ALTO CUSTO BENEFÍCIO EM SOLUÇÕES WIRELESS

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1 ALTO CUSTO BENEFÍCIO EM SOLUÇÕES WIRELESS Robb Weidemann Banner Engineering Corporation Ariel Ferreira Spheric Componentes Ópticos Ltda. Abstract Applying new technology correctly can be a key factor in dominating the marketplace. This article studies the application of wireless I/O to improve ROI. These solutions eliminate costly cabling, ease maintenance procedures, reduce downtime, and facilitate fast modification of existing processes. They also increase the timeliness and efficiency of data collection. Varied application examples are discussed here. Basic wireless network functionality and information regarding wireless security is also presented. The article shows that you can use wireless to boost profitability and ROI. Resumo A utilização de novas tecnologias pode ser um fator importante para dominar o mercado. Este artigo estuda a aplicação de Wireless I/O para aumentar o ROI. Estas soluções eliminam o custo de cabos, facilitam a manutenção e a atualização rápida de aplicações existentes, e reduzem os tempos de parada. Outra vantagem é a eficiência e acuracidade em coleta de dados. No trabalho são discutidas diversas aplicações, além de algumas informações sobre redes e segurança wireless. Este artigo mostra que é possível aumentar a rentabilidade e o ROI com soluções wireless. Palavras chaves: wireless, redes, antena, gateway, node, I/O, E/S, link, automação, ponto-a-ponto, multi-ponto, rádio, sinal, RTD, temperatura, fluxo, nível, ROI, segurança, FHSS, agricultura, processo. 1. INTRODUCÃO A maioria dos trabalhadores nas indústrias fabris e de processo, de técnicos de manutenção à gerência, enfrentam desafios diários para reduzir custos, e maximizar a produção e o retorno sobre investimento (ROI). Eles precisam se manter atualizados às novas tecnologias e decidir quando utilizar um novo equipamento justificará as despesas associadas a ele. Uma nova tecnologia que vem redefinindo como as aplicações são solucionadas é a comunicação wireless. Este tipo de comunicação já está presente em nosso dia-a-dia, como quando falamos ao celular ou rádio enquanto navegamos na internet através de uma conexão wireless, por exemplo. Este artigo explora as maneiras como a comunicação wireless pode ser utilizada eficientemente no meio industrial. Redes wireless I/O substituem um ou mais cabos, transmitindo dados de um ponto a outro. Transmissores e receptores unidirecionais ou rádios bi-direcionais são o coração destas redes. Diferentes fabricantes utilizam diferentes protocolos e tecnologias de comunicação em seus produtos. Na seção 2 são abordadas as soluções wireless em ambiente industrial. O item 2.1 descreve as redes ponto-a-ponto, e as aplicações para este tipo de rede são mostradas em 2.2. Já o item 2.3 explana as soluções wireless multi-ponto, enquanto em 2.4 são mostrados aplicações das mesmas. A seção 3 cobre aplicações comuns da tecnologia wireless no ambiente fabril e de processo. O item 3.1 mostra uma aplicação com equipamento rotatório, o item 3.2 mostra uma aplicação de monitoramento de temperatura, e o item 3.3 mostra uma simples substituição de cabos. Na seção 4 são mostradas aplicações wireless não convencionais. O item 4.1 mostra outra aplicação de monitoramento de temperatura, e o item 4.2 mostra uma aplicação de monitoramento de nível. A seção 5 discute a segurança na transmissão de dados wireless. No item 5.1 é abordada a própria segurança dos dados, enquanto 5.2 discute a acuracidade destes dados.

