O SCADA desempenha um papel crucial nas organizações industriais, assegurando a eficiência, comunicando falhas do sistema para reduzir paragens e processando dados para auxiliar em decisões mais assertivas.
No passado, muitas unidades fabris, instalações remotas e fábricas dependiam de equipas para supervisionar e controlar manualmente os equipamentos elétricos através de indicadores analógicos e botões.
Com a expansão dos locais remotos e das áreas de produção, tornou-se imperativo encontrar soluções mais eficazes para gerir os equipamentos elétricos à distância. Algumas empresas começaram a usar temporizadores e relés para aumentar o nível de controlo.
Embora temporizadores e relés resolvessem problemas importantes, a sua capacidade de automação era limitada e a sua configuração era complexa. Os painéis de controlo e a localização de avarias ocupavam muito espaço, o que gerava novos problemas.
Para solucionar estes desafios, foi introduzida uma tecnologia: o SCADA.
A popularização dos PLCs e microprocessadores, durante a fase inicial do SCADA, permitiu às organizações monitorar e controlar processos automatizados de forma mais eficiente do que antes.
Neste artigo, exploraremos o SCADA, suas aplicações, funcionalidades, componentes, tipos e outros aspetos relevantes.
Vamos começar!
O que é SCADA?
O Controlo Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA) é uma aplicação que permite às indústrias gerir seus processos industriais. Por exemplo, coleta dados em tempo real de locais remotos para monitorar as condições dos equipamentos. Oferece diversas ferramentas para auxiliar na tomada de decisões baseadas em dados em tempo real.
O SCADA tem sido fundamental na resolução de desafios de monitorização e controlo em processos industriais desde a década de 1970.
Entre o final dos anos 90 e o início dos anos 2000, o SCADA passou por uma transformação ao adotar arquiteturas de sistema aberto e protocolos de comunicação não proprietários. Esta mudança impulsionou tecnologias de comunicação como a Ethernet, permitindo que os sistemas se comunicassem com outros fornecedores, superando as limitações dos sistemas SCADA mais antigos.
Os sistemas SCADA modernos possibilitam que as áreas de produção acedam a dados em tempo real de qualquer lugar do mundo. Este acesso permite que empresas, indivíduos e governos tomem decisões mais informadas sobre como otimizar seus processos. A recolha de dados em grande escala seria praticamente impossível sem o software SCADA.
Além disso, o software de design SCADA atual oferece funcionalidades de Desenvolvimento Rápido de Aplicações (RAD). Isto possibilita que os utilizadores projetem aplicações com facilidade, mesmo sem experiência em desenvolvimento de software.
A introdução de práticas e padrões de TI modernos, como aplicações baseadas na web e SQL, no software SCADA, melhorou a segurança, a fiabilidade, a produtividade e a eficiência dos sistemas SCADA.
Uma vantagem significativa do uso de bancos de dados SQL é a facilidade de integração com sistemas ERP e MES, permitindo que os dados fluam de forma contínua por toda a organização.
Assim, o SCADA é um sistema que combina hardware e software, permitindo que as organizações industriais:
- Controlem processos industriais em locais remotos ou locais.
- Monitorem, coletem e processem dados em tempo real.
- Interajam diretamente com dispositivos, como bombas, válvulas, sensores e motores, através da Interface Homem-Máquina (software HMI).
- Registrem todos os eventos num arquivo de log.
A arquitetura do SCADA começa com Unidades Terminais Remotas (RTUs) e Controladores Lógicos Programáveis (PLCs). Estes microcomputadores comunicam-se com uma vasta gama de dispositivos, como sensores, dispositivos finais, IHMs e máquinas de fábrica. RTUs e PLCs encaminham os dados dos dispositivos para computadores que usam o software SCADA.
O software SCADA processa, exibe e distribui os dados, auxiliando funcionários e operadores a analisar as informações e a tomar decisões importantes.
