysis FTA podem revelar problemas potenciais de seguran a e opera o relacionados com o projeto Depois de projetada instalada e dada a partida start up a planta entra em opera o de regime H v rios sistemas autom ticos associados planta para garantir sua opera o correta e eficiente e a seguran a dos equipamentos envolvidos e dos operadores presentes Pode se perceber quatro n veis distintos de atividade da planta 1 medi o e controle regulat rio do processo 2 alarme do processo 3 desligamento de emerg ncia 4 monitora o e controle do fogo Medi o e Controle do processo Os sistemas de medi o e controle regulam os processamentos e fluxos de materiais e de energia O desempenho din mico correto destes sistemas torna as falhas internas raras Quando acontece uma falha sua ocorr ncia facilmente evidenciada para o operador atrav s das indicadores e registradores Quando o controle autom tico insuficiente de fornecer o resultado desejado por falha da esta o autom tica m sintonia carga diferente do Opera o do Processo processo o operador transfere a opera o de autom tica para
155. odernos desej vel que se mantenha o mesmo ambiente operacional e os mesmos recursos e procedimentos de manuten o nas duas unidades de forma a facilitar a intercambialidade de operadores equipamentos e sobressalentes entre as unidades operacionais 5 3 Equipamentos existentes A situa o atual dos equipamentos das duas plataformas a seguinte 1 A maioria das v lvulas de controle transmissores eletr nicos e chaves de n vel existentes em PMLZ 1 j s o da Fisher amp Rosemount 2 Os CLPs existentes em PMLZ1 e em P XIV s o de fabrica o Rockwell Allen Bradley da fam lia PLC 5 Com este projeto de moderniza o se pretende instalar um sistema que permita atingir aos seguintes objetivos gt Melhorar a sintonia das malhas de processo do processo otimizando a qualidade dos produtos exportados e diminuindo a variabilidade das especifica es gt Aumentar a confiabilidade operacional diminuindo as interven es do operador e os tempos de parada de produ o gt Implantar filosofia de manuten o preditiva manuten o baseada em diagn sticos conseguidos atrav s de monitora o cont nua gt Reduzir tempos de parada para a manuten o programada e corretiva gt Reduzir custos de manuten o corretiva programada e preditiva Automa o de Plataforma gt Ter um sistema modular que seja flex vel e escal vel possa ser aumentado ao longo do tempo gt Aumentar a segu
156. oladores o ganho proporcional ajust vel Em controladores anal gicos comum se usar o termo banda proporcional em lugar de ganho proporcional Banda proporcional o inverso do ganho ou a divis o da entrada pela sa da A banda proporcional expressa em percentagem Um controlador cuja sa da varia de 10 de seu valor inicial quando a entrada varia de 8 do seu valor inicial tem um ganho de 1 25 ou banda proporcional de 80 Se a mesma varia o de entrada de 8 causa uma varia o na sa da de 4 o controlador tem ganho de 0 5 e banda proporcional de 200 O termo ganho se aplica a outros instrumentos diferentes do controlador Uma malha fechada de controle tamb m possui um ganho A v lvula de controle possui um ganho O sinal de entrada da v lvula vem da sa da do controlador Se o sinal de entrada da v lvula varia de 5 para 7 psi aumento de 40 e causa uma varia o de sa da de 100 para 120 m h aumento de 20 ent o o ganho da v lvula de 0 5 ou 10 m h por psi O processo tamb m possui um ganho Se a entrada de vapor para um aquecedor d gua varia de 10 000 para 12 000 kg h causando uma varia o da temperatura d gua de 100 a 200 C o ganho do processo aquecedor 0 010 ou 1 C por 100 kg h Substituindo o controlador bin rio da Se o 4 2 1 por um controlador Opera o do Processo proporcional se a temperatura do leo est um pouco baixa o controlador faz a v lvula de
157. omunica o entre m quinas computadores a International Standard Organization ISO estabeleceu uma estratifica o dos protocolos de comunica o em 7 camadas cada uma delas cumprindo uma determinada fun o na cadeia de comunica o A id ia simplificar o problema isolando funcionalmente as diversas etapas da comunica o de forma a permitir a implementa o destas atrav s de protocolos padr es Nesta estrutura cada camada serve a sua imediatamente acima na estrutura com um determinado elenco de servi os de forma a permitir a desejada integra o funcional do conjunto Esta estrutura ficou conhecida como estrutura OSI ISO Open System Institute International Standard Organization Ela viabilizou tamb m o advento dos chamados sistema abertos uma vez que dois dos principais requisitos para tanto que s o a comunica o que tamb m denominada de conectividade e a interoperabilidade que a capacidade de um programa em um computador interagir com outro em outro computador s o satisfeitos pela a observ ncia a esta estrutura S para ilustra o por n o ser obviamente o objetivo deste m dulo os 7 n veis da estrutura osmso s o Apresenta o Aplica o Se o Transporte Rede Enlace 7 F sico Os protocolos padr es utilizados na comunica o dos sistemas SCADASs s o gt O MODBUS protocolo ao n vel de enlace tipo mestre escravo adotado na comunica o esta o mestre do SCADA com a
158. onitora o da comunica o A tela de monitora o da comunica o cont m a situa o atual e as estat sticas correspondentes s atividades de comunica o dos diversos sistemas VSAT Telefone Radio Moddem Tela de Relat rio Operacional A tela mostra na esta o de opera o o relat rio a ser impresso 2 5 Simbologia Normas aplic veis Os s mbolos dos instrumentos e linhas de processo devem estar de conformidade com as normas ISA S5 1 55 3 ou as normas da Petrobras 69 As seguintes normas Petrobras est o relacionadas Tab 2 Normas da Petrobras NTD 3 Telas do SCADA Padroniza o N 58 S mbolos gr ficos para fluxogramas de processo e engenharia N 898 S mbolos gr ficos e designa es para esquemas el tricos N 901 Identifica o e s mbolos para instrumentos N 4 Uso da cor em instala es terrestres A norma ABNT NBR 6493 Emprego de cores fundamentais para tubula es industriais tamb m deve ser seguida Representa o de equipamentos mec nicos Devem ser adotados os s mbolos constantes dos anexos da norma N 58 S mbolos gr ficos para fluxogramas de processo e engenharia Os diferentes tipos de acionadores devem ser simbolizados de modos distintos ou seja tem se motor el trico motor a combust o interna Os diversos tipos de tanques de armazenamento cil ndrico esf rico e os diferentes tipos de vasos de press o devem s
159. ontrolador ajuste do valor predeterminado do totalizador 16 Opera o do Processo 5 Rastreamento o operador executa uma tarefa de controle para conseguir certas condi es do display que podem variar com o tempo Exemplo o operador atua manualmente na v lvula para encher um tanque A rela o controle e display importante Em uma determinada cultura h um paradigma acerca de determinados movimentos de controle e de indica o na escala Por exemplo pode se ter um paradigma t pico de rela o de controle e display como o mostrado na Fig 2 2 Mesmo que o operador tenha sido treinado a usar o equipamento de determinado modo em alguma situa o principalmente quando sujeito a stress ele pode inverter a rela o esperada A viola o do paradigma pode ter resultados catastr ficos Fig 3 2 Rela o esperada entre controle e display A monitora o detec o de sinal e vigil ncia s o outras reas relacionadas e importantes em que h muita pesquisa Um tema interessante a perda da aten o durante um per odo de observa o ou seja o efeito vigil ncia H uma rela o bem estabelecida entre a frequ ncia de um sinal e a probabilidade de sua detec o a probabilidade de detec o de um sinal raro muito pequena Os problemas de sistemas com homem e computador foram extensivamente estudados incluindo a aloca o de fun o entre o homem e a m quin
