Edição 213 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 213 – 2015

¤ Cover Page

Protocolos de Comunicação devem ajudar a indústria
a ingressar na IIoT

Éconsenso que o futuro dos protocolos de comuni- cação está no Ethernet. Ainda que muitos projetos utilizem Fieldbus, Profibus e suas variantes, o parque instalado é dominado por 4-20mA com Hart – e os fornecedores de tecnologia ainda lançam produtos para esse nicho. “Cerca de metade da base instalada de todos os dispositivos de campo no mundo são Hart. Dispositivos FF provavelmente cheguem a 15%. Então você tem outros protocolos de campo, como Profibus PA, que tem uma quota de mercado ligeiramente menor que do FF.

E o Ethernet IP ainda tem uma base instalada realmente pequena. Mas vem novidade por aí. A tecnologia APL traz a Ethernet até o dispositivo e tem o potencial de substituir a camada física de ambos os protocolos FF e HART. APL, na minha opinião, é a peça final do quebra-cabeça que vai trazer a tecnologia Ethernet para os dispositivos de campo e automação de processos”, confirma Larry O’Brien, vice-presidente de pesquisa do ARC Advisory Group.

“O alto parque instalado de dispositivos com redes 4-20mA com HART não impede que a empresa se ajuste aos novos conceitos, como IIoT, Indústria 4.0 ou o Connected Enterprise; porém, a tendência de convergência para redes IP nos direciona a adotar esta tecnologia para projetos futuros”, comenta Raul Groszmann, da Rockwell Automation.

“Se utiliza, sim, muito 4-20mA mas o mundo é digital, fala-se em cloud e IIoT então é preciso melhorar o digital e nossa relação com ele, não podemos ficar satisfeitos com o mundo analógico. A instrumentação digital não pode ser descartada em função da dificuldade de instalação ou de compatibilidade porque ela é rica de informação que nos faz mais produtivos de maneira segura”, afirma o representante oficial da Petrobras no grupo de usuários do Fieldcomm Group, Miguel Borges, engenheiro de equipamentos Senior do Cenpes/Petrobras e responsável pelo Lead - Laboratório de Controle e Automação, Engenharia de Aplicação e Desenvolvimento.

“Quando falamos em implantação de novos projetos de instrumentação temos de considerar algumas variantes, a primeira delas é em que lugar do pais será implantada a nova planta. Teremos mão de obra qualificada para: operar, dar manutenção e atualizar a tecnologia a ser implantada? Temos Protocolos de Comunicação devem ajudar a indústria a ingressar na IIoT Emerson Controle & Instrumentação Nº 213 | 2015 41 tido experiência de muitas vezes o cliente querer os 4 a 20 mA e sequer aceitar o protocolo Hart, devido ao fato de não ter mão de obra qualificada. Outro problema que enfrentamos é que temos um excesso de formação de novos profissionais em automação industrial, porém não temos formação em instrumentação de chão de fábrica. E isto é sério, formamos profissionais de automação sem a base de campo. Quanto aos protocolos, temos hoje uma tendência ao Profibus DP ou PA e as redes Profinet.

Devemos isso ao excelente trabalho de divulgação dos fabricantes e a Fundação Profibus. No caso da Fieldbus Foundation não vemos um trabalho de divulgação da tecnologia, independente do mérito da associação ou conjunto de fabricantes”, afirma Marcílio Pongitori, diretor da ISA Campinas.

Paulo Borges Campos, gerente de aplicações da Borges Katayama, ressalta, em complemento ao exposto, que existem outros fatores que podem colocar em risco a confiabilidade dos equipamentos eletrônicos, independentemente do fabricante e da tecnologia a ser aplicada em cada processo industrial. “Os novos equipamentos eletrônicos estão sofrendo com a norma RoHS, que elimina dos novos circuitos eletrônicos os metais pesados como estanho e chumbo, o que acaba afetando todos os fabricantes”. E isso merece uma edição especial!

História de acertos e tropeços

Mas, para decidir sobre um protocolo, Harry Forbes, analista sênior do ARC Advisory Group, recomenda que os usuários finais considerem vários fatores, mas de um modo geral os mais importantes seriam: o portfólio de produtos disponíveis em uma determinada rede de campo, a facilidade de gerenciamento dos dispositivos de campo, e o suporte durante o longo ciclo de vida que esses dispositivos geralmente têm. “Os dispositivos Hart ainda dominam o mercado, mas a maioria deles não tem sua característica Hart usada continuamente. E termo “Ethernet” não se refere a uma única tecnologia, e sim a um grande conjunto de camadas físicas e de enlace de dados que foram padronizadas sob o standard IEEE 802.3. É por isso que temos Ethernets com 10 MB, 100 MB, Gigabit, Fibra Óptica, etc. Este conjunto de padrões cresce a cada ano, mas nós ainda chamamos todas essas coisas de Ethernet. É preciso atenção” O consultor e professor Augusto Passos Pereira lembra que precisamos analisar os protocolos digitais de campo olhando o futuro e não o passado. O Hart, quando surgiu, tinha como objetivo permitir a utilização do sinal 4-20 mA para a informação de processo e a frequência do protocolo para permitir a configuração e parametrização de dispositivos de campos como transmissores e posicionadores de válvulas. Na sequência vieram os softwares de diagnósticos, e o desenvolvimento de vários softwares que realizavam estas funções, ao contrário do que se imaginava, proporcionou maior popularização das vantagens do uso do protocolo, o que acabou numa guerra entre os fabricantes, um jogo de esconde-esconde aonde algumas informações de diagnósticos ficavam atreladas ao uso de um software em particular.

