IMPORTÂNCIA DA FERRAMENTA SCADABR PARA O ENSINO EM ENGENHARIA

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1 IMPORTÂNCIA DA FERRAMENTA SCADABR PARA O ENSINO EM ENGENHARIA Marlon Ramos Silva marlonramoss@gmail.com Ângelo Rocha de Oliveira angelo@leopoldina.cefetmg.br Marlon José do Carmo marlon@leopoldina.cefetmg.br Lindolpho Oliveira de Araújo Junior lindolpho@leopoldina.cefetmg.br Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Campus Leopoldina Rua José Peres, 558 Centro Leopoldina MG Resumo: Este artigo apresenta um estudo a respeito de um software de supervisão controle e aquisição de dados e a importância desta ferramenta para o ensino em engenharia. A realização deste estudo partiu da escolha de um software livre bastante utilizado nacionalmente em diversas áreas da automação, o ScadaBR, ao qual foram aplicados os conceitos de origem e funcionalidades. Em seguida, foi realizada uma análise da importância do software ScadaBR para a graduação na área de Controle e Automação e um estudo de caso realizado na instituição CEFET-MG Campus Leopoldina. Destaca-se também que trabalhando com esta ferramenta além de aumentar o interesse do discente pelas disciplinas correlatas, também coopera para que o conteúdo das mesmas seja fixado de maneira construtivista através do uso dos recursos do software. Palavras-chave: ScadaBR, Ensino de Graduação, Estudo de Caso, Controle e Automação, IHM. 1. INTRODUÇÃO O propósito da educação não é apenas inserir o homem no mundo, mas com o mundo, de uma maneira crítica e autônoma. Logo, esse homem deve ser capaz de participar deste mundo que, a cada ano que passa se torna mais informatizado. (FREIRE, 1975). Durante muitos anos o quadro negro, o giz e os livros foram vistos como instrumentos tecnológicos mais utilizados no ensino para a mediação pedagógica. Contudo, nos últimos 40 anos um dispositivo tecnológico está praticamente tomando conta de todas as instâncias educacionais: o computador (JUCÁ, 2006). Atualmente o computador é um dos instrumentos mais versátil no campo da Educação, pois possui elementos como programas e protocolos de comunicação, denominados softwares. Segundo o professor DSc. Jorge Henrique Fernandes (FERNANDES, 2002) da Universidade de Brasília, o software é simplesmente uma

2 sentença escrita em uma linguagem computável, para a qual existe uma máquina (computável) capaz de interpretá-la. Com a inserção do computador como mediador didático, implementaram-se softwares específicos para serem utilizados em contextos de ensino e aprendizagem (JUCÁ, 2006). Dentro deste universo, existem softwares pagos e livres. O software livre é algo extremamente viável para o ensino, uma vez que, permite que todos tenham acesso ao conhecimento científico e tecnológico. Partindo deste princípio, as instituições de ensino utilizam destas ferramentas para poder descentralizar o conteúdo das disciplinas ofertadas. Nas instituições de ensino superior o software livre é a base formadora de conhecimento, pois permite que o aluno continue a desenvolver suas atividades em seu próprio computador pessoal. A realização de trabalhos multidisciplinares, além de alavancar o interesse do aluno em cada disciplina, separadamente, coopera para que o conteúdo das mesmas seja fixado de maneira construtivista (SILVA et al., 2012). No cenário industrial atual existem muitas máquinas e equipamentos com o objetivo de medir ou controlar diferentes tipos de processos químicos, físicos, entre outros (SILVA et al., 2012). No grupo destes equipamentos existem atuadores, sensores e controladores lógicos programáveis. Para poder demonstrar o funcionamento real destes equipamentos para os discentes dos cursos de engenharia seria necessária a existência de laboratórios equipados e docentes especializados. Uma maneira de resolver o problema de escassez destes recursos é a utilização de softwares SCADA para criação de Interface Homem Máquina (IHM) para os processos a serem controlados. No mercado tecnológico existem muitos softwares SCADA disponíveis em diversas línguas, com custo relativamente elevado, o que acarreta numa inviabilização de sua utilização para automação de sistemas de menor porte ou em instituições de ensino tecnológico. Entretanto, por volta dos anos 90, há o surgimento de softwares livres que apresentavam algumas funcionalidades de SCADA. O surgimento destes softwares propiciou o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em código aberto. O ScadaBR é uma das ferramentas livres que pode ser utilizada por docentes para ensinar a seus alunos sobre sistemas supervisório de controle e aquisição de dados. O presente trabalho tem como finalidade uma análise do software livre ScadaBR expondo suas características mais importantes com o intuito de demonstrar a sua relevância para o ensino em disciplinas de engenharia. O artigo está divido da seguinte forma: na seção 2 é dada uma introdução sobre a ferramenta ScadaBR; apresenta-se na seção 3 uma contextualização a respeito da importância da utilização do ScadaBR na graduação; na seção 4, é feita uma análise de um estudo de caso; na seção 5 podem ser verificadas as considerações finais sobre o estudo realizado neste artigo. 2. SCADABR O ScadaBR é um software livre de código aberto que foi desenvolvido através de uma parceria realizada entre várias instituições (Sebrae, Conetec, CNPq, Fundação Certi, MCA, Finep e Unis Sistemas). Atualmente, é atualizado por qualquer usuário que pertença a comunidade do ScadaBR, que é sem fins lucrativos. Com o ScadaBR é possível desenvolver aplicações automatizadas para diferentes ambientes de trabalho: sistemas de energia, saneamento, laboratório, automação predial, etc.