160. os atuam sobre os circuitos de controle dos equipamentos tal fun o se aplica tamb m aos CLPs As RTUs mais modernas semelhan a dos CLPs s o dotadas de microprocessadores eletr nicos o que permite que as mesmas implementem certo processamento local dos sinais As RTUs podem operar conjugadas tamb m aos CLPs pois tem uma maior capacidade de implementarem na sua comunica o com o computador central protocolos que permitem maior economia de tr fego de dados implementam por exemplo transmiss o por exce o Os CLPs via de regra s o queixo duro na sua capacidade de comunica o A sa da da RTU nestes casos levada a um CLP que cuida de implementar se for o caso o sequenciamento envolvido no comando A RTU recebe o comando e despacha o para O CLP e depois para um dispositivo de entrada e sa da que controla a bomba que se deve dar partida Os dados que voc v no seu v deo no centro de controle s o captados pelo CLP e ou RTUs em cada est gio antes de serem mandados atrav s do sistema de comunica es para o sistema computador central Existe pelo menos um CLP e eventualmente uma RTU em cada esta o Os CLP s admitem o acoplamento de um LAP TOP com um software adequado para exibir e operar equipamentos do local Dessa maneira voc pode interagir com a equipe local para coordenar a es durante opera es de diagnostico e retifica o de defeitos troubleshooting do oleoduto A comunica o
161. para a opera o da planta inteira Geladeira freezer Usar as defini es para construir uma descri o da geladeira com freezer mostrado na Fig 1 13 como um processo com um sistema de controle a estado discreto Definir as vari veis de entrada vari veis de sa da e sequ ncia de eventos s rie ou paralelo Solu o As vari veis de entrada de estado discreto s o f porta fechada ou aberta 2 temperatura da geladeira alta ou baixa 3 temperatura do freezer alta ou baixa 4 tempo do temporizador de elimina o de gelo dentro ou fora 5 chave de pot ncia ligada ou desligada 6 detector de gelo ligado ou desligado As vari veis de sa da discretas s o 1 luz ligada ou desliga 2 compressor ligado ou desligado 3 temporizador eliminador de gelo iniciado ou n o iniciado 4 aquecedor ou ventilador do eliminador de gelo ligado ou desligado 5 damper da geladeira aberto ou fechado eliminador de detector de gelo temperatu ra do compress om tempo in cio Fig 1 15 Sistema de controle geladeira freezer H um total de 11 vari veis de dois estados Em princ pio h 2 2048 poss veis eventos ou estados Obviamente apenas alguns destes s o necess rios A sequ ncia de eventos a seguinte 1 Sea porta estiver aberta a luz deve acender 2 Se a temperatura da geladeira estiver alta e o eliminador de gelo estiver desligado o compressor ligado e o damper aberto at
162. ples como controlar e interpretar embora dif cil deve ser o objetivo permitindo que o operador d aten o s importantes tarefas de planejar e diagnosticar Por causa de sua habilidade inerente de automatizar certas tarefas o operador experiente desenvolve a habilidade de compartilhar tarefas e processar automaticamente partes das tarefas 4 2 Modelo mental do operador O operador de processo desenvolve naturalmente o modelo mental ou interno do processo e controle do processo Isto um atributo inerentemente mental possu do por toda pessoa normal e particularmente importante para o operador de processo O modelo mental dif cil de explicar em termos de engenharia Por exemplo uma pessoa normal pode visualizar sua casa a disposi o dos m veis da sala onde trabalha de locais visitados no passado caras de pessoas amigas vistas h v rios anos atr s e com pr tica estas cenas podem ser preenchidas com muitos detalhes Trabalhando com um processo e seu sistema de controle na maioria dos dias do ano o operador desenvolve sua imagem interna quase sem esfor o O operador pode projetar esta imagem em sua mente instantaneamente Esta a imagem na qual operador confia A import ncia do modelo mental interno ineg vel em termos de a es e confian a do operador H uma associa o entre o modelo interno e a habilidade do operador prever mudan as e opera es anormais O operador que tem um model
163. plica es que envolvem entradas anal gicas O sinal anal gico proveniente de um transmissor de press o de suc o seria um exemplo de um dispositivo de entrada anal gica de um CLP 5 3 Entradas Sa das Discretas A interface de entrada sa da discreta liga os equipamentos de campo que proporcionam entradas e sa das de tipo ON OFF 1 0 conforme consta da tabela seguinte Tipo de Entrada Tipo de Sa da Chaves Alarmes Botoeiras Partida de motor Sensores Sinais luminosos fotoel tricos de detec o de inc ndios Chaves sensores Solen ides de n vel Contatos de partida de motores Algumas v lvulas Contatos de rel Disjuntores e contactores Se uma chave de entrada permanece fechada durante as opera es a interface de entrada detecta a tens o transmitida pelo circuito fechado pela chave convertendo a para um sinal de n vel l gico para o CLP Um valor 1 de l gica booleana indica ligado ou fechado ao passo que um valor O de l gica indica desligado ou aberto Nas opera es as interfaces de sa da chaveam a tens o de controle suprida que ir energizar ou desenergizar um dispositivo qualquer Estando uma sa da mudando para ON mudando de O para 1 pelo programa de controle a tens o de controle fornecida ligada pelo circuito de interface de forma a ativar o dispositivo de sa da endere ado Esse princ pio pode ser ilustrado por um circuito com um dispositivo ele
164. process la a envia ao sat lite Deste o sinal desce at a esta o central A esta o ap s processar a mensagem a envia ao sat lite 46 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Este por sua vez envia a mensagem at a microesta o VSAT correspondente minimestre endere ada Temos assim dois saltos ao sat lite e um atraso sensivelmente maior A figura 20 abaixo mostra esquematicamente a configura o do duplo salto Neste caso o atraso pode chegar a quase 3 segundos Este retardo na opera o da comunica o dos sistemas SCADAs exige uma adapta o dos mesmos Os sistemas por seguran a implementam urna toler ncia m xima em cada transa o de comunica o em termos de tempo Se esgotado o tempo m ximo fixado e a comunica o n o se fechar o sistema penaliza o canal de comunica o com uma falta e faz uma nova tentativa Se ap s um determinado n mero de tentativas frustradas a comunica o n o se estabelecer o sistema emite um alarme e desativa o canal Este tempo de espera m xima Time Out tem que considerar este retardamento do VSAT Esse atraso pode impacientar o operador mas voc tem que ter em mente que o sistema ir efetuar a comunica o transmitindo por exemplo o seu comando de um modo seguro e o mais rapidamente que ele puder Um outro meio muito utilizado pelas operadoras de oleodutos no exterior para a comunica o dos sistemas SCADASs s o as linhas telef nicas arren
165. pula as vari veis continuas temperatura press o vaz o n vel e an lise Em seu controle o algoritmo b sico usado o bloco PID Proporcional Integral e Derivativo O controle cont nuo uma opera o essencial e matematicamente cont nua Para executar o controle cont nuo mais adequado usar instrumenta o anal gica que naturalmente manipula sinais cont nuos Por m atualmente h uma predomin ncia da instrumenta o digital e por isso para fazer o controle cont nuo em algum lugar da malha de controle ou do controlador h conversores anal gico para digital A D e digital para anal gico D A O controle cont nuo das ind strias de processo realizado por instrumentos pneum ticos e eletr nicos Quando a ind stria pequena e o processo simples usam se instrumentos isolados tipo single loop e stand alone Ainda hoje h plantas controladas por instrumentos pneum ticos por m a tend ncia se usar cada vez instrumentos eletr nicos com tecnologia digital Quando a ind stria grande e o processo complexo o controle feito por sistemas de instrumenta o tipicamente o Sistema Digital Distribu do 3 5 Otimiza o de Controle Genericamente otimiza o a estrat gia que d o melhor resultado obt vel sob um determinado conjunto de condi es Matematicamente otimiza o a tarefa de achar um grande pico em um espa o multidimensional Para o engenheiro pr tico otimiza
