SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS PARA O
SISTEMA OPERACIONAL ANDROIDTM
Epifanio Dinis Benitez
[email protected]
Novus Produtos Eletrônicos Ltda.
Tiago da Silva Cunha
[email protected]
Novus Produtos Eletrônicos Ltda.
Fábio Coelho de Souza Silva
[email protected]
Novus Produtos Eletrônicos Ltda.
Abstract
Innovations in mobile technology have enabled the development of important features of supervisory
and data acquisition system allowing users to have instant access to information from the monitored
process and facilitate decisions about occurrences of alarms. This article presents a description of
mobile operating systems available for mobile architectures and a case study of a system of
supervision and data acquisition for the operating system ANDROID.
Resumo
As inovações em tecnologias móveis viabilizou o desenvolvimento de importantes funcionalidades
dos sistemas de supervisão e aquisição de dados que permitissem aos seus usuários ter acesso
imediato a informações do processo monitorado e facilitar a tomada de decisões sobre ocorrências de
alarmes. Este artigo apresenta um descritivo sobre os sistemas operacionais móveis disponíveis para
arquiteturas móveis e um estudo de caso de um sistema de supervisão e aquisição de dados para o
sistema operacional ANDROID.
Palavras chaves: sistemas, supervisão, mobilidade, SCADA, ANDROID.
1. INTRODUÇÃO
As inovações em tecnologias móveis impulsionaram o desenvolvimento de equipamentos com alta
capacidade de processamento, memória, armazenamento, localização e conectividade. Dotados com
modernos sistemas operacionais, estes oferecem uma arquitetura baseada em aplicativos que vão
desde aplicativos para entretenimento até ferramentas de produtividade. Este último abre a
oportunidade para que sejam desenvolvidas soluções utilizadas na indústria.
Para tirar o máximo dessas novas tecnologias e oferecer um ambiente agradável ao usuário,
foram desenvolvidos sofisticados sistemas operacionais que disputam a popularidade a cada
lançamento de versão. Até o momento, os principais sistemas operacionais que disputam a
popularidade dos usuários são: iOS da Apple Inc. (proprietário) [APPLE] e o ANDROID da GOOGLE
Inc (open source) [GOOGLE]. Apesar de mais novo no mercado, este último, foco deste trabalho, já
conquistou ampla aceitação devido à sua robustez e custo benefício quando embarcado nos tablets e
smartphones das mais diversas marcas e fabricantes.
A arquitetura do sistema operacional ANDROID foi projetada para facilitar o desenvolvimento
de aplicativos para qualquer área de negócio. Na camada próxima ao usuário existe uma interface
API (Application Programming Interface) [API] para o desenvolvimento de aplicativos, enquanto que
na camada mais próxima do hardware, o Kernel Linux oferece uma camada de abstração de
hardware (HAL – Hardware Abstraction Layer) [EMC] que permite a portabilidade para
microcontroladores e processadores de diversos fabricantes.
Estes sistemas operacionais oferecem aos usuários uma IHM (Interface Homem Máquina)
que provêm uma rica experiência no acesso das funcionalidades, interfaces de comunicação como
USB, BlueTooth, WiFi, 3G entre outras, assim como acessórios de tecnologia como USB OTG (Onthe-Go) [OTG] e NFC (Near Field Communication) [NFC].
Com este conjunto de ferramentas, sistemas de supervisão e aquisição de dados para