Na sequência do tempo surgiram Profibus DP que foi desenvolvido para interligar através de uma rede de campo inicialmente os inversores de frequência, sensores de posição, botoeiras de acionamento, válvulas on-off e outras funcionalidades.

Mas os usuários já naquela época ficavam frustrados pois as plantas rodavam com uma determinada marca, mas, numa troca de dispositivos vinha a dificuldade de uso dos diagnósticos e de configuração - dificuldade não resolvida até hoje. A compatibilidade dos diagnósticos entre as diversas marcas de software também aconteceu, e teve início a era do diagnóstico avançado.

No início dos anos 1990 surgiram o Fieldbus Foundation e o Profibus PA desenvolvidos para as redes de interligação dos transmissores das variáveis de processo e os posicionadores das válvulas de controle. E a mesma situação repetida em relação aos softwares de configuração e diagnóstico aonde a diferença de marcas trazia o problema de qualidade e quantidade dos diagnósticos.

“Os protocolos Hart, Fieldbus Foundation e Profibus PA foram desenvolvidos para aplicações semelhantes - transmissores e válvulas de controle - e o Profibus DP para aplicações de pontos discretos e no projeto dos CCMs inteligentes envolvendo os inversores de frequência, partidas eletrônicas, botoeiras e válvulas on-off. Então, quando pensamos em convergência devemos levar em conta estes conceitos”, frisa Augusto, ressaltando o fato das fundações Hart e Fieldbus resolverem ter uma atuação conjunta: as empresas e pessoas envolvidas são as mesmas. “Existe muita sinergia de trabalho, mas não há condição de convergência da utilização destes protocolos pois eles têm aplicações distintas. Pode ser possível no futuro um novo protocolo vindo da fusão do Profibus PA e do Fieldbus Foundation, e também entendo que o sinal 4-20 mA + Hart ainda tenha uma sobrevida considerável pois requer uma capacitação menor das pessoas que lidam com ele”, diz Augusto.

Usuário precisa de mais segurança

“Mas é bom ressaltar”, diz Marcílio Pongitori, “que apesar do tempo de utilização do 4-20mA com Hart, ainda nos deparamos com plantas onde este protocolo é subutilizado pela pouca familiaridade dos profissionais de instrumentação com protocolos digitais. E com relação as redes Ethernet Industriais no chão de fábrica, vejo que as novas gerações vão desenvolver soluções utilizando este protocolo dada a sua difusão e aplicação em outras áreas”.

Ronaldo Neves Ribeiro, gerente do Departamento de Tecnologia da Informação e Telecom da Cenibra pontua que o mais importante é pensar na segurança. “Nós, usuários de tecnologia, ainda não estamos totalmente seguros com o Ethernet no chão de fábrica, embora saibamos que funciona em todos os demais lugares. Olhando pelas instalações, ainda temos dificuldades com elas no meio industrial. Geralmente instalações adequadas para um bom funcionamento das redes custam mais caro e nem todos os projetos estão dispostos a investir nisto. Logo, naturalmente gera uma ação de fazer como sempre foi feito e assim é mais fácil usar o Hart mais 4-20mA. Já na decisão de usar o FF, Profibus ou outro protocolo, há a necessidade de cuidados especiais que geralmente não são observados, trazendo fracassos em alguns projetos. Há ainda a dificuldade de treinar os montadores que estão acostumados com o formato antigo e demoram para se especializar na nova realidade”.

Mas nem todos os usuários têm medo de usar outras tecnologias além de Hart com 4-20. Segundo Larry O´Brien, Saudi Aramco, Shell e BP realizaram uma demo de FF – SIF, FF para aplicações de segurança. Aparentemente, foram apenas testes. Mas já é um começo. Assim o receio de usar novas tecnologias vai sendo vencido em várias frentes.

“Mas os usuários realmente ainda não estão totalmente seguros com o Ethernet no chão de fábrica, embora saibamos que funciona em todos os demais lugares. Instalações adequadas para um bom funcionamento das redes custam mais caro e nem todos os projetos estão dispostos a investir nisto, logo, gera uma ação de fazer como sempre foi feito e como é mais fácil: Hart com 4 a 20. A decisão de usar o FF, Profibus ou outro protocolo, demanda cuidados especiais, geralmente não observados e isto tem trazido fracassos em alguns projetos.