2 2. SOLUÇÕES WIRELESS EM AMBIENTE INDUSTRIAL Fábricas, plantas de processo e linhas de montagem estão cheias de todos os tipos de cabos. Incluindo cabos de potência, de sinais de I/O e de redes industriais. Estes cabos são geralmente caros e facilmente danificáveis. Um único cabo danificado pode gerar horas de máquina parada, e a perda destas horas de produção pode ter um impacto imenso no bem-estar financeiro da empresa. Substituir cabos por redes de wireless I/O pode ajudar aplicações em fábricas e indústrias a rodarem mais eficientemente. O investimento em redes deste tipo pode ser rapidamente retornado se a tecnologia for aplicada apropriadamente. 2.1 Soluções wireless ponto-a-ponto Em geral, uma rede ponto-a-ponto consiste em dois Nodes conectados um ao outro. A vantagem desta configuração é a simplicidade de estabelecer-se um link permanente entre os dois pontos. A desvantagem é que com uma simples falha neste link, a comunicação se perderá, ocasionando uma falha na rede. Um cenário comum para este tipo de topologia poderia ser uma saída discreta de um sensor, conectada diretamente a uma válvula pneumática em um sistema de controle de qualidade. O sensor detecta a condição de rejeito e informa diretamente para a válvula, que removerá o produto da linha de montagem. A substituição de cabos é a aplicação básica para redes wireless ponto-a-ponto, pois a transmissão de um ou mais sinais do ponto A ao B é facilmente atendida por um par de rádios conectados. Um cabo tradicional que conecte os pontos A e B pode ser facilmente substituído por dois transceptores instalados nos mesmos pontos A e B, eliminando toda a estrutura física de cabos entre estes pontos. Os sinais no ponto A são coletados e enviados pelo transceptor ao outro transceptor, conectado a este primeiro, no ponto B, onde estes sinais alcançam o seu destino pretendido. Da mesma forma, os sinais do ponto B são enviados ao ponto A. Sinais analógicos, digitais e seriais, além de outros tipos de dados são envidados através de redes wireless ponto-aponto. Existe uma série de vantagens em substituir os cabos tradicionais por uma rede wireless ponto-a-ponto. A principal é eliminar o custo de instalar o cabo. Além da mão-de-obra necessária para instalar o cabo, geralmente é preciso também instalar conduítes ou criar um novo caminho para o cabo. Os custos de instalação podem ainda incluir obras civis, para instalar cabos entre prédios, ou entre um prédio e um local externo. Uma segunda vantagem é a diminuição do tempo de máquina parada durante a instalação. A solução wireless pode ser previamente testada, e o único tempo de parada necessário, da máquina ou aplicação, é o pequeno tempo em que os cabos de sinais são conectados. No caso dos tradicionais cabos, a instalação requer uma parada maior, pois o instalador precisa passar o cabo sobre, por cima, ao redor ou através da máquina. Uma terceira vantagem se dá para cabos longos, de um reservatório até a sua estação de controle, por exemplo. O custo de material de centenas de metros de cabos e possíveis amplificadores de sinal ou repetidores podem facilmente exceder o custo de um par de rádios wireless. Uma solução wireless não será ideal para todos os tipos de aplicação, pois podem haver algumas desvantagens no seu uso. Analogamente ao um cabo quebrado, o sinal de transmissão entre dispositivos wireless pode ser parada imediatamente se um dos dispositivos for danificado, ou outro sinal wireless causar interferência. Dispositivos de wireless I/O requerem alimentação, ao contrário de cabos tradicionais. Dependendo da qualidade do sinal entre os pontos, pode ser necessário adicionar antenas e cabos para uma instalação com sucesso. 2.2 Aplicações da solução wireless ponto-a-ponto Vamos aplicar estas vantagens em uma aplicação comum de substituição de cabos: monitorar e controlar uma represa de água distante da sala de controle, numa aplicação típica em fábricas ou processos. Uma bomba na represa é utilizada para manter um tanque na fábrica cheio de água. Consideremos a economia em utilizar uma solução wireless. A represa está localizada a centenas de metros distante da estação de controle. Suponhamos 500 metros neste exemplo. O custo do cabo pode variar, mas a R$ 3,00 o metro, o custo total do cabo seria R$ Isto não inclui amplificadores de sinal ou repetidores que podem ser necessários para assegurar a confiança dos dados transmitidos. Três trabalhadores necessitarão 2 dias inteiros para instalar os 500 metros de cabo entre o prédio e o reservatório, ao custo de R$ 20,00 a hora; mais R$ 960 serão adicionados à conta. Os

