Glossário HMI / SCADA / P&ID
A referência rápida para engenheiros que compram, desenham ou migram uma HMI / SCADA. Cada termo em 2 a 4 frases com referências cruzadas e exemplos de equipamentos reais de instalações. Escrito e mantido por um técnico de automação, não recolhido automaticamente; se uma definição estiver errada ou em falta, diga-o no fórum.
Navegação rápida
- HMI
- SCADA
- DCS
- PLC
- P&ID
- ISA-101
- ISA-5.1
- ISA-5.5
- ISA-18.2
- Prioridades de alarme P1-P4
- Avalanche de alarmes
- BPCS
- HART
- HMI tranquila
- Consciência situacional
- Tag (tag de instrumento)
- Símbolo de montagem
- Lâmpada multi-estado
- ESD
- SIS / Sistema Instrumentado de Segurança
- Fieldbus
- OPC UA
- Modbus
- RTU
- Profibus
- PROFINET
- EtherNet/IP
- FOUNDATION Fieldbus
- Operator display
- Níveis de ecrã
- MCC
- VFD / VSD
- Intertravamento
- Permissivo
- Disparo (trip)
- Malha de controlo PID
- Setpoint
- Banda morta
- Histerese
- Controlo em cascata
- Unidades de engenharia
- Lógica ladder
- Faceplate
- Watchdog
- Redundância
- Tendência (historiador)
- OEE
- Guia de estilo de HMI
HMI /eɪtʃ em aɪ/
Interface Homem-Máquina (Human-Machine Interface). A camada gráfica com a qual um operador interage para monitorizar e comandar um processo. As HMIs modernas são tipicamente painéis baseados na web (Weintek cMT, Siemens WinCC Unified, Ignition Perspective) ou hardware dedicado (Rockwell PanelView, Pro-face GP). A HMI mostra níveis de depósito, estados de bombas e alarmes; o operador vê o que está a acontecer e dá comandos.
SCADA /ˈskeɪdə/
Supervisory Control and Data Acquisition (Supervisão e Aquisição de Dados). Um sistema à escala de toda a instalação que recolhe dados de múltiplos PLCs / RTUs a distância (por vezes geograficamente dispersos: serviços de águas, oleodutos) e os apresenta em estações de trabalho de operador. O SCADA é mais abrangente do que a HMI — inclui os historiadores, a gestão de alarmes, o controlo de bateladas, e a lógica de supervisão. Fornecedores: AVEVA Wonderware, Inductive Automation Ignition, Rockwell FactoryTalk View SE, Schneider Citect.
DCS /diː siː ɛs/
Sistema de Controlo Distribuído (Distributed Control System). Um sistema de controlo fortemente integrado usado em processos contínuos (refinarias, fábricas químicas, pasta e papel, grandes serviços de utilidade pública). Ao contrário do PLC+SCADA, o DCS é concebido como um único produto — controladores, I/O, HMI e historiador vêm de um só fornecedor (Honeywell Experion, Yokogawa Centum, ABB Ability System 800xA, Emerson DeltaV). Usado quando a fiabilidade e a integração estreita importam mais do que a flexibilidade. A HMI num DCS chama-se operator display.
PLC /piː ɛl siː/
Controlador Lógico Programável (Programmable Logic Controller). Um computador industrial robustecido que corre lógica determinística num ciclo de varrimento (tipicamente 10-50 ms). Os PLCs tratam do controlo discreto (motor ligado/desligado, válvula aberta/fechada) e de sequências de batelada. Exemplos: Siemens S7-1500, Rockwell ControlLogix, Schneider M580, Mitsubishi MELSEC, Beckhoff TwinCAT. Os PLCs são programados nas linguagens da IEC 61131-3 (Diagrama Ladder, Blocos de Função, Texto Estruturado, SFC, Lista de Instruções).