166. que podem ser pesadas a ES Fig 15 Gerenciador de Comandos Dessa maneira o gerenciador de comandos verifica o comando PARNDA DE BOMBA Somente se todas as condi es de habilita o da partida est o presentes pode o comando ser validado Uma vez validado o comando este enviado para o pr ximo componente do sistema o processador de comunica es Front End Processor O Gerenciador de Comandos implementado tamb m no CMX 4 Comunica es 4 1 Introdu o Ao passar do seu console de opera o para os instrumentos de campo que voc est monitorando e controlando voc fica inteiramente dependente no sistema de comunica es Nessa se o do m dulo voc poder aprender de que maneira o PCS utiliza uma combina o de links de comunica es dedicados linhas telef nicas e hardware especializado para o transporte de informa es de lugares remotos para o centro de controle e para transmitir seus comandos para a esta o e os equipamentos que voc est controlando A arquitetura adotada nos Sistemas SCADA pode variar levando a diferentes esquemas de comunica o Nos SCADA dos polidutos do Terminal foram adotados dois esquemas distintos a saber 1 Para os casos do OPASC e ORSUB a Esta o Mestre n o est diretamente interagindo com os CLP s nas minimestres e secund rias para aquisi o de dados e transmiss o de comandos Isto est sendo feito atrav s das Work Station
167. r futuramente instalado no UNSUL Itaja SC Este sistema corporativo pode disponibilizar para as ger ncias todos os dados de opera o de integridade dos dutos e disponibilidade de equipamentos A arquitetura b sica para monitora o de dutos consiste de dois CLPs cada um instalado em cada extremidade do duto recebendo informa es de vaz o volum trica instant nea press o est tica temperatura e densidade do fluido escoado em forma de sinal anal gico 4 a 20 mA ou protocolo digital e g Hart ou Fieldbus Foundation Os dois sistemas das extremidades do duto s o interligados via r dio modem ou rede Internet TCP IP Os CLPs v o rodar o programa de l gica ladder para executar os alarmes de desvio das medi es e de desligamento de emerg ncia Para o operador visualizar e monitorar estes dados ser usado o supervis rio ECOS Haver esta es de trabalho em cada uma das duas plataformas e em cada uma das salas de controle de recebimento UGN para PMLZ 1 e NT ARACAJU para P XIV Nas esta es de opera o v o estar dispon veis sempre os seguintes dados Vaz es instant neas totalizadas e compensadas de leo e gas Press es temperaturas e densidades dos fluidos nos dutos O supervis rio programado para fornecer as informa es de alarme e intertravamento de gt PSLL desarme de press o muito baixa gt PSL alarme de press o baixa gt PSH alarme de press o alta gt PSH
168. r sempre vis vel com os bot es de fun o e janelas funcionais do sistema SCADA como por exemplo impress o de telas sumario de eventos e alarmes relat rios log on e log off dos operadores arquitetura do sistema rede de comunica o dos CLPs tela dos meios de comunica o estados dos computadores principal e reserva stand by 00 lv O ON INS 66 Menu Principal rea Geral Telas Operacionais Telas Operacionais Principais Auxiliares Informa o gua Pot vel Combate a Ar Comprimido Inc ndio Alinhamento Operacional Energia El trica Tancagem Instrumentos ou Equipamentos Plataforma Alinhamento Vapor d gua Operacional Esta o de Medi o Linha Tronco Prote o Cat dica Telas do Sistema Quadro City Gates Operacional Arquitetura da Menu de Esta o de Comunica o Supervis o e Controle Rede de CLPs Fig 5 8 Principais telas do sistema 67 acompanhamento na utiliza o da Telas B sicas bomba e para futura disponibilidade O programa aplicativo de supervis o para manuten o O rearme reset e g Oasys ou Fix D Max deve do hor metro s pode ser realizado apresentar um conjunto m nimo de telas por operador com senha apropriada para permitir a monitora o e comando 3 A condi o de bomba em das opera es previstas oferecendo manuten o n o permite efetuar o seguran a rapidez e v rias formas de comando de ligar a
169. ran a operacional do sistema gt Tornar mais precisos e exatos confi veis os dados de cabe a dos po os Estes objetivos s o alcan ados somente atrav s da implanta o de t cnicas modernas de gerenciamento que s o comercialmente dispon veis no mercado Estas ferramentas cl ssicas e g AMS Asset Management System da Fisher Rosemount grupo Emerson permitem ao operador de processo obter a informa o em tempo real do status de sensores e atuadores que s o os equipamentos menos confi veis e sujeitos aos maiores desvios de opera o A implementa o de instrumenta o inteligente de campo tamb m essencial pois atrav s dela se pode fazer a calibra o e altera o dos par metros dos instrumentos de modo remoto A tecnologia de Fieldbus Foundation deve ser usada nestes sistemas pois permite a integra o f cil de todo sistema e uma tecnologia j consagrada mundialmente e j utilizada com sucesso em outros ambientes da Petrobr s 5 4 Monitora o de dutos Por exig ncias legais e de normas de meio ambiente mandat rio a implementa o de um sistema para monitorar os dutos que ligam as plataformas terra para detectar facilmente vazamentos reduzir os riscos de acidentes ambientais e ser integrado com os sistemas de parada de emerg ncia O sistema de monitora o da integridade dos dutos ser interligado ao sistema PI Plant Information que um programa aplicativo a se
170. ransmitirem as informa es segundo o princ pio acima as esta es tamb m transmitem integralmente a todas as suas base de dados ou seja todas as vari veis que s o por elas aquisitadas automaticamente ou que t m entradas manuais pelos seus operadores a cada 5 minutos tipicamente Esta transmiss o chamada transmiss o por integridade e tem por finalidade garantir uma real atualiza o da base de dados da mestre Com isto se assegura tamb m que nenhuma mudan a foi esquecida Por exemplo considere o que aconteceria se uma press o de descarga mudasse para um n vel perigosamente alto e por algum motivo a mudan a omitida pelo sistema tendo esta nova press o se estabilizado esta n o ser transmitida O sistema n o reconheceria necessariamente o valor errado uma vez que projetado para informar mudan as de situa o Para fazer face a esse problema quando a transmiss o integral de dados enviada para o computador central os dados s o comparados com os seus valores anteriores existentes na base de dados da esta o central deslanchando o sistema um alarme para qualquer diferen a detectada Dessa maneira o maior per odo em que pode persistir uma situa o de perigo 5 minutos Nos SCADAS padr o tamb m fazer se a verifica o da sa de do sistema de comunica es e das esta es ao longo do duto atrav s de uma t cnica onde a mestre de minuto a minuto envia um sinal designado de he
171. real e a sa da resultante representa o erro de controle a quantidade pela qual o valor real da vari vel controlada se desvia do valor ideal Este erro o que o controlador tenta eliminar ou pelo menos minimizar Ponto de ajuste Controlador Dist rbio N Elementos de controle finalde Ro Vari vel Vari vel manipulad controlada Fig 1 13 Malha aberta de controle gen rica A unidade somadora na maioria dos casos est dentro do controlador e na minoria est separada Os elementos de medi o que podem ser separados ou combinados s o chamados de elementos de realimenta o negativa feedback por que eles alimentam a informa o do estado da Opera o do Processo vari vel controlada de volta para o somador de modo que haja a o corretiva A maioria das malhas de controle na ind stria do tipo de malha fechada Outro tipo de malha sem realimenta o o de malha aberta Este arranjo conhecido como controle de malha aberta mostrado de forma gen rica na Fig 1 11 O exemplo t pico de controle de malha aberta o controle manual Um operador de processo pode encher um tanque manter constante uma temperatura ou manter uma vaz o atrav s do controle manual Ele tem sempre que se manter alerta lendo a informa o acerca do n vel temperatura ou vaz o em algum instrumento de indica o pr ximo Ainda poss vel se ter controle de malha fechada sem a realimenta o negativa m