3 custos associados à estrutura física e outras modificações são pertinentes na maioria dos casos reais, mas aqui ignoraremos para simplificar o exemplo. Os equipamentos wireless podem ser testados e configurados antes da instalação sem parar a aplicação, ao contrário do cabo que precisa estar conectado e a aplicação é parada antes do teste. Se a aplicação gera uma renda de R$ 2000 por hora de operação, e, supostamente, a solução com cabo demora 1 hora a mais que a wireless para ser executada, serão mais R$2000 de despesas associadas à solução com cabo. Estas vantagens de custo, da solução wireless, somam R$ 4460, o que é superior ao preço de diversos dispositivos disponíveis para a aplicação ponto-a-ponto na substituição de cabos. Este exercício básico enfatiza as vastas soluções possíveis quando os dispositivos wireless são utilizados. Neste caso, o ROI é atingido imediatamente após a compra dos equipamentos wireless. 2.3 Soluções wireless multi-ponto Imagem 1: Solução ponto-a-ponto para reservatório As redes multi-ponto contêm diversos dispositivos que são capazes de enviar e receber informações de diferentes locais. Topologias comuns nestas redes são tipo estrela, anel, bus, árvore ou malha. Estas topologias específicas não serão discutidas em detalhe aqui, mas as suas funções básicas podem ser resumidas em vários Nodes transmitindo dados para um dispositivo de controle comum, um Gateway. Múltiplos sinais de múltiplos dispositivos podem ser transmitidos entre dispositivos na rede, ou até para dispositivos fora dela. As redes multi-ponto wireless oferecem os mesmos benefícios mencionados nas seções 2.1 e 2.2, junto com vantagens adicionais como cobertura ampla, economia em escala e possibilidade de futuras expansões. A cobertura ampla é uma vantagem pois um único controlador ou Gateway pode ser conectado a inúmeros pontos na fábrica. Centenas de sinais podem ser coletados neste ponto. Futuras expansões são facilitadas depois que o primeiro dispositivo de controle for instalado e estiver funcionando. Assim que o usuário ficar mais confortável com a solução wireless e identificar novas aplicações, ele pode considerar apenas o custo de uma única peça adicional. Os custos da mudança do controlador e da infra-estrutura já foram absorvidos e o novo dispositivo deve integrar o sistema existente sem problemas. Economias de escala são aplicáveis uma vez que o negócio cresce e a automação se expande. O usuário é capaz de diminuir o custo por unidade produzida proporcionalmente à expansão da escala de operação da empresa. Redes wireless multi-ponto solucionam muito problemas, mas não sem desvantagens. Uma possível desvantagem é que com uma grande quantidade de dispositivos wireless enchendo o ar com sinais de rádio, aumenta a probabilidade de problemas de interferência. Muitas redes wireless multiponto oferecem soluções para amenizar os problemas de perda de sinal, mas perder os dados de uma grande rede wireless pode ser catastrófico. Uma desvantagem final é que as mudanças iniciais de infra-estrutura, necessárias para a implementação de uma rede multi-ponto, pode ser

4 extremamente tediosa, e pode envolver diversas pessoas de TI, controle e outros departamentos. Deve ser tomado bastante cuidado ao se especificar e instalar uma solução wireless multi-ponto. 2.4 Aplicações da solução wireless multi-ponto Monitorar status de máquinas ou processos em vários locais da planta e controlar funções baseadas nestas informações é uma aplicação típica de redes multi-ponto. Uma fábrica contendo cinco tanques cujos níveis são controlados por cinco bombas separadas, e que suas entradas e saídas são monitoradas por sensores de fluxo é um ótimo candidato ao uso de uma rede multi-ponto. Informações de nível, fluxo e o status das bombas podem ser coletados em uma estação central de controle, que é responsável por decidir se o status ligado ou desligado da bomba deve ser mantido ou alterado. Novamente vamos aplicar as vantagens da solução wireless multi-ponto para a aplicação descrita acima, com respeito ao trabalhador designado a monitorar e controlar estes cinco tanques. Este trabalhador passa a maior parte do seu dia caminhando pela planta e coletando e gravando dados de nível, fluxo, e dados de bombeamento associados com estes tanques, caso não exista uma rede implementada. Estes dados podem ser facilmente coletados por diversos Nodes na planta, e enviados para uma sala central de controle por um sistema wireless. O funcionário terá acesso aos dados continuamente atualizados da sua sala de controle. Ao invés de