P&ID /piː ən aɪ diː/
Diagrama de Tubagem e Instrumentação (Piping & Instrumentation Diagram). O desenho de engenharia mestre de uma instalação de processo: cada tubo, válvula, instrumento e equipamento é representado com a sua tag, ligação e estado operacional. Os P&IDs usam símbolos normalizados (ISA-5.1, ASME Y32.11, BS 1646) para que o mesmo desenho seja legível entre fornecedores e países. Os ecrãs de HMI modernos espelham frequentemente os layouts de P&ID para que os operadores possam fazer a referência cruzada rapidamente.
ISA-101 /aɪ ɛs eɪ wən oʊ wən/
ISA-101.01-2015 — Human Machine Interfaces for Process Automation Systems. A norma para o design de HMI. Define o ciclo de vida (guia de estilo → design → implementação → operação → manutenção), a hierarquia de ecrãs (visão geral → unidade → detalhe → diagnóstico), a filosofia de cor (cor = estado, não decoração), as prioridades de alarme e a tipografia. A conformidade reduz a fadiga de alarmes e o erro do operador. Guia completo da ISA-101.
ISA-5.1 /aɪ ɛs eɪ faɪv pɔɪnt wən/
ISA-5.1-2009 — Instrumentation Symbols and Identification. A norma para as letras de tag e as bolhas de instrumento nos P&IDs. Define: letras de função (P=pressão, T=temperatura, F=caudal, L=nível, A=analítica, Z=posição…), modificadores (I=indicador, C=controlador, T=transmissor, S=interruptor, V=válvula), e bolhas de montagem (círculo de campo, círculo DCS com linha, hexágono PLC, círculo partilhado com dupla linha). Referência completa da ISA-5.1.
ISA-5.5
ISA-5.5 — Graphic Symbols for Process Displays. A norma para as formas de equipamentos (depósitos, colunas, bombas, permutadores de calor) nos P&IDs e ecrãs de HMI. Complementa a ISA-5.1 (que cobre as tags de instrumentação) ao definir as formas do próprio equipamento de processo. Usada amplamente em conjunto com a ASME Y32.11 (EUA) e a BS 1646 (Reino Unido) / DIN 28004 (Alemanha).
ISA-18.2
ISA-18.2-2016 — Management of Alarm Systems for the Process Industries. Define o ciclo de vida do alarme: identificação, racionalização, design, implementação, operação, monitorização, gestão da mudança, auditoria. Estabelece limites prescritivos (máximo de 1 alarme por 10 minutos por operador) e distingue os alarmes incómodos dos reais. Frequentemente referenciada em conjunto com a ISA-101 no design de HMI.
Prioridades de alarme P1-P4
A classificação de 4 níveis usada pela ISA-101 / ISA-18.2:
- P1 Crítico (vermelho) — ação imediata necessária (< 1 min); segurança, ambiente ou danos graves em equipamentos em jogo
- P2 Alto (laranja) — ação dentro de minutos; perda de produção ou risco para equipamento secundário
- P3 Médio (amarelo) — ação dentro de dezenas de minutos; produto fora de especificação, perda de eficiência
- P4 Baixo (azul) — fim de turno; diagnóstico ou manutenção preditiva
Codificação por cor de forma redundante com a forma (triângulo / losango / hexágono / círculo) para que os operadores daltónicos ainda consigam distinguir. Os selos de alarme P1-P4 e os selos de estado na biblioteca de ícones oficial seguem exatamente este esquema.
Avalanche de alarmes
Uma rajada de mais de 10 alarmes em 10 minutos por operador (limiar da ISA-18.2). Durante uma avalanche de alarmes, o operador não consegue ler, priorizar ou atuar — a consciência situacional colapsa. Causas comuns: disparos em cascata, falta de racionalização, alarmes usados como estado. A solução é a racionalização (eliminar, suprimir, elevar o limiar) e regras de arquivamento (shelving), não um ecrã maior.
