Centro de Telecontrole Redundante na CEEE-GT

A implementação de redundância nos centros de controle para as concessionárias de transmissão de energia elétrica no Brasil, agora é citada explicitamente nos Procedimentos de Rede do ONS, item 10.14 (Requisitos Operacionais para os Centros de Operação, Subestações e Usinas da Rede de Operação):

4.2 Os centros do ONS e dos Agentes devem dispor de:
(b) plano de contingenciamento para garantir a continuidade de seu serviço, tais como existência de centro reserva (“backup”) ou plano de assunção de atividades por centros regionais;

Ou seja a redundância deve ser provida ou por um centro backup ou pelos centros regionais. Note-se que este requisito abre a possibilidade de se obter receita para a montagem destes centros.

Algumas empresas já vislumbraram a mais tempo as vantagens de se ter a configuração do tipo Centro Principal / Centro Reserva, em comparação a ter diversos centros regionalizados, já tendo implementado esta arquitetura, antes mesmo de ser citada nos Procedimentos de Rede do ONS.

Durante as manutenções planejadas (troca de base de dados, alteração de configuração, substituição de equipamentos, etc.) dos centros de telecomando, a indisponibilidade simultânea, ainda que temporária, do comando de muitas subestações é um problema complexo, acarretando a necessidade de se deslocar operadores para muitas localidades ou de se assumir o risco de se ficar sem comando pelo tempo programado ou até mais, caso ocorram dificuldades com a retomada do sistema SCADA.

A possibilidade de contar com um Centro Backup resolve este problema de forma elegante, já que toda a funcionalidade está disponível neste centro, que assim pode assumir as operações tanto durante estas ocasiões programadas como em casos de falhas, desastres, ou até mesmo de ataques terroristas e cibernéticos.

As empresas podem optar por manter duas equipes independentes, uma em cada centro, ou por deixar vazio o centro backup, efetuando o deslocamento de uma equipe para o local em caso de necessidade. Neste segundo caso, podem ser disponibilizadas no Centro Principal consoles remotas conectadas ao Centro Backup que possibilitam, em muitos casos, manter a operação durante as contingências no sistema principal (programadas ou não), utilizando a mesma equipe operativa.

A equipe de Engenharia de Supervisão da CEEE-GT projetou e implantou uma configuração dual para os centros de telecontrole, a qual permite que área de operação possa optar por manter os dois centros ocupados ou deixar o Centro Backup sem operadores. A opção inicial foi por deixar apenas um centro ocupado, utilizando as consoles ligadas ao Centro Backup para assumir as contingências.

Os sistemas de automação das subestações se conectam a ambos os centros através de portas diferentes e canais de telecomunicação redundantes, sempre que possível. Desta forma, a falha simples de canal pode ocorrer sendo que a disponibilidade dos dados de supervisão e comandos fica garantida pela conexão ao segundo centro. Esta configuração facilita também a manutenção dos canais de comunicação.

Os Centros de Telecontrole, principal e reserva, já utilizam um padrão de telas elaborado segundo as modernas recomendações para IHM’s de alto desempenho (High Performance HMI) da norma ANSI/ISA-101.01-2015 e contarão, gradualmente, com as novas Ferramentas de Auxílio à Recomposição Fluente.

Enfim, como diz o ditado “Quem tem dois tem um, quem tem um não tem nenhum!“: ter um plano “B” é fundamental! E, neste caso, verifica-se que é possível obter importantes benefícios operacionais, retorno financeiro (RAP), redução de custos, maior eficiência e segurança.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: Engenharia de Supervisão / CEEE-GT

elecomando #transmissão #energia #subestação

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Como otimizar a Operação através de melhorias na IHM – Parte 4 – A Representação das Medições

“The power of the unaided mind is highly overrated…
The real powers come from devising external aids that enhance cognitive abilities.”

Donald Norman

A forma de representação das medições nas IHM’s é um aspecto que apresenta, quase sempre, oportunidades de melhorias significativas.

