Monitoramento de variáveis de processo com Elipse SCADA e Arduino

Qual é o objetivo deste artigo?

Primeiro passo: Definição do hardware que será utilizado

O hardware que será utilizado para demonstrar os conceitos propostos no início deste artigo será composto por um Arduino UNO, um sensor de temperatura TMP36 e quatro leds, juntamente com os seus respectivos resistores de acionamento. O objetivo do projeto desenvolvido neste artigo consiste em monitorar o comportamento da temperatura e acionar alarmes caso os valores correntes extrapolem os limites estabelecidos (existem quatro limites definidos: temperatura muito alta, temperatura alta, temperatura baixa, temperatura muito baixa) e consequentemente, acender os leds de acordo com o nível de desvio dos limites em questão (1 led para alta/baixa, 2 leds para muito alta/muito baixa).

Segundo passo: Elaboração do código que será inserido no Arduino UNO

No decorrer desta seção serão explicados todos os passos utilizados para o desenvolvimento do projeto proposto, isto é, o código será comentado de modo que todo conhecimento aplicado seja facilmente compreendido.

Os Melhores Treinamentos sobre Sistemas embarcados e IoT

Cursos com professores qualificados para acelerar sua carreira e projetos

MATRÍCULE-SE AGORA

Em um primeiro momento deve-se incluir as bibliotecas necessárias para que o código a ser inserido no Arduino UNO funcione adequadamente. Neste artigo utilizaremos somente a biblioteca desejada para estabelecer a comunicação entre o Arduino UNO e o Elipse SCADA através do protocolo Modbus, que pode ser encontrada aqui (baixar o arquivo SimpleModbusSlaveV10.zip).

#include <SimpleModbusSlave.h>

Em seguida, realizou-se o uso da diretiva #define para associarmos as palavras que definem os componentes em questão aos seus respectivos pinos do Arduino UNO. O hardware utilizado possui quatro leds, cada um responsável por explicitar a ocorrência de um tipo de alarme entre os citados anteriormente.

#define LED_HIHI 12
#define LED_HIGH 11
#define LED_LOW 10
#define LED_LOLO 9

Posteriormente, pode-se observar um bloco chamado enum, neste estarão escritos os registradores que conterão as informações utilizadas na leitura de informações e  acionamento de dispositivos. Estes são denominados Registradores Holding e para declará-los, basta escrever seus nomes seguidamente no código.

É importante ressaltar que após as declarações dos respectivos Registradores Holding, deve-se escrever HOLDING_REGS_SIZE (informação utilizada pela biblioteca para identificar a quantidade de Registradores Holding que estão sendo utilizados) e em seguida, cria-se a variável holdingRegs para a manipulação dos registradores em questão.

enum 
{     
                                                                                                
  TEMP_TMP36,        
  L_HIHI,
  L_HIGH,
  L_LOW,
  L_LOLO,    
  HOLDING_REGS_SIZE                  
                                                                                                                
};

unsigned int holdingRegs[HOLDING_REGS_SIZE];

Na função setup(), utiliza-se primeiramente, a função modbus_configure() para determinar os parâmetros necessários para estabelecer a conexão via comunicação serial utilizando o protocolo Modbus. Os parâmetros mais importantes para este artigo são o segundo, o terceiro e o quarto que dizem respeito à taxa de transmissão de dados, o formato do pacote utilizado no protocolo Modbus e a identificação do escravo, respectivamente. Note que estes três argumentos citados devem estar em conformidade com as configurações do Elipse SCADA. 

Em seguida, temos a função modbus_update_comms(), que também é responsável pela comunicação via Modbus, além da definição dos modos de operação dos pinos responsáveis pelo acionamento dos leds.

void setup()
{
        
  modbus_configure(&Serial, 9600, SERIAL_8N1, 1, 2, HOLDING_REGS_SIZE, holdingRegs);

  modbus_update_comms(9600, SERIAL_8N1, 1);

  pinMode(LED_HIHI,output);
  pinMode(LED_HIGH,output);
  pinMode(LED_LOW,output);
  pinMode(LED_LOLO,output);
  
}

O conteúdo da função loop() começa com a função modbus_update() utilizada para a atualização dos valores dos registradores citados anteriormente. Em seguida, realiza-se a leitura das informações presentes na porta de entrada analógica A0 e posteriormente realiza-se o envio de sinais de nível alto ou baixo, conforme o valor de estado dos leds (que serão determinados dentro da programação do Elipse SCADA).

void loop()
{
                                                                               
  modbus_update();
  
  holdingRegs[TEMP_TMP36] = analogRead(A0);  
  digitalWrite(LED_HIHI, holdingRegs[L_HIHI]);
  digitalWrite(LED_HIGH, holdingRegs[L_HIGH]);
  digitalWrite(LED_LOW, holdingRegs[L_LOW]);
  digitalWrite(LED_LOLO, holdingRegs[L_LOLO]);                                                     
  
}

Terceiro passo: Escolha do driver e criação da(s) Tag(s) necessárias

Primeiramente, deve-se selecionar o driver apropriado para a aplicação que está sendo realizada. O driver em questão é o dado pelo arquivo Modbus.dll (caso o leitor tenha dúvidas sobre como proceder para adicionar este elemento corretamente, basta ver o passo a passo apresentado no primeiro artigo da série).

