Thin Clients : aumentando o potencial dos sistemas SCADA

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1 Artigos Técnicos Thin Clients : aumentando o potencial dos sistemas SCADA Tarcísio Romero de Oliveira, Engenheiro de Vendas e Aplicações da Intellution/Aquarius Automação Industrial Ltda. Um diagnóstico real com uma solução inteligente Hoje em dia nos encontramos com um dilema de crescimento nas indústrias. Por um lado, quer se prover acesso em tempo real aos dados dos sistemas HMI/SCADA para a maioria dos colaboradores e, por outro, deve-se manter baixos os crescentes custos de suporte da infraestrutura de IT (Tecnologia da Informação). Como fazer isto de forma eficiente? Os Thin Clients (ou clientes leves, para os mais puristas de nossa língua) apresentam uma poderosa solução ao expandir o acesso aos dados de chão-de-fábrica, mantendo os custos de suporte mínimos. O que iremos ver neste artigo são algumas propostas para prover aos usuários autorizados uma visão em tempo real dos dados de fabricação, junto com a habilidade de acessar os sistemas HMI/SCADA, através de uma grande variedade de equipamentos somente executando um Web Browser Java compatível usual do mercado, como Internet Explorer ou Netscape. Nesta filosofia, a aplicação reside em uma máquina servidora sem a necessidade de um software dedicado nos clientes e, assim, os requerimentos diários de suporte de IT são mínimos, reduzindo significativamente o custo total de propriedade e manutenção das aplicações. Overview Os computadores pessoais, que hoje ocupam cada espaço das instalações industriais, trouxeram inúmeros benefícios aos negócios durante a década passada. Entretanto, apesar de alcançar os objetivos em comunicação e troca de dados, os negócios também estavam pagando por essas novas capacidades ao investir em recursos de tecnologia de informação que requeriam mudanças em hardware, software e redes. A capacidade de penetração dos PCs, laptops e numerosos outros tipos de dispositivos incrementou a necessidade de suporte a IT nas empresas, suporte este na forma de upgrades de instalação, mudança de hardware e software, necessidade de manutenção diária, etc. Essa situação era marcadamente diferente das décadas passadas, quando os departamentos de IT tinham unicamente controle total sobre computadores muito poderosos e centralizados que desempenhavam todo o processamento (os mainframes). Dessa forma, os usuários interagiam com esses computadores com um número limitado de

2 terminais burros, que tinham uma escassa ou nula capacidade de processamento e não requeriam muitos cuidados. Com foco em uma redução dos gastos gerais dos departamentos de IT, além da necessidade de tirar vantagem de dispositivos menores, econômicos e transportáveis, muitos negócios inclinaram-se para a opção dos Thin Clients. Através desse conceito de Thin Client Computing as aplicações residem em poderosos servidores, com os usuários acessando-as através de uma grande variedade de equipamentos que incluem pequenos computadores com memória limitada, laptops, pequenos dispositivos transportáveis como palmtops, computadores industriais sem disco, etc. Inclusive, os Web Browsers padrão, como o Internet Explorer, têm-se destacado hoje em dia, já que permitem ao usuário ter a interface que requerem fazendo uso de equipamentos com sistemas operacionais distintos. Soluções usuais x Thin Clients Nas soluções usuais, um cliente dedicado permite aos usuários em computadores remotos ver e gerenciar dados nos sistemas SCADA. Essa aplicação original requer que em cada computador cliente esteja sendo executado um software compatível com os SCADA e muitas vezes utilizando uma hardkey, o que limita a mobilidade para a visão do sistema (Figura 1). Com o conceito Thin Cliente/Cliente Terminal Server, não é necessário nenhum software específico no dispositivo cliente; a aplicação reside unicamente em um servidor executando o sistema operacional Windows 2000 Server com seu componente Terminal Server. O software é capaz de executar sessões distintas do SCADA Server para cada Thin Client que o acesse, e apresenta as telas através de um Web Browser padrão executado no equipamento cliente. Figura 1 Solução usual com SCADA Server e Clientes.