caminhar pela planta, este funcionário pode ser mais produtivo na sala central. A empresa está pagando o mesmo salário para este empregado, mas agora tem um funcionário muito mais produtivo em retorno ao seu investimento. Pode ainda ser possível realocar este colaborador no caso de um sistema de controle e de armazenamento dos dados seja implementado. Uma solução de rede wireless multi-ponto pode ser rapidamente instalada e configurada para enviar dados analógicos e digitais para cada tanque. Com o crescimento do negócio, serão adicionados tanques para suportar os processos adicionais. Uma solução idêntica pode ser instalada em cada novo tanque, e a rede acomodará os equipamentos adicionais de forma transparente ao operador. Despesas de instalação são minimizadas, e o custo por unidade decresce correspondentemente. A possibilidade de expandir os sensoriamentos e controles wireless para outras aplicações também são facilitados pois a estrutura wireless principal está pronta. As redes wireless podem enviar sinais digitais, analógicos, seriais, de temperatura, além de outros, de muitos pontos na fábrica de volta a sala de controle. O tempo de resposta das redes wireless varia, mas os dados da fábrica que chegam para o usuário são essencialmente atualizados. E isto também oferece vantagens de custo. Em termos da aplicação dos tanques, a bomba só precisa ser operada para encher ou esvaziar o tanque. Acurados, os dados atualizados gerarão economia minimizando o tempo em que bomba fica ligada. Desperdícios também serão diminuídos ao evitar-se situações de transbordo. Danos a equipamentos da fábrica podem ser eliminados evitando-se que o tanque fique vazio. Todos estes cenários se tornam mais precários se um sistema wireless não for empregado e um trabalhador seja utilizado para coletar os dados do campo e atuar sobre eles. A taxa de ROI em uma solução wireless multi-ponto depende da quantidade de dispositivos utilizados. Uma grande quantidade levará um tempo maior para atingir o retorno. No entanto, dada as altas taxas de trabalho e custos de energia, focar em investimentos de longo termo em novas tecnologias é chave para desenvolver e manter uma vantagem competitiva em muitos mercados. Muitas companhias conseguem gerar também economias verdes, reduzindo o consumo de energia e o desperdício. Isto possibilita a oportunidade para elas de posicionar a filosofia da empresa como amiga do meio-ambiente, agradando os consumidores com consciência ambiental.

5 Imagem 2: Solução multi-ponto para controle de nível 3. APLICAÇÕES COMUNS NA AUTOMAÇÃO Estão disponíveis diversas soluções wireless para diferentes tipos de aplicações dentro da automação. Ponto-a-ponto, multi-ponto e comunicação serial wireless podem ser utilizadas para aumentar efetivamente a eficiência do processo e reduzir custos de operação. Aplicações comuns incluem substituição de cabos em máquinas rotatórias e recíprocas, controle de temperatura, medidas de nível e fluxo, e controles remotos de esteiras, válvulas e bombas. 3.1 Equipamentos rotatórios Muitas aplicações em fábrica envolvem mecanismos que rodam durante sua operação normal. Se algum sinal precisa ser transferido entre o equipamento giratório e um local externo, escovas ou outros tipos de dispositivos precisam ser utilizados. Estes dispositivos necessitam manutenção constante e cara, e não são considerados muito confiáveis pelo pessoal de manutenção. Um forno giratório é usado para secar em uma indústria de polpa e aquecer em indústrias de cimento. É importante saber a temperatura dentro do forno, e, tipicamente, um RTD é usado para medir esta temperatura. No entanto, pode ser trabalhoso obter esta informação do sensor dentro do forno. Uma solução wireless com bateria simplifica muito esta aplicação. O RTD é inserido no forno e conectado ao Node wireless. Uma bateria externa alimenta o Node, habilitando-o a capturar e enviar a informação de temperatura do RTD. A informação de temperatura é atualizada continuamente, ou por solicitação do operador. A necessidade de escovas é eliminada uma vez que o Node, a bateria e o RTD podem girar livremente com o forno. A economia com manutenção é substancial, e a informação de temperatura é atualizada frequente e acuradamente. O ROI é comprovado após a primeira chamada de manutenção, devido a cabo ou escova danificada, ser evitada. A operação do forno pode ser otimizada pelo fato de termos medidas constantes e acuradas da temperatura interna. Um forno otimizado diminui o tempo que o produto leva para chegar ao mercado e por isso aumenta a rentabilidade da empresa.