Há ainda a dificuldade de treinar os montadores que estão acostumados com o formato antigo e demoram para se especializar para a nova realidade”, comenta Harry Forbes. Tomé Guerra, especialista em automação da Pöyry Tecnologia, concorda que existem dificuldades mas ressalta que a tecnologia Ethernet tem sido bem usada na interligação entre estações de operação/servidores, controladores/CLPs, módulos de comunicação/gateways e tem a grande vantagem da velocidade e facilidade de uso com switches para gerenciamento das redes. “Já na ligação com os instrumentos e sensores de campo os protocolos FF/HART/Profibus-PA/ ASI/etc ainda prevalecem, até porque o Ethernet tem a limitação de distância e alimentação para o instrumento porque mesmo usando o POE do cabo não atende o consumo em alguns casos. A restrição da distância pode ser eliminada com o uso de cabo de fibra ótica, porém ainda continua o problema de ter de levar alimentação.

Existe, até dependendo da aplicação, a opção do HartIP usado para conexões com instrumentos via wireless e gateways, que permite transferir diagnósticos para gerenciamento de ativos. O nível de automação da planta e seu processo determinam as aplicações, escolha de tecnologias, escolha de I/Os locais ou remotos, classificação de área e nível de topologia na ligação de rede até a sala de controle, pois apesar de se usar Ethernet como meio físico alguns fornecedores ainda mantém um protocolo proprietário no nível de aplicação da camada OSI (exceção para os protocolos abertos como ProfiNet, Ethernet-IP, etc.) ”.

“Ethernet e Hart e FF não são mutuamente exclusivas. Ethernet é uma tecnologia de camada física”, lembra Larry O´Brien.

Mestre Marcos Peluso, distinguished technologist Emerson, destaca que aplicação de protocolos de comunicação baseados em Ethernet vem crescendo bastante em alguns setores da automação industrial. Na manufatura, é muito comum encontrar diferentes tipos de Ethernet sendo utilizados para comunicação entre CNCs, PLCs e blocos de entrada e saída de sinais discretos e analógicos, câmeras de vídeo, etc. Já na indústria de controle de processos, o uso de Ethernet fica praticamente restrito às redes dos sistemas de controle e alguns instrumentos de medição mais complexos como analisadores de gases. O uso de Wi-Fi em plantas vem se popularizando, permitindo o acesso a câmeras de vídeo, operador móvel, monitoração de presença de pessoal, etc. Por razões de segurança, Wi-Fi é normalmente conectado aos níveis superiores da rede de controle, isolados através de firewalls. “Mas a comunicação predominante entre os instrumentos de campo e os sistemas de controle ainda é o velho 4-20 mA. Ainda que o protocolo de comunicação Hart esteja disponível em praticamente todos os instrumentos de campo em 4-20 mA, somente uma pequena porcentagem dos usuários utiliza as vantagens oferecidas pela comunicação digital. E a maioria daqueles que decidiram utilizar protocolos puramente digitais como Foudantion Fieldbus ou Profibus, não tiram vantagens dos benefícios que a tecnologia oferece. O que acontece com os instrumentos inteligentes é mais ou menos o que acontece com o indivíduo que comprou um Iphone e só o utiliza para telefonar. Como a maioria dos proprietários de Iphones fazem amplo uso dos aplicativos que dispositivo oferece, fica a pergunta: por que o mesmo não ocorre com os instrumentos inteligentes? O que temos observado é que o primeiro problema está na falta de tempo. No caso de instrumentos 4-20 mA, é relativamente fácil conectar o instrumento de campo ao sistema de controle e ter algum valor para a medição. O valor pode não ser muito preciso por falta de calibração, acerto de zero, condensado ou gás na linha de impulso, erro causado por interferência eletromagnética etc. Mas se o erro não for gritante, o pessoal convive com ele. Configuração de diagnósticos e outras funções é normalmente deixada para depois. E nunca mais ocorre. E aí vem o pior: como o instrumento não foi configurado propriamente, o operador pode ser bombardeado por alarmes inexpressivos e incômodos. Outro problema muito comum é com a instalação elétrica. Se a instalação não é bem-feita, o 4-20 mA pode operar sofrivelmente, mas ainda assim ser utilizado. Já a comunicação digital Hart pode ser comprometida pelo ruído elétrico, gerando uma porção de alarmes de erros de comunicação. Alarmes causados por má configuração e por falhas de comunicação podem encher páginas e mais páginas do log de alarmes e deixar o operador muito mal-humorado. Também por falta tempo ou conhecimento, instrumentos com Fieldbus e Profibus acabam sendo configurados para praticamente só oferecer o valor da medição. E como a comunicação é puramente digital, problemas de instalação exigem atenção imediata. O problema do conhecimento e falta de tempo tem várias facetas. Empresas cortaram o número de técnicos especializados drasticamente e alocaram muito pouco tempo para treinamento dos remanescentes. Qualquer planta tem uma grande variedade e número de instrumentos, o que dificulta um conhecimento mais aprofundado das características de cada um. E para piorar, a maioria dos fabricantes de instrumentos não colocaram muito esforço em fazer com que estes instrumentos sejam fáceis de configurar e operar.