3 Para os usuários, a visualização e o funcionamento do Cliente e do Thin Client são praticamente idênticos. Em ambas as aplicações os usuários podem acessar e gerenciar virtualmente todos as funções de seus sistemas SCADA. De qualquer estação cliente, com os acessos de segurança permitidos, pode-se construir gráficos, adicionar tags, mudar setpoints de qualquer SCADA Server. Basta definir previamente se essas funcionalidades serão de desenvolvimento, operação ou gerenciamento. Menor custo de propriedade A solução Thin Client (Figura 2) pode ser uma ferramenta importante para aquelas companhias que estão buscando: - reduzir os custos da tecnologia da informação e acesso de dados; - melhorar a qualidade do serviço a seus clientes; - aumentar a integridade dos dados críticos de operação; - reduzir os custos e facilitar a manutenção das aplicações. Figura 2 Solução utilizando tecnologia Thin Client. Com os Thin Clients, os departamentos de IT não precisam manter aplicações de software em muitos computadores por toda a organização. Por exemplo: fazer um upgrade para uma nova versão do Cliente Terminal Server implica na instalação da aplicação somente em um servidor, no lugar de fazê-lo em cada computador cliente.

4 Adicionalmente, como o Thin Client exige menor processamento dos computadores clientes, também se reduz a necessidade de upgrade de hardware, estendendo-se assim a vida útil das máquinas velhas. Sempre que um computador puder conectar-se à rede e executar um Web Browser, este poderá ser utilizado como cliente. A possibilidade de utilizar uma grande variedade de equipamentos permite aos usuários que não tem acesso a PCs ou computadores portáteis receber o benefício de poder igualmente acessar dados de processo em tempo real (Figura 3). Por exemplo: em uma configuração tão vasta como a que existe em uma refinaria, a pessoa de operação e manutenção pode acessar os dados de suas aplicações HMI/SCADA através de dispositivos simples que podem suportar Web Browser padrão, mesmo com equipamentos operando com Windows CE. Figura 3 Estrutura Thin Client. Na planta, as companhias podem alcançar o mesmo nível de acesso em tempo real através da utilização de computadores industriais que nem sequer contém disco rígido. A solução Thin Client também deverá trazer facilidades ao pessoal de manutenção de planta e aos integradores de sistemas. Se um usuário executando essa solução necessita de suporte para seu sistema, o pessoal de manutenção e o integrador podem acessar o sistema diretamente de seus computadores e laptops, independentemente de onde se encontram geograficamente, e através de um Web Browser padrão. Como resultado disso, pode se responder rápida e efetivamente

5 a uma necessidade do usuário, evitando gastos de deslocamento. Como escolher a melhor solução remota? Um dos pontos mais fortes para garantir uma solução confiável encontra-se em sua capacidade de distribuição, sua arquitetura cliente/servidor e sua capacidade de incorporar a tecnologia industrial padrão da Microsoft em seus produtos de software. Essas características contribuíram para que a Intellution pudesse desenvolver seu sistema de acesso remoto Thin Client, com menor complexidade, facilidade de manipulação e grande confiabilidade. Arquitetura cliente/servidor distribuída A arquitetura cliente/servidor é particularmente importante quando um usuário quer agregar pontos de I/O e/ou estações a um sistema Thin Client, dado que não terá que modificar o servidor de nenhuma forma. Além do mais, essa tecnologia facilita muito o desenvolvimento remoto, pois qualquer alteração feita em um SCADA não precisa ser duplicada em outro, e muito menos no Cliente Terminal Server.