6 3.2 Monitoramento de Temperatura Imagem 3: Aplicação de forno giratório Temperatura é um dos parâmetros medidos mais comuns em aplicações fabris ou de processo. Os dados de temperatura são monitorados para garantir que os processos estejam dentro das especificações e as máquinas operando em condições ideais. Os dados de temperatura ambiente são também importantes em aplicações de armazenamento e otimização de processos. Gases tóxicos, como metano, são gerados em indústrias de saneamento e petroquímicas. A liberação destes gases na atmosfera gera um dano ambiental extremo. As companhias que liberam estes poluentes em grande quantidade são geralmente punidas financeiramente, além manchar a sua reputação pública. Uma solução comum para este problema é queimar este gás, através de uma chaminé, assim que são liberados. Desta forma o gás é transformado em um material não tóxico ou menos tóxico, o que permite às empresas manter a máxima operação programada e ainda manter-se dentro das regulações ambientais. Duas coisas devem ser medidas para garantir a correta operação, o fluxo de gás e a temperatura do local de queima. Um sensor de fluxo e temperatura pode ser usado para medir estes parâmetros. Se o sensor detecta o fluxo de gás mas não o calor gerado pela queima, então sabemos que o gás está sendo liberado ilegalmente para a atmosfera. Um Node wireless pode ser conectado a uma saída analógica de ambos os sensores, temperatura e fluxo, sendo estas saídas enviadas à sala de controle para monitoramento e armazenamento dos dados. A solução wireless é móvel e fácil de instalar diretamente na chaminé. O ROI é mais difícil de explorar neste caso. As companhias não estão geralmente conscientes de que liberam metano e outros gases tóxicos na atmosfera. Mais governos estão começando a forçar novas leis que punam financeiramente as companhias que não tratarem o seu material tóxico apropriadamente. O retorno seria notado imediatamente se um operador fosse capaz de parar o fluxo de metano quando o sensor de temperatura indicar que a chama está apagada. Neste caso, a companhia evitaria multas de dezenas de milhares de Reais. O metano queimado pode também gerar eletricidade. Se todo o metano é queimado enquanto está sendo liberado, a geração de eletricidade será maximizada, e o dinheiro gerado irá aumentar. Novamente, os consumidores verdes aprovarão estas técnicas amigas do meio-ambiente.

7 Imagem 4: Aplicação de monitoramento de chaminé 3.3 Substituição de cabos Máquinas móveis são comuns nos ambientes industriais. Cabos móveis frequentemente acompanham estas máquinas para garantir que as informações de monitoramento e controle são enviadas e recebidas por vários pontos da máquina. Os condutores internos dos cabos têm um número limitado de vezes em que eles podem ir para frente e para trás. Estes cabos, em ambientes de alto stress, quebram regularmente depois de um certo número de ciclos de operação da máquina. A indústria de manufatura de madeira precisa mover pesadas pilhas de material de um lado a outro da fábrica. Os carrinhos necessários para carregar estas cargas necessitam cabos pesados com múltiplos condutores para comunicar o status e controlar as informações de I/O. O carrinho viaja mais de 100 metros de caminho tendo aproximadamente 110 metros de um cabo de 36 vias. O custo de substituição deste cabo excede os R$ 12000, e o tempo de entrega de um novo cabo é geralmente mais de três semanas. A equipe de manutenção precisa de várias horas para substituir o cabo danificado. O tempo de parada da fábrica associado ao carrinho parado, mesmo se for considerado apenas as horas que a equipe de manutenção necessita para substituir o cabo, irá gerar milhares de Reais em perda de produção. Uma solução wireless simples com duas peças irá custar apenas uma parte de despesa resultante do cabo danificado. A instalação da solução wireless é também direta e fácil. O retorno desta aplicação é alcançado em poucos meses ou menos. O custo do cabo é maior que o custo da solução wireless, neste caso, então não sendo necessário substituir um cabo já justifica imediatamente o equipamento wireless. O programa de manutenção preventiva pode ser também alterado, e o tempo usado anteriormente nos carrinhos pode ser agora utilizado em outras máquinas na fábrica. Isto deve aumentar a sua eficiência e consequentemente a produtividade da fábrica.