E, infelizmente, observamos uma considerável queda na qualidade do pessoal técnico disponível. Este é um fenômeno global. Erros básicos de projeto e instalação acabam desviando muitos recursos, não permitindo que as pessoas tenham tempo para ganhar tempo. Um pouco de treino, cuidado com a instalação ajudam a economizar muito tempo e dinheiro”, diz Mestre Peluso.

“Temos uma situação óbvia que, em minha opinião, é de desapontamento com a incapacidade da nossa indústria se unir para determinar a melhor forma de utilizar as novas tecnologias para o serviço do nosso mercado. O que vemos são promessas e expectativas não cumpridas. Cadê a interoperabilidade e intercambiabilidade que eram promessas do Fieldbus? Esquecidos. O que era para ser simples transformou-se em complicado – cálculos de micro-ciclo?!! Engenharia de topologia de ramos e troncos?!! Falhamos em oferecer soluções ao mercado. No lugar disso oferecemos uma interminável guerra de padrões que nada mais que são que tentativas de converter o princípio dos padrões em ferramentas de marketing. Meu padrão é melhor que o seu. Marketing posto acima da tecnologia. Enquanto as cabeças da indústria conduzem as guerras de marketing, nossa indústria vai absorvendo as tecnologias disponíveis de outras áreas e utilizando-as da melhor forma para atender as suas necessidades. Portanto temos uma larga utilização de Ethernet como parte integrante da todas as camadas de comunicação dos sistemas de controle - menos a camada de campo. Não há uma “padronização” propriamente dita dessa utilização. Existe uma prática “de fato” em cima da qual “melhores práticas” estão surgindo para que possamos utilizar essa tecnologia sem comprometer a segurança de informação, a disponibilidade, a susceptibilidade a problemas externos e assim por diante. Os protocolos de campo como Hart, Fieldbus e Profibus e Wireless permanecerão como tais – de campo e não vão expandir o seu campo de aplicabilidade além dessa fronteira. O mercado continuará fragmentado entre esses diversos protocolos em função de dois fatores muito fortes: em primeiro, nenhum deles se mostrou tão superior ao outro que justificasse uma migração em massa para o seu lado. Em segundo, nosso mercado mundial está parado, não há uma atividade forte de construção de novos complexos industriais (pelo menos nas áreas das indústrias de processo) portanto mesmo que todas as fábricas novas adotassem um único padrão, seria insignificante perante a situação atual de fragmentação do mercado entre vários protocolos de campo. Quanto a adoção dos novos conceitos de cloud computing, virtualization etc, estes serão abraçados e incorporados nas arquiteturas dos sistemas de controle com a mesma velocidade que apareçam. Rapidamente encontraremos formas de garantir que não prejudiquem a segurança dos sistemas. O mercado não vai esperar alguém “padronizar” a sua utilização. Dessa vez haverá uma adoção rápida das tecnologias ditas de uso comercial com as considerações imprescindíveis da nossa indústria de segurança nos dias de hoje. Estou muito mais preocupado com o cyber terrorismo e a possibilidade de transformar uma planta industrial numa área densamente populada num “political statement” do que se Profibus é melhor que Fieldbus”, resume fortemente o sentimento comum sobre o tema Jim Aliperti, Petrobras Account Director da UOP no Brasil.

Momento de transição

Pablo Fava, diretor de automação da Siemens, ressalta que o momento é de modernização dos sistemas de automação legados concomitantemente à integração de novos sistemas de automação, principalmente num cenário econômico onde projetos green fields estão cada vez mais escassos e os clientes finais se vêem obrigados aumentar suas produções utilizando o mesmo parque fabril de 10, 20 e até 30 anos atrás. “É fato que muitas plantas ainda utilizam troca de dados através de sinais convencionais (4-20mA, 0..10V, sinais digitais, etc), da mesma forma que algumas plantas foram inovadoras mesmo nas décadas de 80 e 90. Independente do cenário, essas plantas vivem alguns dilemas sobre como maximizar a produção sem que seja necessário substituir todo sistema automação existente? Ou como integrar novos módulos de automação com os sistemas legados? E ainda como estar apto aos novos padrões de produção e tecnologias que vão dominar automação industrial no futuro? ”.

