Automação e Sensoreamento Remoto utilizando Software Livre "SCADA"

Softwares para interação com ambiente físico - comandando equipamentos e lendo sensores de temperatura, umidade do ar, consumo de energia elétrica, entre outros - são cada vez mais comuns. Introduzimos o tema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) e apresentamos os principais softwares livres hoje disponíveis nesta área.

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Por: Victor Rocha em 11/05/2011


Protocolos de comunicação com sensores



Protocolos de comunicação são conjuntos de especificações que determinam como dois (ou mais) equipamentos digitais irão trocar mensagens através de um determinado meio físico. De maneira mais simples, pode-se dizer que um protocolo determina o formato dos "pacotes" de dados que vão trafegar entre dois computadores, ou entre um sensor e um computador, por exemplo.

Assim como na Internet existe uma infinidade de protocolos (udp, tcp, ftp, http e assim por diante), cada um exercendo um papel específico e atendendo uma certa necessidade, o mesmo ocorre com os equipamentos como sensores, controladores e atuadores.

Ao longo das décadas surgiram inúmeros protocolos diferentes. Uma verdadeira proliferação de protocolos ocorreu tanto por motivos técnicos, como por motivos comerciais: muitos fabricantes de equipamento, com o objetivo de "prender" os clientes aos seus próprios softwares, criaram protocolos proprietários que o tornavam incompatíveis com os softwares de concorrentes. Hoje existem dezenas de protocolos largamente utilizados, e centenas de outros menos populares, já obsoletos ou altamente especializados.

Ao longo da década de 90, porém, a filosofia de integração entre diversos sistemas (Interoperabilidade) exigiu um movimento muito forte em direção à adoção de padrões mais abertos de comunicação. Neste período, alguns protocolos destacaram-se como alternativas abertas e viáveis para uma maior padronização no mundo dos softwares SCADAs. Vamos ver agora alguns dos formatos de comunicação mais importantes atualmente.

1) Comunicação com sensores de baixo-custo e equipamentos de utilização comercial:
Nesta área a comunicação ASCII sobre porta serial tornou-se bastante disseminada. Por exemplo, a maioria das balanças encontradas no comércio tem uma porta serial RS-232, e utiliza algum protocolo baseado em ASCII para comunicar-se com um computador ou impressora de etiquetas no ponto-de-vendas. Porém, cada fabricante utiliza um formato próprio na comunicação ASCII serial (com quantidade diferente de casas decimais, comandos próprios e outros caracteres de controle personalizados), por isso o formato ASCII pode necessitar pequenos ajustes que variam caso-a-caso.

2) Comunicação com sensores e controladores simples, em padrão industrial:
Nesta área algumas especificações bastante completas sobre formato das mensagens, velocidade de comunicação, controle de fluxo e detecção de erros, entre outros detalhes, foram desenvolvidas. Isto torna as comunicações mais padronizadas e confiáveis, o que permite que o mesmo software fale com uma gama maior de equipamentos.

O formato mais popular para esta comunicação, sem dúvida hoje é o MODBUS, um protocolo bastante enxuto que permite a transmissão de dados em algumas variantes como a porta serial 232 ou 485, e encapsulado em TCP sobre IP, normalmente em redes locais Ethernet.

Para comunicação com sistemas de ventilação e ar-condicionado existe o BACNET; já em equipamentos voltados a climatização e automação de datacenters é bem comum o uso do SNMP.

3) comunicação em sistemas industriais complexos:

Nesta área existem necessidades bastante diferentes conforme o tipo de aplicação, e também conforme o fabricante de equipamentos, pois muitos ainda utilizam protocolos próprios. Como este artigo não tem a intenção de discutir de maneira muito aprofundada as diferenças existentes entre eles, podemos apenas citar alguns entre os mais importantes: Profibus, ISO-TCP, Devicenet e as diversas variações do OPC, que é uma tecnologia desenvolvida para "abstrair" a diferença entre os protocolos, oferecendo um formato padrão de comunicação entre os SCADAs e os equipamentos.

4) comunicação em "utilities" (energia, gás, água):

Estas são as áreas com maior grau de padronização, e maior aderência a normas internacionais. Porém, mesmo assim ainda não há 100% de padronização, utilizando-se por exemplo tanto o DNP3 como a família de protocolos IEC 101, muitas vezes na mesma aplicação. A IEC 61850 promete ser o próximo passo para uma maior padronização, e tem sido adotada em ritmo bastante relevante.

A maioria dos protocolos ditos "abertos" possui implementações open-source em linguagens como C e Java, como é o caso do Modbus, Bacnet, IEC 101 e DNP3, entre outros. Alguns protocolos fechados (proprietários) já chegaram a ser implementados através de engenharia reversa, mas alguns foram retirados de circulação por força legal de copyright, como já ocorreu anteriormente com uma versão "free" do Profibus.