Um valor medido representado apenas pelo número na tela, faz com que o operador tenha que processar mentalmente o valor para saber se o mesmo está alto/baixo, errado, aumentando/diminuindo, ou se está próximo de entrar na região de alarme. Isto onera a sua memória de trabalho e reduz a sua capacidade cognitiva. Com a experiência o operador se torna mais eficiente nesta tarefa, mas sempre estará de alguma forma sobrecarregado. Veja que esta carga é multiplicada pela quantidade de medições apresentadas na tela. Os limites estabelecidos normalmente somente podem verificados através do acesso aos dados do ponto clicando na medida (faceplate).

Para facilitar a identificação rápida da qualidade das medidas, é recomendável que, pelo menos as medições mais críticas do processo, sejam representadas na forma analógica.

Veja a figura abaixo da série Star Trek e compare com a representação numérica:

Temp.=36.5 :: Brain=70 :: Lungs=1.8 :: CELL RATE=5.5 :: BLOOD=20.0 :: BLOOD T=8.0

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Os dashboards permitem uma identificação muito mais rápida da saúde de um processo, sendo especialmente recomendáveis nos gráficos pertencentes aos níveis 1 e 2 da hierarquia de navegação.

Alguns tipos de representação úteis são:

  • Gráfico de barra vertical;
  • Gráfico de barra horizontal;
  • Gráfico de bala (bullet chart);
  • Gráfico de caixa de dispersão (box plot);
  • Gráfico de teia ou radar.

Gráficos de pizza e donut não são recomendáveis para mais de 2 medidas no mesmo gráfico, pois não permitem facilmente a comparação das grandezas.

Gráficos do tipo manômetro (gauge) também não são ideais pois tomam muito espaço, sendo muitas vezes colocados por questões de marketing, pois imitam a realidade (skeumorphism), com a utilização desnecessária de sombreados, reflexos e cores brilhantes.

Outra forma de representação muito recomendada são os gráficos de tendência (trends). Estes são muito úteis pois permitem identificar se a medida está estável, ou se está se aproximando da faixa de alarme e com que rapidez. Assim o operador pode atuar preventivamente de modo a evitar violações e a tornar o processo mais otimizado, econômico e seguro. Estes gráficos devem ser plotados diretamente na tela, não basta ter a funcionalidade disponível para que o operador abra um utilitário de plotagem.

Para a representação puramente numérica é importante:

  • Cor de texto não muito destacada;
  • Fonte sem serifa com números monoespaçados e que renderize sem serrilhados;
  • Tamanho e contraste que permitam boa legibilidade;
  • Reservar cores para representar falha ou alarme e não para o tipo/unidade da medida;
  • Representação da unidade ao lado do valor em cor esmaecida;
  • Posicionamento em ordem coerente;
  • Evitar mostrar casas decimais desnecessárias;
  • Uso de símbolos para representar direção de fluxo e aumento/redução de valor.
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Fonte: Automationline.de

No próximo artigo tratarei sobre a documentação da IHM.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: https://dscsys.com

#SCADA #HMI #IHM #interface #ISA101 #operação #subestação #medições

How to optimize Operation through improvements in HMI – Part 1: Rationale and Motivation

“There is no such thing as information overload.
There is only bad design
.

Edward Tufte

In this series of articles I will be describing some tips and guidelines on how to design human-machine interfaces (HMIs) in order to obtain improvements in the results of the process operation. The concepts apply to any SCADA system in any type of industry, but I will sometimes be particularizing for the case of the electrical sector.

The concepts presented here are based on the research and recommendations on User-Centered Interfaces in SCADA systems made by the ASM Consortium in the book “The High Performance HMI Handbook” by Hollifield et al. (ISBN-10: 0977896919), in the guidelines of the ANSI / ISA101.01-2015 standard (Human-Machine Interfaces for Process Automation Systems), in my investigation of the fundamentals of the interface area and in the practical experience of adapting this methodology to the remote control operation of Power Transmission Substations.