“Sobre a utilização de Ethernet na indústria, é claro que o Internet of Things acabará chegando também na área de controle de processos. Mas precisamos tomar muito cuidado com a generalização. Tenho participado de desenvolvimento de produtos na área de instrumentação por mais de 30 anos, incluindo desenvolvimentos em Hart, Fieldbus, Profibus PA e WirelessHart; e até no desenvolvimento de um transmissor de pressão com comunicação via Ethernet, acredito que a Ethernet nos instrumentos de campo só se justifica para dispositivos muito complexos. Existem vários problemas técnicos, econômicos, administrativos e com segurança e que precisam ser resolvidos. Para começar, instrumentos podem ser instalados em área classificada, o que limita tensão e corrente que eles podem receber, e quanto maior a velocidade da rede de comunicação, maior é a energia requerida. As distâncias entre instrumentos e sistema de controle podem ser bastante longas e como sabemos, o cabo de Ethernet a 10 mbits/s não pode ultrapassar 100 m. Pode-se reduzir a velocidade para ganhar maiores distâncias, mas isso traz outros desafios. Pode-se usar repetidores ou chaves, mas aí a instalação se torna mais complexa, menos confiável e mais cara. Instrumentos são normalmente instalados em atmosferas corrosivas, com alta variação de temperatura e sujeitos a vibração. Trocar os dois fios de instrumentos 4-20, Fieldbus ou Profibus PA por quatro ou mais fios para Ethernet requer uma boa justificativa econômica. Aqui nos Estados Unidos e em alguns países da Europa existem muitas plantas com pessoal sindicalizado. Estes sindicatos requerem que trabalho com Ethernet seja feito por pessoal de TI, mais caros e menos disponíveis. Alimentação pela Ethernet reduz o número de fios, mas isso também não vem sem desafios. Reduzir a velocidade da rede permite maiores distâncias, mas convém lembrar que a banda de transmissão em uma linha multidrop diminui drasticamente com o número de instrumentos. Estes são apenas alguns dos problemas. Tenho certeza que todos eles são solucionáveis, mas a relação custo-benefício deveria poder justificar este tipo de desenvolvimento e a maioria dos principais fabricantes de instrumentos ainda não encontrou esta justificativa, exceto para alguns instrumentos mais complexos que já utilizam alimentação separada da comunicação, e instrumentos a quatro fios. E não podemos esquecer que as razões que têm limitado a adoção de comunicação digital continuarão existindo, até que haja uma mudança de cultura. Vale a pena lembrar que várias empresas de grande porte observaram ganhos significativos depois que implantaram programas para realmente tirar vantagens dos benefícios de Fieldbus e Hart durante instalação, comissionamento e operação. Mas isso não sepulta a Internet of Things, mesmo que ela se limite a uma Intranet of Things por razões de segurança. O que já está acontecendo é ter a Ethernet com fios ou fibra ótica conectando o sistema de controle à gateways para redes wireless e às estações remotas com entradas e saídas via Fieldbus, Hart, 4-20 mA ou Profibus. WirelessHart tem os instrumentos wireless comunicando através de mensagens cabeçalhos curtos com a gateway, que comunica com o sistema de controle através de Ethernet com protocolo Hart IP, por exemplo. Mas instrumentos de campo devem continuar por um bom tempo com os protocolos existentes, conectados a interfaces Ethernet”, comenta Mestre Peluso.

As respostas não são simples de serem respondidas, mas todas têm em comum a questão dos Padrões! Padrões de comunicação e padrões tecnológicos que foram desenvolvidos desde o primeiro momento levando em conta as tecnologias dos sistemas legados, tendências para o futuro e uma transição suave dos sistemas Controle & Instrumentação Nº 213 | 2015 45 legados para as novas tecnologias.

“A transição dos sistemas legados para as novas tecnologias também esbarra na capacidade técnica das equipes de manutenção, operação e engenharia em assimilar e aplicar as vantagens básicas das novas tecnologias, assim como explorar ao máximo os recursos simplesmente inexistentes em sistemas baseados em sinais 4..20mA e Hart”, ressalta Fava.

“Dessa forma, é fácil entender que muitos clientes finais ainda utilizam tecnologias convencionais, assim como muitos fornecedores proveem produtos para tais tecnologias, todavia negligenciar os novos padrões de automação, investindo e aplicando tecnologias convencionais pode ser um erro estratégico que inviabilizará um crescimento sustentável e a própria competitividade dos clientes finais num curto espaço de tempo. Dentro desse cenário o padrão Ethernet a cada dia mais se comprova como o caminho a ser seguido e o protocolo Profinet cada vez mais vem se colocando numa posição de destaque como o backbone de comunicação que permitirá elevados índices de produtividade, disponibilidade e conectividade em diferentes cenários industriais, seja numa indústria de manufatura, seja numa planta de processo”, diz Márcio dos Santos, engenheiro de aplicação da Siemens.