BPCS · Sistema Básico de Controlo de Processo
Basic Process Control System (Sistema Básico de Controlo de Processo). A camada DCS ou PLC+SCADA que corre o controlo contínuo e discreto da instalação em condições normais — o “cérebro” do dia a dia. Distinguida do SIS pela IEC 61511, que exige independência física, lógica e administrativa entre os dois para que uma falha do BPCS não consiga derrotar a camada de segurança.
HART
Highway Addressable Remote Transducer. Sobreposto ao clássico laço de 4-20 mA: o sinal analógico continua a transportar a variável primária, enquanto um sinal FSK de baixa amplitude transporta os diagnósticos digitais, a configuração e as variáveis secundárias. O caminho de atualização pragmático que permite às instalações reutilizar a cablagem existente — a maioria dos transmissores modernos fala HART, e o HART-IP / WirelessHART estendem-no.
HMI tranquila
A filosofia de design de HMI da ISA-101 / High Performance HMI Handbook: a maior parte do ecrã é cinzenta e branca; a cor saturada (vermelho, laranja, amarelo, azul, verde) é reservada para condições anormais e estado de equipamento. O oposto das HMIs “árvore de Natal” dos anos 90, onde tudo era colorido decorativamente. As HMIs tranquilas reduzem a fadiga de alarmes por uma margem mensurável. Leia o guia da paleta de cores tranquila.
Consciência situacional
O modelo de 1995 de Mica Endsley: um operador só é eficaz se conseguir percecionar o que está a acontecer, compreender o que significa, e projetar o que vai acontecer a seguir. A ISA-101 mapeia explicitamente cada regra de design para um destes três níveis. Uma boa HMI ajuda o operador a projetar (e não apenas a reagir).
Tag (tag de instrumento)
O ID único de um instrumento ou elemento final de controlo: FCV-104 = válvula de controlo de caudal, malha 104. Formato XX[X]-NNN em que as letras descrevem a função (ver ISA-5.1) e os números identificam a malha específica. As tags são sagradas — aparecem no P&ID, na HMI, na lógica de controlo, nos sumários de alarmes, nas ordens de trabalho de manutenção. Alterar uma tag é um exercício de Gestão da Mudança.
Símbolo de montagem (bolha de instrumento)
A forma da bolha em torno da tag indica-lhe onde o instrumento reside:
- Círculo simples = montado em campo (visível apenas junto do equipamento)
- Círculo com linha horizontal = montado em DCS (visível na sala de controlo)
- Hexágono dentro de círculo = montado em PLC
- Círculo com dupla linha horizontal = visor partilhado / controlo partilhado
Lâmpada multi-estado
O objeto gráfico de HMI que mapeia uma única tag de PLC (tipicamente UINT16) para uma lista de imagens ou estilos. Usado para representar a matriz de 9 estados por equipamento motorizado (parado / a arrancar / em marcha / sem feedback / manual / desativado / +P1 / +P2 / falha). No Weintek EasyBuilder Pro: objeto de nome Multi-state Lamp; no WinCC: Multi Lamp; no FactoryTalk: Multi-state Indicator; no Ignition: ligar o icon a uma expressão. 9 estados de motor explicados. Construa você mesmo o bloco de 9 estados no Symbol Builder, ou parta de um símbolo de motor que outro engenheiro publicou na biblioteca da comunidade.
ESD
Emergency Shutdown (Paragem de Emergência) — o sistema independente que leva uma instalação ou unidade a um estado seguro quando o controlo normal falha. Os disparos ESD contornam a HMI / DCS regular e acionam solenoides de classe de segurança diretamente. Desenhado nos P&IDs com válvulas ESD a vermelho carregado. Exigido pela IEC 61511 / ISA-84 em processos perigosos.
SIS · Sistema Instrumentado de Segurança
Safety Instrumented System (Sistema Instrumentado de Segurança). O conjunto de sensores, resolvedor lógico e elementos finais que implementam uma Função Instrumentada de Segurança (SIF) para levar o processo a um estado seguro. Opera independentemente do sistema básico de controlo de processo (BPCS) — hardware diferente, alimentação diferente, cablagem diferente. Regido pela IEC 61511 / ANSI ISA-84.
