Infra-Estrutura Passiva para Sistemas de Comunicação e Automação

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1 Infra-Estrutura Passiva para Sistemas de Comunicação e Automação Mauro Faccioni Filho, Walter Clausen mauro@creare.com.br, walter@creare.com.br Creare Engenharia Eletrica LTDA, Rua Lacerda Coutinho 167 Florianópolis - SC, fone (048) Marcos B. Rabello Vallim mvallim@lcmi.ufsc.br CEFET/PR - CP, Av. Alberto Carazzai, 1640 Cornélio Procópio - PR, fone (043) Índice I. INTRODUÇÃO II. CABEAMENTO PARA UMA INFRA-ESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO III.SISTEMAS DE SEGURANÇA IV.CONTROLE AMBIENTAL V. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA VI.REDES DE COMPUTAÇÃO E TELEFONIA VII.SONORIZAÇÃO E TELEVISÃO VIII.CONCLUSÃO IX.BIBLIOGRAFIA Resumo É apresentado neste trabalho uma relação dos principais sistemas de automação e comunicação que convivem num ambiente predial, assim como os meios físicos que hoje suportam estes sistemas. Como solução de integração destes diversos sistemas a nível de meio de transmissão comum, não proprietário, de banda larga e padronizado, é apresentado o Cabeamento Estruturado de cabos de pares trançados. Para a implementação desta solução aberta e de uso comum são descritos sumariamente alguns procedimentos. Finalmente é descrita a tendência de mercado no sentido de uma convergência dos serviços de sistemas de comunicação, que exige cada vez maiores taxas de transmissão, qualidade de serviço e níveis de segurança, fatores obrigatórios em novas instalações.

2 pg. 2 I. Introdução A força do mercado gera um conjunto de necessidades que leva as indústrias a criar produtos e sistemas que atendam a esta demanda. Várias vezes esta força é um aspecto subterrâneo destas necessidades, uma força potencial, que necessita grupos atuantes que lhe dêem um contorno e uma definição. Os sistemas de comunicação no interior de uma corporação vêm ganhando contornos cada vez mais definidos, e estão hoje caminhando para uma convergência inquestionável, e de diversos aspectos: infra-estrutura passiva, software, componentes, equipamentos, aplicações. Porém no nascedouro das tecnologias os agentes-fonte do mercado definem para si mesmos uma série de normas e padrões próprios, que são lançados no mercado e dependem de vários fatores para a sua afirmação, nem sempre só de preço ou qualidade. Tecnologias que são dependentes de um só fabricante, ou grupo fechado de fabricantes, são tecnologias proprietárias. Tecnologias disponibilizadas a todos os fabricantes e ao mercado em geral, isentas de chaves (mas nem sempre de custos), são chamadas de abertas. No entanto nem todas as tecnologias abertas se estabelecem como padrão, e muitas vezes sistemas fechados se tornam um padrão de fato. A automação de edifícios caminha por uma tortuosa trilha de sistemas proprietários, protocolos fechados, equipamentos que não ``conversam" entre si. Além disto a automação mantém uma distância relativa de outros sistemas de comunicação que convivem no mesmo edifício e espaço, e todos com a mesma função de trocar sinais de baixa e extra-baixa tensão de extremidade a extremidade, o que os coloca num conjunto funcional comum. O meio físico de transmissão de cada sistema é diferente, e muitas vezes também proprietário. Este trabalho apresenta uma proposta de uso do Sistema de Cabeamento Estruturado como base comum e de convergência para as mais diversas aplicações, passando por sistemas de computação e televisão, até automação industrial e predial. Como base comum, é também um sistema aberto, atualmente bem definido por uma série de normas internacionais, às quais a grande maioria dos fabricantes adere, estimula e põe como requisito para o funcionamento dos seus produtos. Abaixo descrevemos os principais subsistemas que compõem um cabeamento estruturado, bem como a forma de uso de aplicações diversas e convergentes nesta base comum.