Robert Gries, presidente da Associação Profibus & Profinet International (PI), afirma que a entidade acompanha de perto esse cenário, dando suporte incondicional ao desenvolvimento do protocolo Profinet, de acordo com as tendências previstas no Industry 4.0 e demandas peculiares para cada tipo de indústria. “Além disso, a PI trabalha de forma incisiva na capacitação das equipes de automação, de forma que elas estejam aptas a migrar sistemas legados para o Profinet, maximizando o uso dos sistemas de controle industriais. Isso, na indústria de processos porque na manufatura, os protocolos ditos seriais ainda dominam a maioria das aplicações. Dentre eles, o Profibus DP lidera de forma ampla o parque instalado com cerca de 50 milhões de nós instalados ao redor do mundo ao longo das últimas décadas. Vale ressaltar que já existem cerca de 10 milhões de nós Profinet em funcionamento e a proporção de nós Profibus versus nós Profinet está demonstrando a maciça aceitação deste último pelo mercado industrial”, comenta Robert Gries.

Atualmente, a cada dois nós Profibus vendidos, é vendido um nó Profinet e já se projeta atingir a relação 1:1 em 2016. Considerando o tempo de vida dos protocolos e considerando que cada vez mais nós Profinet são vendidos em relação aos nós Profibus, é possível traçar cenários nos quais em poucos anos teremos a transição suave das redes Profibus para redes Profinet, em consonância com as funções previstas no desenvolvimento do Profinet, uma evolução natural do Profibus sob redes Ethernet e muito mais.

Virtualização e IIoT

O cenário parece mais tranquilo para o protocolo de origem europeia. Mas outras variáveis entram nesse jogo: a virtualização, a IIoT – Industrial Internet of Things, Indústria 4.0/Smart Industry, Cloud Computing, Cybersecurity...

Marcilio Pongitori afirma que a IIoT ganha espaço naturalmente. “A tecnologia vem conseguindo adeptos junto aos fabricantes e usuários devido também a grande quantidade de desenvolvimento de soluções com esta plataforma. Desta forma é uma tendência que deve dominar o mercado no médio e longo prazo”.

A virtualização está nas camadas superiores e vem “descendo”; é um caminho sem volta, as tecnologias de virtualização trazem muitos benefícios que dão mais segurança e melhor capacidade de processamento por alocação de memória de forma otimizada, assim, quem usa menos memória tem menos disponibilidade e que usa mais lhe é disponibilizado no momento correto, melhorando com isto a performance dos processamentos. “Deve-se observar que toda esta integração só é possível quando há a digitalização dos sistemas e equipamentos, fazendo-os comunicar por protocolos digitais aonde os dados serão usados para se transformarem em informações e em conhecimento. Neste caminho é fundamental preocupar-se com a segurança da informação, pois após o surgimento do STUXNET o mundo de automação não é mais o mesmo é preciso cuidar de coisas que não tínhamos preocupações no passado. O controle de processos nas indústrias está timidamente inserido nos conceitos de virtualização e consequentemente em cloud, no entanto, já é observado alguns servidores virtualizados (PIMS e MES por exemplo) e algumas aplicações menos críticas em nuvem, mas é só uma questão de tempo. É necessário conhecer as novas tendências, estudá-las e tirar delas o que há de melhor, com isto, buscar melhorar a nossa competitividade”, comenta Ronaldo Ribeiro.

Larry O´Brien não vê a virtualização para aplicações de dispositivos. “No entanto, a virtualização pode ser usada na engenharia de sistemas e processos de design para acelerar o tempo de conclusão do projeto. A maioria das tarefas associadas com o projeto dos buses de campo pode ser virtualizada e em seguida implantada no local. Mas nesse contexto virtual é preciso atentar para cibersegurança e como você está gerenciando os dados de diagnóstico. Hart e FF oferecem vantagens Cover Page 46 Nº 213 | 2015 Controle & Instrumentação nesse ponto porque são construídos a partir do zero para atender aos requisitos de automação de processos”.

Ambientes virtualizados são realidades incontestáveis em TI, sendo que as grandes vantagens de tais sistemas são comprovadas através da redução de custo de propriedade, manutenção e operação centralizada, assim como independência de hardware nas soluções de software. Pablo Fava ressalta que as mesmas vantagens podem e devem ser exploradas pelo mercado de automação, porém considerando as peculiaridades dos sistemas industriais. “Atualmente nem todos os fornecedores de solução utilizam e/ou permitem a utilização de todos os cenários previstos num ambiente virtualizado, da mesma forma que as equipes de manutenção ainda não estão 100% preparadas para manter sistemas de automação baseados em ambientes virtualizados. Somando-se os altos custos iniciais para se implementar um sistema de virtualizado, é fácil entender os motivos pelos quais muitas plantas industriais ainda não utilizam tal tipo de solução. Atualmente, muitos sistemas de automação estão sendo virtualizados única e exclusivamente no sentido de dar-se continuidade em sistemas de automação aos quais não é possível encontrar Hardware e Software compatíveis com os sistemas legados (baseados em Windows NT, 2000, etc)”.