Por exemplo, o sistema SCADA alerta rapidamente um operador sobre um lote de produtos que apresenta erros. O operador interrompe a operação, analisa os dados do sistema através da HMI e identifica a causa do problema. Ao verificar as informações, o operador constata que a “Máquina 4” está com defeito.
Dessa forma, o sistema SCADA ajuda o operador a identificar o problema, resolvê-lo rapidamente e evitar maiores perdas.
Componentes de um sistema SCADA
Os sistemas SCADA incluem diversos componentes instalados em campo para recolher dados em tempo real. Estes componentes possibilitam a coleta de dados e a melhoria da automação industrial.
Vamos analisar cada componente em detalhe.
#1. Sensores e Atuadores
Um sensor é um dispositivo ou sistema que deteta as entradas de processos industriais. Um atuador é um dispositivo que controla o mecanismo dos processos industriais. Os sensores funcionam como medidores que exibem o estado das máquinas.
Um atuador atua como um seletor, controlo ou interruptor que pode ser usado para gerir o dispositivo. Ambos são monitorizados e controlados por controladores de campo SCADA.
#2. Controladores de campo SCADA
Os controladores de campo interagem diretamente com atuadores e sensores. Existem duas categorias principais:
- As Unidades de Telemetria Remota (RTUs) estabelecem interfaces com sensores para recolher dados de telemetria e depois encaminhá-los para um sistema central para as ações necessárias.
- Os Controladores Lógicos Programáveis (PLCs) interagem com os atuadores para manter e controlar os processos industriais com base nos dados de telemetria que as RTUs coletam.
#3. Computadores de supervisão SCADA
Os computadores de supervisão gerem todos os processos relacionados ao SCADA. São utilizados para recolher dados de dispositivos de campo e enviar comandos a estes dispositivos para controlar os processos industriais.
#4. Software HMI
Este software fornece um sistema que confirma e apresenta dados dos dispositivos de campo SCADA. Também permite que os operadores compreendam e modifiquem o estado dos processos controlados pelo SCADA.
#5. Infraestrutura de comunicação
A infraestrutura de comunicação permite que os sistemas de supervisão SCADA se comuniquem com os controladores de campo e dispositivos de campo. Também permite que os sistemas SCADA recolham dados dos dispositivos de campo e controlem esses dispositivos.
Características dos sistemas SCADA
Os sistemas SCADA incluem funcionalidades específicas para aplicações ou indústrias particulares, e a maioria dos sistemas suporta as seguintes características:
- Aquisição de dados: É a base dos sistemas SCADA, onde os sensores coletam dados e os enviam para os controladores de campo. Em troca, os controladores de campo fornecem dados aos computadores SCADA.
- Controlo remoto: É realizado através do controlo de atuadores de campo, com base nos dados coletados dos sensores de campo.
- Comunicação de dados em rede: Permite todas as funções do SCADA. Os dados recolhidos pelos sensores são transmitidos para os controladores de campo SCADA, que por sua vez comunicam com os computadores supervisórios SCADA. Os comandos de controlo remoto são transmitidos de volta para os atuadores pelos computadores de supervisão.
- Apresentação de dados: É realizada através de IHMs, que representam os dados atuais e históricos necessários para que os operadores utilizem o sistema SCADA.
- Alarmes: Alertam os operadores sobre condições significativas no sistema SCADA. Podem ser configurados para notificar os operadores quando os processos estão bloqueados, quando ocorrem falhas em sistemas, ou quando outros aspetos precisam de ser interrompidos, iniciados ou ajustados.
- Dados históricos e em tempo real: Ambos são partes essenciais do sistema SCADA. Permitem que os utilizadores acompanhem o desempenho atual em comparação com as tendências históricas.
- Relatórios: Incluem relatórios sobre o desempenho do processo, o estado do sistema e relatórios personalizados para usos específicos.