3 Em uma enquete realizada entre 2011 a 2012 pelo portal oficial do ScadaBR verificou-se que a maioria dos usuários do software o utilizam para desenvolver projetos voltados para a automação industrial e máquinas em geral. A Figura 1 mostra o gráfico obtido pela enquete virtual. Figura 1 Gráfico de aplicações do ScadaBR. Contudo, é possível verificar que o percentual de Hobby e Experimentos, onde se encontra a prática em instituições de ensino superior, é extremamente significativo, uma vez que, supera alguns setores voltados para a parte industrial. As principais funcionalidades do ScadaBR são: Geração de gráficos e relatórios; comunicação em mais de 20 protocolos incluindo: OPC, Modbus, ASCII, Bacnet, entre outros; alarmes e lógicas programáveis; disponibilidade em plataformas operacionais Linux e Windows (XP e 7) Ergonomia A Ergonomia de Software é algo extremante importante dentro da Engenharia de Software, que é uma disciplina da engenharia que prever todos os aspectos da produção de software, desde os estágios iniciais de especificação do sistema até a manutenção desse sistema, depois que ele entrou em operação (SOMMERVILLE, 2003). A Ergonomia de Software é um item essencial para a implementação de um sistema, pois garante uma melhor visualização estética, eficiência, facilidades de aprendizado, etc. A Tabela 1 apresenta o comportamento da Ergonomia de Software para o ScadaBR. A Tabela 1 foi obtida por meio dos princípios definidos pelo professor M.Sc. Roberto Cabral de Mello Borges (BORGES, 2012), da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tabela 1 - Ergonomia do Software ScadaBR. Princípios Básicos ScadaBR 1 Esforço mínimo do usuário. X 2 Memória mínima do usuário. -

4 3 Frustação mínima. X 4 Notificação imediata de problemas. X 5 Apoio máximo às tarefas. - 6 Máxima tolerância para diferenças humanas. X 7 Maximizar o uso de padrões e hábitos X 8 Controle máximo de tarefas pelo usuário X 1 Esforço mínimo do usuário: O ScadaBR permite que um programa possa ser reutilizado, assim como rotinas, consultas, comandos, etc. Além disso, garante ao usuário uma facilidade de acesso a informações sobre o sistema (manual do software ou ícone de Ajuda Help ). 2 Memória mínima do usuário: apesar de possuir uma tela simples e objetiva, o usuário do ScadaBR necessita de um determinado período de tempo para poder memorizar os passos de operação. 3 Frustação mínima: o software executa as tarefas de forma rápida e permite que usuário encontre a tarefa desejada rapidamente. 4 Notificação imediata de problemas: o ScadaBR possui campos específicos para que o usuário defina as condições para que o sistema envie alertas de problemas detectados. 5 Apoio máximo às tarefas: algumas vezes é necessária a utilização de recursos extras para executar uma determinada tarefa. 6 Máxima tolerância para diferenças humanas: o ScadaBR detém métodos visuais e audíveis para chamar a atenção do usuário. 7 Maximizar o uso de padrões e hábitos: no ScadaBR existe uma padronização quanto às posições das informações nas telas. 8 Controle máximo de tarefas pelo usuário: o sistema permite que o usuário consiga controlar e gerenciar suas informações a partir de sua necessidade Linguagens de Programação O ScadaBR permite a criação de aplicativos personalizados, em qualquer linguagem de programação atual (JAVA, C++, VB, PHP, JavaScript, MS EXcel entre outras), a partir do código-fonte disponibilizado ou de sua API web-services (ROCHA, 2010) Protocolos de comunicação O ScadaBR disponibiliza os protocolos de comunicação dos principais fabricantes, desta forma, é só escolher qual protocolo será usado no momento em que se cria os Data Sources, que é um lugar onde os dados são recebidos. Como já dito anteriormente, os principais protocolos de comunicação são: OPC, Modbus, ASCII, Bacnet, entre outros Segurança O ScadaBR é um software que permite o controle de acesso às aplicações a partir do sistema de identificação (login/senha). Além disso, o operador principal do sistema consegue escolher quais aplicações os usuários secundários podem ter acesso. Outro item de extrema importância do ScadaBR é sua capacidade de enviar relatórios regulares via correio eletrônico para o administrador ou grupo de usuário pré-

