Sistema SCADA explicado: O coração da automação industrial

Os sistemas SCADA tornaram-se os guardiões silenciosos de quase todos os processos de produção por detrás das coisas que consumimos - desde os alimentos nas nossas mesas até aos automóveis que conduzimos e à energia que alimenta o nosso mundo. Em todas as fábricas, é provável que exista um sistema SCADA a trabalhar nos bastidores para garantir operações sem problemas, monitorização em tempo real e tomada de decisões rápidas e informadas.

Mas o que é exatamente o SCADA e porque é que é a espinha dorsal das fábricas modernas? Neste artigo, vamos explicar o que é o SCADA, traçar a sua evolução, explorar os seus principais componentes e mostrar-lhe como escolher o sistema certo para manter a sua fábrica a funcionar como um relógio. Vamos mergulhar no assunto!

O que é o SCADA?

SCADA significa Supervisory Control and Data Acquisition (Controlo de Supervisão e Aquisição de Dados), um termo técnico que se tornou a tábua de salvação da automação industrial moderna - um sistema de controlo composto por componentes de software e hardware que lhe dá controlo total sobre a sua operação. Imagine ter olhos sobre cada máquina crítica, cada processo e cada sensor em tempo real, tudo a partir da sala de controlo - ou a quilómetros de distância. É isso que é o SCADA.

Na sua essência, os sistemas SCADA falam diretamente com a maquinaria da fábrica, recolhendo dados em tempo real e disponibilizando-os à sua equipa. Pode ver o desempenho do equipamento, analisar tendências de dados e detetar ineficiências antes de se tornarem problemas graves. Os sistemas SCADA também facilitam a recolha de dados em tempo real e a tomada de decisões, tornando-os essenciais para gerir o equipamento de controlo em locais remotos e melhorar a automação e a eficiência nas operações industriais. O resultado? Mais eficiência, menos estrangulamentos e decisões mais informadas que têm impacto no seu resultado final. Não se trata apenas de manter as rodas a girar - trata-se de otimizar cada engrenagem da máquina.

O SCADA começa na espinha dorsal - controlador lógico programável (PLC) que reúne dados de sensores e dispositivos em toda a fábrica. Estes PLCs são os tradutores, falando com objectos como máquinas de fábrica, HMIs (Interfaces Homem-Máquina) e vários dispositivos finais. Recolhem dados críticos - temperatura, pressão, velocidade e outros - e enviam-nos de volta para um sistema central onde podem ser monitorizados, analisados e utilizados.

Este nível de granularidade é o que torna o SCADA tão essencial. Não só lhe permite ver o que está a acontecer nos seus processos, como também lhe dá a visão para prever os problemas antes de se tornarem períodos de inatividade.

História e evolução do SCADA

A história do SCADA começa no início dos anos 70, quando a indústria transformadora estava a passar por uma grande transformação. O termo SCADA nasceu durante este período e com ele a tecnologia que iria mudar a forma como monitorizamos e controlamos os processos industriais. Na altura, tudo começou com os computadores mainframe - máquinas enormes que eram o sistema nervoso central dos primeiros sistemas SCADA. Estes mainframes permitiam às empresas automatizar algumas funções básicas e recolher dados críticos, mas continuavam a ser desajeitados e limitados pela tecnologia da altura.

Primeira geração

SCADA monolítico Os primeiros sistemas SCADA eram construídos em computadores mainframe em que todo o processamento era efectuado numa única máquina. Os dados eram recolhidos, armazenados e processados no mainframe e não havia conetividade em rede entre os diferentes sistemas. Estes sistemas SCADA monolíticos eram autónomos e o âmbito da automação estava limitado aos limites físicos da instalação.

Nesta altura, a única forma de controlar (e supervisionar) as máquinas era através da utilização de circuitos de relés electromecânicos; cada motor ou atuador tinha de ser ligado/desligado individualmente. Isto levou a que as fábricas necessitassem de grandes armários cheios de relés de potência.