3 II. Cabeamento para uma Infra-Estrutura de Comunicação O cabeamento estruturado tem como finalidade ser uma infra-estrutura passiva única no interior de uma edificação, para qualquer sistema de comunicação. Sua performance não pode ser expressa por taxa de transmissão em bits, mas sim por banda de freqüência. Atualmente o cabeamento estruturado, a partir de normas publicadas pela EIA/TIA em 1991, deve permitir na Categoria 5 transmissões até 100 MHz. Sobre esta banda de freqüência é que as aplicações devem ``rodar". pg. 3 O cabeamento estruturado está definido como uma infra-estrutura para transmissão de voz, dados e imagem. Assim poderíamos entender voz como telefonia, dados como computação e imagem como televisão, respectivamente. Mas não é só isto. O correto e abrangente desta definição é entendermos tal cabeamento como base de tráfego de quaisquer sinais de baixa tensão, até o limite de freqüência definido, não importando o equipamento colocado nas extremidades. Um sistema de cabeamento estruturado tipicamente está dividido em um conjunto de subsistemas: área de trabalho; cabeamento horizontal; armário de telecomunicações; cabeamento vertical ou backbone; sala de equipamentos; entrada. Na figura 1 é apresentado um desenho esquemático com os subsistemas. Figura 1: esquemático dos subsistemas de um cabeamento estruturado A partir de uma infra-estrutura passiva como a apresentada, pode-se introduzir equipamentos ativos com finalidades diversas. A automação predial, considerando um futuro de ampliações e modificações de sistemas, protocolos e equipamentos, deve estar baseada em um meio físico independente e que permita o crescimento. Nas tomadas de saída, ou áreas de trabalho, podem ser conectados os sensores, atuadores, telefones, computadores, câmeras, monitores, etc. Os equipamentos de rede, controle e monitoração, podem ficar alojados nos armários de telecomunicações ou na sala de equipamentos. A conexão com os pontos remotos deve ser feita por conexão cruzada. Abaixo fazemos uma breve descrição de alguns importantes tópicos da automação e inteligência predial, assim como uma metodologia para uso do cabeamento estruturado.

4 III. Sistemas de Segurança pg. 4 A segurança em edificações pode ser abordada sob dois elementos fundamentais: o patrimonial e a integridade física da instalação. O primeiro elemento diz respeito a proteção contra invasões e acessos não autorizados, e o segundo, a proteção contra incêndios. Para o primeiro existem os sistemas de vigilância patrimonial, e para o segundo os sistemas de proteção ao incêndio. SISTEMAS DE VIGILÂNCIA PREDIAL Atualmente os sistemas de vigilância eletrônica, em geral, são sistemas monitorados remotamente, através de sensores infravermelhos passivos ( para os ambientes internos) e sensores ultra-sônicos, ou de presença de massa ( para os ambientes externos). Os sensores mapeiam os pontos críticos da instalação, formando perímetros de proteção que, se rompidos, acionam o módulo central local, acusando a invasão do prédio. O módulo central local é conectado a uma central de vigilância remota ( normalmente uma empresa de segurança patrimonial), que executa a leitura do status da instalação periodicamente, através da linha telefônica. O cabeamento dos sensores é implementado por cabos de pares trançados, com alimentação em baixa tensão e baixa freqüência. A topologia da rede é mostrada na figura 2 abaixo. Sua estrutura em estrela torna o cabeamento estruturado uma infra-estrutura adequada ao sistema. Sistemas de circuito fechado de televisão (CFTV), como discutido adiante, também trabalham no sentido da vigilância predial, operando em topologia radial, como será visto em tópico específico. SISTEMAS DE PROTEÇÃO A INCÊNDIOS Figura 2: topologia de uma rede de vigilância predial Tendo em vista as modernas técnicas de construção, com emprego crescente de materiais alternativos, derivados de petróleo, e portanto inflamáveis, é fundamental a necessidade de um monitoramento eficaz das edificações para evitar a ocorrência e propagação de incêndios. Desta forma, os sistemas de proteção a incêndios são constituídos de dispositivos sensores (termovelocimétricos, óticos, iônicos), colocados em locais estratégicos, potencialmente vulneráveis à ocorrência de incêndios ( tais como arquivos, bibliotecas, depósitos, entre outros), e de dispositivos atuadores ( sprinklers, bombas ) que iniciam o combate ao foco de incêndio. Além disto, face ao risco de vidas humanas envolvidas, o sistemas dispõem ainda de alarmes sonoros e sinalizadores visuais para imediata evasão do edifício. A chamada automática do grupamento de bombeiros, através da entrada de serviços, completa o sistema. Devido aos baixos níveis de tensão e freqüência envolvidos, o cabeamento estruturado pode ser utilizado, colocando-se adaptadores para a tomada padrão RJ45 na ligação de sinal com os diversos sensores e atuadores.