5 determinados, o que implica em uma maior segurança quanto ao controle do sistema desenvolvido (SILVA et al., 2012) Banco de Dados De acordo com Date (DATE, 2003) um sistema de banco de dados é um sistema computadorizado cujo objetivo principal é armazenar informações e permitir que os usuários busquem e atualizem essas informações quando as solicitar. Atualmente, o ScadaBR suporta dois SGBDs (Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados): MySQL e Apache Derby, vindo configurado com este último por padrão por questões de facilidade para o usuário, pois o mesmo roda embarcado e não exige a instalação do SGBD ou a configuração de parâmetros como login e senha. O Apache Derby é um banco de dados relacional desenvolvido em Java. Devido ao seu tamanho é possível incorporá-lo facilmente em qualquer solução baseada em Java. Ele suporta um quadro mais tradicional de cliente/servidor com o servidor de rede Derby, aumentando o poder do banco de dados permitindo conexão sobre o TCP/IP e suportar em rede o JDBC (Java Database Conectivity), ODBC, Perl e PHP (SILVA et al., 2012) Extensibilidade Extensibilidade representa o nível de facilidade com a qual se pode introduzir modificações futuras nos produtos de software (SILVA et al., 2012). O ScadaBR detém uma arquitetura extremamente amigável para se trabalhar com softwares de outros fabricantes. Pode ser executado nas plataformas operacionais Windows e Linux, contudo, outros sistemas operacionais podem executar o software a partir de um servidor de aplicações qualquer, sendo o Apache Tomcat o padrão. Também é possível criar e gerar relatórios de processos utilizando softwares de terceiros, como o Pentaho e o ireport. 3. IMPORTÂNCIA DO SCADABR PARA A GRADUAÇÃO Devido ao aumento significativo da quantidade de estudantes que buscam formação profissional, ocorre também um crescimento da necessidade do aumento da capacidade dos laboratórios e recursos didáticos, além dos recursos físicos para satisfazer o aprendizado de todos os formandos (JUCÁ, 2006). A incompatibilidade dos recursos físicos nas universidades e centros de formação profissional faz com que estes utilizem, muitas vezes, ambientes didáticos de simulação de componentes físicos reais. Desta maneira, o aprendizado profissional é voltado principalmente para a modelagem computacional de sistemas reais, que ao término do curso serão vivenciados na vida profissional (JUCÁ, 2006). O ScadaBR pode ser utilizado como um software educativo pois possui recursos que podem ser utilizados em contextos de ensino-aprendizagem, bem como industrial. De acordo com Sancho (SANCHO, 1998) os softwares educativos podem ser divididos em grandes grupos. São eles: tutoriais, exercício ou prática, demonstração, simulação, jogo e monitoramento. Dentro deste universo, o software para uso comercial ScadaBR se enquadra em software de simulação, pois apresenta na tela, a modelagem de um sistema ou situação real, por meio de gráficos e imagens animadas. É um software que oferece um ambiente exploratório onde o discente/usuário pode tomar