Inconteste também que a grande migração para sistemas virtualizados na indústria ocorrerá quando os fornecedores, equipes de manutenção, operação e TI atuarem juntos no sentido de explorar todos os ganhos e reduções de custos oriundos de ambientes virtualizados. Dependendo do tempo de aceitação dessa tecnologia, pode ser que os sistemas de automação migrem das atuais plataformas para ambientes virtualizados nas diversas formas de cloud.

Robert Gries ressalta que, para os protocolos de comunicação desenvolvidos sob o padrão Ethernet, como o protocolo Profinet, não faz diferença se o sistema de controle/supervisão está rodando num sistema virtualizado ou não.

Para os executivos da Siemens, a aplicação prática dos conceitos Industry 4.0 é o fechamento de ouro, onde todas as tecnologias são aplicadas em conjunto e objetivando os mesmos ganhos como aumento exponencial de produtividade, sistemas de produção flexí- veis e inteligentes, engenharias de produção e automa- ção totalmente integradas, monitoramento dos sistemas produtivos em tempo real, resultando em total transparência e rastreabilidade do que está sendo produzido, como está sendo produzido, onde está sendo produzido e para quem está sendo produzido.

Tomé Guerra lembra que a virtualização tem sido incentivada pelos fabricantes, porém tem sido mais usada na camada superior onde transitam informações de monitoração/gerenciamento, nas camadas de PIMS, LIMS, MES, etc.. “Já na camada de controle tem começado a ser usada, mas recomendando-se o uso de servidores virtuais com redundância pelo menos nos serviços mais críticos de base de dados, gerenciamento de alarmes, estações cliente, etc.”

“A virtualização é usada em automação no nível 3 e acima, no modelo ISA 95. Tecnicamente é possível virtualizar redes Ethernet utilizadas nos níveis inferiores nesse mesmo modelo (ISA 95), mas é necessário que haja uma razão atraente de negócios para fazê-lo. No longo prazo, acreditamos que isso possa ocorrer, mas nada para agora. Sobre IIoT, a primeira coisa que eu diria a levar em consideração seria o nível de conectividade IP que um projeto específico requer. Qual o limite máximo de distância que seu sistema de automação e seus sensores podem atingir com o Internet Protocol? Isso é importante porque tanto as visões de IIoT como as da Indústria 4.0 incluem de forma praticamente ubíqua toda a comunicação em rede. Hoje, muitos fabricantes, provavelmente a maioria deles, deliberadamente projetam suas redes para limitar diversos tipos de tráfego na rede. Nestes sistemas futuros, o tráfego de rede será muito mais diversificado e, assim, as redes terão de ser mais cuidadosamente provisionadas, e gerenciadas, de modo que uma determinada rede possa cumprir múltiplos requisitos”, comenta Harry Forbes.

Raul Groszmann acrescenta que os sistemas industriais estão migrando para cloud e, aos poucos, paradigmas como vulnerabilidade do link de comunicação e disponibilidade estão sendo quebrados. “A virtualização dos servidores de automação se torna parte fundamental deste processo, no qual os benefícios são significativos. Em alguns anos, a maioria dos sistemas de informação relacionados a automação serão virtualizados. O mundo como um todo está migrando para tecnologia IP, sistemas do chão de fábrica serão virtualizados e estarão na nuvem, as redes de comunicação serão unificadas e a presença de dispositivos inteligentes que interagem em um ambiente unificado aumentará significativamente. Levar em consideração a reestruturação da Infraestrutura de Rede é fundamental para aplicação dos conceitos de Indústria 4.0 e Connected Enterprise, sendo a gestão eficiente do controle da informação uma parte vital do processo. A criação de políticas de segurança e controle de acesso que, até pouco tempo, eram de exclusividade do TI, se tornam obrigatórios na Manufatura e Industria de Processo”. A Indústria 4.0 se baseia em pilares como Big Data, Sistemas Computacionais Cibernéticos, Internet das Coisas Industriais, Máquinas e Processos Flexíveis. Nesse contexto os protocolos de comunicação serão a espinha dorsal que vai permitir a integração e o transporte das informações necessárias para se chegar a ela. Caso não sejam utilizados sistemas de comunicação baseados em padrões abertos, não será possível integrar um número praticamente ilimitado de sensores e sistemas de controle das indústrias no futuro.