5 IV. Controle Ambiental O controle do ambiente de trabalho revela aspectos da preocupação com o conforto pessoal do trabalhador, bem como cuidado com a economia no uso dos recursos energéticos. pg. 5 Um ambiente controlado permite criar condições de trabalho satisfatórias, visando a produtividade, conciliando a energia gerada pelo homem com a energia disponível naturalmente ( por exemplo, luz, calor). Neste contexto surgem os sistemas de controle de iluminação e o controle de temperatura. SISTEMAS DE CONTROLE DE ILUMINAÇÃO O sistema é constituído de sensores foto-sensíveis, que determinam a intensidade luminosa em um ponto do ambiente, persianas e brises acoplados com atuadores automáticos, atuadores manuais, lâmpadas e módulo central de controle. Os sensores monitoram o nível de iluminação do ambiente, enquanto as persianas são atuadas, para garantir o nível pré-ajustado para o local. As lâmpadas somente são acionadas para garantir o nível adequado de iluminação. A iluminação artificial é acionada de forma setorizada ou até mesmo individual, aumentando assim o grau de otimização do consumo de energia. Os sensores e atuadores são dispostos em grupos e interligados através de um barramento de par trançado. A topologia naturalmente em árvore, como apresentado na figura 3, deve sofrer modificações para a forma radial, utilizando-se neste caso um protocolo aberto. Ressalta-se ainda a necessidade de implementar-se em paralelo um barramento de cabos de energia, para alimentação dos atuadores das persianas e lâmpadas. Figura 3: topologia do sistema de controle de iluminação O controle de iluminação pode ser feito também através do sensoreamento de presença que, além de monitorar o nível de iluminamento, colabora com o gerenciamento da energia necessária na instalação. Este tópico será melhor discutido no tópico de Sistema de Gerenciamento de Energia, abaixo. SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA O condicionamento do ar ambiente segue duas abordagens distintas, que são implementadas segundo conveniências técnicas e econômicas específicas de cada projeto. Para ambientes pequenos, utiliza-se a abordagem da geração e controle local da temperatura. Em ambientes de maior porte, utiliza-se da geração centralizada e o controle individualizado, por sistema de volume a ar variável (VAV). O segundo caso requer um cabeamento mais complexo, pois as unidades geradoras estão afastadas do ponto de consumo, sendo que cada ambiente pode apresentar setpoints distintos, exigindo também atuadores dispersos na rede de ar para ajustamento da temperatura.