Funcionamento do SCADA
Os sistemas SCADA desempenham várias funções, incluindo aquisição de dados, comunicação de dados, apresentação de informações/dados e monitorização/controlo. Essas funções são executadas pelos componentes do SCADA, como sensores, RTUs, controladores e redes de comunicação.
Os sensores são usados para recolher dados essenciais, e as RTUs enviam esses dados para o controlador, que exibe o estado do sistema. Com base no estado, o utilizador envia comandos para que outros componentes desempenhem as suas funções. Uma rede de comunicação facilita esta função.
A seguir, abordaremos cada função para entender o princípio de funcionamento dos sistemas SCADA.
Aquisição de dados
Um sistema SCADA em tempo real é composto por muitos sensores e componentes que coletam informações e as enviam para processamento posterior.
Por exemplo, alguns sensores medem o fluxo de água de um reservatório para um tanque de água, enquanto outros sensores medem a pressão da água ao sair do reservatório. Aqui, os sensores recolhem diferentes tipos de dados para verificar se todos os processos estão a funcionar corretamente.
Comunicação de dados
Os sistemas SCADA utilizam uma rede com fios para recolher e transferir dados entre utilizadores e dispositivos. As aplicações SCADA em tempo real usam componentes e sensores que são controlados remotamente. Também são utilizadas comunicações via internet. Como relés e sensores não podem comunicar diretamente, as RTUs são usadas para fazer a interface entre redes e sensores.
Apresentação de dados
As redes comuns incluem indicadores que são visíveis para controlo. Nas aplicações SCADA em tempo real, existem muitos alarmes e sensores que são impossíveis de gerir simultaneamente. O sistema SCADA utiliza IHMs para exibir todos os dados recolhidos de diversos sensores.
Monitorização e controlo
O sistema SCADA utiliza diversos interruptores para operar os dispositivos e exibe o estado da área controlada. Qualquer parte pode ser ligada/desligada a partir da estação usando esses interruptores. A aplicação SCADA é implementada para operar automaticamente sem qualquer intervenção humana. A intervenção humana só ocorre em situações críticas.
Tipos de SCADA
Os sistemas SCADA são categorizados em quatro tipos: sistemas SCADA monolíticos, sistemas SCADA distribuídos, sistemas SCADA em rede e sistemas SCADA IoT.
#1. Sistemas SCADA monolíticos
Os sistemas SCADA iniciais ou de primeira geração são conhecidos como sistemas SCADA monolíticos. Nestes sistemas, são usados minicomputadores. Os sistemas SCADA monolíticos podem ser desenvolvidos quando não há disponibilidade de serviços de rede comuns. O design deste sistema é semelhante a um sistema independente, ou seja, o design de um sistema não precisa de estar relacionado com outro sistema.
Os dados podem ser coletados de RTUs utilizando um mainframe de backup. A função crucial dos sistemas de primeira geração limita-se a sinalizar processos e monitorizar sensores.
#2. Sistemas SCADA distribuídos
Os sistemas SCADA distribuídos são também conhecidos como sistemas de segunda geração. As funções de controlo são distribuídas por vários sistemas que se conectam através de uma LAN. As operações de controlo são realizadas pelo processamento de comandos e partilha de dados em tempo real.
Neste sistema, o custo e o tamanho de cada estação são reduzidos, mas não existem protocolos de rede consistentes.
#3. Sistemas SCADA em rede
Os sistemas SCADA em rede são conhecidos como sistemas de terceira geração. A rede de comunicação dos sistemas SCADA atuais funciona através de um sistema WAN utilizando linhas de telefone ou dados.
A transmissão de dados entre os nós é feita por conexões de fibra óptica ou Ethernet. Este sistema usa PLCs para ajustar, monitorizar e controlar as operações de sinalização, quando necessário.
#4. Sistemas SCADA IoT
Os sistemas SCADA IoT são conhecidos como sistemas de quarta geração. Aqui, o custo da infraestrutura do sistema é minimizado através da implementação da IoT via computação em nuvem. A integração e manutenção desses sistemas é mais simples do que nos outros tipos.