What you and your company can gain from this? According to a scientific test developed by the ASM Consortium, a User-Centered Interface compared to a traditional interface achieved the following results:

  • Problems were detected by the operators 5 times more, before the first alarm.
  • 36% Gain in success rate in completing the proposed operations.
  • Operators completed tasks 41% faster.

These are extraordinary gains that translate directly into financial benefits, safety and quality of operation, please note that these are obtainable only through the reconfiguration of the HMI, there are no other investments.

Of course the results can vary greatly from case to case, but the benefits are quite obvious once conceived, implemented, tested and put into practice the new interface. In the practical case that I implanted, the new interface obtained an index of more than 80% of approval from the operators, which is extremely significant for the environment of the electric sector where the resistance to the change is notorious.

The importance of the subject is such and the results so concrete that it has motivated the creation of the ISA101 standard. The standard sets out recommendations and best practices that cover the entire lifecycle of the HMIs. The ISA101 standard aims to:

  • Provide guidance on the design, implementation, operation and proper maintenance of HMIs that result in the safest, most effective and most efficient process control under all operating conditions.
  • Improve the operator’s ability to detect, diagnose and respond appropriately to abnormal situations.

According to ISA101, Situational Awareness is classified into three levels:

  • Level 1 – Be aware of what is happening in the process.
  • Level 2 – Understand the current state of the process.
  • Level 3 – Understand what should be the probable state of the process in the future.

One of the fundamental characteristics of User-Centered Interfaces is to empower the operator to precisely understand the present situation and to be in a good position to predict the state of the process in the near future and, thus, to have a more preventive action on the process and no longer simply respond to alarms. This is only possible by providing information, in the form of suitable visualizations, in context to the operators, when they need it, and not simply reproducing on the screen the P & ID or single-line diagrams with scattered numbers representing process measurements (traditional methodology allows to reach only Level 1 of Situational Awareness).

With this introduction, I hope to have motivated the professionals who, in some way, participate in the process of operation and conception of the HMIs to pay more attention to them, since the opportunity to obtain significant gains through the understanding and application of the concepts that will be presented in this series of articles.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: https://dscsys.com

#SCADA #HMI #IHM #interface # ISA101 # operation # substation

Como otimizar a Operação através de melhorias na IHM – Parte 3 – O Uso das Cores

“Clutter and confusion are not attributes of data –
they are shortcomings of design.”

Edward Tufte

O adequado uso das cores nas IHM’s é um dos mais importantes fatores que definem os gráficos de alto desempenho recomendados pela norma ANSI/ISA101.01-2015 e diversos outros autores.

O uso das cores deve ser limitado, pois o excesso de cores torna a visualização confusa para o operador, especialmente nas situações estressantes. As cores de alarme devem ser reservadas somente para esta função para tornar facilitar a identificação do que é mais importante no momento certo.

A situação operativa normal deve ser representada de forma serena, basicamente em 2D, com contraste limitado e poucas cores. Deve ser evitado o uso de 3D, texturas complexas, sombreados, gradientes e excesso de contraste pois sobrecarregam o processamento visual do cérebro, causando fadiga e lentidão na compreensão da situação. Cores brilhantes chamativas e animações também devem ser evitadas a não ser para as situações de alarme.

As cores não devem ser a única forma de representar as informações. Isto é necessário devido ao fato de que cerca de 10% dos homens possuem alguma deficiência visual para a identificação das cores. Por exemplo: não é recomendado diferenciar o tipo das medições somente pela cores, é aconselhável colocar a unidade ao lado da medida. A representação de disjuntor aberto e fechado (no caso dos sistemas de controle de subestações) não deve ser feita apenas pela cor: o disjuntor aberto deveria ser vazado, por exemplo e o fechado cheio para facilitar a diferenciação.

A cor de fundo recomendada pela grande maioria dos autores é o cinza claro (cor próxima de RGB 200, 200, 200). É considerado que esta cor provê um contraste adequado e causa pouca fadiga visual quando harmonizada com um ambiente bem iluminado. Todavia, acredito que é possível, embora não seja ideal, também aplicar muitos dos conceitos de gráficos de alto desempenho mesmo que se utilize outros fundos, tais como preto, azul escuro e branco.