6 decisões e em seguida comprovar as consequências. O ensinamento de temas complexos ou impossíveis de se observar é facilmente analisado por este software. Além disso, o software ScadaBR acaba agindo de forma construtiva no desenvolvimento de habilidades lógicas, matemáticas e de resolução de problemas. Levando em consideração a grade curricular do curso de Engenharia de Controle e Automação da instituição CEFET-MG Campus Leopoldina pode-se aplicar o software ScadaBR nas disciplinas: Contexto Social e Profissional do Engenheiro de Controle e Automação: abordando a utilização do ScadaBR nos cenários da engenharia de controle e automação no Brasil e no mundo; Introdução à Experimentação e ao Desenvolvimento de Protótipos e Projetos: através de orientação à concepção, planejamento e construção de projetos experimentais por meio do ScadaBR; Química: através de simulações e controle de fenômenos e processos químicos; Físicas I, II e III: através de simulações dos fenômenos básicos da Mecânica, da Termologia e da Eletricidade; Materiais Elétricos: verificando através da simulação as características fundamentais de funcionamento dos materiais; Sistemas Digitais: simulação e análise de projetos de sistemas digitais; Controle Automático: simulação do comportamento de sistemas de controle; Informática Aplicada: simulação, por exemplo, do funcionamento de CLP s; Metrologia e Sensores: criação de sistemas industriais nos quais se encontram diversos tipos de sensores; Instrumentação e Controle: simulação de aplicações dos sistemas de aquisição e processamento automático de dados. Os softwares educativos podem estimular o desenvolvimento do raciocínio lógico e a autonomia do indivíduo, à medida que se podem levantar hipóteses, fazer interferências e obter conclusões a partir dos resultados apresentados (BORGES, 1999). Desta forma, a utilização de um software livre como o ScadaBR é de extrema importância para o ensino em Engenharia. 4. ESTUDO DE CASO CEFET MG CAMPUS LEOPOLDINA O Programa de Educação Tutorial (PET) tem por objetivo proporcionar um diferencial na formação dos alunos de graduação, visando sempre à ação coletiva através da interdisciplinaridade e indissociabilidade entre ensino, pesquisa e extensão (SANTOS FILHO et al., 2009). Dentre as justificativas para a criação do programa está a melhora do ensino de graduação e a qualidade dos cursos de pós-graduação, através do aperfeiçoamento da qualidade da formação dos alunos, objetivando o cumprimento das necessidades do país, nas diversas áreas do conhecimento científico e tecnológico (DESSEN,1995). Desta maneira, o programa de educação tutorial acaba promovendo atividades voltadas para o âmbito social e de inclusão, facilitando o estudo, diminuindo a evasão do curso e contribuindo para a formação ética, profissional, científica e tecnológica dos discentes.

7 No âmbito do ensino, os bolsistas do PET Controle e Automação do CEFET-MG Campus Leopoldina desenvolvem diversos minicursos com ferramentas computacionais visando disseminar os seus conhecimentos para os discentes do curso de Engenharia de Controle e Automação. Com o objetivo de se obter uma análise a respeito da utilização da ferramenta ScadaBR na graduação, foi realizado na instituição CEFET-MG Campus Leopoldina um estudo de caso por meio de um minicurso básico sobre o ScadaBR. A Figura 2 mostra o minicurso realizado no CEFET-MG. Figura 2 Minicurso ScadaBR CEFET-MG. O minicurso foi desenvolvido por dois bolsistas do Programa de Educação Tutorial Controle e Automação (PET / MEC / SESu) Marlon Ramos Silva e Mateus Hufnagel Maranha de Faria. No total participaram 15 alunos do curso de graduação em Engenharia de Controle e Automação. Os tópicos debatidos no minicurso foram: 1. O que são sistemas SCADA? 2. Softwares do tipo SCADA; 3. Introdução a ferramenta ScadaBR; 4. Instalação do Software; 5. Operando o ScadaBR; 6. Adicionando Data Sources e Data Points; 7. Visualizando os Dados: Watch List e Gráficos; 8. Definição de eventos; 9. Representações Gráficas; 10. Relatórios; 11. Scripts; 12. Exercícios; 13. Exercício Livre; 14. Atividade Final.