Em um sistema em tempo real, as condições dos componentes ou dispositivos podem ser facilmente comunicadas através da computação em nuvem.
Benefícios do SCADA
Os benefícios dos sistemas SCADA são os seguintes:
- Escalabilidade: Os sistemas SCADA modernos são escaláveis devido a vários fatores, como a melhor disponibilidade de software e hardware suportados, o uso de computação em nuvem para atender à demanda de carga de trabalho, etc.
- Interoperabilidade: Os sistemas SCADA modernos não dependem de software e hardware proprietários, resultando em zero dependência de fornecedores.
- Comunicações: O SCADA suporta protocolos de comunicação modernos que permitem maior acessibilidade aos controlos e dados do SCADA.
- Suporte: Os sistemas SCADA modernos são bem suportados pelos fornecedores. A utilização de padrões de rede abertos, plataformas modernas de desenvolvimento de software e hardware comercial também torna mais acessíveis os fornecedores terceirizados.
Limitações do SCADA
Algumas das limitações de um sistema SCADA são as seguintes:
- Inclui unidades de hardware complexas e módulos dependentes.
- Necessita de programadores, operadores qualificados e analistas para manutenção.
- O custo de instalação é elevado.
- Existe a preocupação de que o SCADA possa contribuir para o aumento do desemprego.
Casos de uso do SCADA
O SCADA é usado em muitas unidades industriais para auxiliar na gestão e automatização de processos, uma vez que estes se tornaram complexos e difíceis para o controlo e monitorização humana.
O SCADA é particularmente útil em processos que podem ser controlados e monitorados remotamente, especialmente quando se pretende minimizar o desperdício e aumentar a eficiência.
Os exemplos comuns da indústria de automação SCADA são os seguintes:
- Operações de refinação de petróleo e gás
- Geração e distribuição de eletricidade
- Fabrico químico
- Infraestrutura de telecomunicações
- Fabricação e processos relacionados
- Infraestrutura de transporte e movimentação
- Infraestruturas de serviços públicos, como controlo de água e resíduos
- Processamento de alimentos e bebidas
Com a ajuda da tecnologia SCADA, estes processos podem ser acompanhados de perto e controlados adequadamente para melhorar o desempenho ao longo do tempo. Sistemas eficazes resultam em significativas economias de tempo e dinheiro.
O mundo moderno usa sistemas SCADA de alguma forma. Alguns exemplos incluem: manter sistemas de refrigeração, garantir a segurança da produção em refinarias, obter padrões de qualidade em estações de tratamento de águas residuais, rastrear o consumo de energia em casa e muito mais.
Como implementar uma solução SCADA
Devem ser consideradas as seguintes etapas ao implementar um sistema SCADA:
- Defina claramente o que pretende monitorizar e assegure-se de que compreende o processo.
- Determine que tipo de dados pretende recolher e como.
- Adicione gateways para integrar os novos pontos de coleta de dados.
- Crie pontos de recolha de dados, se necessário.
- Centralize os dados no local de monitorização desejado.
- Mapeie os dados na aplicação SCADA escolhida.
- Adicione visualizações de controlos e processos de dados.
- Defina regras e automatização.
Depois de concluir todas estas etapas, o software SCADA cuida do resto. Ajuda a interagir com a instalação, alerta sobre problemas, auxilia na manutenção preditiva e oferece controlo sobre os equipamentos.
Conclusão
O SCADA oferece uma forma eficaz de gerir e controlar processos e dados industriais, e detetar problemas no sistema, comunicando-os para uma rápida resolução. Em vez de fazer tudo manualmente ou perder tempo e dinheiro, pode automatizar esses processos através de um sistema SCADA.
O SCADA é implementado com objetivos específicos. Portanto, ao implementá-lo na sua empresa, determine as suas necessidades e automatize os processos de acordo.