Segunda geração: O nascimento dos PLCs

Depois vieram os microprocessadores e os controladores lógicos programáveis (PLCs) em meados dos anos 70 e nasceu uma nova vaga de automação. A capacidade de unificar o controlo de processos através dos PLCs abriu caminho para sistemas de supervisão centralizados e o panorama do SCADA começou a mudar. Nos anos 80 e 90, o SCADA evoluiu ainda mais com o desenvolvimento da tecnologia LAN (Local Area Networking) e o aparecimento do software HMI (Human-Machine Interface) baseado em PC. Estes sistemas SCADA distribuídos reduziram a pegada de hardware e aumentaram as capacidades de comunicação para que os sistemas se pudessem tornar mais modulares, escaláveis e fáceis de utilizar. Os operadores podiam agora controlar operações complexas das instalações a partir de PCs de secretária. Desde então, surgiram sistemas SCADA modernos, que permitem o acesso a dados em tempo real, uma melhor integração com outras infra-estruturas de TI, como bases de dados SQL, e oferecem melhorias significativas em termos de eficiência, segurança e fiabilidade.

Terceira geração: Sistemas SCADA em rede

Nos anos 90, os sistemas SCADA começaram a utilizar redes de área alargada (WAN) e podiam comunicar a longas distâncias. Estes sistemas SCADA em rede adoptaram uma arquitetura de sistema aberta e protocolos de comunicação normalizados, permitindo a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fornecedores. Isto foi muito importante para sectores como a energia, o petróleo e o gás, que precisavam de monitorizar linhas eléctricas ou condutas vastas e remotas. Os dados podiam agora ser enviados para salas de controlo distantes do local de operação e centralizar o controlo de sistemas distribuídos.

À medida que entrámos no século XXI, os sistemas SCADA abraçaram a análise de dados em tempo real, a computação em nuvem e a conetividade global. Os sistemas actuais estão muito longe dos mainframes de antigamente, com os dados a fluírem do chão da fábrica para as salas de controlo (e não só) em tempo real. De facto, as plataformas SCADA modernas permitem a monitorização remota a partir de qualquer parte do mundo - quer esteja na sua secretária ou em movimento. Assim, os gestores de fiabilidade já não têm de estar presos às suas estações de trabalho para acompanhar o ritmo das suas operações. Com alguns cliques, podem ver o estado do equipamento, diagnosticar problemas e tomar decisões em tempo real.

A próxima evolução dos sistemas SCADA

A próxima evolução dos sistemas SCADA está a ser moldada pelo aumento das plataformas SCADA e IIoT baseadas na nuvem. Estas tecnologias estão a permitir uma mudança dos sistemas tradicionais, no local, para soluções mais flexíveis, escaláveis e remotas. O SCADA baseado na nuvem permite o acesso a dados em tempo real a partir de qualquer lugar, oferecendo visibilidade e controlo sem precedentes sobre as operações. Juntamente com as plataformas IIoT, que integram uma vasta rede de sensores e dispositivos inteligentes, os sistemas SCADA estão a tornar-se mais ligados e ricos em dados. Esta evolução proporciona às indústrias conhecimentos mais profundos sobre os seus processos, permitindo uma tomada de decisões mais rápida e uma gestão proactiva dos equipamentos e recursos, ao mesmo tempo que reduzem os custos das infra-estruturas e melhoram a eficiência operacional.

Componentes SCADA

No coração de cada sistema SCADA estão os seus componentes - cada um desempenhando um papel crítico no controlo e monitorização de processos industriais complexos. Estes componentes trabalham em conjunto para dar aos gestores de fiabilidade total visibilidade e controlo do seu equipamento a quilómetros de distância:

1- Sensores e Actuadores

Tudo começa no solo com sensores e actuadores. Quer se trate de temperatura, pressão, caudais ou velocidade do motor, os sensores recolhem e transmitem dados em tempo real sobre o estado atual do equipamento e dos processos utilizando protocolos de comunicação como ModbusHART e Profibus. Os actuadores, por sua vez, recebem comandos do sistema de controlo utilizando os mesmos protocolos para ajustar processos físicos, como abrir uma válvula ou ligar um motor, assegurando que o sistema funciona dentro dos parâmetros desejados.