8 Durante a realização do minicurso eram expostos exemplos de sistemas que possuíam dispositivos e lógica de funcionamento já vistos pelos alunos nas disciplinas do curso de Engenharia de Controle e Automação. No tópico 13, Exercício Livre, foi proposto aos participantes do minicurso desenvolver uma simulação de uma aplicação real de um sistema já visualizado em alguma disciplina do curso de Engenharia de Controle e Automação. Na atividade final foi proposta a simulação de uma casa inteligente com três ambientes distintos a serem monitorados e controlados. Os ambientes eram: Garagem: Portão Elétrico, Luz externa, Luz interna. Quarto: Ar condicionado (liga com 21 C e desliga com 15 C), Lâmpada comum, Abajur comum, Luz ambiente; Sala: Ar condicionado (liga com 25 C e desliga com 18 C), Lâmpada comum, Luz ambiente, Tela para projeção, Projetor embutido, Ligar projetor. O minicurso propiciou o aluno a visualizar através de simulações os conteúdos aprendidos em teoria. Por fim, através de perguntas realizadas aos participantes do minicurso pode-se perceber que o aprendizado de matérias teóricas seria bem mais compreendido por meio de um software computacional de simulação. Outro ponto importante relatado pelos participantes do minicurso era a capacidade do software enviar relatórios do sistema para o pessoal de cada um, permitindo-os a entender um pouco mais sobre os sistemas industriais reais que serão vistos no ambiente profissional quando formarem. Alguns discentes que participaram do minicurso sobre o ScadaBR realizaram cursos profissionalizantes com ferramentas similares, por exemplo, o Elipse SCADA. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS O trabalho proposto teve como objetivo principal demonstrar a importância de um software livre de supervisão, controle e aquisição de dados no âmbito do ensino. Podese concluir através do estudo de caso que a maior dificuldade encontrada pelos alunos de engenharia nos conteúdos das disciplinas está na não verificação do comportamento de sistemas baseados nos princípios abordados nas aulas teóricas. Desta forma, percebeu-se que um software livre como o ScadaBR pode ser aplicado em diferentes disciplinas de engenharia com o intuito de se obter por meio de simulações, dados que poderiam ser obtidos somente por práticas reais. Logo o aprendizado construtivista é fortalecido, instigando o conhecimento científico, lógico, criativo e tecnológico. Agradecimentos Os autores agradecem ao MEC/SESu/PET, FNDE, FAPEMIG e CEFET-MG pelo apoio ao desenvolvimento deste trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BORGES, H. Uma classificação sobre a utilização do computador pela escola. Revista Educação em Debate, v.1, n.27, p , 1999.

9 BORGES, R. C. M. Ergonomia de Software. Disponível em: < Acesso em: 11 mai CERTI - ScadaBR. Documento de Referência do ScadaBR. Disponível em: <http Acesso em: 22 mai DATE, C.J. Introdução a Sistemas de bancos de dados. In: Visão geral do gerenciamento de banco de dados, Rio de Janeiro : Ed. Elsevier, p.[3]-27. DESSEN, M. A. O Programa Especial de Treinamento PET: evolução e perspectivas futuras. Didática, v. 30, p.27-43, FERNANDES, J. O que é um Programa (Software)? Disponível em: < Acesso em: 11 mai FREIRE, Paulo. Extensão ou Comunicação? 2. ed. Rio de Janeiro: Editora Paz e Terra, p, il. JUCÁ, S. A relevância dos softwares educativos na educação profissional. Revista Ciências e Cognição, Rio de Janeiro, v.8, n.1, p , Portal do ScadaBR. Manual do Software. Disponível em: < Acesso em: 15 mai ROCHA, V. Automação e Sensoreamento Remoto utilizando Software Livre SCADA. Disponível em: < Sensoreamento-Remoto-utilizando-Software-Livre-SCADA?pagina=3> Acesso em: 14 mai SANCHO, J.M. Para uma tecnologia educacional. 1. ed. Porto Alegre: Editora ArtMed, SANTOS FILHO, D.J. dos; MOSCATO, L.A.; MIYAGI, P.E.; COZMAN, F.G.; KANO, C.H. Educação Tutorial: Uma proposta de formação diferenciada em engenharia. Anais: XVIII Encontro Anual da Associação Brasil-Japão de Pesquisadores. São Paulo: USP, SILVA, M.R.; FARIA, M.H.M.; OLIVEIRA, A.R.; CARMO, M.J.; JÚNIOR, L.O.A. Estudo Comparativo entre Ferramentas de Supervisão, Controle e Aquisição de dados e a Importância destas para o ensino em Engenharia. Anais: XL Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia. Belém: UFPA, SOMMERVILLE, I. Software Engineering.6. ed. New York: Pearson Education, p, il.

10 IMPORTANCE OF SCADABR TOOL FOR TEACHING IN ENGINEERING Abstract: This article presents a study about a software supervisory control and data acquisition and importance of this tool for teaching engineering. This study was based on the choice of a free software widely used nationally in many areas of automation, the ScadaBR, to which we applied the concepts of origin and functionality. Then, an analysis was made of the importance of software ScadaBR for graduation in the field of control and automation, and a case study in the institution CEFET-MG Campus Leopoldina. Also noteworthy is that working with this tool as well as increasing the interest of the student related disciplines also cooperates to their content be fixed constructivist manner through the use of software features. Key-words: ScadaBR, Undergraduate Studies, Case Study, Control and Automation, HMI.