Fieldbus
Redes digitais que substituem a cablagem analógica de 4-20 mA ao nível de campo: Profibus DP/PA, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus TCP, FOUNDATION Fieldbus, HART. Os fieldbuses transportam múltiplas variáveis por dispositivo (sinal + estado + diagnóstico), reduzindo o custo de cablagem e permitindo a manutenção preditiva.
OPC UA
OPC Unified Architecture — a norma moderna de comunicação industrial da OPC Foundation. Substitui o OPC Classic (baseado em DCOM). Independente da plataforma, segura (TLS por defeito), suporta especificações complementares (PackML, MTConnect). A língua franca para ligar PLCs, HMIs, MES, ERP e serviços cloud IoT.
Modbus
O mais antigo protocolo industrial ainda relevante (1979). Duas variantes: Modbus RTU (sobre série RS-485) e Modbus TCP (sobre Ethernet). Simples, ubíquo, suportado por quase todos os dispositivos. Os códigos de função 03 (ler registos holding) e 06 (escrever um único registo) representam 90% dos casos de uso.
RTU
Unidade Terminal Remota (Remote Terminal Unit). Um controlador de campo robustecido que recolhe dados de sensores e atua sobre equipamentos num local remoto, muitas vezes não vigiado, e reporta a um mestre SCADA central através de uma ligação de longa distância (celular, rádio, satélite, linha alugada). As RTUs dominam a infraestrutura geograficamente dispersa — redes de água/águas residuais, condutas, subestações elétricas — onde um armário completo de PLC seria excessivo. A fronteira entre RTU e PLC esbateu-se; muitos dispositivos modernos fazem ambos.
Profibus
Process Field Bus. Um fieldbus série normalizado na IEC 61158, historicamente dominante em instalações baseadas em Siemens. Dois perfis: Profibus DP (Decentralized Peripherals) para I/O cíclico rápido sobre RS-485, e Profibus PA (Process Automation) para instrumentos em áreas perigosas com cablagem alimentada pelo barramento e intrinsecamente segura. Largamente substituído pelo PROFINET em novas instalações, mas ainda muito presente na base instalada.
PROFINET
A norma de Ethernet industrial da PROFIBUS & PROFINET International (PI), o sucessor Ethernet do Profibus. Corre TCP/IP padrão para a configuração ao lado de canais em tempo real (RT) e tempo real isócrono (IRT) para I/O determinístico, de baixo jitter, e controlo de movimento. O fieldbus por defeito nos sistemas Siemens S7-1500 e uma escolha de referência para a Ethernet no chão de fábrica.
EtherNet/IP
Ethernet industrial que transporta o Common Industrial Protocol (CIP) sobre Ethernet padrão e TCP/UDP — o “IP” significa Industrial Protocol, não Internet Protocol. Gerido pela ODVA e o fieldbus dominante nas plataformas Rockwell/Allen-Bradley ControlLogix e CompactLogix. Usa ligações implícitas (I/O cíclico) e explícitas (mensagens a pedido).
FOUNDATION Fieldbus
Um fieldbus de processo totalmente digital e bidirecional (agora regido pelo FieldComm Group, que também administra o HART). A sua camada H1 (31,25 kbit/s, alimentada pelo barramento, intrinsecamente segura) liga instrumentos em instalações de processo contínuo e pode distribuir a lógica de controlo para os próprios dispositivos de campo (Control in the Field). Compete com o Profibus PA em aplicações de refinaria e química.
Operator display
O termo do DCS para aquilo a que se chama HMI nas arquiteturas PLC+SCADA. Mesmo conceito, vocabulário de fornecedor diferente.