2- Controladores lógicos programáveis (PLC) e sistemas de controlo da distribuição (DCS)

Os Controladores Lógicos Programáveis (PLCs) e os Sistemas de Controlo de Distribuição (DCS) funcionam ambos como o "cérebro" do sistema, mas diferem em termos de escala e função. Os PLCs, que comunicam frequentemente através de Modbus, Ethernet/IP ou Profibus, são normalmente utilizados para controlo discreto e são ideais para automatizar tarefas localizadas, como o controlo de uma única máquina numa linha de montagem. O DCS, que normalmente utiliza OPC-UA, Foundation Fieldbus ou Modbus TCP/IP, foi concebido para processos contínuos e supervisiona vários sistemas interligados numa instalação maior, como uma fábrica de produtos químicos. Por exemplo, enquanto um PLC pode controlar o arranque e a paragem de motores numa linha de produção, um DCS pode gerir todo o processo de produção contínua de uma refinaria de petróleo, assegurando uma coordenação perfeita entre vários subsistemas.

3- Unidades terminais remotas (UTRs)

Como o nome sugere, este componente é comum em aplicações remotas. As UTRs actuam como centros de dados dentro do sistema SCADA, colocadas em instalações ou locais remotos para recolher e transmitir dados de sistemas externos como sensores, actuadores e PLCs. As UTRs são utilizadas em várias indústrias e os protocolos de comunicação que utilizam podem variar consoante a aplicação específica:

• Fabrico: Em ambientes de produção industrial, as UTRs utilizam frequentemente Modbus RTU ou Modbus TCP/IP para uma comunicação fiável entre máquinas e sistemas de controlo. Estes protocolos são amplamente suportados por dispositivos industriais, permitindo uma integração perfeita com PLCs e sensores no chão de fábrica.
• Petróleo e gás: Para a monitorização remota de condutas, cabeças de poço e refinarias, o DNP3 e o IEC 60870-5-101/104 são normalmente utilizados devido ao seu desempenho robusto na comunicação a longa distância e em ambientes adversos. Estes protocolos asseguram que os dados são transmitidos de forma fiável a partir de locais remotos para a sala de controlo, muitas vezes através de vastas áreas geográficas.
• Gestão de água e de águas residuais: O DNP3 e o Modbus são frequentemente utilizados em sistemas de gestão de água pela sua capacidade de suportar a monitorização e o controlo remotos de bombas, válvulas e estações de tratamento. A fiabilidade e a facilidade de implementação tornam estes protocolos ideais para sistemas distribuídos, como instalações de água e de águas residuais.
• Setor da energia: O sector da energia depende normalmente do IEC 60870-5-101/104 e do DNP3, que foram concebidos para uma elevada fiabilidade e segurança nas redes de transmissão e distribuição de energia. Estes protocolos suportam a monitorização em tempo real de subestações, transformadores e outras infra-estruturas críticas em grandes redes de serviços públicos.

As UTRs recolhem dados em tempo real de sensores e actuadores, convertem-nos num formato adequado para sistemas SCADA e transmitem-nos para um software SCADA central ou Interface Homem-Máquina (HMI) para posterior processamento e controlo. Além disso, as UTRs podem enviar comandos para dispositivos no terreno, permitindo o controlo remoto do equipamento, mesmo em operações de grande dimensão ou geograficamente dispersas. Isto torna as UTRs essenciais para as indústrias que exigem monitorização e controlo em tempo real em ambientes distribuídos.

3.1 IoT industrial Gateway (opcional)

A IoT industrial Gateways pode servir como uma adição opcional, mas altamente valiosa, aos sistemas SCADA. Estes gateways podem ligar-se diretamente a qualquer um dos componentes acima mencionados - sensores/actuadores, PLCs ou RTUs - actuando como uma ponte entre o equipamento industrial e as plataformas baseadas na nuvem. Por um lado, podem suportar protocolos industriais como o OPC-UA, ModbusPROFINET, EtherNet/IP e BACnet, assegurando a compatibilidade com uma vasta gama de dispositivos e máquinas. Por outro lado, retransmitem dados utilizando protocolos de fácil utilização na nuvem, como HTTP e MQTTfacilitando a troca segura e eficiente de dados entre o chão de fábrica e a nuvem. Esta combinação permite a recolha de dados em tempo real, a monitorização remota e a análise avançada, permitindo às empresas otimizar as operações e tirar partido das soluções baseadas na nuvem para a manutenção preditiva e a transformação digital.