8 Imagem 5: Aplicação do carrinho móvel 4. APLICAÇÕES NÃO TRADICIONAIS NA AUTOMAÇÃO As soluções wireless estão se expandindo para fora das aplicações de processo e fabris, entrando em indústrias que estão descobrindo as vantagens da automação. Soluções wireless pontoa-ponto, multi-ponto e serial são também utilizadas em aplicações na agricultura, saneamento e transporte. Os implementadores destas soluções geralmente encontram mais benefícios que nas aplicações típicas da indústria quando incorporam a tecnologia wireless nas suas aplicações. 4.1 Monitoramento de Temperatura As medidas de temperatura não são apenas comuns nos ambientes industriais, mas também em aplicações em saneamento e agricultura. Dados de temperatura são monitorados em estufas, celeiros e mesmo em pilhas de compostos, para garantir que as plantas estão crescendo a um temperatura segura, que os animais não estão em perigo por sobre-aquecimento, e que as pilhas de compostos estão se biodegradando a uma temperatura ótima. Os compostos naturais são amontoados em longas pilhas. Estas pilhas aquecem como resultado de processos biológicos internos, e este calor ajuda a quebrar o material orgânico. Existe o risco de incêndio se a temperatura nessas pilhas subir demasiadamente, e o processo de biodegradação diminui de velocidade se a temperatura for muito baixa. Estas pilhas resultam em um material composto vendável, permitindo ao seu dono a oportunidade de fazer dinheiro no início, quando aceita estas sobras, e depois, quando vende este rico composto. O operador tem o incentivo de manter uma temperatura constante e ideal nas pilhas, para que o material orgânico seja convertido o mais rápido possível. São inseridos termopares a duas diferentes profundidades dentro da pilha para monitorar a temperatura. Coletar os dados destes sensores é uma tarefa muito tediosa se o operador faz mais de cem medidas diariamente em uma grande fazenda de compostos. O operador também corre o risco de não ter a medida em tempo apropriado em todos os locais. A tarefa seria simplificada enormemente se um Node wireless for conectado ao termopar. Todos os dados de temperatura podem ser coletados de uma sala central de controle, e o operador pode então remexer as pilhas o quanto for necessário para manter a temperatura apropriada. O retorno é atingido duas vezes nesta aplicação. As horas de trabalho gastas anteriormente com a medida de temperatura das pilhas podem ser eliminadas. As medidas de temperatura atualizadas permitem ao composto a se degradar e converter-se em material vendável mais rapidamente. Isto aumenta as vendas do produto final, permitindo um giro mais rápido e consequentemente gerando mais Reais pela aceitação de mais sobras.

9 Imagem 6: Monitoramento de temperatura em fazendas de compostos 4.2 Monitoramento de Nível Outra aplicação universal, dentro ou fora do contexto industrial, é a medida de nível de tanques de líquidos ou sólidos. Medidas em tanques fechados ou reservatórios podem ser feitas por sensores ultra-sônicos, de pressão diferencial ou por sistema de bóias. Estes sensores possuem saídas discretas ou analógicas, ou ainda ambas. Devido ao fato de os pontos de medida serem geralmente muito distantes das centrais de controle, é economicamente inteligente utilizar dispositivos wireless para transmitir dados de níveis críticos do campo para a sala de controle. Unidades de tratamento de água e indústrias de aterro sanitário estão muito preocupadas com a geração de lixiviados durante as atividades diárias. Lixiviado é um líquido tóxico, aguado, gerado pela degradação de lixo e criado durante o tratamento do esgoto. Não pode ser permitido que este líquido alcance as fontes subterrâneas de água natural. Geralmente o lixiviado é direcionado para poços de armazenamento, antes de serem bombeados para dentro de um contêiner de segurança. Chaves de pressão submersíveis podem ser utilizadas dentro dos tanques para assegurar que o lixiviado não alcance um nível muito elevado. O sensor dá uma saída discreta indicando que o lixiviado atingiu um certo nível. Esta saída pode ser enviada para o dispositivo wireless na sala de controle. O sistema da sala de controle pode então retornar a comunicação wireless e instruir a bomba instalada no mesmo poço para iniciar ou parar o bombeamento, conforme necessário. Uma saída da bomba pode ser transmitida de volta à sala de controle para comprovar ao operador que a bomba está efetivamente em funcionamento. Os ciclos de funcionamento da bomba podem também serem contados, utilizando um contador assíncrono no local do posto. Desta forma o operador é capaz de manter um nível apropriado nos poços, e pode confirmar que o equipamento de campo está funcionando corretamente. Analogamente às aplicações descritas anteriormente, o retorno aqui é gerado pela redução do número de horas de trabalho manual e por evitar rigorosas multas por quebra de leis ambientais. A equipe de manutenção poderá coordenar um calendário de manutenção efetiva, pois são capazes de contar o número de ciclos que cada bomba roda. Estes dados não estavam anteriormente disponíveis, geralmente, sem que se fizesse visitas adicionais às estações de bombeamento.