A cor de frente deve ser, em geral cinza escuro combinado com preto, com variações na espessura para as linhas e tamanho para os textos de acordo com a importância dos objetos representados. Também podem ser utilizadas outras cores, mas restringindo-se a uma única tonalidade, por exemplo em um tom pastel (não brilhante) de verde ou azul.

Para os alarmes, sugere-se o uso do vermelho, amarelo, laranja e violeta de acordo com as prioridades. Também para os alarmes, a cor não deve ser a única forma de representação, devendo ser combinadas com a forma e texto (triple coding).

O uso das cores deve ser eficiente, consistente e documentado para todas as funções, ao longo de todas as telas. Desta forma a curva de aprendizado dos operadores se torna bastante suave, ou seja, em pouco tempo os operadores aprendem a utilizar adequadamente o sistema. Já os gráficos feitos sem critério fazem com que os operadores precisem de meses ou até de anos para se acostumarem e conseguirem processar minimamente os dados apresentados nas telas, e mesmo após este tempo terão a sua memória de trabalho sobrecarregada, o que pode causar atraso e erro na tomada de decisão.

Para exemplificar o uso errado e correto das cores veja as figuras abaixo (fonte das imagens: http://wilmingtonisa.org/files/Download/ISA-Applying-ISA101-to-Existing-HMIs_MikeHawrylo.pdf):

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Veja também este vídeo que mostra bem alguns aspectos do uso das cores nas IHM’s de alta performance.

No próximo artigo abordarei a representação das medições.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: https://dscsys.com

#SCADA #HMI #IHM #interface #ISA101 #operação #subestação #cores

 

Como otimizar a Operação através de melhorias na IHM – Parte 2 – Estrutura e Navegação

“The best design gets out of the way between the viewer’s brain and the content.”
Edward Tufte

É fundamental que a IHM seja projetada sempre pensando nas tarefas desempenhadas pelos operadores. Por isso não há uma fórmula mágica para criar uma IHM, mas sim um caminho a seguir. Para cada caso deve ser elaborada e estudada a lista de tarefas que os operadores desempenham e a partir deste ponto pensar na estrutura e depois nas visualizações. Para isto pode ser utilizada alguma metodologia, por exemplo GDTA (Goal Directed Task Analysis).

Dois aspectos muito importantes para a eficiência da IHM são a estruturação hierárquica das telas e a consistência da navegação.

É recomendável que seja elaborada uma organização em níveis:

Nível 1 – Perspectiva Geral (Overview or Area Wide Display): esta tela dá a visão do estado geral do sistema, devendo conter a visualização das principais funções que devem ser monitoradas pelo operador, mais especificamente os principais indicadores da situação, qualidade, produção e segurança, bem como alarmes sistêmicos. Esta tela normalmente é mostrada no video-wall, quando disponível. Por exemplo, no caso do telecomando de subestações poderia ser a tela com a visão sistêmica, ou seja com a situação das linhas de interligação entre as subestações. Caso haja controle de carregamento e/ou tensão, poderiam ser mostrados gráficos de barras dos maiores desvios e gráficos de tendências embutidos na tela para que se possa vislumbrar a condição futura e atuar preventivamente para evitar violações dos limites estabelecidos.

Nível 2  – Telas de Unidades de Controle de Processo (Process Unit or Facility Control Display): é o conjunto de telas, uma para cada unidade de controle. Por exemplo no caso do setor elétrico, seriam as telas de cada subestação. Nesta deve ser mostrada a situação dos principais processos da unidade, também com as principais medições em visualização na forma analógica e gráficos de tendências. Estas devem ser as telas que devem ser criadas primero.

Nível 3 – Telas de Detalhe dos Processos nas Unidades (Process Unit Detail or Detailed Information Display): para cada unidade apresenta, em detalhes, o funcionamento de cada processo na unidade. Pode representar também o estado dos equipamentos que compõem o processo ou facilitar a execução de tarefas específicas. No caso de subestações poderia ser uma tela detalhada de transformador, serviços auxiliares ou de apoio à recomposição.