4- Interfaces Homem-Máquina (HMI)

As Interfaces Homem-Máquina (HMIs) servem como camada interactiva entre os operadores e o sistema SCADA, fornecendo uma visualização em tempo real dos dados recolhidos a partir de sistemas externos, tais como PLCs, RTUs e sensores. As HMIs podem estar localizadas numa sala de controlo centralizada, onde os operadores monitorizam e gerem toda a instalação, ou posicionadas localmente junto a um PLC ou processo específico para controlo no local. Em configurações centralizadas, as HMIs permitem que os operadores supervisionem as operações em toda a fábrica e emitam comandos remotamente. Nas configurações locais, permitem aos técnicos interagir diretamente com a maquinaria ou processos específicos no chão de fábrica, ajustando parâmetros ou respondendo a alarmes em tempo real. Esta flexibilidade garante que os operadores têm o nível certo de controlo, quer estejam a gerir toda a fábrica ou a concentrar-se numa única máquina.

5- Software SCADA

E, finalmente, as soluções de software SCADA, como o software Ignition, são o que reúne tudo isso. Estas soluções poderosas recolhem, processam e apresentam dados de toda a fábrica, transformando dados em bruto em informação acionável. Através da análise de tendências, alarmes e dados históricos, o software SCADA ajuda os operadores e gestores a tomar decisões para melhorar a eficiência, reduzir o tempo de inatividade e evitar problemas antes de se tornarem problemas. É a torre de controlo de toda a operação, dando-lhe não só uma visão do que está a acontecer agora, mas também a análise preditiva para se preparar para o que está para vir.

Cada um destes componentes é fundamental para um sistema SCADA. Sem eles, estaria a voar às cegas num mundo orientado para os dados. Em conjunto, fazem com que a sua operação funcione como uma máquina bem oleada, com o mínimo de soluços e a máxima eficiência.

Escolher o sistema SCADA correto

Escolher o sistema SCADA correto para a sua operação é uma decisão que terá impacto na eficiência, segurança e crescimento a longo prazo da sua fábrica. Com tantas opções disponíveis, é importante ponderar os factores-chave que afectarão não só o desempenho imediato, mas também a escalabilidade e adaptabilidade do sistema à medida que as suas instalações evoluem.

Interface do utilizador: Manter a simplicidade

Uma das partes mais importantes de qualquer sistema SCADA é a interface do utilizador (IU). Se os seus operadores não conseguirem navegar facilmente no sistema, todas as funcionalidades avançadas do mundo não terão qualquer importância. Procure um sistema que tenha uma IU limpa e intuitiva, painéis de controlo claros e navegação simples. Quando os alarmes disparam ou são necessários ajustes rápidos, a última coisa que quer é uma IU confusa e desorganizada que atrase a tomada de decisões.

Uma boa interface SCADA permite que a sua equipa trabalhe de forma eficiente, tome decisões em tempo real e reduza o erro humano, o que é fundamental em ambientes de alta pressão.

Escalabilidade: Preparar o seu sistema para o futuro

As operações industriais nunca são estáticas. À medida que a sua empresa cresce, o seu sistema SCADA deve crescer com ela. A escalabilidade é um fator chave na escolha de uma plataforma SCADA. Quer esteja a acrescentar novas instalações ou linhas de produção, o seu sistema SCADA deve ser capaz de lidar com cargas de dados acrescidas, mais sensores e novos processos.

Um sistema capaz de se adaptar a alterações futuras evitará actualizações ou substituições dispendiosas no futuro. Pense a longo prazo não só nas suas necessidades actuais, mas também na forma como vê a sua operação a evoluir nos próximos 5 a 10 anos.

Compatibilidade: Integração com protocolos industriais

O seu sistema SCADA terá de comunicar com muitos dispositivos e máquinas na fábrica. É importante escolher um sistema que seja compatível com protocolos industriais comuns, tais como Modbus, DNP3 e OPC UA. A compatibilidade significa que o seu sistema SCADA pode integrar-se com o equipamento existente e com qualquer nova tecnologia que possa ser adicionada.

Esta interoperabilidade também permite que o seu sistema obtenha dados de várias fontes, dando-lhe uma visão holística da sua operação. Sem uma compatibilidade adequada, acabará por ter de recorrer a soluções dispendiosas e a dados fragmentados que abrandam a eficiência operacional.

