Nos subcapítulos anteriores, nomeadamente nos Subcapítulos 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 e 2.5, foram apresentados e analisados os vários elementos constituintes de um Sistema de Controlo Industrial. No presente subcapítulo são apresentados os sistemas de controlo mais modernos, utilizados principalmente no controlo de processos industriais, os Sistemas de Controlo
Distribuído ou Distributed Control Systems (DCS).
Os Sistemas de Controlo Distribuído nasceram da possibilidade de os vários elementos, constituintes do sistema de controlo (CPUs, módulos de E/S, sensores, atuadores e HMIs), serem instalados de forma distribuída ao longo da uma instalação industrial e comunicarem entre si por meio de redes de comunicações industriais.
Várias marcas como a Valmet, Siemens, Honeywell, Emerson, Yokogawa, entre outras, desenvolveram os seus próprios sistemas DCS, em que os diferentes elementos constituintes do sistema de controlo são configurados sob uma plataforma comum e partilham a mesma base de dados, criando-se assim o conceito de Estação de Engenharia. Estes DCSs são sistemas com grandes capacidades de cálculo e de controlo, de fácil expansão dentro da mesma marca. Sendo sistemas proprietários e fechados, requerem, no entanto, técnicos muito especializados na marca em questão.
Figura 2.16: Exemplo de princípio da arquitetura do DCS da Valmet [5].
A Figura 2.16 apresenta o princípio de uma arquitetura do DCS Valmet DNA em que todos os
elementos estão ligados por uma rede comunicação principal Ethernet“Star or ring topology,
redundant Ethernet Network” e podem ser configurados e diagnosticados numa plataforma
única “Enginnering&Maintenance”. Todas as diferentes zonas do DCS, a supervisão “Control
room”, CPUs e módulos E/S “Automation room” que pertencem à marca Valmet comunicam
entre si por meio da mesma rede Ethernet, rede esta que por meio de um router onde está a
“firewall” é também usada para ligações remotas sobre a Internet e para fornecer informações
ao nível da gestão “Office”. Toda a rede Ethernet na Figura 2.16 representada com a cor verde
é uma rede proprietária da Valmet.
Retira-se ainda da Figura 2.16 que o DCS da Valmet tem a possibilidade de comunicar com
outros equipamentos “Field” por meio de redes de comunicações utilizando os mais variados
protocolos Profibus, As-i, Fieldbus Foundation, OPC, entre outros.
Por fim da Figura 2.16 percebe-se que os CPUs podem ser instalados de uma forma centralizada ou distribuída e que os módulos E/S dispõem da funcionalidade HART.
O DCS Valmet DNA como outros existentes no mercado, podem ser considerados como DCSs comerciais uma vez que as marcas dispõem de plataformas únicas para configuração, operação e manutenção de todos os elementos e equipamentos constituintes do seu DCS e estes elementos e equipamentos partilham as suas informações e características na mesma base de dados. Os DCSs comerciais têm como principais vantagens a facilidade de integração de equipamentos da mesma marca, reduzir custos de instalação, aumentar a fiabilidade, facilitar a deteção de
problemas e flexibilizar a expansão futura. Os DCSs comerciais ainda oferecem várias ferramentas, já incluídas de origem, para interação com as tecnologias de informação, o que permite facilmente a otimização dos processos e ou máquinas controlar, elaborar relatórios, efetuar históricos, gestão de alarmes, entre muitas outras funcionalidades. Uma das desvantagens dos DCSs comerciais é serem sistemas fechados o que exige técnicos mais especializados e qualificados na tecnologia das diferentes marcas e de modo geral é mais caro
que um sistema de controlo constituído por PLCs ligados em rede interagindo com software de
Supervisão Controlo & Aquisição de Dados, do Inglês “Supervisory Control & Data
Acquisition” (SCADA) [8] [15].
Figura 2.17: Exemplo de um sistema de controlo constituído por PLCs e software SCADA [16].
Na Figura 2.17 é apresentado um sistema de controlo constituído por três PLCs “UNIT-1”, “UNIT-2” e “UNIT-3”, em que cada PLC comunica com seu próprio “HMI” e em que os
módulos E/S estão ligados aos CPUs através de um barramento externo.
Os três PLCs comunicam com um computador onde está “a correr” o software “SCADA” por
Ethernet,interligada por meio do “MAIN-HUB”. Existem também vários equipamentos que
usam o protocolo Modbus sendo este protocolo convertido para o protocolo Ethernet no
conversor “RELAY READER”.
O sistema de controlo industrial apresentado na Figura 2.17 em termos teóricos é considerado um Sistema de Controlo Distribuído uma vez que vários dos elementos constituintes do sistema se encontram distribuídos e interligados por redes de comunicação, na prática é conhecido por
um Sistema de Controlo Industrial por PLC e Software SCADA.
Uma das grandes diferenças entre Sistemas PLC e Software SCADA em relação aos DCS é que
elementos e equipamentos constituintes. Por outro lado, estes elementos e equipamentos, não partilham as suas informações e características na mesma base de dados [8] [15].
Apesar das soluções apresentadas na Figura 2.16 e na Figura 2.17 convergirem em termos de tecnologia, antes de se decidir qual delas utilizar existem vários pontos que devem ser analisados. Numa produção do tipo fabrico ou assemblagem, o operador consegue ver e tem que interagir com os produtos a ser fabricados e a linha de fabrico é um conjunto de máquinas. Neste tipo de produção, onde são necessários tempos de resposta muito rápidos nos movimentos executados pelas máquinas e onde os produtos são considerados de baixo valor, a solução
utilizando PLCs e Software SCADA é tipicamente a mais utilizada [8] [15]. Por outro lado,
numa produção que geralmente envolve transformação de matérias-primas por meio de processos químicos ou introdução de mudanças físicas da matéria-prima com o objetivo de obter um novo produto, o operador normalmente não consegue ver nem interage com os produtos porque estes estão dentro de tanques ou tubos e o processo é constituído por várias fases de mudança do estado químico ou físico em que estas fases estão interligadas por meio de tubos. Neste tipo de produção, onde não são necessários tempos de resposta muito rápidos e onde os produtos são considerados de alto valor, os sistemas DCS são tipicamente os eleitos para monitorização e controlo [8] [15].