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


Exemplos de aplicação com o ScadaBR rodando em Linux



A seguir, para melhor exemplificar como um sistema SCADA open-source pode ser utilizado no sistema operacional Linux, vamos apresentar uma aplicação que foi desenvolvida para monitoramento de uma fábrica de placas eletrônicas, usando o ScadaBR.

Apresentação do ambiente da aplicação

Uma fábrica de placas eletrônicas é um ambiente complexo onde existem máquinas como: aplicadora automática de pasta de solda, inspetoras ópticas computadorizadas, fornos de solda (por onda de estanho ou por refusão com aquecimento a infra-vermelho), entre outras. Algumas dessas máquinas possuem uma base de dados interna que permitem ser acessadas por softwares externos, como por exemplo o ScadaBR.

Além disso é importante acompanhar as condições ambientais (temperatura e umidade do ar) sob as quais as placas são montadas: variações excessivas na temperatura podem "empenar" as placas durante a fabricação causando pequenos deslocamentos durante a inserção dos componentes (chips, resistores, capacitores etc.). Já o controle da umidade relativa do ar é importante, pois alguns componentes eletrônicos são bastante sensíveis e podem danificar-se em dias excessivamente úmidos, por isso o sistema de ar-condicionado da fábrica deve ser capaz de retirar esta umidade do ar.

Instalação do Sistema Supervisório com ScadaBR

De maneira resumida, o nosso sistema supervisório segue a seguinte estrutura:

1) Sensores de temperatura e umidade são instalados ao longo da fábrica, e comunicam-se em rede serial RS485 com o servidor do sistema supervisório, no formato MODBUS;

2) Máquinas da linha de produção fornecem dados (como quantidade de placas produzidas, status de liga/desliga etc) no formato SQL.

3) Um microcomputador rodando o Ubuntu Linux executa o software ScadaBR. O sistema lê as informações de temperatura e umidade (MODBUS) através de um adaptador de porta serial (RS485 para RS232), e os dados das Máquinas (SQL) através de drivers JDBC suportados pelo ScadaBR (MySQL e MSSQL).

4) Operadores e gerentes da fábrica podem visualizar os dados processados e consolidados, através de um navegador web.
Como o ScadaBR tem sua própria documentação detalhada de instalação, vamos apenas repassar um breve resumo dos passos executados:

1) Baixar e instalar o JRE (Java Runtime Environment) mais recente, pois o ScadaBR é desenvolvido nesta plataforma.

2) Baixar e instalar o Apache Tomcat seguindo as informações da própria distribuição, ou encontrando o aplicativo no site da Apache Foundation.

3) Baixar e instalar os drivers RXTX, que são uma implementação multi-plataforma (para Java) dos drivers de porta serial, utilizados para funcionamento do Modbus.

4) Baixar o ScadaBR na versão para Linux, no site: http://www.scadabr.org.br

5) Descompactar o ScadaBR dentro do servidor de aplicações Tomcat (pasta webapps/ScadaBR)

6) O supervisório ficará disponível através de um browser, no endereço http://seu.ip:8080/ScadaBR

Customização do Supervisório

Com o ScadaBR instalado, vamos começar a configuração. Inicialmente são criados os "datasources" Modbus e SQL, que são as fontes de dados que serão necessários ao nosso supervisório. Para cada datasource são feitas as configurações necessárias, a fim de que o ScadaBR "encontre" os dados que vão ser monitorados.

No caso do Modbus é necessário informar a porta serial que vai ser utilizada, e parâmetros de comunicação serial como velocidade (baud rate), paridade, entre outros; e posteriormente configurar cada variável conforme a rede de sensores que foi instalada na fábrica. Todos os parâmetros de um equipamento Modbus (endereços, registradores etc) são descritos na própria documentação fornecida pelo seu fabricante. Veja a seguir a tela de configuração destes pontos em "datasources -> Modbus Serial":
Já no caso do SQL deve ser fornecida a string de conexão com servidor e base de dados, o login e senha da base de dados, e também quais consultas precisarão ser executadas para se obter os dados de interesse. A tela abaixo é a configuração encontrada em "datasources -> SQL":
Feitas as configurações de datasources, os dados já estarão disponíveis para visualização "instantânea" (ao vivo) no ScadaBR. Automaticamente, inicia-se também o registro desses dados periodicamente, para posterior geração de gráficos e relatórios. Os dados podem ser visualizados acessando a opção "watchlist" (primeiro ícone na barra de tarefas do ScadaBR).
Todas as variáveis cadastradas no sistema ScadaBR podem ser acessadas através de scripts (lógicas de programação), e também para a construção de telas gráficas representando o ambiente e as máquinas monitoradas. O construtor de telas é bastante intuitivo, funcionando com base no conceito de "arrastar-e-soltar". Basta carregar uma imagem de fundo, que representará o ambiente físico, e em seguida posicionar os componentes para visualização de cada variável, gráfico etc. Abaixo são mostradas algumas das telas que foram desenvolvidas, sendo acessadas através de um navegador Firefox.

Tela de monitoramento das condições ambientais:
Tela de monitoramento das máquinas da fábrica:
Com esta aplicação demonstramos a real viabilidade de se utilizar um SCADA open-source em substituição a sistemas proprietários. Apesar de se tratar de um exemplo simples, apenas fazendo leitura de algumas dezenas de variáveis, o ScadaBR é capaz também de enviar comandos para as máquinas, e de gerenciar sistemas mais complexos com algumas centenas de variáveis controladas.

Após estas configurações mais básicas, é possível incrementar o ScadaBR com opções como relatórios, alarmes etc. Por exemplo, o software pode disparar um alerta sonoro, e um gerente da fábrica pode receber um email automaticamente, sempre que a temperatura do ambiente ultrapassar 28ºC, ou sempre que uma máquina ficar parada por mais de 15 minutos.

Atualmente já conhecemos exemplos do ScadaBR sendo usado em muitas aplicações diferentes, incluindo monitoramento de condições ambientais, gestão de saneamento básico, e supervisão de equipamentos em subestações elétricas, entre outros. Um destes exemplos é mostrado abaixo, no qual o software ScadaBR é utilizado para supervisionar uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH), por meio de um equipamento especial de monitoramento que também comunica-se no protocolo Modbus, através de um link TCP:
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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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