Trabalho Final – Planta TQ CE117

Trabalho Final – Planta TQ CE117

Introdução

Este módulo descreve o Trabalho Final (TF) da disciplina de Sistemas Supervisórios. O objetivo é implementar um sistema supervisório funcional para a Planta TQ-CE117, localizada no Laboratório de Controle e Automação (sala 103.4). Os discentes deverão aplicar todo o conhecimento adquirido ao longo da disciplina para:
  • Interagir com os instrumentos da planta via rede comunicação. Faz parte do trabalho identificar e compreender o funcionamento dos sensores e o meio/protocolo de comunicação já implementados.
  • Implementar uma tela de supervisório funcional, contendo as funcionalidades descritas abaixo e seguindo as boas práticas de implementação (e.g., ISA-101).
A entrega deste trabalho será uma apresentação de 10 minutos, onde o grupo irá apresentar slides demonstrando como o sistema foi implementado e também mostrá-lo em funcionamento "ao vivo". Além disso, o professor poderá questionar o grupo sobre as estratégias de implementação adotadas e requisitar que certas interações com a planta sejam realizadas.

Planta TQ CE117

A figura a seguir apresenta a planta TQ CE117 do Laboratório de Controle e Automação (sala 103 do bloco 4).
Esta é uma planta de treinamento que emula um processo industrial contínuo. Há um tanque de processo central por onde é possível bombear água através de dois circuitos hidráulicos, sendo um aberto de água fria e outro fechado de água quente. A figura a seguir apresenta um diagrama esquemático do processo.
Fig. 1 —
Diagrama de processo da planta TQ CE117.

Instrumentação

A planta possui diversos sensores e atuadores. As tabelas a seguir descrevem cada um dos instrumentos do ponto de vista do CLP, além de algumas de suas características operacionais.

Entradas

InstrumentotagSinalConversão
Transmissores de vazãoFT1 e FT2 V - V por Volt
Transmissores de temperaturaTT1 ... TT5 V - V°C por Volt
Transmissor de nívelLT V - V0 V: tanque vazio; 10 V: tanque cheio
Transmissor de pressãoPT V - V mbar por Volt

Saídas

InstrumentoCódigosSinalConversão
Aquecedor Elétrico- V - V W por Volt
Válvula proporcionalS V - V0 V: totalmente fechada; 10 V: totalmente aberta
Bombas de águaPump1 e Pump2 V - V0 V: sem fluxo; 10 V: fluxo máximo

Enchendo o tanque

O processo para verter água no tanque deve seguir os seguintes passos:
  1. Abra a Válvula de dreno inferior para permitir que o líquido dentro do tanque escorra para o reservatório.
  2. Abra totalmente a válvula S para permitir a entrada de líquido no tanque através do circuito frio.
  3. Acione PUMP2 proporcionalmente para variar o fluxo de vazão de entrada no tanque.
  4. É possível monitorar a taxa de vazão através do circuito frio aberto usando o sensor FT2.
Perigo
Acionar PUMP2 sem antes abrir Spor inteiro pode danificar os equipamentos da planta.

CLP

Os instrumentos da planta estão interligados a um CLP Allen-Bradley com CPU CompacLogix L24EPR. As portas analógicas do CLP trabalham na faixa de -10.5 V a 10.5 V. A conversão A/D e D/A utiliza um número inteiro (INT) 16 bits, sendo um bit de sinal e 15 bits para o valor. Assim, a conversão é escrita na memória do CLP da seguinte maneira:
  • Entrada V ;
  • Entrada V .
Atenção
Note que os instrumentos trabalham de V, enquanto os cartões AD/DA trabalham de V

Programa em execução no CLP

O programa carregado no CLP permite acesso de leitura e escrita a alguns instrumentos da planta através da seguintes tags:
TagTipoRANGE
Program:MainProgram.PUMP2_DACINT a
Program:MainProgram.VALVE_DACINT a
Program:MainProgram.FT2_ADCINT a
Program:MainProgram.PT_ADCINT a
Program:MainProgram.TT5_ADCINT a
Program:MainProgram.LT_ADCINT a

Conexão com o Node-RED

O módulo node-red-contrib-cip-st-ethernet-ip (link para seu manual) permite conectar a CLP através da rede local sabendo-se apenas seu endereço IP.
Na paleta de nós, irão aparecer dois módulos:
  • eth - ip in: permite obter o valor de uma ou várias tags do CLP a cada ciclo de leitura.
  • eth - ip out: escreve o valor de msg.payload na tag configurada nas propriedades do node.
Ao utilizar um módulo, primeiro deve-se configurar a conexão com o CLP entrando com seu IP e definindo os nomes das tags com as quais o flow irá interagir. O CLP está está conectado via cabo ao roteador Wi-Fi do laboratório.
Os dados necessários de conexão são:
  • Wi-Fi SSID: Lab_Automa
  • Wi-Fi pwd: devibus485
  • IP do CLP: 200.200.200.25

Diretrizes de implementação do supervisório

A implementação do sistema supervisório poderá ser feita utilizando o Node-RED, ou qualquer outro software SCADA dedicado (e.g., SCADA-LTS).
A tela do sistema supervisório deverá conter, no mínimo:

Tela de Sinópticos

Deve-se implementar uma tela de sinóptico do processo, similar ao diagrama apresentado na , com as seguintes funcionalidades:
  • O nível do tanque deve ser ilustrado através de uma animação do líquido em seu interior, além de mostrar um número com o volume atual de líquido no tanque em litros.
  • Próximo a FT2 deve-se apresentar um número com o fluxo de líquido atual que por ela passa.
  • Deve ser possível visualizar se PUMP2 e VALVE estão acionados/desacionados através de sua coloração, além de apresentar um número com a porcentagem de acionamento atual.
  • Ao clicar em PUMP2 ou VALVE, estes atuadores devem alternar entre os estados de atuação 0% e 100%. Somente deve ser possível acionar PUMP2 se VALVE estiver aberta em mais de 90%.