Nível 4 – Telas de Diagnóstico, Ajuda e Suporte (Process Unit Support or Auxiliary Information Display): são telas que apresentam informações detalhadas para status de equipamentos e instrumentação, e também telas de ajuda, instruções de operação, diagnóstico, etc. Ex: telas de arquitetura de supervisão e controle, mostrando a saúde e status dos equipamentos e a situação dos links de comunicações.

Veja alguns exemplos de telas para cada nível neste artigo ou aqui.

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Tela de Nível 1 (Fonte Wonderware)

A navegação precisa ser consistente para que o operador nunca fique sem orientação. Deve haver uma forma clara e rápida para navegar nos 4 níveis hierárquicos, os links devem ser posicionados de forma coerente sendo mostrado em que nível se está no momento. Como referência, deve-se poder chegar a qualquer tela em até 3 cliques, em 5 segundos.

No próximo artigo abordarei o uso das cores.

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#SCADA #HMI #IHM #interface #ISA101 #operação #subestação

Como otimizar a Operação através de melhorias na IHM – Parte 1: Fundamentação e Motivação

“There is no such thing as information overload.
There is only bad design
.

Edward Tufte

Nesta série de artigos estarei descrevendo algumas dicas e diretrizes sobre como projetar as interfaces humano-máquina (IHM’s) de modo a obter melhorias nos resultados da operação de processos. Os conceitos se aplicam a qualquer sistema SCADA em todo o tipo de indústria, mas estarei por vezes particularizando para o caso do setor elétrico.

Os conceitos aqui apresentados estão fundamentados nas pequisas e recomendações sobre Interfaces Centradas no Usuário em sistemas SCADA feitas pelo ASM Consortium, no livro “The High Performance HMI Handbook” de Hollifield et al. (ISBN-10: 0977896919), nas diretrizes da norma ANSI/ISA101.01-2015 (Human-Machine Interfaces for Process Automation Systems), na pesquisa dos fundamentos da área de interfaces e na experiência prática de adaptação desta metodologia à operação do telecomando de subestações de Transmissão de energia elétrica.

O que a sua empresa pode ganhar com isto? De acordo com um teste científico desenvolvido pelo ASM Consortium, uma Interface Centrada no Usuário em comparação com uma interface tradicional obteve os seguintes resultados:

  • Os problemas foram detectados pelos operadores 5 vezes mais, antes do primeiro alarme .
  • Um ganho de 36% no índice de sucesso em completar as operações propostas.
  • Os operadores terminaram as tarefas 41% mais rápido.

São ganhos extraordinários que se traduzem diretamente em benefícios financeiros, segurança e em qualidade de operação, leve-se em conta ainda que estes são obteníveis somente através da reconcepção da IHM, não há outros investimentos.

É claro que os resultados podem variar muito caso a caso, mas os benefícios são bastante evidentes uma vez concebida, implementada, testada e posta em prática a nova interface. No caso prático que implantei, a nova interface obteve um índice de mais de 80% de aprovação dos operadores, o que é extremamente significativo para o ambiente do setor elétrico onde a resistência à mudança é notória.

A importância do tema é tal e os resultados tão concretos que motivou a criação da norma ISA101. A norma estabelece recomendações e melhores práticas que abrangem todo o ciclo de vida das IHM’s. A norma ISA101 tem por objetivo:

  • Prover orientação no projeto, implementação, operação e manutenção apropriada das IHM’s que resultem no mais seguro, mais efetivo e mais eficiente controle do processo, sob todas as condições operativas.
  • Melhorar a habilidade do operador em detectar, diagnosticar e responder adequadamente às situações anormais.

De acordo com a norma ISA101, a Consciência Situacional está classificada em três níveis:

  • Nível 1 – Estar ciente do que está acontecendo no processo.
  • Nível 2 – Compreender o estado atual do processo.
  • Nível 3 – Compreender qual deverá ser o provável estado do processo no futuro.