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Páginas do artigo
   1. Introdução: Sistemas SCADA
   2. Protocolos de comunicação com sensores
   3. Resumo dos principais SCADA open source
   4. Exemplos de aplicação com o ScadaBR rodando em Linux
   5. Conclusão e perspectivas
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Comentários
[1] Comentário enviado por levi linux em 11/05/2011 - 18:51h

Excelente artigo. Demonstra como o software livre é amplo.
Parabéns

[2] Comentário enviado por julio_hoffimann em 11/05/2011 - 20:54h

Oi Victor, parabéns!

Ótimo artigo! Bom saber que existe um projeto nacional desse nível, desejo boa sorte a todos os envolvidos no desenvolvimento. Vamos torcer para que as indústrias percebam rapidamente a necessidade de um protocolo aberto que garanta interoperabilidade.

Abraço!

[3] Comentário enviado por rbautomacao em 12/05/2011 - 08:42h

Muito bom !

Tomara que as conclusões se concretizem =)

[4] Comentário enviado por fabiodurao em 12/05/2011 - 16:54h

Ae Victor, até que enfim eu vi sua cara, imaginava um velho, gordo e bigodudo pelo tanto que vc sabe, mas até que não ahiuHuihaUIhAUIh...

Muito bom o artigo, só faltou vc falar que vc é um dos principais colaboradores do ScadaBR, aliás, fiquei intrigado, como é que foram feitas as tabelas lá na "Tela de monitoramento das máquinas da fábrica:" e como é que foi feito aquele quadro cinza de fundo dos datapoints simples lá na PCH? Foi por recurso de edição do ScadaBR ou foi na própria criação da imagem de fundo?

Ah, eu também já uso o ScadaBR em um laboratório de universidade e realmente ele é ótimo, recomendo à todos.
O site do ScadaBR saiu fora do ar agora, será a versão 1.0 chegando aí?!

Abraços

[5] Comentário enviado por victor_rocha em 14/05/2011 - 12:54h

alo Fabio, tudo certo então?
soh vc mesmo pra vir ate aqui tirar um sarro hehehe

buenas, tanto as tabelas quanto o fundo cinza, a gente fez com o componente HTML usando div e tables simples.

no caso da tabela vc pode gerar uma tabela em branco (tags table, tr, td) e depois arrastar os "datapoints simples" do scadabr para as posições corretas com o mouse;
ou usar server-side script mas é um pouco mais elaborado, mais pra frente vai ter uma documentação sobre isso.

sobre o site fora, tivemos problema na manutenção do portal mas já voltou!

:-) abração e obrigado

[6] Comentário enviado por firandrade em 15/05/2011 - 18:16h

Muito bom o artigo, faz uma boa apresentação de um SCADA, e mostra a vasta opção de soluções em software livre na área.

[7] Comentário enviado por jcristiano em 16/05/2011 - 00:15h

Excelente artigo. Meu projeto de graduação envolverá controle e sistema de supervisão, sendo que seu artigo foi bastante útil para expor soluções livres nesse âmbito. Tinha trabalhado com outros sistemas de supervisão (iFix, Cimplicity e Elipse) e deu para perceber que a tecnologia detalhada no artigo é muito poderosa. Estava tentando trabalhar usado o Proview - http://www.proview.se - agora vou dar uma atenção especial ao ScadaBR.

Obrigado.

[8] Comentário enviado por jcristiano em 17/05/2011 - 00:58h

Não sei se estou certo, mas faltou fornecer as credenciais para acessar o painel de administração após a instalação: usuário "admin" e senha "admin".
Também postei no fórum da aplicação, mas achei interessante perguntar aqui também: Existe algum meio de integrar o sistema supervisório ScadaBR a uma leitora biometria?

[9] Comentário enviado por victor_rocha em 16/06/2011 - 13:15h

h5n1,

desculpa a demora mas às vezes passa batido uma pergunta, estamos com várias demandas do ScadaBR e isso é ótimo!
Em princípio seria simples, se a leitora biométrica funcionar como um teclado, ou se fizer output de dados em arquivo texto, por exemplo. vai depender do driver do sensor.

por ser aberto é possível escrever um driver para o equipamento, se for um projeto com mais recursos ou tempo de dedicação.
abraço
Victor

[10] Comentário enviado por jeff.jno em 07/07/2011 - 11:29h

Impressionante, a equipe de desenvolvimento do SCADABR junto com os colaboradores fiseram um trabalho incrivel. Estão de parabéns.
Realmente é um sistema de encher os olhos.

[11] Comentário enviado por azaiats em 06/09/2011 - 19:27h

Bacana! Valeu pelo artigo... li ele até o final sem delongas. Abs.

[12] Comentário enviado por capitainkurn em 19/05/2013 - 23:49h

Ótimo artigo, estou engatinhando com automação e controle em vista de meu atual trabalho é meu primeiro contato com LPCs e seu artigo me deu uma ótima ponto de início para pesquisa e estudo.


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