Monitoramento Remoto Eficiente e de Baixo Custo

Autor: Rogério Zampronha

Diversas aplicações requerem o uso de meios de comunicação sem fio para permitir o monitoramento e a operação remotos de equipamentos, “sites”, controladores, estações de medição, e assim por diante. Entretanto, muitas empresas acabam por não investir neste tipo de sistema devido aos custos envolvidos e à complexidade inerente a este tipo de projeto.
Várias características dos sistemas de telemonitoramento acabam por impactar nos custos: A diversidade de controladores/medidores/UTRs instalados nas diferentes localidades, comunicando por protocolos distintos; o custo dos canais de comunicação por longa distância, como GPRS, Satélite, Telefonia; e a complexidade do aplicativo a ser desenvolvido no Centro de Controle, com o propósito de gerenciar o sistema completo.
Por outro lado, é inegável que o Monitoramento Remoto de ativos e instalações traz grandes benefícios, como:

• Melhor eficiência para detectar problemas e tomar ações corretivas;

• Possibilidade de ´desassistir´ o site remoto;

• Concentração de informações em um sistema unificado.

Considerando-se que os benefícios são inegáveis e que os principais impedimentos para a disseminação de sistemas de telemonitoramento são os custos e a complexidade envolvida, este artigo propõe um modelo tecnológico que pretende resolver simultaneamente os dois tipos de obstáculos – trazendo reduções de custo substanciais e simplificando sobremaneira a implementação de projetos.

CARACTERÍSTICAS

Um projeto de Telemonitoramento pode ser dividido da seguinte forma:

a) Campo – Onde está localizado o “site” remoto. Neste local, são instalados instrumentos e acionamentos, e um controlador programável / unidade terminal remota.
Este artigo não trata das complexidades da instrumentação de campo, e nem de sua interface com o controlados / remota. Entretanto, há uma questão recorrente neste tipo de projeto que é relativa ao PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO do controlador / remota. Isso porque cada fabricante utiliza preferencialmente um tipo de protocolo, e é impossível que haja uma padronização neste sentido – a não ser que todo o projeto utilize somente um tipo de equipamento, do mesmo fabricante, e conseqüentemente um mesmo protocolo. Por outro lado, a adoção de um único fabricante para um projeto, com o objetivo de garantir a utilização de um mesmo protocolo, tem o inconveniente de reduzir o grau de liberdade do cliente em implementar o projeto em diferentes fases, com diversas opções de fornecedores, o que obviamente traria menor custo total de propriedade.
Um projeto que conte com ‘sites’ controlados por diferentes controladores, utilizando-se de diferentes protocolos, implica em grande complexidade de tratamento dos meios de comunicação e dos aplicativos desenvolvidos nas remotas e no centro de controle, por muitas vezes causando o insucesso de uma implementação deste tipo.

b) Centro de Controle – é onde se encontram os softwares que centralizam, controlam e gerenciam os diversos “sites” ligados a ele.
O Centro de Controle tem, entre outras funções, que gerenciar a comunicação com os “sites” remotos e sua diversidade de meios de comunicação e protocolos de campo. Desta forma, nem todos os softwares de mercado suportam projetos complexos, já que sua administração exige Recursos avançados que implicam em custo mais elevado ao sistema.

c) Meio de comunicação – É a forma com que o Centro de Controle se comunica com o Campo. O Meio de Comunicação a ser utilizado em um projeto depende de diversos fatores, como: cobertura, disponibilidade de serviço, criticidade, e assim por diante. Este artigo não tem a intenção de discutir qual o meio mais apropriado para cada tipo de aplicação, mas simplesmente de constatar que um projeto de medição remota pode contar com mais de um meio de comunicação diferente. Obviamente este fato adiciona mais complexidade ao projeto. Como um sumário desta seção, o artigo lista alguns dos principais desafios de um projeto de telemonitoramento/teleoperação:

• Lidar com múltiplos protocolos de campo;

• Lidar com múltiplos meios de comunicação;

• Lidar com múltiplos centros de controle.

PROPOSTA DE SOLUÇÃO TECNOLÓGICA PARA GERENCIAR OS DESAFIOS LISTADOS

Um cliente deseja, como solução ideal, uma solução que o permita implementar um sistema de telemonitoramento que:

• Seja independente do protocolo de campo, permitindo a ele implementar qualquer controlador / remota – trazendo substancial redução de custo – e garantindo ao mesmo tempo total compatibilidade com o sistema existente.

• Reduza o “overhead” de comunicação, implementando um sistema onde a iniciativa da comunicação parta dos “sites” remotos, e apenas quando houver mudança significativa de valor (um sistema de comunicação via GPRS é tarifado pelo volume de dados transmitidos; desta forma, caso haja um processo de comunicação iniciado pelo site remoto, e apenas quando haja mudança significativa de valor, o volume de dados trafegados é reduzido em até 70%, e conseqüentemente reduz-se o custo recorrente do sistema).