6 Figura 4 Arquitetura cliente/servidor distribuída. Em outros sistemas que utilizam soluções de acesso remoto sem a arquitetura cliente/servidor, todos os tags executados nos SCADA Server devem ser duplicados no Cliente Terminal Server por cada sessão Thin Client. Assim, se o sistema está acessando um Cliente Terminal Server com um total de tags, e está provendo dados a sete Thin Clients, o servidor deve continuamente atualizar e servir no mínimo tags (Figura 5). Dizemos no mínimo, porque também terão que ser somados os demais valores como, por exemplo, os provenientes de cálculos. A necessidade dessa duplicação cria uma fonte potencial para erros, degradação da performance do sistema e lentidão, que podem levar à inconsistência de dados através dos computadores clientes e às bases de dados dos SCADA Server. Além disso, o acréscimo de pontos de I/O ou novas estações SCADA Server a tais redes requer que os novos dados sejam agregados ao Cliente Terminal Server. Este é o motivo real pelo qual alguns fabricantes recomendam aos usuários evitar o acesso de dados remotamente, porque seus sistemas carecem da arquitetura cliente/servidor.

7 Figura 5 A ausência da arquitetura cliente/servidor e suas implicações. Suporte remoto Uma das vantagens mais significativas em um Thin Client é sua possibilidade de poder prover suporte remoto de qualquer computador na rede ou de qualquer lugar no mundo, desde que configurado para tal. Muitos clientes estão recebendo suporte remoto há anos com soluções SCADA que utilizam tecnologias como Remote Access Service (RAS). Com as soluções Thin Client não há necessidade sequer de ter o software de supervisão instalado na máquina cliente. Pode ser utilizado qualquer computador que suporte um Web Browser padrão e tenha acesso via Internet ou Intranet. Isso é ideal para os integradores de sistemas e organizações de suporte técnico que necessitam prover melhor suporte aos usuários, com melhor velocidade de resposta, maior eficiência e com menores custos de mobilidade, já que não é necessário se deslocar até o cliente para implementar as mudanças ou correções. Alguns exemplos, ou possibilidades, para aplicação estão nas plataformas de petróleo, saneamento básico e captação de água, e todas as empresas que possuem mais de uma planta ou sites remotos. Terminal Server: a tecnologia por trás dos Thin Clients Sob um certo ponto de vista, essa nova tecnologia poderia soar como um deja vu aos mainframes, onde terminais burros acessavam um

8 computador central com grande poder de processamento para realizar suas aplicações. Mas muita coisa mudou: os sistemas operacionais mais leves, vinculados a interfaces gráficas e processamento distribuído, praticamente sepultaram essa antiga arquitetura. Porém, dentro dessa nova visão, e com os softwares exigindo máquinas cada vez mais eficientes e poderosas, como atualizar o parque de máquinas em uma empresa de forma a acompanhar essa evolução? Era necessária a criação de uma solução que distribuísse aplicações e ajudasse a preservar o investimento feito em máquinas e softwares. O Terminal Server da Microsoft veio para permitir a execução de aplicações disponíveis no mercado para usuários de computadores que não suportam o ambiente Windows de 32 bits. O novo sistema usa uma solução na qual aplicações são executadas no servidor e mostradas de forma remota na estação cliente. Por ser um ambiente multiusuário, o produto atende às necessidades de empresas com aplicações totalmente centralizadas, cuja estação cliente caracteriza-se por ser um terminal. Uma empresa pode aproveitar todo o seu parque instalado de hardware e padronizar o uso de aplicações 32 bits em todos os seus usuários. É possível, por exemplo, que um PC 386 com Windows 3.x utilize o Office 2000 como se a última versão do Windows 2000 Profesional estivesse instalada em sua máquina. Esse sistema é resultado de uma parceria da Microsoft com a Citrix Systems, que forneceu a tecnologia que torna o Windows 2000 Server um servidor multiusuário. O Windows Terminal Server implementa o protocolo de comunicação RDP (Remote Desktop Protocol) entre o servidor e os terminais. Através do RDP, o Windows Terminal Server suporta estações clientes Windows 3.11, Windows 95, Windows 98, Windows NT Workstation e Terminais baseados em Windows CE. Através do MetaFrame da Citrix, um sistema Thin Client/Server para Windows 2000, é possível disponibilizar o acesso às aplicações Windows de 32 bits a desktops rodando um outro sistema operacional, como Unix, MAC, DOS e Macintosh. Além disso, para comunicações em ambiente remoto, como é o caso do uso da Internet e browser o protocolo ICA padrão no sistema MetaFrame é a solução indicada. Um conjunto de soluções para o acesso remoto de dados A solução apresentada acima é somente uma das possibilidades dentre as oferecidas para acesso remoto e gerenciamento de Sistemas SCADA. Além dos clientes tradicionais, conectados via TCP/IP e utilizando uma hardkey ou softkey existem servidores Web, que provêem aos clientes acesso de dados em tempo real do SCADA através de browsers restringindo, porém, sua manipulação. Muitas empresas estão implementando uma mescla desses clientes para poder cumprir técnica e economicamente com as necessidades de acesso e gerenciamento de dados.