Da mesma forma que o driver foi inserido, recomenda-se novamente a leitura do primeiro artigo para conferir o procedimento para criação das tags a serem inseridas. Nesta publicação foram criadas 5 tags do tipo PLC, sendo uma para cada Registrador Holding existente no código.

Observe que de fato, uma dessas tags irá conter o valor do Registrador Holding responsável por obter a informação proveniente do sensor de temperatura. Entretanto, este valor precisa ser tratado para mostrar corretamente resultado em termos de temperatura. Para isso, deve-se criar uma tag do tipo expressão para então, por meio de uma expressão matemática, fazer com que esta armazene o valor corrigido proveniente da tag diretamente ligada ao Registrador Holding.

Após a realização do procedimento anterior, deve-se abrir a aba Alarmes para definir os limites que, caso sejam ultrapassados, farão com que os alarmes sejam acionados. Os limites estabelecidos são:

• LoLo – Acionado quando a temperatura ficar abaixo de -20 °C;
• Low – Acionado quando a temperatura ficar abaixo de 0 °C;
• High – Acionado quando a temperatura ficar superior a 80 °C;
• Hihi – Acionado quando a temperatura ficar superior a 100 °C.

Quarto passo: Criação dos elementos gráficos

Neste passo, serão criados os elementos necessários para que o operador possa interagir com o sistema existente.

Primeiramente, deve-se criar os 4 objetos do tipo text e definir as respectivas zonas para informar ao usuário o estado dos leds, ou seja, Ligado e Desligado. Lembre-se que o procedimento para a elaboração dos mesmos foi realizado no segundo artigo desta série, portanto, estas etapas serão omitidas neste momento.

Para que os elementos citados anteriormente funcionem da maneira prevista, deve-se construir um pequeno script visando o efeito desejado. Sendo assim, basta que o leitor clique no ícone Organizer (mostrado no primeiro artigo desta série), selecione o elemento Tela1 e crie um novo script na aba Scripts do tipo WhileRunning com o código descrito na figura a seguir, onde o alarme atuante no momento (currentAlarm) da tag temperatura_correta é comparado com vários valores (0 a 4) para que seja possível detectar qual é o nível de alarme ao qual a tag está sujeita. Segue a lista das comparações:

• tag.currentAlarm = 0 (nenhum alarme atuante);
• tag.currentAlarm = 1 (Alarme muito baixo – LOLO);
• tag.currentAlarm = 2 (Alarme baixo – LOW);
• tag.currentAlarm = 3 (Alarme alto – HIGH);
• tag.currentAlarm = 4 (Alarme muito alto – HIHI).

Em seguida, deve-se criar o elemento Graph, este permitirá que um gráfico de tendências possa exibir o comportamento de uma determinada tag em tempo real. O procedimento para a criação do mesmo é idêntica ao realizado para o text, bastando clicar no ícone correspondente e arrastar o mouse conforme o tamanho desejado.

Existem muitas propriedades que podem ser alteradas pelo usuário para personalizar a estética do gráfico de tendências, no entanto, o ponto mais importante está na aba Penas, onde o leitor incluirá qual ou quais tags serão apresentadas no gráfico. Para realizar este procedimento, basta clicar no ícone destacado na figura abaixo e na aba Y axis selecionar a tag desejada.

Por último, deve-se criar um objeto do tipo Alarm, este elemento será o responsável por informar na tela a ocorrência de todos os alarmes que forem ativados conforme algum dos limites estabelecidos nas propriedades das tags seja extrapolado. Basicamente, as propriedades deste bloco definem como e quais informações serão mostradas quando um alarme é ativado, de modo que o leitor tem a liberdade para “formatar” as informações da maneira que for conveniente. Entretanto, neste momento é importante marcar a opção Histórico no campo Tipo de Alarme, pois assim, todos os alarmes irão aparecer no bloco em questão, caso contrário, somente o último alarme será explicitado.

Finalmente, pode-se conferir o resultado do desenvolvimento realizado neste artigo na figura a seguir.

Esperamos que você tenha gostado deste conteúdo, sinta-se à vontade para nos dar sugestões, críticas ou elogios. Na próxima parte, abordaremos outros conceitos visando a progressão do aprendizado referente à manipulação desta ferramenta. Deixe seu comentário abaixo.