172. ressora e permite reconhecimento Controle Bath Blocos da Base de Dados que permite a cria o de algoritmos de controle de processos em batelada bloco de programa 32 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Escalonador de Tarefas Os blocos de Programa podem ser configurados para executar programas ou tarefas escritas pelo usu rio em hor rios e per odos predefinidos Tamb m podem ser acionados por eventos do processo Key Makro Programa o de teclas para execu o de tarefas ou processos em batelada Geralmente usada para navega o Mensagens Compara valores de blocos um arquivo texto com frases referenciais aos valores A frase enviada para o operador em um bloco de texto configurado na tela WO Driver Driver de Comunica o respons vel pela comunica o com os equipamentos de campo CLP UIC MS e FCU Este adquirido separadamente SCU P2203L File Configure Fig Configura o do FixDMax S ao A 3 LE pa eldo Operador N vel de Comunicag po Front End ii Sistemre Comunica o 7 amp Interface Homem M Fig 1 Sistema de Controle do Poliduto 2 Equipamentos do SCADA Os sistemas de Controle de Supervis o e Aquisi o de Dados SCADA de um tipo ou outro est o em toda parte na vida moderna At o forno no fog o novo que equipado com sensor para sondar a carne que est sendo assada pode ser realmente considerado como u
173. rigido A falha ocorre somente quando o software embutido usado em um ambiente diferente daquele para o qual ele projetado Depois que um software testado e carregado no hardware o software tem uma alt ssima confiabilidade O software aplicativo por m depende muito da experi ncia do projetista documenta o de auditoria desenvolvimento do sistema e procedimentos de teste 3 3 Alarme do Processo Uma das aplica es mais comuns no controle de processo a implementa o de circuitos simples de alarme O sistema de alarme bin rio pois o interesse apenas se a vari vel est abaixo ou acima de determinado valor preestabelecido Em processo de manufatura industrial h muitas aplica es com vari veis acima e abaixo da vari vel controlada que devem ser monitoradas Um sistema pode operar sem malha de controle de press o mas se a press o exceder determinado limite predeterminado pode se gerar um alarme e prover uma atua o corretiva para manter o sistema seguro ou dentro de limites de controle As a es mais f ceis de implementar s o as de ligar e desligar Neste sentido o alarme similar ao controle liga desliga ou de duas posi es Os sistemas de alarme vivem no mundo digital Eles sofrem do engano pelos projetistas que como eles s o relativamente simples e n o requerem qualquer teoria de controle ent o eles n o precisam de nenhuma base para ser especificados ou projetados De f
174. rm metros medidores de n vel e temperatura de tanques Os chamados dispositivos s o as m quinas que impactam fisicamente sobre o fluxo dos l quidos pelo oleoduto sendo os principais as unidades de bomba e as v lvulas Quando voc usa as informa es recebidas dos instrumentos para tomar decis es a respeito da modifica o do fluxo pelo oleoduto realiza essas modifica es mudando a situa o dos dispositivos ligando ou desligando bombas ou abrindo fechando ou estrangulando v lvulas Constam dos m dulos Medi es e Armazenamento e Sistema de controle e instrumenta o mais informa es sobre a instrumenta o das esta es da bomba 6 Conclus o Bem tendo chegado at este ponto voc teve a oportunidade de conhecer todas as partes integrantes e o mundo de opera o de um sistema SCADA ou PCS SCADA Come ou com voc o operador do centro de controle Existem numerosos processadores monitores controladores e dispositivos no meio do sistema O software e os programas nos controladores processadores e computadores s o projetados para cumprir seus pedidos e comandos No final da hierarquia do PCS os dispositivos que voc est controlando s o todos monitorados por instrumentos que informam a situa o do sistema para voc no seu console de opera o Quando voc passa a conhecer e compreender a forma como funcionam todos os componentes alinhados para implementar os seus controles voc poder
175. rocesso o sistema deve se desligar rapidamente para proteger o pessoal a planta e o processo e o operador deve ter informa o suficiente para tomar uma decis o inteligente acerca do que fazer imediatamente Projeto do sistema extremamente importante projetar o sistema de seguran a com os alarmes associados para proteger pessoal e equipamentos da planta de processo Este sistema deve funcionar de modo que as condi es de permiss o existam antes da partida e a opera o global permane a segura quando aparecerem condi es anormais e perigosas Al m disso o sistemas de alarme e de seguran a deve servir para minimizar os erros de opera o do pessoal em situa es de emerg ncia Um sistema de intertravamento consiste de entradas chaves liga desliga botoeiras chaves limite chaves do processo e outros contatos externos e sa das motores bobinas de solen ides que est o relacionadas e interligadas para desempenhar uma fun o definida tal como ligamento ou desligamento de um equipamento atrav s de uma sequ ncia l gica de eventos como os determinados por certos dispositivos tais como arranjos de contatos de rel s em s rie paralelo ou combina o de ambos ou programa de microcomputador O objetivo do sistema de intertravamento o de autom tica ou manualmente causar um conjunto previs vel de opera es quando os limites do processo forem excedidos os equipamentos mec nicos e el tricos fa
176. rolador faz o mesmo que o controlador proporcional mas ele tem uma caracter stica a mais Assumir que a temperatura do leo esteja baixa A sa da do modo proporcional pede um aumento da vaz o do vapor que deve subir e levar a temperatura para o ponto de ajuste Se a temperatura permanece baixa o modo integral gradualmente se soma sa da e a v lvula abre um pouco mais Enquanto o erro permanecer o modo integral se mant m somado sa da a v lvula se mant m abrindo e a temperatura finalmente atinge o ponto de ajuste O erro de controle agora zero de modo que o controlador est satisfeito a sa da permanece constante e a vaz o de vapor se mant m constante at que a temperatura do leo seja perturbada de novo Assim o sistema de controle ainda responde ao desvio do ponto de ajuste A a o adicional do modo integral refor a a a o do modo proporcional em qualquer dire o subindo ou descendo Por causa da a o integral este controlador n o possui desvio permanente de controle Em qualquer nova carga est vel o controlador retorna a vari vel controlada para seu ponto de ajuste diferente do controle liga desliga ou do controle proporcional Controle Proporcional mais Integral mais Derivativo O controle proporcional mais integral tamb m conhecido como controle de tr s modos ou controle PID O modo derivativo tamb m chamado de controle de varia o rate control Um controlador PID modula
177. ros e operadores do processo os alarmes de falhas de seguran a referentes a mudan as de estado do Processo e a falhas sistema de aquisi o de dados e dos perif ricos A impressora fornece relat rios de alarmes e de eventos operacionais Autoriza o de Acesso O sistema permite o acesso aos dados e comandos apenas a operadores autorizados A identifica o dos operadores autorizados feita atrav s de senha ou palavra chave password Aquisi o de Dados O sistema de aquisi o de dados recebe os status das vari veis supervisionadas em linha on line do sistema de aquisi o de dados Os eventos s o registrados em um banco de dados armazenado na mem ria de massa e posteriormente estes dados podem ser usados em outros aplicativos como o MS Excell O programa tamb m permite a visualiza o de gr ficos de 1 tend ncia real 2 tend ncia hist rica Opera es Solicitadas pelo Operador As opera es solicitadas pelo operador permitem 1 atuar em equipamentos espec ficos como bombas solen ides e v lvulas manuais 2 alinhar transfer ncia de materiais 3 executar programas de diagn stico do equipamento Fun es de Suporte As fun es de suporte s o transparentes ao operador e incluem as tarefas de 1 comunica o entre o microcomputador e o sistema de aquisi o de dados 2 gerenciamento dos bancos de dados do microcomputador A comunica o de dados entre o Siste