9 Facilmente podemos ver as diferentes formas de acesso remoto que são oferecidas (Figura 6) e podemos decidir sobre qual utilizar levando em conta alguns aspectos próprios de cada uma: Os Clientes são a solução ideal em situações onde os usuários necessitam uma funcionalidade total deste (supervisão, operação e atuação mais local) com performance garantida que seja independente da carga de qualquer Server, e onde todos os clientes que estão sendo utilizados estão baseados em sistemas operacionais Microsoft Windows. Para o pessoal que não é de operação e não necessita de um acesso total ao sistema, porém que queira e necessite de acesso à informação de produção em tempo real, o Servidor Web é a solução indicada, permitindo-lhes somente visualização. Situações em que um companhia deseja uma funcionalidade próxima a dos Clientes usuais, porém para uma grande variedade de usuários incluindo aqueles que não estão executando sistemas operacionais Microsoft, o Thin Client é uma solução excelente. Para o Thin Client, os servidores devem ser capazes de executar os Terminal Services incluídos com o Microsoft Windows 2000 Server. Dado que todas as execuções ocorrem no servidor, este deve ter um potencial de processamento suficiente para suportar todas as sessões dos clientes que se estabeleçam. Essa capacidade do servidor dependerá das aplicações e do número de clientes existentes. Por isso, não há um número específico de sessões que possam estar sendo processadas de forma simultânea e, em geral, salvo tenhamos muitos clientes ou a aplicação seja realmente complicada, esse tema não chegará nunca a ser um ponto de discussão em uma implementação. A segurança também não foi esquecida para esse aplicativo. Além de contar com a segurança do Windows 2000 Server, todas as funcionalidades relacionadas a esse tópico devem ser observadas no sistema SCADA escolhido, já que a instância criada para a execução no Terminal Server manterá as mesmas características já existentes no sistema de supervisão. Assim, além de necessitar de um login para o Terminal Server, o usuário deverá estar habilitado em algum grupo, ou individualmente, na aplicação SCADA para que possa realizar o acesso, garantindo a confiabilidade mesmo para uma solução distribuída como esta. Conclusão Os avanços da tecnologia da informação durante a década passada transformaram virtualmente cada colaborador de uma empresa em um trabalhador informado. Como resultado, as indústrias hoje necessitam de ferramentas mais efetivas que lhes permitam cobrir sua necessidade de crescimento no gerenciamento de dados em tempo real. Essa nova solução de cliente remoto fornece às empresas as capacidades de acesso remoto e em tempo real que seus empregados

10 necessitam, ao mesmo tempo em que oferece um menor custo de propriedade, utilizando o conceito de que o Terminal Server providencia múltiplas sessões com múltiplos usuários sobre uma plataforma Microsoft Windows 2000 Server. Para cada usuário conectado, uma sessão de Thin Client roda no computador Cliente Terminal Server. Como esse é um produto realmente aberto, cada usuário tem a opção de poder escolher entre diversas plataformas incluindo Microsoft Windows 2000, NT, ME, 98 e 95. Inclusive plataformas como CE 3.0 e NT Embedded (NTE), se possuírem incluído um Web Browser também podem ser utilizadas. E mais: clientes que não sejam Microsoft, também poderão utilizar esta nova ferramenta de forma simples e segura, o que a torna um novo passo para prover aos usuários soluções realmente abertas.

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