Segurança: Proteja a sua infraestrutura

À medida que os sistemas SCADA se ligam à Web e a soluções baseadas na nuvem, a segurança torna-se uma prioridade máxima. Certificar-se de que o seu sistema SCADA cumpre as normas de segurança exigidas pelo seu departamento de TI não é negociável. Deve perguntar aos seus potenciais fornecedores sobre os seus protocolos de segurança, normas de encriptação, autenticação multi-fator e como lidam com correcções ou vulnerabilidades.

No mundo atual, uma violação de segurança pode ser devastadora - não só financeiramente, mas também para a sua força de trabalho e para o ambiente. Escolha um fornecedor que faça da segurança uma parte essencial do seu negócio e não uma reflexão tardia.

Fiabilidade do fornecedor: Um parceiro a longo prazo

Quando se trata de SCADA, a sua relação com o fornecedor não termina após a instalação. A fiabilidade do fornecedor é fundamental para o sucesso a longo prazo do seu sistema. Pretende um fornecedor com um historial comprovado de sustentabilidade e apoio ao cliente. Deve estar presente para o apoiar com actualizações do sistema, resolução de problemas e expansões.

Pesquise a reputação do fornecedor no sector, consulte os estudos de caso e peça testemunhos. Um fornecedor fiável será um parceiro que o ajudará a evoluir e a manter o seu sistema SCADA durante muitos anos.

Orçamento: Planear o crescimento sem exageros

Embora seja fácil optar pelo sistema SCADA mais avançado que existe, é necessário equilibrar o seu orçamento com as necessidades da sua fábrica. Alguns sistemas podem ter caraterísticas que são excessivas para operações mais pequenas. Se optar por um sistema complexo e dispendioso, ficará preso a custos desnecessários.

Tenha também em atenção os custos ocultos, especialmente os serviços profissionais. Os fornecedores podem cobrar custos adicionais por modificações ou expansões. Saiba claramente quanto custarão os serviços contínuos para que possa orçamentá-los. Planear o crescimento sem se comprometer excessivamente com um sistema que se tornará demasiado dispendioso ao longo do tempo é fundamental para ser ágil e evitar a dependência do fornecedor.

Escolher o sistema SCADA certo é uma grande decisão, mas com um planeamento cuidadoso e tendo em conta estes factores, estará pronto para tomar uma decisão que conduz à eficiência operacional, protege os seus dados e se adapta ao seu negócio.

Opções de software SCADA

Ignition SCADA: A escolha moderna e flexível para os fabricantes

O Ignition SCADA tornou-se uma solução SCADA moderna para os fabricantes devido à sua flexibilidade e arquitetura aberta. Ao contrário dos sistemas SCADA tradicionais, o Ignition tem tags, clientes e ligações ilimitados, pelo que obtém a escalabilidade de que necessita sem custos. A sua moderna interface baseada na Web permite o acesso a partir de qualquer dispositivo, dados em tempo real e controlo na ponta dos dedos. O design modular significa que pode começar pequeno e crescer à medida das necessidades, integrar-se com os sistemas e protocolos existentes, pelo que é a escolha flexível para os fabricantes que procuram preparar o seu funcionamento para o futuro.

Siemens SCADA - Simatic WinCC: Avançado para Indústrias Complexas

O Siemens SCADA, em particular o Simatic WinCC, é um sistema de monitorização e controlo em tempo real de elevado desempenho, pelo que é perfeito para indústrias complexas de grandes dimensões. Desde a indústria farmacêutica à energia, os sistemas SCADA da Siemens oferecem uma precisão sem paralelo com uma funcionalidade alargada para visualização de processos, aquisição de dados e manutenção preditiva. A integração do Simatic WinCC com os produtos de automação da Siemens cria um ambiente perfeito onde PLCs, HMIs e SCADA conversam entre si. Para fábricas onde o tempo de atividade é crítico e o tempo de inatividade pode custar milhões, o Siemens SCADA oferece fiabilidade e funcionalidades avançadas para otimizar até as operações mais complexas.