Níveis de ecrã (Nível 1-4)
Hierarquia de quatro níveis de ecrãs de HMI da ISA-101:
- Visão geral — toda a instalação ou área da fábrica num único ecrã, apenas KPI
- Unidade / Área — uma unidade de processo; ecrã de trabalho de rotina do operador
- Detalhe — um único equipamento com todas as malhas, intertravamentos, comandos
- Diagnóstico / Manutenção — dados ao nível do instrumento, curso de válvulas
MCC
Motor Control Center (Centro de Comando de Motores) — o armário que aloja contactores, relés de sobrecarga, arrancadores suaves, VFDs e circuitos de comando para os motores da instalação. Ligado ao PLC para comandos de arranque/paragem e feedback. O MCC é onde a matriz de 9 estados de motor tem origem.
VFD / VSD
Variable Frequency Drive (EUA) ou Variable Speed Drive (UE) — converte a energia de rede de frequência fixa em frequência variável, permitindo o controlo da velocidade do motor. Poupa energia (bombas, ventiladores a pedido) e reduz o desgaste mecânico. Marcas comuns: ABB ACS, Siemens Sinamics, Schneider Altivar, Yaskawa A1000, Rockwell PowerFlex.
Intertravamento
Uma lógica de segurança que impede um comando (tipicamente arranque de motor, abertura de válvula) a menos que as precondições sejam cumpridas: por exemplo, uma bomba não pode arrancar sem que a válvula de aspiração esteja aberta. Implementado em ladder de PLC; visível na HMI como comandos bloqueados ou faixas vermelhas. Distinto dos disparos, que são reativos.
Permissivo
A mesma ideia que o intertravamento mas tipicamente descrevendo a condição positiva: “todos os permissivos cumpridos, arranque habilitado”. Os operadores veem um painel de “Permissivos” nos ecrãs de detalhe.
Disparo (trip)
A paragem reativa de um equipamento quando um alarme ou condição de segurança dispara. Um disparo de motor remove a alimentação do contactor imediatamente. Diferente do intertravamento (que bloqueia o comando previamente).
Malha de controlo PID
Proporcional-Integral-Derivativo — o algoritmo de realimentação de eleição do controlo de processos. Calcula continuamente o erro entre a variável de processo medida (PV) e o setpoint (SP), e depois aciona uma saída (CO) usando três termos ajustados: proporcional (reage ao erro presente), integral (elimina o desvio em regime permanente), e derivativo (antecipa a variação). A maioria das malhas corre apenas PI, com o derivativo reservado para processos de temperatura lentos. Os operadores ajustam e monitorizam cada malha a partir do seu faceplate.
Setpoint
O valor alvo que um operador ou programa de supervisão quer que uma variável controlada mantenha — por exemplo, um setpoint de nível de depósito de 60%, um setpoint de temperatura de reator de 180 °C. A malha de controlo manipula a sua saída para levar a variável de processo medida em direção ao setpoint. Na HMI, o setpoint é o campo de introdução num faceplate de malha; no controlo em cascata, a saída de uma malha torna-se o setpoint de outra.
Banda morta
Uma banda em torno do setpoint (ou de um limiar de alarme) dentro da qual não ocorre qualquer ação de controlo ou mudança de estado. A banda morta impede que atuadores e alarmes oscilem em pequenas flutuações ou ruído de sensor — por exemplo, uma bomba configurada para arrancar a 80% e parar a 20% tem uma banda morta de 60%. Na gestão de alarmes, é o quanto a variável tem de recuar abaixo de um ponto de disparo antes de o alarme desaparecer, evitando a re-anunciação repetida.
Histerese
A propriedade em que um limiar de comutação depende do sentido do percurso: o ponto de ligar difere do ponto de desligar. Intimamente relacionada com a banda morta e muitas vezes usada de forma intercambiável na prática, a histerese é o que dá a um termóstato ou interruptor de nível os seus dois pontos de disparo distintos, para que não cicle rapidamente perto de um único valor.
Controlo em cascata
Uma estratégia de controlo em que a saída de uma malha externa (mestre/primária) define o setpoint de uma malha interna (escrava/secundária), em vez de acionar uma válvula diretamente. A malha interna rápida rejeita as perturbações antes de estas chegarem à variável externa lenta — por exemplo, uma malha de temperatura de reator em cascata sobre uma malha mais rápida de caudal de camisa. Na HMI, o operador pode colocar a malha interna em modo “cascata” (acionada pelo mestre) ou quebrar a cascata para manual.