178. s din micas que representam o processo que via de regra s o aquisitadas autornaticamente de um extenso conjunto de instrumentos sensores no campo bem como de chaves el tricas nos equipamentos que traduzam o estado destes Esta Base de Dados constantemente atualizada por um m dulo do SCADA a seguir descrito chamado de sistema de aquisi o autom tica de dados SAAD No software OASYS a B D R e o SAAD ficam situados num m dulo chamado de CMX Control and Manager Executor A BDTR cont m tamb m os atributos de todas as vari veis de tempo real n veis de alarmes para estas vari veis unidade de engenharia destas etc al m das vari veis calculadas a partir das prim rias por exemplo volume de tanque a partir de n vel A BDH cont m todos os valores que devam ser guardados para por exemplo a elabora o de um relat rio a gera o de um gr fico de tend ncia que possibilite a visualiza o da evolu o de uma dada vari vel no tempo etc No OASYS esta BDH fica situada num m dulo designado de XIS Extended Information System O XIS foi implementado a partir de uma Base de Dados Relacional chamada SYBASE o que permite f cil acesso e obten o de dados da mesma Atrav s de comandos 39 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados numa linguagem chamada SQL Structured din micas que mudam continuamente Query Language Constam da tabela seguinte alguns A disposi o hier rquica da
179. s o e comando das instala es e do processo malha de controle estocagem alinhamento operacional city gates prote o cat dica do duto gr ficos de tend ncias Telas informativas voltadas para a passagem de informa es como programa o operacional relat rios procedimentos operacionais informa es dos pontos anal gicos informa es da estocagem Telas para introdu o de dados via teclado ou mouse para o sistema supervis rio como dados de an lise do laborat rio sistema de manuten o medi o de g s Telas de suporte da supervis o controle e gerenciamento do sistema permitindo a visualiza o da arquitetura e configura o atual do sistema supervis rio sumario da comunica o do sistema visualiza o da configura o dos CLPs telas para configura o da base de dados que possibilitem a inclus o ou retirada de pontos em manuten o ou ainda a altera o dos par metros destes pontos telas de diagn sticos do sistema Telas de supervis o de sistema como computador de vaz o FQI an lise de cromat grafo telas de diagn sticos de equipamentos de campo esta o de medi o de vaz o sistema de telemedi o sistema de telecomandos de v lvulas N o s o aceitas atua es de equipamentos ou sub sistemas com uma 64 nica interven o na tela ou seja todo comando do operador para atuar equipamentos deve ter uma confirma o ou cancelamento da a o Por e
180. s podendo utilizar sensores de ultravioleta sensores termovelocim tricos sensores de fuma a sensores de G s Metano sensores de G s H2S conforme as necessidades do estudo de cada plataforma lembrando que devem sr efetuada por vota o de 2 sensores por zona para ocasionar o ESD 3 e apenas um sensor alarme em toda a plataforma indicando no supervis rio o local do sinistro e ativar automaticamente as bombas de inc ndio Todos os alarme de falha devem ser encaminhados a ECOS 6 Estudo de caso Automa o da UN SUL 1 Introdu o Esta filosofia de automa o se aplica s plataformas de Petrobras P XIV e Merluza PMLZ 1 localizadas no sul do Brasil A automa o visa 1 Adequa o s exig ncias da ANP viii Automa o de Plataforma 2 Monitora o de dutos entre plataformas e UGN 3 Automa o do processo da planta Para o in cio deste trabalho foi solicitada uma melhoria significativa na qualidade de automa o da planta de processo da P XIV adquirida pela Petrobr s da Schulumberger bem como de PMLZ 1 visando otimizar a confiabilidade como um todo dando nfase qualidade de precis o para os separadores de teste dos po os produtores dados de cabe a de po o e informa o dos sinais de controle por esta processada Em segundo momento foi solicitado que para efetuar a automa o fosse poss vel existir um padr o para a opera o e manuten o Verificar a possibilida
181. s da interface de entrada apropriada Os dados s o transmitidos entre o CLP e o subsistema de entrada e sa da com velocidades muito altas mediante cabos tipo par tran ado coaxiais ou de fibras pticas No final de cada aquisi o autom tica de vari veis o CLP envia um pulso que indica estar operando corretamente o sistema Havendo uma falha do sistema o pulso enviado e um rel de falha ativado Exemplo de Partida de Bomba O comando Partida de Bomba percorreu todo um caminho pelo meio de comunica es de dados do computador central para a esta o onde esta bomba se encontra O CLP nesta esta o recebe o comando e atua atrav s de sua sa da correspondente bomba a comandar Na implementa o do comando o CLP executa a sequ ncia a seguir descrita Inicia a fun o de aquisi o autom tica de vari veis O sistema operacional observa cada uma das interfaces de entrada e transcreve a situa o de cada interface para a rea apropriada da tabela de entradas Os dados provenientes da esta o mestre computador central ou Host inclusive o comando de Partida de Bomba s o tamb m lidos e colocados na posi o correta da mem ria Dar partida numa bomba acarreta muito mais do que simplesmente colocar a chave de comando da bomba em on ligado Pode haver necessidade de se abrir e fechar v lvulas Talvez haja a necessidade de colocar em linha instrumentos e de realizar verifica es de seguran a
182. s de seu desempenho ou quando o conhecimento chega tarde 6 processo b sico dif cil de visualizar e g rea es qu micas ou contradiz hip teses de bom senso ou muito complicado para ser mantido na mente de uma vez Um aspecto da habilidade do controle de processo muito investigado a amostragem da informa o Deve haver uma taxa m nima de amostragem desde que seja usada uma largura de faixa do sistema modificado pela toler ncia do erro teorema de Shannon Wiener Mas muitos fatores tendem a aumentar a taxa de amostragem O comportamento da amostragem depende da incerteza do operador do seu aumento com o tempo e do custo da amostragem Ele n o pode ser separado do problema de controle que resulta em quest es da precis o requerida do controle da penalidade do erro do entendimento do operador do sistema da natureza e previsibilidade dos dist rbios e os atrasos do processo Cinco fatores foram identificados como governando a taxa de amostragem 1 banda de passagem 2 ru do 3 toler ncia 4 previsibilidade 5 calibra o do controle A banda de passagem uma fun o da m xima taxa poss vel de varia o do sinal O ru do faz o sinal excursionar at pr ximo aos limites da toler ncia Os limites de toler ncia dependem da import ncia da vari vel sua poss vel taxa de varia o e o ru do do sinal A previsibilidade do sinal permite a extrapola o e reduz a necessidade de amostragem
183. s locais com o software OASYS com o computador central da Esta o Mestre se comunicando com o software OASYS nas Work Stations das Minimestres e Secund rias atrav s de um aplicativo do OASY Schamado RCC 2 No caso do OSBRA a Esta o Mestre interage diretamente com os CLP s das Esta es Minimestres e Secund rias ao longo do duto para aquisi o de dados e transmiss o de comandos 3 Isto basicamente feito atrav s de processadores de comunica o situados nas diversas esta es do sistema No centro de controle se situa o chamado HCP Host Communication Processor e nas outras esta es o RCP Remote Communication Processor Estes m dulos convertem e preparam as 44 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados mensagens para serem transmitidas pelo sistema VSAT Usando o protocolo por transmiss o por pacotes chamado X 25 4 O HCP e RCP s o na realidade processadores de comunica o do tipo Front End Na arquitetura do OPASC e ORSUB os servidores de terminais ZYPLEX desempenham parcialmente as fun es de um processador de comunica es Permitem a conex o de uma Work Station na rede local a uma deteminado linha de comunica o abrindo assim um canal f sico de comunica o O hardware e o software a n vel de computador central do PCS dependem da tecnologia de comunica es por sat lite VSAT Very Small Aperture Terminal que est sendo adotado para suporte dos sistemas SCADAS do DE