6 V. Sistema de Gerenciamento de Energia pg. 6 A implantação de tarifação diferenciada de energia elétrica coloca claramente a necessidade das unidades consumidoras acompanharem e gerenciarem a utilização de energia. Há uma tendência de que no futuro próximo não apenas o consumo, demanda e fator de potência sejam cobrados, mas também outros parâmetros, como por exemplo distorção harmônica, venham a ser medidos e tarifados. Monitorar a rede de energia e identificar as fontes de consumo e suas características, torna-se um fator importante para garantia da qualidade da energia utilizada. O sistema de gerenciamento é responsável pela aquisição de sinais relativos aos parâmetros elétricos básicos através de sensores de corrente, tensão, e a partir do qual podem ser calculados a potência ativa, reativa, fator de potência e energia. O sistema monitora também o estado dos barramentos e quadros de distribuição ao longo da instalação (temperatura, faltas, fugas, sobrecargas e outros comportamentos anormais). Com os dados obtidos e transmitidos para uma central de controle, é possível atuar sobre o sistema de forma a procurar pontos de equilíbrio pré-definidos. VI. Redes de Computação e Telefonia Atualmente as redes de computação já utilizam em praticamente todas as instalações uma solução de cabeamento de pares trançados em Categoria 5, topologia radial, conforme definido em norma da EIA/TIA de Porém o mesmo não acontece com as redes de telefonia. Várias novas instalações insistem em colocar cabos de telefonia com tomada 4P padrão Telebrás, o que resulta numa instalação exclusiva e anômala. Algumas instalações, no entanto, já aplicam esta nova tecnologia com sucesso, o que aumentou consideravelmente a operacionalidade e capacidade de gerenciamento de ambas as redes. A aplicação comum do cabeamento estruturado para telefonia e computação é hoje o primeiro passo na direção de um sistema físico passivo único para comunicação corporativa. VII. Sonorização e Televisão As instalações de sonorização utilizam um cabeamento proprietário para interligação das diversas saídas de som ao equipamento central. O número de saídas de som compõe uma impedância que deve ser casada com a impedância da linha de transmissão e do equipamento, de forma a se obter a melhor transferência de potência e qualidade do sinal audível. Este sistema pode facilmente ser ajustado para o uso do cabeamento estruturado, utilizando-se o formato estrela para atendimento das diversas saídas de som, fazendo-se os devidos casamentos de impedância através de dispositivos a serem implementados junto aos painéis de distribuição do cabeamento, ao lado dos racks de equipamentos de reprodução e amplificação. Também a distribuição de sinal de TV, ou mesmo de circuito fechado de TV, é feita por rede de cabos proprietários do tipo coaxial, seja em forma de barramento com o uso de adaptadores, no caso de distribuição de sinal, seja em forma radial quando na captação dos sinais de diversas câmeras num CFTV. A implementação do cabeamento estruturado pode também ser feita com muita simplicidade, bastando para isto o uso de baluns adaptadores de conectores de cabo coaxial para o padrão RJ45 em cabos de par trançado. Novamente todo o controle de distribuição, ou recepção dos sinais, deve ser feito junto aos painéis distribuidores do sistema de cabeamento estruturado.

7 VIII. Conclusão pg. 7 Apresentamos acima um resumo de alguns tópicos relacionados à automação predial. Baseados nas normas atuais de infra-estrutura aberta de cabeamento para redes de comunicação, propomos este mesmo cabeamento com opção única para o tráfego de sinais dos sistemas citados. Atualmente estes sistemas são constituídos de equipamentos independentes e de uso exclusivo, porém já é uma realidade a tendência de convergência dos diversos sistemas em sistemas multifunção. Da mesma forma é uma tendência dos provedores de serviços, tais como redes de TV a cabo, empresas de vigilância e monitoramento remoto, concessionárias de telefonia, provedores de Internet, e muitas outros, fornecerem com seus serviços um conjunto maior de opções integradas. Obviamente será necessário um meio físico comum, confiável e de banda larga. Necessariamente a aplicação, instalação e configuração destes diferentes sistemas exige uma grande capacidade de controle e gerenciamento desta integração. Isto obviamente exige um alto grau de especialização para transformar o meio físico do cabeamento estruturado em uma plataforma comum e integrada de sistemas. IX. Bibliografia 1. MARTE, C. L., Automação Predial: a Inteligência Distribuída nas Edificações, Carthago & Forte, São Paulo SP, CONTROLLI, HONEYWELL, `Èvolução, características e tendências dos sistemas de gerenciamento de edificações", Eletricidade Moderna, ano XXIII, número 254, pp , maio DEPRETER, A. e HOE, J., ``Tecnologia domótica muda perfil das instalações elétricas do futuro", Eletricidade Moderna, ano XXVI, número 286, pp , janeiro KAHN, M., `Èdifícios de alta tecnologia - integração de sistemas - tendências", Anais do IV ENIE, outubro MALUF, A. J., COSTA, H.R.N., `Ìntegração de redes comerciais e barramentos de campos nos edifícios inteligentes", Eletricidade Moderna, ano XXIII, número 251, pp , fevereiro * Este texto foi produzido pela equipe técnica da Creare Engenharia Elétrica. Não pode ser reproduzido sem a sua autorização expressa. Texto original do ano de 1998.