Schneider SCADA: Uma alternativa abrangente

A Schneider Electric fornece um conjunto robusto de soluções SCADA e de telemetria, oferecendo componentes de hardware e software para otimizar o controlo e a monitorização. A sua gama de hardware inclui unidades terminais remotas (RTUs), controladores lógicos programáveis (PLCs) e comunicação gateways, que são concebidos para se integrarem perfeitamente em ambientes industriais existentes. Do lado do software, a Schneider oferece plataformas SCADA avançadas, como o EcoStruxure, que permitem a aquisição de dados em tempo real, a monitorização remota e a análise preditiva, permitindo que as empresas optimizem as operações e melhorem a gestão de energia e a sustentabilidade. Com estas soluções abrangentes, a Schneider pode ser um parceiro de confiança para os requisitos actuais e futuros.

Wonderware SCADA: Comprovado para Controlo de Supervisão

A Wonderware, que também faz parte do portfólio da Schneider Electric após a aquisição da Invensys em 2014, tem um longo legado de fornecimento de soluções SCADA fiáveis para uma vasta gama de indústrias. O Wonderware evoluiu para uma plataforma de confiança em sectores como a montagem automóvel, alimentação e bebidas, energia e gestão da água. A adaptabilidade e a facilidade de integração do Wonderware com sistemas industriais fazem dele uma solução de referência para melhorar a eficiência e a fiabilidade operacionais.

SCADA AVEVA: SCADA na nuvem para a Indústria 4.0

SCADA A AVEVA estabeleceu-se como líder em soluções SCADA baseadas na nuvem, impulsionando a transformação digital em todos os setores. Em 2023, a AVEVA foi adquirida pela Schneider Electric, reforçando o portefólio da Schneider para fornecer soluções de fábrica inteligentes. Com a sua abordagem cloud-first, a AVEVA permite a monitorização e controlo remotos, permitindo às empresas otimizar as operações a partir de qualquer parte do mundo. Indústrias como energia, petróleo e gás e gestão de água contam com o software SCADA da AVEVA para aumentar a eficiência e a sustentabilidade.

VT SCADA: Um nome para monitorização e controlo remoto

Embora seja um interveniente mais pequeno, o VT SCADA ganhou quota de mercado em indústrias que requerem uma monitorização e controlo remotos robustos, entre outros. O seu modelo de licenciamento simples e o seu desempenho fiável fazem dele uma escolha popular para estações de tratamento de água, oleodutos e serviços públicos. O VT SCADA foi concebido para uma elevada disponibilidade com caraterísticas como redundância integrada e ativação automática de falhas, para que os sistemas se mantenham activos mesmo em condições adversas. Pode funcionar em ambientes remotos e distribuídos com manutenção mínima, pelo que o VT SCADA é a melhor escolha para as indústrias onde a visibilidade remota em tempo real é crítica para a continuidade do negócio.

Conclusão

Escalabilidade e flexibilidade: As chaves para a transformação digital

No atual mundo industrial em rápida mudança, a escalabilidade e a flexibilidade são mais do que apenas palavras - são a base do crescimento. Um sistema SCADA que pode escalar com a sua operação significa que não está preso a uma tecnologia antiga quando o seu negócio cresce. Quer se trate da adição de novas linhas de produção, mais dispositivos IoT ou fluxos de dados complexos, um sistema SCADA escalável deve ser capaz de lidar com as exigências crescentes sem esforço. A flexibilidade também é fundamental, uma vez que cada indústria é diferente. A capacidade de personalizar o sistema de acordo com o seu fluxo de trabalho operacional e de se integrar com os protocolos existentes é a chave para preparar a sua estratégia de automação para o futuro.

SCADA na Nuvem: O Complemento Perfeito para Sistemas SCADA Legados

O SCADA na nuvem já não é um conceito - está a tornar-se a nova norma no mundo industrial. Com acesso a dados em tempo real a partir de qualquer parte do mundo, o SCADA na nuvem proporciona uma flexibilidade operacional sem precedentes. A nuvem elimina a necessidade de infra-estruturas no local, reduzindo os custos de manutenção e aumentando a escalabilidade. À medida que a Internet Industrial das Coisas (IIoT) cresce, o SCADA na nuvem dominará, oferecendo mais segurança, integração perfeita com outras ferramentas digitais e a agilidade para enfrentar os desafios modernos de fabrico. Para os gestores de fiabilidade que procuram estar à frente da curva, a transição para um SCADA na nuvem pode ser o próximo grande passo para otimizar a eficiência e a competitividade.