184. s ou linhas os consoles de opera o s o individuais para o controle de cada um dos oleodutos Mas se necess rio qualquer console de opera o pode servir ao controle de uma todos os oleodutos nesse centro de controle Cada console de opera o compreende uma esta o de trabalho ligada a 3 ou 4 monitores um teclado e um mouse Os monitores de v deo exibem as informa es do sistema e o estado do processo utilizando a tecnologia de interface gr fica para o usu rio GUI Graphic User Interface Os comandos s o emitidos utilizando se o mouse para apontar para os pontos ou reas espec ficas das telas operacionais suportadas pela GUI O mouse um dispositivo que permite o acesso r pido e comando de deslocamento do cursor na tela e que geralmente tem a forma de uma flecha Deslocando se o cursor atrav s do mouse at a um ponto ou rea de comando na tela atrav s do acionamento de um dos bot es na sua parte frontal poss vel a emiss o do comando correspondente Os manuais se referem a estes bot es do mouse como internos e externos para sele o de comandos e para tornar medidas na tela Por conven o o bot o interno do mouse refere se ao bot o mais perto do polegar Portanto o bot o externo aquele que mais distante do polegar O bot o do meio do mouse raramente usado Explicamos num m dulo posterior os detalhes espec ficos das opera es do mouse Fig 3 PCS a n vel de Operador
185. s outras esta es ao longo do duto gt O protocolo implementado pelo pacote RCC do software OASYS da V ALMET tamb m utilizado na DOLEO N gt 48 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados comunica o da esta o mestre com as outras ao longo do duto transmitindo as informa es segundo o princ pio de transmiss o por exce o ou seja a transmiss o s ocorre se o valor a transmitir apresentar nos referimos ao caso de vari veis anal gicas como os valores de press o vaz o temperatura etc uma varia o sobre o ltimo valor informado acima de um determinado valor pr ajustado chamado de banda morta Este princ pio de transmiss o leva a uma expressiva economia do tr fego pelo meio de comunica o Para o caso de vari veis de estado como alarmes e estado de equipamentos como bomba ligada desligada v lvula aberta fechada em tr nsito etc a transmiss o s ocorre se o estado tiver mudado em rela o ltima transmiss o feita gt O protocolo de comunica o utilizado pelo aplicativo BJSCAN do software REALFLEX que utilizado semelhan a do RCC do OASYS na comunica o entre amestre e as minimestres tamb m operam segundo o princ pio de transmiss o por exce o gt Os protocolos TCP IP Transmission Control Protoco1 Internet Protocol que cobre todos 7 n veis do modelo OSI I50 utilizado internamente no sistema OASYS redes locais que constituem as esta es
186. s pr determinados Esses ciclos de aquisi o autom tica de vari veis tem valores limites padr es defaults preestabelecidos Para o caso do sistema da Interprovincial Pipeline do Canad estes tempos est o abaixo indicados Esta o Ciclo de linhas Aquisi o autom tica de vari veis Edmonton 15 linhas 1 2 3 segundos e13 Superior 10 linhas 5 e 6 segundos Superior 5 segundos linha 5 pulo duplo de sat lite Sarnia 8 segundos linhas 7 8 9 10 11 e 14 A linha 5 tem comunica es tanto terrestres como de sat lite O sistema de aquisi o autom tica de vari veis por varredura scanning pode tamb m ser configurado para fazer a interroga o de uma esta o em particular a intervalos especificados de cinco em cinco minutos por exemplo Os dados de campo compreendem todas as informa es reunidas dos equipamentos e da instrumenta o de campo Incluem informa es tais como press es pontos de ajuste de controladores de press o e vaz o estados nas instala es leituras de transmissores de vaz o etc 38 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados Em cada local do campo a RTU ou o CLP re ne os dados em pacotes Os pacotes s o ent o enviados atrav s dos sistemas de comunica es para o computador central O sistema de aquisi o autom tica de vari veis l os dados que entram nos dispositivos de campo e passa estas informa es para um
187. segura cont nua do sistema de oleoduto O Computador central as RTUs e o CLP s o todos programados de modo a implementar medidas de prote o caso percam contato com os outros componentes do sistema No caso de perda de qualquer um dos canais de comunica es entre o Computador central a RTU e o CLP um dos outros elementos pode garantir que a esta o continuar a funcionar com seguran a Em fun o do elevado requisito de disponibilidade do sistema este dotado de uma arquitetura redundante que permite que um m dulo tenha suas fun es transferidas para uma outra reserva nos sistemas do DETRAN um m dulo fica na condi o de reserva quente 54 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados do titular com um m nimo de impacto sobre a opera o do sistema Ciclo de aquisi o autom tica de dados O prop sito principal do CLP ler as entradas e atuar sobre as suas sa das no processamento de seu programa Para realizar esse prop sito as entradas s o lidas da instrumenta o de campo em seguida s o armazenadas em locais espec ficos da mem ria Os programas manipulam os dados Um vez que os programas acabem de manipular os dados os dados manipulados s o enviados para dispositivos de campo e para o n vel superior do sistema que como visto pode ser a ESC local o computador central Host ou uma RTU A opera o do CLP depende de tr s elementos mem ria programa o e energia Esses eleme
188. semelha em princ pio a um sistema SCADA o piloto autom tico Se por exemplo o piloto humano pr ajusta o piloto autom tico para v o horizontal a 3000 metros de altitude num azimute de 180 graus vai diretamente para o sul o piloto autom tico manteria o n vel de v o e o azimute Se estiver soprando um vento forte do leste e nada se fizer a respeito o vento desviaria o avi o afastando o do curso O piloto autom tico recebe contudo sinais de sensores atrav s do sistema de controle do avi o O piloto autom tico analisa as informa es e corrige qualquer desvio do curso atual Exibem se mudan as para o piloto que monitora e controla o v o do avi o Enquanto o piloto autom tico est efetuando mudan as e corre es o piloto pode retomar o controle do avi o passando por cima das a es do piloto autom tico a qualquer momento A semelhan a dos componentes computadorizados do piloto autom tico o SCADA re ne dados e proporciona o controle remoto dos equipamentos relacionados aos dados aquisitados O SCADA ou PCS do ingl s Pipeline Control System quando aplicado a um oleoduto um conjunto de computadores perifericos destes e alguns dispositivos especiais programas terminais de v deo e equipamentos de comunica es O PCS permite operar o oleoduto a partir do centro de controle monitorando e controlando unidades de bomba unidades de variadores de fregii ncia para controle da rota o de bomb
189. siderada quando existir alarmes cr ticos que necessitem de interven o imediata do operador de modo que basta o reconhecimento do alarme pelo operador ou um click em um cone espec fico para que a tela correspondente do alarme seja automaticamente mostrada no monitor Mecanismos de navega o Os mecanismos b sicos de navega o s o os seguintes 1 H bot es de navega o que aparecem sempre em locais ou campos predeterminados da tela facilitando sua localiza o e aplica o R gua de bot es localizada na parte inferior do monitor onde o operador pode selecionar o sistema que deseja visualizar ou atuar Planta geral da rea onde o operador pode abrir telas que mostrem os sistemas desejados apenas clicando sobre o ponto em 65 quest o atrav s de um campo sens vel 4 Quando um sistema tiver mais de uma tela a configura o deve permitir o desencadeamento das diversas telas podendo avan ar ou retornar as diversas telas com facilidade atrav s de cones 5 Tela do Menu Principal que permite acessar qualquer sistema a partir dos bot es da tela 2 4 Defini es das telas Lay out b sico As telas do sistema SCADA devem ser constru das basicamente com o seguinte lay out Fig 5 7 Lay out b sico da tela do monitor Regi o 1 local onde s o apresentados o logotipo da Petrobras o nome da tela data hora o nome do usu rio que est logado no sistema condi es