10 Imagem 7: Monitoramento de nível em um poço de lixiviados 5. SEGURANÇA DE APLICAÇÕES INDUSTRIAIS DE WIRELESS As preocupações principais para pessoas considerando a solução wireless para melhorar as suas aplicações são a segurança e a integridade dos dados que estão sendo transmitidos. Uma aplicação wireless não terá o seu alto custo benefício se os problemas da solução wireless causarem na verdade danos caros que ultrapassem a economia previamente calculada. O usuário precisa estar confiante de que a solução wireless irá operar a contento. Segurança de dados é definida como a proteção confiável dos dados da sua rede da interceptação de hackers. Quando um cabo padrão é usado para transmitir dados, o usuário sabe que a segurança somente será violada se o hacker acessar fisicamente o cabo ou os seus condutores internos. Eliminando o cabo e aplicando uma solução wireless significa que os mesmo dados não estão mais contidos em um cabo, e sim propagando-se livremente pelo ar. Os dados parecem mais acessíveis não apenas para os hackers, mas também para os concorrentes. No entanto, uma transmissão wireless bem construída pode ser confiavelmente protegida de comportamentos maléficos. Podem ser tomadas medidas para garantir que a rede está transmitindo os dados confiavelmente, garantindo os mais altos níveis possíveis de integridade de dados. É importante salientar que os dados transmitidos em um ambiente industrial são geralmente menos críticos que uma transmissão comum como voz e dados confidenciais da empresa. Por exemplo, um sensor de 4-20mA pode ter uma saída de 12mA sendo enviada por uma rede wireless. Este valor de 12mA pode ser transmitido com um conjunto de 16 bits, e um hacker não teria nenhuma ideia do que aqueles 16 bits significam. Mesmo se um estranho fosse capaz de acessar e decodificar este dado, os 12mA seriam sem sentido se não for passada nenhuma informação descrevendo o processo, ou o layout da rede, ou o que o sensor está monitorando, na mesma transmissão. 5.1 Assegurando uma transmissão de dados segura Uma rede wireless pode ser construída de forma a prevenir indesejáveis acessos e comportamentos maléficos. Três importantes fatores neste contexto são o protocolo de transmissão, o tipo de transmissão e o conteúdo da transmissão. Duas categorias genéricas de protocolos usadas em transmissões wireless são aberta e proprietária. Os protocolos abertos, como WI-FI, podem ter sérios problemas de segurança, pois as especificações do protocolo são de conhecimento público. Protocolos abertos geralmente utilizam criptografia de segurança para proteger os dados, mas esquemas de criptografia são geralmente hackeados rapidamente após serem desenvolvidos e lançados. Um protocolo proprietário sozinho provê uma nível de segurança mais elevado, pois ele é somente conhecido pelo fabricante. Sistemas proprietários são, na verdade, menos suscetíveis a serem hackeados do que protocolos abertos.

