Unidades Terminais Remotas (UTRs): Componentes-Chave de Sistemas SCADA

UTR significa unidade terminal remota. Uma UTR é um dispositivo de controle tipicamente instalado em local remoto como parte de um grande sistema. O principal propósito de uma UTR é monitorar e controlar dispositivos de campo, como válvulas, atuadores, sensores e mais. UTRs são componentes essenciais de sistemas de controle supervisório e aquisição de dados (SCADA), estabelecendo interfaces entre controle SCADA e processos físicos.

Figura 1. O ACE3600 é uma UTR popular da Motorola. Imagem cortesia da EBIPAX

UTRs são às vezes mal classificadas como controladores lógicos programáveis (CLPs) devido às suas semelhanças e a dominância destes no campo de automação industrial. Existem, no entanto, várias diferenças técnicas entre eles, bem como diferentes aplicações para as quais um é mais adequado que o outro.

A história das UTRs está intimamente ligada à história do SCADA. Os primeiros sistemas SCADA originaram-se em usinas de geração de energia nos anos 1950. O desafio na época era coletar dados de subestações interconectadas e enviá-los à sala de controle principal. Isso foi graças às primeiras aplicações de telemetria, essencialmente as primeiras UTRs.

Depois, nos anos 1960 e 1970, com avanços em ciência da computação, tornou-se possível implementar os primeiros sistemas SCADA e UTR baseados em eletrônica. Instrumentação foi instalada em distâncias maiores que antes, e UTRs ofereceram capacidade de adquirir maiores volumes de dados e realizar algumas funções básicas de controle.

A versão moderna da UTR foi introduzida nos anos 1980 e desenvolvida durante os anos 1990. A UTR tornou-se baseada em microprocessador e capaz de executar lógica mais avançada, similar a CLPs. Novos protocolos de comunicação foram introduzidos, permitindo troca de ainda mais informações de forma confiável. RS-232, RS-482 e depois Ethernet são alguns dos protocolos mais amplamente usados. UTRs contemporâneas vêm com mais recursos e funcionalidades.

Componentes da UTR

Uma UTR consiste de um painel de hardware onde um ou mais módulos de entrada/saída (I/O) são instalados. Os componentes mais importantes de uma UTR são a unidade central de processamento (CPU), fonte de alimentação, porta de comunicação e I/O físico. Revisaremos estes componentes em mais detalhes a seguir.

Figura 2. Uma estrutura típica de hardware de UTR. Imagem cortesia da ResearchGate

Unidade Central de Processamento (CPU)

A CPU pode consistir de um ou mais cartões de circuito complexos que executam processamento de função central. UTRs modernas usam microprocessadores de 32 bits. A CPU faz uso de um watchdog timer para validar que a execução do ciclo é feita corretamente. O módulo CPU também pode ser equipado com portas de comunicação ethernet. Algumas UTRs vêm com CPUs duais, caso em que são configuradas como primária e backup, fornecendo redundância ao dispositivo.

Muitas UTRs podem ser programadas usando linguagens e sintaxe similares a CLPs, como lógica de escada e texto estruturado. Outras podem requerer codificação mais complexa usando C# ou outras linguagens. Por outro lado, algumas UTRs em aplicações simples podem ser programadas usando interfaces web.

Fonte de Alimentação

UTRs são normalmente alimentadas continuamente por uma linha principal. No entanto, os locais remotos onde UTRs podem ser instalados também são tipicamente provisionados com módulos de bateria de backup. Isso pode ajudar a garantir operação ininterrupta por um período de tempo. O tipo mais comum de bateria usado é chumbo-ácido, embora baterias de lítio tenham ganhado popularidade mais recentemente.

Portas de Comunicação

Toda UTR precisa de uma forma de se comunicar com o exterior com o cliente (ou mestre) estação SCADA. Para isso, são equipadas com pelo menos uma porta de comunicação. UTRs suportam muitos protocolos de comunicação, incluindo Ethernet, RS-232 e Modbus. Algumas das topologias mais comuns suportadas em redes UTR e SCADA são anel, série, estrela, etc.

I/O Físico

UTRs suportam os quatro módulos I/O mais comuns: entrada digital, saída digital, entrada analógica e saída analógica. Módulos de entrada digital capturam sinais de status e alarme vindos dos dispositivos de campo. Saída digital é necessária para enviar sinais e comandos aos dispositivos de campo. Entradas e saídas analógicas trabalham com corrente ou tensão variável, normalmente nas faixas de 0-1 mA ou 0-10 V, respectivamente.

Agora que entendemos como UTRs funcionam e seus componentes, vamos ver brevemente como se encaixam em sistemas SCADA.

UTRs em Sistemas SCADA

Uma arquitetura SCADA completa inclui diferentes tipos de dispositivos de campo. Estes dispositivos podem ser conectados a uma ou mais UTRs no sistema e transmitir dados sobre eventos físicos. Existe grande variedade de dispositivos de campo disponíveis no mercado hoje, considerando o número de diferentes sistemas SCADA.

Figura 3. Exemplo de medidor de vazão e sensor sem fio conectados a uma UTR. Imagem cortesia da Bentek Systems

Alguns dos dispositivos mais comuns são sensores de proximidade, sensores de temperatura, medidores de vazão, medidores de nível (para líquidos), sensores sem fio e mais. O papel de uma UTR é compilar a informação fornecida por estes dispositivos de campo e comunicá-la ao controle SCADA central.

UTRs são dispositivos importantes no SCADA, especialmente em longas distâncias. Integram-se facilmente a sistemas de controle e são populares para monitorar condições remotamente, como níveis de fluido. No próximo artigo, mergulharemos mais nas diferenças entre UTRs e CLPs.