190. sitivos de campo sensores e v lvulas simplex n o redundantes A legisla o exige que empregadores determinem e documentem que o equipamento do sistema de seguran a seja conveniente para determinada aplica o e que a opera o segura seja garantida Normas para dispositivos el tricos eletr nicos e de controle program vel ISA SP84 e IEC 65 estabelecem n veis de risco e fornecem n meros de desempenho requeridos para sistemas de seguran a Estudos mostram que o gargalo do sistema ou o elo mais fraco da cadeia ou ainda a menor confiabilidade do sistema est nos sensores e nos elementos finais de atua o v lvulas solen ides motores Por isso s vezes mais importante focalizar os dispositivos de campo do que os componentes do sistema de seguran a Software A confiabilidade dos sistemas envolvendo CP e CLP depende tamb m da confiabilidade do programa associado E ainda n o h meios de avaliar a confiabilidade de programa de computador H dois tipos de software 1 software embutido que consiste do sistema operacional e de fun es de sistema como programa o de tarefas comunica o entre tarefas e manipula o de interrup es 2 software de aplica o que executa as fun es l gicas espec ficas de acordo com as exig ncias do usu rio Diferente do hardware a principal fonte de falha em software erro de projeto Assim que um defeito de software corrigido ele permanece cor
191. statos gt chaves de n vel gt termostatos que causem ESD 2 Emergency Shut Down n vel 2 gt botoeiras de PARTIDA PARADA de motores gt chaves de comando de bombas LOCAL ou REMOTO gt botoeiras de TESTE L MPADAS e REARME local gt chaves de Painel em TESTE ou NORMAL No topo do painel deve ser instalado um sistema de calibra o hidr ulico composto de gt engate r pido gt man metro com a faixa dentro do valor necess rio para cada equipamento que este painel estiver associado gt v lvulas de tr s vias do tipo esfera para alinhar os pressostatos que ser o instalados na lateral deste painel para a condi o de teste ou processo Este sistema instalado sobre o painel local visa otimizar a manuten o e calibra o de instrumentos tais como pressostatos termostatos e chaves de n vel Quando se acionar a botoeira de TESTE do painel local para a posi o TESTE deve ser gerado na ECOS uma solicita o para habilita o do teste ao operador na sala de controle que ir monitorar a execu o dos trabalhos ou partida garantindo assim a seguran a de uma opera o assistida obrigatoriamente pelo operador na sala de controle Ap s a habilita o ter sido efetivada no painel ser permitido ao campo efetuar as manobras quer sejam para opera o ou manuten o do equipamento solicitado Por se tratar de uma condi o anormal de opera o esta opera o exige um per odo de temp
192. strumentos e 3 retransmitir os dados para a ESC e a esta o mestre ou ainda RTU quando esta existir O programador utiliza um microcomputador ou um terminal especializado para dar entrada em novos programas no CLP As finalidades principais da unidade central de processamento ou CPU dos CLPs s o 1 ler entradas 2 executar os programas carregados em sua mem ria 3 atualizar suas sa das de acordo com o resultado do processamento das entradas As tr s etapas do c clo de aquisi o autom tica de vari veis do CLP s o 1 Leitura de entradas 2 Execu o de programas e 3 Atualiza o das sa das Osistema operacional do CLP um conjunto de programas residentes armazenados em mem ria permanente que fiscalizam atividades no mesmo Os fluxogramas representam a l gica de programa o com s mbolos flechas e linguagem comum Os diagramas de linguagem LADDER s o utilizados para a programa o do CLP porque baseiam se na simbologia adotada nos diagramas el tricos de controle onde se pode com facilidade visualizar se uma condi o l gica qualquer simbolizada por uma bobina falsa bobina desenergizada ou verdadeira bobina energizada atrav s da verifica o da condi o de continuidade el trica da linha formada por uma associa o qualquer de contatos de rel s que traduzem esta condi o l gica Interface E S O sistema E S proporciona conex o f sica entre o
193. su rio fazer supervis o monitoramento aquisi o de dados e controle de qualquer tipo de processo qu mico petroqu mico manufatura discreta el trico automa o predial etc Desde que um sinal digital ou anal gico vindo de um sensor de campo chegue a um hardware tipo CLP remota ou placa de aquisi o o supervis rio atrav s de I O driver de comunica o consegue interpretar este sinal e executar diversas tarefas como por exemplo gerar relat rios receitas alarmes hist ricos apresentar os dados em telas e etc Suas principais caracter sticas s o Shell pre emptivo e multitarefa e a disponibilidade de m ltiplas plataformas interoper veis Win Win 95 NT OS 2 VMS DOS Estas caracter sticas fazem com que este software possa executar diversas tarefas ao mesmo tempo e prioriz las O FixDmacs um produto aberto onde o usu rio pode criar suas pr prias tarefas em Visual Basic e Linguagem C da Microsoft Podendo tamb m interfacear com Excel Lotus 1237M editores de texto e produtos multim dia Arquitetura de um Sistema A arquitetura definida pela estrutura que vai ser montada a partir da aquisi o do dado at o que se deseja fazer com ele Um sistema Fix composto por um ou mais n s Um N um computador rodando um software Fix Os N s FixTM se apresentam em diversos tipos Os mais comuns s o N SCADA o n que faz a conex o com o campo aquisitando dados da UI
194. ta es sat lites interligadas a uma esta o central principal O sistema de telemetria deve ser capaz de transmitir grandes quantidades de informa o nos dois sentidos da esta o sat lite para a esta o central e da central para os v rios sat lites A transmiss o feita atrav s de grandes distancias na presen a de interfer ncia externa e ru dos 3 2 Conceito Telemetria a transmiss o da informa o de medi o para locais remotos por meio de fios ondas de r dio linhas telef nicas ou outros meios Telemetria o sistema completo de medi o transmiss o e recep o para indicar ou registrar uma quantidade dist ncia Telemetria tamb m chamada de medi o remota Dentro da instrumenta o h geralmente a necessidade da telemetria para transmitir dados ou informa o entre dois locais separados geograficamente A transmiss o pode ser requerida para possibilitar a aquisi o de dados supervis ria centralizada processamento de sinal ou controle a ser exercido em sistemas espalhados e separados por grandes dist ncias As principais aplica es de telemetria incluem complexos petroqu micos casa de for a e distribui o de energia distribui o de gua ou de g s em cidades adutora de gua armazenamento e distribui o de leo e g s natural nas reas de produ o Embora n o seja de interesse deste trabalho a telemetria se aplica tamb m a sistemas remotos ou inacess ve
195. tarem os dados hist ricos relacionados com dispositivos ou instrumentos de campo 8 M dulo de gera o de relat rios que permite ao PCS a gera o de documentos impressos baseados nas condi es correntes ou no hist rico do oleoduto Rede de Comunica es Um circuito de dados controlado pelo processador de comunica es CFE utilizado para a comunica o da esta o mestre com todas as outras esta es ao longo dos oleoduto O CFE um computador independente cuja nica finalidade controlar o fluxo de dados nos circuitos de dados Cada CLP ou RTU das esta es do oleoduto monitora todos os dados presentes nesta esta o Os dados que s o relativos a um dado equipamento s o endere ados ao CLP ou RTU que os controla No sistema de comunica o por sat lite usado um protocolo que permite a transmiss o t o logo a esta o minimestre ou secund ria necessite faz la evitando se assim o protocolo tipo mestre escravo normalmente adotado em outras meios neste protocolo a esta o s transmite quando solicitada pela mestre Isto feito por dois motivos a saber 1 um retardamento de 1 5 segundos inerente a este tipo de comunica o pode acarretar graves demoras quando adotado o protocolo mestre escravo 2 Qualquer esta o ao longo do oleoduto em qualquer local pode transmitir informa es ao computador central a qualquer momento A transmiss o por exce o utilizada com a