Faceplate
O painel pop-up normalizado que um operador abre para interagir com um único objeto — uma malha de controlo, motor ou válvula. Expõe a variável de processo, o setpoint e a saída, os botões de modo auto/manual/cascata, o estado de alarme e o ajuste. Como cada malha de um dado tipo usa um faceplate idêntico, os operadores criam memória muscular; definir faceplates é uma entrega central do guia de estilo. O análogo, no fornecedor, da lâmpada multi-estado para o controlo interativo.
Unidades de engenharia
As unidades do mundo real para as quais um sinal bruto é escalonado para visualização — bar, °C, m³/h, % — por oposição às contagens brutas que um PLC lê da placa de I/O (por exemplo, 0–27648 para um canal analógico Siemens, ou 4–20 mA). Escalonar contagens brutas para unidades de engenharia (e definir a gama EU, ou span) é um passo básico de configuração para cada tag analógica; a HMI e as tendências apresentam sempre unidades de engenharia ao operador.
Lógica ladder
A linguagem de programação de PLC mais amplamente usada, uma das cinco definidas pela IEC 61131-3. Os programas são desenhados como rungs (degraus) entre dois “trilhos de energia” verticais, com contactos (entradas) e bobinas (saídas) que ecoam visualmente os esquemas de relés que substituiu — o que a torna legível para eletricistas e pessoal de manutenção. Ideal para lógica booleana de intertravamento e permissivo; menos adequada para matemática, tratada por Texto Estruturado ou Blocos de Função.
Watchdog
Um temporizador que tem de ser reposto (“pontapeado”) a intervalos regulares por software saudável ou por um parceiro em comunicação; se a reposição deixar de chegar, o watchdog expira e força uma ação segura — reiniciar um controlador, ou levar as saídas a um estado de segurança. Em SCADA/HMI, um watchdog de pulsação (heartbeat) deteta uma ligação de PLC morta e sinaliza cada tag desse dispositivo como obsoleta em vez de mostrar valores congelados e enganadoramente “bons”.
Redundância
Duplicar componentes críticos — controladores, fontes de alimentação, caminhos de rede, servidores — para que uma única falha não pare o processo. Os esquemas comuns são o hot standby (um controlador de reserva espelha o estado e assume o controlo dentro de um varrimento, usado em DCS e sistemas de segurança) e os anéis de rede redundantes. A redundância aumenta a disponibilidade; é distinta da independência funcional que a IEC 61511 exige entre o BPCS e o SIS.
Tendência (historiador)
A vista gráfica de uma ou mais tags ao longo do tempo. Alimentada pelo historiador (uma base de dados de séries temporais que armazena cada valor de tag com data/hora). Fundamental para o ajuste de malhas, análise de causa raiz e relatórios de OEE. Exemplos: AVEVA PI System (anteriormente OSIsoft), Honeywell PHD, Wonderware Historian, InfluxDB.
OEE
Disponibilidade × Desempenho × Qualidade, expressa de 0 a 100%. O KPI de fabrico mais citado. A classe mundial é ~85%; as instalações típicas 60-70%. Frequentemente mostrado nos ecrãs de Visão geral da HMI como um mosaico de KPI.
Guia de estilo de HMI
O documento específico do projeto que fixa a paleta, os tipos de letra, a biblioteca de símbolos, as prioridades de alarme e as convenções de nomenclatura antes de os ecrãs serem desenhados. Entrega da Fase 1 da ISA-101. Um bom guia de estilo é o que faz com que 50 ecrãs pareçam um único produto em vez de 50 experiências visuais diferentes. Experimente o editor de estilo ao vivo na biblioteca de ícones oficial (paleta, tipografia, formato de tag) e desenhe símbolos de projeto com as mesmas definições no Symbol Builder.