11 Dois tipos comuns de transmissão de dados wireless são o Espalhamento Espectral por Sequência Direta (DSSS) e o Espalhamento Espectral por Saltos em Frequência (FHSS). As transmissões FHSS, baseadas em uma tabela de saltos pseudo-aleatória, são feitas em diferentes frequências a cada transmissão. Um hacker escutando a um frequência específica ouvirá apenas uma pequena porcentagem da mensagem enviada. Seria praticamente impossível para o hacker decifrar a tabela pseudo-aleatória, conhecida apenas pelos transceptores da rede. A tecnologia FHSS fornece também uma alta imunidade a ruído, uma vez que a interferência teria que ocupar a banda de transmissão inteira antes de afetar terminantemente as mensagens transmitidas. Como mencionado no item 5, a informação enviada no ambiente industrial é muito genérica. Interceptar 16 bits de dados que representam outro número é inútil. Mesmo o dado decodificado será inútil para um hacker. Se um hacker interceptar dados de uma rede wireless, ele não saberá de qual sensor o dado vem, ou que papel tem o sensor dentro da rede de wireless I/O. 5.2 Assegurando uma transmissão de dados acurada Em aplicações de controle e monitoramento é inaceitável ter dados perdidos ou corrompidos, ou mudanças nos dados de qualquer tipo. Redes wireless empregam diferentes tipos de tecnologias para dar ao usuário confiança de que informações confiáveis e atualizadas são transmitidas. Binding é um método utilizado para garantir a acuracidade dos dados transmitidos. O binding permite que um usuário trave Nodes a um Gateway específico, ensinando ao Node o código de acesso ao Gateway. Os dispositivos dividem este código de acesso, e aceitarão apenas as transmissões que incluam este código. Interferência e transmissões equivocadas são ignoradas quando eles não contêm o código, assegurando assim que apenas a informação real é comunicada. Uma rede wireless pode ainda empregar um algoritmo de verificação de redundância cíclica (CRC) que assegurará que os dados cheguem intactos. Um pacote de informações corrompidas pode chegar e então o algoritmo irá falhar. Este pacote será descartado, e, em uma rede empregando a tecnologia FHSS, o dado será retransmitido em uma nova frequência durante o próximo ciclo de comunicação. Utilizar um algoritmo CRC é como aplicar um bit checksum em uma tecnologia de leitura de código de barras. Outra característica oferecida por algumas redes wireless é a habilidade de predefinir os estados das saídas no caso de perda de link. Um Node pode sair de uma rede se ele for danificado por um raio ou se algo se mover para o meio dos dois rádios bloqueando a propagação das ondas de RF. Um dispositivo da rede que empregue uma sequência de polling como parte do protocolo de transmissão perceberá a perda de comunicação, a definirá automaticamente os estados das saídas. Isto permite ao usuário garantir que condições de perigo, como um tanque vazio ou cheio, sejam evitadas. 6. CONCLUSÃO As aplicações exemplo descritas anteriormente mostram que a economia e o rápido retorno sobre o investimento podem ser facilmente atingidas em todos os tipos de aplicações na automação. Apesar de relativamente novo na indústria, comunicações wireless são tecnologias comprovadas, e que o uso pode ser facilmente justificado depois de uma análise crítica de custo x benefício. Implantações ponto-a-ponto e multi-ponto podem ser usadas em aplicações como monitoramento de nível e substituição de cabos de I/O. Existem aplicações tanto em fábricas quanto em indústrias de processo, bem como em outras indústrias como saneamento e agricultura. A tecnologia wireless alcançou um nível onde o usuário pode ficar tranquilo que a transmissão dos dados será feita de maneira segura e acurada e os equipamentos wireless não terão um comportamento problemático. O leitor deveria estar estimulado a encontrar aplicações no seu próprio meio onde wireless pode ser aplicado de maneira similar, ou talvez aplicar esta excitante tecnologia de uma forma completamente nova. REFERÊNCIAS PRÁTICAS DE APLICAÇÕES Solução de reservatórios National Starch. Santa Catarina, Brasil Solução de nível de tanques Vinícula com acres. Califórnia, USA Solução do carrinho móvel TAFISA. Santa Catarina, Brasil Solução do poço de lixiviados Land and Lakes. Ilinois, USA Solução da chaminé de gases Empresa com USD13 Bilhões de faturamento, com 213 locais de aterros sanitários. Texas, USA

12 Robb Weidemann Banner Engineering Corp th Ave N Minneapolis, MN USA rweidemann@bannerengineering.com brasil@bannerengineering.com Ariel Ferreira Spheric Componentes ópticos Ltda. Rua Imperatriz Leopoldina, 355, sala 3 Novo Hamburgo, RS Brasil ariel@spheric.com.br