Acionamentos

Além da tela de sinóptico, a tela de supervisão também deve conter alguns elementos de dashboard:
  • Slider de acionamento da válvula proporcional S. O valor apresentado no slider deve ir de "0%" a "100%". Para evitar danos no atuador o valor do slider deve ser enviado ao CLP somente quando o usuário soltar o botão do mouse.
  • Slider de acionamento da bomba PUMP2. O valor apresentado no slider deve ir de "0%" a "100%". Para evitar danos no atuador, o valor do slider deve ser enviado ao CLP somente quando o usuário liberar o botão do mouse. Para evitar danos na planta, o programa deve garantir que esta bomba é acionada somente se a válvula S estiver aberta em mais de 90%; caso contrário, PUMP2 não deve poder ser acionada.

Monitoramento

Fluxo no circuito frio aberto

  • Gauge para visualizar a taxa de fluxo atual no circuito frio aberto. Unidade: L/min. Range: de 0 L/min a 10 L/min Código de cor: mostrador sempre azul.
  • Chart para visualizar a taxa de fluxo histórica no circuito frio aberto para os últimos 5 minutos. Unidade: L/min. Os dados devem ser provenientes de um banco de dados.

Nível no tanque

  • Gauge para visualizar o nível atual do tanque. Unidade: litros. Código de cores: mostrador verde até 70% da capacidade do tanque, amarelo entre 70% e 90% da capacidade e vermelho para acima de 90%.
  • Chart para visualizar o nível histórico do tanque para os últimos 20 minutos. Unidade: cm. Os dados devem ser provenientes de um banco de dados.
  • Alarmes:
    • Popup de texto não-persistente quando o nível passar de 70%.
    • Popup de texto persistente e aviso sonoro quando maior que 90%.

Temperaturas

  • Gauge para visualizar a temperatura atual da cidade de Ouro Branco. Unidade: °C. Range: de 0°C a 100°C. Código de cor: mostrador verde até 25°C, amarelo entre 25°C e 33°C, vermelho acima de 33°C.
  • Gauge para visualizar a temperatura do tanque de processo. Unidade: °C. Range: de 0°C a 100°C. Código de cor: mostrador verde até 60°C, amarelo entre 60°C e 80°C, vermelho acima de 80°C.
  • Chart único para visualizar, de forma conjunta, a temperatura histórica do tanque e da cidade nos últimos 60 minutos. Unidade: °C. Os dados devem ser provenientes de um banco de dados.
  • Alarmes:
    • Popup de texto não-persistente quando passar de 70°C.
    • Popup de texto persistente e aviso sonoro quando passar de 90°C.

Miscelaneous

  • Todos os dados da planta, (valores de sensores e atuadores, alarmes, etc) devem ser salvos em banco de dados com informação de timestamp.
  • Tabela de eventos, contendo registro dos alarmes recentes e o timestamp de quando ocorreram em formato human readable.

Critérios de avaliação

O valor total deste Trabalho Final é de 4 pts. + 1 extra, distribuídos da seguinte maneira:
ItemValor
Correta implementação dos itens da lista de diretrizes2 pts.
Design de acordo com boas práticas da ISA-1011 pt.
Apresentação e funcionamento correto1 pt.
Implementação utilizando o SCADA-LTS1 pt. EXTRA.

Apresentação da solução

Data: Está agendada no cronograma da disciplina no SIGAA.
Horário: Os horários das apresentações dos grupos serão sorteados.
Local: Laboratório de Controle e Automação (sala 103 do bloco 4).
Cada grupo terá até 10 minutos para realizar a apresentação da sua solução + possíveis 10 minutos de argumentação e verificação do professor. Todos os membros do grupo deverão estar presentes.
Dentro destes 10 minutos, o grupo deverá: (i) apresentar os slides contendo as informações relevantes quanto à implementação de sua solução, escolhas de design, resultados obtidos e conclusões; (ii) demonstrar "ao vivo" o funcionamento do sistema supervisório na planta real.

Dicas finais

Treinem cronometrando a apresentação antes da data final. Esta estratégia diminui as chances de imprevistos e contribui na correta apresentação no tempo proposto.
Cada grupo é uma equipe. Para conseguirem finalizar todo o trabalho em tempo hábil, considerem fazer uma divisão de tarefas baseando-se nas aptidões de cada integrante do time.
Tentar realizar uma tarefa grande "de uma vez só" pode ser frustrante. É interessante dividir o trabalho em pequenas tarefas. Por exemplo, vocês podem utilizar a lista de diretrizes como os objetivos unitários e definir o que cada tarefa precisa para ser completada. Esta estratégia viabiliza a implementação modular e a identificação de recursos compartilhados entre as tarefas (evita retrabalhos).
É possível criar um mock de dados do CLP para poderem implementar o sistema e verificarem seu funcionamento mesmo não estando presentes no laboratório.
Boa diversão! ;D

Autor: FILIPE A. S. ROCHA

· Atualizado em 29 de junho de 2026