196. tromec nico simples de E S rel 58 Controle Supervis rio e Aquisi o de Dados O circuito comp e se de duas se es principais 1 a se o de energia e 2 a se o de l gica As se es de energia e de l gica s o quase sempre conectadas entre si ou acopladas por um circuito que as separa eletricamente As duas chaves s o interligadas atrav s de um acoplamento que garante a estanqueidade ou isolamento el trico entre ambas Estando aberta uma chave a outra tem que estar aberta tamb m De maneira semelhante estando fechada uma chave a outra tamb m tem que estar fechada A tabela de sa da de CLP teve o valor no endere o correspondente a essa interface E S mudada de O para 1 isto de desligado para ligado A se o de l gica do circuito reage a essa mudan a fechando a chave para que a condi o f sica da chave se equipare com o valor na mem ria Fechando se a chave do lado da l gica isso puxa a chave do lado de energia que conectado a ela Isto faz fechar o circuito e permite que a energia passe da fonte de energia para o dispositivo ligando o Obs No entanto as interfaces eletromec nicas de EIS de qualquer tipo como os rel s est o ficando rapidamente obsoletas estando em consegii ncia sendo substitu das por modelos eletr nicos O princ pio operacional contudo permanece sendo o mesmo Para o caso das entradas que tem origem na instrumenta o de campo o processo simi
197. tura de comunica o em rede ETHERNETH onde trafegar os dados entre os CLP s impressoras SWITCHS Gateway DELTA V onde estas esta es ser o respons veis por 12 Mostrar em telas os sin ticos dos processos onde deve existir o P amp l simplificado Incluindo como tela inicial um anunciador de todos os alarmes por equipamentos existentes tanto de processo como utilidades e seguran a onde a partir desta exista possibilidade de navegar entre telas matriz de causa e efeitos tela de controladores dever existir uma tela concentrando os controladores existentes no processo e etc 13 Gerar relat rios por evento ocorrido no exato instante do acontecido em impressora de modo on line indicando 14 15 16 17 18 data hora e evento atuado e quando o mesmo for restaurado a sua condi o normal de processo Facilitando assim ao operador identificar com precis o o alarme ocorrido no processo Como relat rio adicional salvo em disco e que sempre que solicitado pelo operador dever disponibilizar na tela janelas de gr ficos onde ser acompanhados os valores de registro de PIT TIT FIT substituindo assim os atuais registradores gr ficos circulares do campo Deve tamb m registrar em disco r gido a temperatura de entrada TIT do manifold e press o est tica de entrada PIT ou seja na cabe a dos po os utilizar a cor vermelha para indicar vaz o cor azul para indicar press o e cor verde para indic
198. ue n o uma vari vel que deve ser controlada mas uma sequ ncia de eventos Esta sequ ncia de eventos tipicamente leva produ o de algum produto de um conjunto de mat rias primas Por exemplo o processo para fazer torradeiras entra com v rios metais e pl sticos e sai com as torradeiras O termo estado discreto expressa que cada evento na sequ ncia pode ser descrito pela especifica o da condi o de todas unidades de opera o do processo Tais descri es das condi es s o apresentadas com express es tais como v lvula A est aberta v lvula B est fechada esteira C est ligada chave limite S est ligada e assim por diante Um conjunto particular de condi es descrito como um estado discreto de todo sistema Neste cap tulo ser examinada a natureza do controle do processo com estado discreto Al m da natureza deste controle uma t cnica especial para projetar e descrever a sequ ncia dos eventos de processo chamada de diagrama ladder ser apresentada O diagrama ladder apareceu do antigo uso de rel s eletromec nicos para controlar a sequ ncia de eventos em tais processos Sistemas de controle com rel s atualmente s o realizados com m todos baseados em computador o mais comuns deles o controlador l gico program vel CLP As caracter sticas e programa o de CLP tamb m ser o estudadas nestes trabalho 4 2 Defini o de controle de processo com estado discreto A Fig 1 12
199. vapor abrir um pouco se estiver muito baixa o controlador faz a v lvula abrir mais ainda Se a temperatura estiver um pouco acima do valor desejado o controlador faz a v lvula fechar um pouco se estiver muito acima a v lvula fecha muito Nas condi es normais a sa da do controlador modulada a v lvula de controle modula a vaz o de vapor e sempre h alguma vaz o de vapor Como o controlador bin rio o controlador proporcional sujeito ao desvio permanente offset e incapaz de manter a vari vel controlada igual ao ponto de ajuste em mais do que uma carga de processo O desvio permanente a raz o pela qual um sistema controlado por termostato esfria mais no inverno do que no ver o Neste caso o termostato um regulador auto atuado que fornece somente controle proporcional Controle Proporcional mais Integral O controle proporcional mais integral tamb m conhecido como controle de dois modos controle PI e controle autom tico reset O modo integral tamb m chamado de controle flutuante floating control Como para o controle proporcional a sa da do controlador modulada mas o valor da sa da depende dos seguintes fatores 1 a dire o magnitude e dura o do erro de controle 2 o ganho do controlador que depende do ganho proporcional e o ganho integral ambos ajust veis 3 a a o do controlador direta ou inversa Usando o controlador PI para a temperatura do leo este cont
200. xemplo para ligar uma bomba o operador deve clicar no cone ou bot o de acionamento correspondente e depois deve clicar em uma janela de pop up que aparece para confirmar ou cancelar o acionamento 2 3 Navega o de telas Estrutura de navega o O sistema deve ser estrutura para ter mais de um modo de navega o de acordo com os seguintes crit rios 1 Navega o sequencial mostra tela a tela de um conjunto de telas que comp em um determinado contexto Esta navega o deve ser feita atrav s de cone padr o ou de elemento do contexto da informa o bot o de rolagem de telas ou r guas de bot es 1 1 Navega o sequencial horizontal mostra uma sequ ncia de telas desde a origem para o destino ou do destino para a origem de cada sistema de forma horizontal conforme a figura Navega o horizontal das Fig 5 5 Navega o horizontal das telas 1 1 Navega o sequencial vertical mostra uma sequ ncia de telas desde a tela principal do sistema e as sub telas pertencentes ao mesmo sistema de forma horizontal conforme a figura Tela principal Navega o vertical das telas Fig 5 6 Navega o vertical das telas 1 2 Navega o r pida deve ser implementada atrav s de bot es para ir de uma tela a outra pertencente a um contexto de informa o sem passar de forma sequencial por outras telas intermedi rias do sistema 1 3 Navega o autom tica deve ser con
201. xperi ncias anteriores onde a solu o destas interfaces acabaram sendo de responsabilidade nossa ao inv s de quem na verdade de direito 3 Levantamento de equipamentos existentes As v lvulas de controle e os transmissores eletr nicos chaves de n vel existentes em PMLZ 1 j s o da Fisher amp Rosemount Os controladores l gico program veis existentes em PMLZ1 e em P XIV s o de fabrica o Rockwell Allen Bradley A proposi o em quest o manter os mesmos fabricantes de instrumentos e de controladores l gico program veis nas duas unidades minimizando ao m ximo a diversidade de marcas com vistas a atingir a padroniza o desejada com o aproveitamento total de sobressalentes j existentes no S 6 na RPBC e almoxarifado da UNSUL Automa o de Plataforma A proposta em quest o atende aos requerimentos acima Com este projeto se pretende instalar um sistema que permita atingir aos seguintes objetivos Melhoria da sintonia de processo otimizando a qualidade dos produtos exportados Aumento da confiabilidade operacional Implantar filosofia de manuten o preditiva Reduzir tempos de parada para manuten o Reduzir custos de manuten o Modularidade de implanta o Aumento da seguran a operacional Precis o nos testes e dados de cabe a dos po os Os seis primeiros objetivos s o alcan ados por meio do uso de ferramenta exclusiva da Fisher amp Rosemount denominada AMS Asset Manageme

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