Primeiro encontro global do Fieldcomm (Hart+Foundation Fieldbus)

No final de 2014 a integração das atividades e a construção de uma única organização marcou a fundação do FieldComm Group, que congrega hoje as extintas Hart Communication Foundation e a Fieldbus Foundation o Hart e o Fieldbus Foundation. “A partir de1º de janeiro de 2015, o FieldComm passou a ser o responsável pelos protocolos Hart Hart e FoundationFoundation e, em sua estrutura organizacional existe um grupo ligado diretamente à diretoria que é o End User Advisory Council (EUAC), algo como um Conselho Consultivo de Usuários Finais, que tem a missão de assessorar a diretoria executiva em suas decisões”, comenta o representante oficial da Petrobras no EUAC, Miguel Borges, engenheiro de equipamentos Senior do Cenpes/Petrobras e responsável pelo Lead – Laboratório de Controle e Automação, Engenharia de Aplicação e Desenvolvimento, um dos membros dessa seleta equipe formada ainda por John Rezabeck, Chairman (Ashland), B. R. Mehta (Reliance), Duncan Turner (Apache Corporation), Herman Storey (Consultor), Hamad Balhareth (Saudi Aramco), Sartoru Nonkawa Nunokawa (Misuzu Erie), Michael Stafford (Canadian Natural Resources Limited) e Rong Gul (Shell). Além da gestão dos protocolos Hart e Foundation, o FieldComm também cuida do novo padrão de integração de instrumentos de campo, o FDI - Field Device Integration, cujo desenvolvimento foi suportado pela OPC Foundation, FDT Group, Profibus & Profinet International e empresas como ABB, Emerson, Endress+Hauser, Honeywell, Invensys, Yokogawa, Siemens. Talon Petty, gerente de marketing e desenvolvimento de negócios do FieldComm Group, explica que a combinação de organizações FF e Hart é um movimento administrativo. Apenas as organizações se fundiram, e não a tecnologias. “As tecnologias são tão diferentes que não podem ser mescladas”, pontua Miguel Borges.

As principais vantagens dessa união administrativa são para os membros das duas organizações pois elas são formadas pelas mesmas empresas; então, unidas, os recursos são otimizados. Segundo Talon, para os usuários, as vantagens não são imediatas. “A vantagem é que somos agora um padrão aberto mais forte para a comunidade e, portanto, podemos orientar a indústria e apoiar a comunidade de usuários mais fortemente”.

Larry O’Brien, vice-presidente de pesquisa do ARC Advisory Group, acredita que o FieldComm traz benefícios tanto para os usuários finais – que têm um único e forte grupo para dar suporte para duas tecnologias - como para os fornecedores – que terão custos reduzidos em termos de adesão e desenvolvimento.

Miguel Borges lembra ainda que a união propicia melhor aproveitamento dos recursos e das sinergias, mas os protocolos seguem independentes, bem como a iniciativa FDI, criada há alguns anos e que estabeleceu que se extinguiria logo após a primeira especificação. Talon explica que a especificação FDI está completa e os fornecedores estão desenvolvendo seus produtos sob o ambiente de desenvolvimento integrado (IDE). O FieldComm e a Profibus estão agora distribuindo as regras e registrando os produtos desenvolvidos para a especificação. Devemos começar a ver produtos no mercado em 2017 porque esses esforços de desenvolvimento levam algum tempo. Os fornecedores vêem benefícios em termos de redução dos custos. Agora apenas um pacote é necessário para cada dispositivo, para cada protocolo; antes, os fornecedores tinham que desenvolver produtos que conformavam tanto EDDL quanto FDT.

“Agora quem gere o FDI é o Fieldcomm. E é bom lembrar que o FDI se baseia no OPC UA, mais robusto e que independe da plataforma que se utiliza. Ele está numa fase inicial e até existirem produtos no mercado vai levar um tempo. Uma iniciativa do Fieldcomm que impacta já é o processo de usabilidade. O Fieldcomm está investindo para tornar o FF tão simples quando o 4-20mA”, diz Miguel Borges que pôde, durante a primeira reunião do EUAC - que aconteceu no início de dezembro, em Tokio, no Japão – perceber que os usuários do mundo inteiro sentem as mesmas dificuldades.

Hoje, se o usuário precisa substituir um instrumento FF, ele precisa realizar várias operações; não é um simples plug&play. Mesmo versões mais antigas do mesmo fabricante precisam ser engenheiradas. E um deslize pode impactar na operação do segmento FF. “Aí entra o do FieldComm, que está trabalhando em nova versão do ITK que irá facilitar em muito a vida do usuário final Fieldcomm: o lançamento da nova versão do ITK (6.2) que permite substituição imediata mesmo de versões diferentes dentro da mesma marca. Já é um começo pois o mesmo modelo com o firmware revisado garante a compatibilidade com versões anteriores. E isso torna a utilização do protocolo mais fácil”, afirma Miguel que adianta que outras novidades devem ser lançadas pelo Fieldcomm ainda no primeiro semestre de 2016.

Vale ainda destacar a criação de dois grupos de trabalho no FieldComm: um dedicado a desenvolvimentos voltados para a utilização mais amigável dos protocolos, o Usability Working Group, e o outro dedicado a desenvolvimentos na área de cybersecurity, o Cybersecurity Working Group. Por fim, o EUAC começará a revisar os engineering guidelines editados pela extinta Fieldbus Foundation.