Uma das características fundamentais das Interfaces Centradas no Usuário é potencializar o operador a, justamente, compreender a situação presente e ter boas condições de prever o estado do processo no futuro próximo e, desta forma, ter uma atuação mais preventiva sobre o processo e não mais simplesmente reagir aos alarmes. Isto somente é possível proporcionando informações, em forma de visualizações adequadas, em contexto aos operadores, no momento em que eles precisam, e não simplesmente a reproduzir na tela os diagramas P&ID ou unifilares com números espalhados representando as medições do processo (a metodologia tradicional permite atingir somente o Nível 1 de Consciência Situacional).

Com esta introdução ao tema, espero ter motivado os profissionais que, de alguma forma, participam do processo de operação e concepção das IHM’s a dar uma maior atenção às mesmas, pois é evidente a oportunidade de se obter ganhos significativos através do entendimento e aplicação dos conceitos que serão apresentados nesta série de artigos.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: https://dscsys.com

#SCADA #HMI #IHM #interface #ISA101 #operação #subestação

Ferramenta gratuita para testes do protocolo IEC 60870-5-104

Está disponível para download em http://qtester104.sourceforge.net/ a ferramenta QTester104 que eu mesmo desenvolvi. O código fonte está incluído, liberado pela licença open source GPL, conforme requer a licença do ambiente de desenvolvimento utilizado “QT Open Source Edition” (http://doc.qt.io/qt-5/opensourcelicense.html). Esta ferramenta é parte de um projeto maior que é uma IHM completa para subestação (OSHMI).

O protocolo IEC60870-5-104 é bastante utilizado atualmente entre a unidade concentradora de subestação (UCS) ou unidade terminal remota (UTR) e as interfaces humano-máquina (IHM’s) e também com os centros de controle, utilizando as redes TCP/IP. Muitas vezes é utilizado ainda para interconexão entre centros de controle.

As capacidades da ferramenta são:

  • Funcionamento no modo mestre (primário).
  • Aquisição de vários tipos de informações (ASDU’s).
  • Envio de comandos digitais e analógico de diversos tipos.
  • Envio de solicitação de interrogação geral (GI).
  • Envio de sincronização de tempo.
  • Log do protocolo em formato legível, podendo ser copiado.
  • Tabela exportável com todos os pontos adquiridos, valores, qualificadores, tipo de ASDU, causa, timetag, etc.

A utilização é bem fácil, bastando introduzir alguns parâmetros para iniciar a varredura:

  • Remote IP Address = Endereço IP do escravo (UTR/UCS).
  • Remote Link Address = Endereço de link do escravo.
  • Local Link Address = Endereço de link do mestre.

Após isto, clicar no botão  “Connect”.

Para o envio de comandos os parâmetros são:

  • Command Address = Endereço do objeto de comando.
  • Command Value = Valor a ser enviado (0 ou 1 para digital simples, 0-3 para digital duplo, ou o valor numérico para os analógicos e posição).
  • ASDU Address = Endereço comum de ASDU (CAA), deixe vazio para usar o endereço de link.
  • Command Type = Tipo da ASDU do comando.
  • Command Duration = Duração do comando.
  • SBO = Select before operate, marque para selecionar antes de executar.

Clicar no “Send Command” para enviar o comando.

Use o botão “GI” para forçar uma interrogação geral. As interrogações são sempre feitas no início do estabelecimento da conexão e a cada 5 minutos por default.

Marque “Log Messages” para iniciar o log de mensagens e “AutoScroll” para subir automaticamente o texto.

O botão “Copy Clip.Log” copia o log para a área de transferência.

O botão “Copy Clip.Vals” copia a tabela de pontos aquisitados para a área de transferência.

A programação é feita em C++ com o toolkit QT.

Bom proveito! Caso haja alguma dúvida ou sugestão, pode ser utilizada a seção “Discussion” do site da ferramenta (https://sourceforge.net/p/qtester104/discussion).

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: https://dscsys.com