• Seja independente do meio de comunicação – A aplicação desenvolvida no centro de controle não tenha que gerenciar os múltiplos meios de comunicação e nem os protocolos de campo (ou seja, o Centro de Controle deve trabalhar de forma transparente e independente); bem como os controladores / remotas também devem ser implementados sem a preocupação do meio de comunicação (aliás, nem devem ter que considerar a necessidade de se comunicar com um centro).

• Seja independente do software do centro de controle – em um ambiente onde o software do centro de controle não tivesse que gerenciar nem a comunicação nem os protocolos de campo, o projeto certamente seria muito simplificado.

• Suporte redundância na comunicação – para as aplicações mais críticas pode ser necessária a implementação de dois meios redundantes de comunicação, de forma que a mesma fica sempre garantida. Em outras palavras, há aplicações que não podem depender completamente das operadoras de telecomunicações devido ao grau de criticidade dos projetos; nestes casos, é importante mesclar dois diferentes meios de comunicação, como GPRS e Rádio, ou LP e LD, e assim por diante.

• Suporte uma comunicação com Segurança dos Dados – O uso de protocolos comuns no meio de comunicação sem fio, como Modbus, torna o sistema de telemonitoramento frágil no aspecto de segurança dos dados, já que este protocolo é de conhecimento universal. Desta forma, a solução ideal deve compreender o uso de alguma ferramenta de encriptação dos dados.

• Permita configuração remota, ou seja, a partir do Centro de Controle pode-se programar, diagnosticar e monitorar os equipamentos de campo.

DESCRITIVO DO FUNCIONAMENTO DO MODELO TECNOLÓGICO DE BAIXO CUSTO

O “Modelo Independente” tem como objetivo criar total desvinculação entre o centro de controle, meios de comunicação e protocolos de campo, permitindo uma implementação inovadora, altamente eficiente, e de baixo custo. Tal Modelo é composto por dois componentes básicos:

• Gateway de Campo: É o elemento que adiciona a “inteligência” ao campo. É responsável por:

o Criar um processo de comunicação por “Polling” com o controlador/remota localizado no “site” a ser monitorado, mantendo em sua memória uma cópia da base de dados do controlador / remota. Tendo esta base de dados, o Gateway avalia quais dados apresentaram mudança significativa de valor e o enfileiram para serem transmitidos ao centro de controle. Além disso, o Gateway transforma o protocolo de comunicação do controlador / remota para um protocolo padrão. Obviamente existe um Gateway para cada tipo de protocolo de campo. Por último, o Gateway implementa a camada de comunicação, seja por GPRS, CSD, TCP/IP, Rádio, Satélite, sendo que o equipamento suporta a grande maioria dos modelos de mercado. Deve também ser de responsabilidade do Gateway a encriptação dos dados, garantindo a segurança da comunicação, e a possibilidade de prover dois ou mais canais de comunicação para garantir total redundância ao sistema.

• Gerenciamento da Central: É o elemento que provê a interface entre os Gateways e o Centro de Controle. É uma camada de software que gerencia o recebimento das mensagens dos Gateways, e os disponibiliza em um protocolo padrão (Modbus TCP/IP ou OPC) para o Centro de Controle. Além disso, gerencia um ambiente onde os Gateways estejam conectados via GPRS, sem um IP Fixo. Desta forma, cria-se a total independência entre o software SCADA do Centro de Controle, os diversos Meios de Comunicação, e os diversos Protocolos dos Controladores que estejam instalados nos Sites remotos.

CONCLUSÃO

A implementação de um sistema de Telemetria / Telemonitoramento baseada na tecnologia acima descrita traz os benefícios abaixo descritos:

• Redução no volume de dados transportados, já que a comunicação entre o Centro de Controle e os sites remotos é feita por exceção, e por iniciativa do site remoto;

• Redundância no meio de comunicação;

• Possibilidade de se utilizar diversos protocolos para os controladores programáveis, UTRs e Medidores;

• Fácil gerenciamento de qualquer meio de comunicação, inclusive como uso de diferentes meios simultaneamente;

• Facilidade na configuração dos controladores remotos, já que não precisam considerar comunicação sem fio em sua programação;

• Facilidade na configuração do software SCADA, já que não precisa considerar comunicação sem fio nem diversos protocolos em sua programação;

• Redução do custo do investimento, já que Controladores mais simples podem ser utilizados nos sites remotos, e de qualquer protocolo.

• Manutenção remota dos Gateways de Comunicação.

Revista Intech nº76, escrito por Rogério Zampronha (rogerio@softbrasil.com.br), Diretor da SoftBrasil Automação Ltda.