ANDROID podem oferecer as mais diversas funcionalidades de um SCADA (Supervisory System and
Data Acquisition) [NCS], como monitoramento de equipamentos por protocolo Modbus TCP
[MODBUS], visualização de dados em gráficos de tendência, telas com geolocalização de dados
(canal associado a uma latitude e longitude por GPS (Global Positioning System)), escrita remota de
setpoint, sistema de alarmes integrado ao sistema de notificação ANDROID, criptografia de dados,
entre outras.
Em um ambiente industrial podemos tipicamente diferenciar três importantes categorias de
rede, contendo equipamentos e sistemas que interagem entre si e permitem uma visão transparente
do que está ocorrendo: rede corporativa composta, por exemplo, de servidores e ERP (Enterprise
Resource Planning), integrante da estrutura básica de tecnologia de informação; rede de automação
(SCADA, operação), mais próximo ao usuário ou operador do sistema; e a rede de campo, onde pode
estar entre outros o PLC (Programmable Logic Controller), aquisitores de dados, etc, composta pelos
equipamentos que leem dados do campo a través de sensores e os repassam sobre algum protocolo
industrial.
Dentro desta topologia, as estações móveis como tablets e smartphones com sistema
operacional ANDROID atuam como consumidoras de informação das redes de automação e como
atuadoras remotas, enviando mensagens para os equipamentos que compõem a rede de campo. O
resultado dessa visão estendida agrega mobilidade ao usuário e garante maior cobertura aos eventos
que demandam rápida resposta.
Baseado nesta abordagem, o restante do artigo está organizado da seguinte forma: a próxima
seção aborda o assunto arquiteturas móveis com enfoque nos sistemas operacionais; em seguida a
Seção 3 descreve sistemas de aquisições de dados para computador (PC – Personal Computer) e
para arquiteturas móveis, além de um comparativo entre as mesmas; a Seção 4 apresenta um estudo
de caso focado em um sistema de supervisão e aquisição de dados para o sistema operacional
ANDROID e finalmente, a Seção 5 apresenta as conclusões.
2. ARQUITETURAS DE SISTEMAS OPERACIONAIS MÓVEIS
Atualmente existem diversos sistemas operacionais para arquiteturas como tablets e smartphones de
diversos fabricantes. Estes sistemas oferecem, dentre outras possibilidades, uma interface gráfica
rica e eficiente para acessar os recursos de conectividade e interatividade para que o usuário possa
tirar proveito do que está disponível. Afim de entender o que são esses sistemas operacionais e como
funcionam, abaixo se encontram descrições sobre o ANDROID (GOOGLE) e o iOS (APPLE).
2.1 Sistema operacional ANDROID
ANDROID é uma plataforma de software open source desenvolvida para tirar o maior proveito que os
dispositivos móveis possam oferecer e é composta por três camadas: sistema operacional,
middleware e aplicações. Através do sistema ANDROID a Google busca acelerar o desenvolvimento
de aplicações e serviços, popularizar o sistema entre os usuários e se consolidar como a primeira
plataforma móvel completa, aberta e livre. Nas subseções seguintes serão apresentadas a
arquitetura, suas principais funcionalidades e usos, além de onde encontrar e como instalar
aplicativos para serem instalados neste sistema.
2.1.1 Arquitetura
A arquitetura do ANDROID é dividida em 5 (cinco) grandes componentes, descritos a seguir:

Aplicações (Applications): conjunto de aplicações padrão disponíveis para o usuário tais
como: cliente de e-mail, programa para envio de mensagens, calendário, acesso a mapas,
navegador de internet, gerenciador de contatos, entre outros. Todas as aplicações foram
desenvolvidas utilizando a linguagem de programação Java.

Framework de aplicação (Application Framework): abaixo de todas as aplicações e serviços
disponíveis para os usuários se encontra o ferramental necessário para criar aplicações ricas
visualmente composta de objetos conhecidos como botões, caixas de texto, listas entre
outros.

Bibliotecas (Libraries): os conjuntos de bibliotecas disponíveis utilizados por vários
componentes do sistema ANDROID e pelos aplicativos dos usuários permitem acessar
camadas de sistema como interfaces de som e gráficos 2D/3D, renderização de textos,
acesso à internet, base de dados relacionais entre outros.

Android Runtime: responsável pelo funcionamento do sistema operacional e execução dos
aplicativos em nível de usuário. No sistema ANDROID, todos os aplicativos executam de
forma individual, portanto se algum deles parar de funcionar, o sistema continua funcionando
sem prejuízo para o usuário.

Linux Kernel: o Kernel é o núcleo base para a pilha de funcionalidades disponíveis no sistema
ANDROID. Atua como uma camada de abstração de hardware (HAL) e os demais
componentes do sistema. Oferece os principais serviços como: segurança, gerenciamento de
memória, gerenciamento de processos, rede e drivers. Seu desenvolvimento foi baseado no
Linux Kernel versão 2.6.
A figura abaixo ilustra a interoperabilidade entre esses componentes.
1. Arquitetura do sistema operacional ANDROID1
2.1.2 Características
O sistema ANDROID possui um conjunto de características que o tornam competitivo frente às outras
alternativas de mercado e seus usuários. Abaixo se encontram listadas com uma breve explicação
um conjunto de funcionalidades disponibilizadas.

1
Display gráfico: Começando pelos displays gráficos, o sistema ANDROID é flexível para ser
utilizado em layouts tradicionais e com bibliotecas 2D e 3D. Também há suporte a telas de
alta resolução e tamanho, além de displays multi-toque que permitem os aplicativos associar
ações à forma como o usuário toca o display.
Figura retirada do site http://elinux.org/Android_Architecture





Internacionalização: permite que o ambiente seja traduzido para vários idiomas.
Conectividade: dentre as tecnologias suportadas podemos citar GSM/EDGE, UTMS, 3G, 4G,
WiFi, NFC entre outras.
Armazenamento: os dados do sistema e dos aplicativos podem ser armazenados em
memória interna, fixa ou memória externa removível, como SD Card ou tecnologias
semelhantes.
Interface gráfica: geralmente as interfaces gráficas dos aplicativos possuem um mesmo
comportamento, pois a Google disponibiliza aos seus desenvolvedores um guia de como
desenvolver a parte gráfica dos aplicativos. A aderência dos desenvolvedores a este fato
garantem uma padronização da identidade visual do sistema e dos aplicativos.
Aplicativos padrão: entre os disponíveis podemos citar o de envio de SMS, reconhecimento
de voz, chamadas por vídeo, tocadores de som, navegador de internet entre outros. Os
aplicativos são a principal ponte de acesso às funcionalidades dos recursos disponíveis em
hardware.
Como discutido na subseção anterior, o ANDROID possui uma camada de abstração de
hardware. Essa camada dá a liberdade para que o sistema possa ser migrado ou portado para
diversos microcontroladores e processadores. Dentre os componentes de hardware que são
acessados pela camada de abstração podemos citar: Telefonia GSM, Bluetooth, EDGE, 3G, WiFi,
Câmera, GPS, Compass, Acelerômetro. Esta lista não é definitiva, pois a API do ANDROID permite
que a mesma seja atualizada caso haja novos hardwares necessários.
2.1.3 Aplicativos para ANDROID
Os aplicativos são equivalentes aos softwares que são instalados em um computador pessoal. Em
geral, os aplicativos não são tão completos, pois há uma grande variedade de dispositivos móveis e
nem todos possuem recursos para comportar muita demanda.
Para baixar aplicativos, o usuário deste sistema deve criar uma conta Google, ter acesso a
uma rede internet e entrar no site (pela web) ou acessar o aplicativo Google Play. Lá o usuário
encontra aplicativos gratuitos e pagos, separados em diversas categorias. A instalação é simples e
intuitiva. Alguns aplicativos suportam atualizações automáticas pela WEB.
Atualmente a Google estima que existam 600.000 aplicativos disponíveis e considerando que
o número de ativações de dispositivos ANDROID é superior a 1.000.000 por dia, o número de
desenvolvedores deve crescer para suprir a demanda por novos aplicativos.
2.2 Sistema operacional iOS
O iOS (antes chamado de iPhone OS) é um sistema operacional móvel proprietário desenvolvido pela
Apple, e a sua utilização é exclusiva para dispositivos da empresa, como iPAD, iPOD e o próprio
iPhone. Este sistema operacional foi desenvolvido com o pensamento de que o usuário deve ter uma
experiência rica em termos de usabilidade e praticidade de uso, tornando a experiência do usuário
sempre agradável. Nas subseções seguintes serão apresentadas a arquitetura, suas principais
funcionalidades e usos, além de onde encontrar e como instalar aplicativos para serem instalados
neste sistema.
2.2.1 Arquitetura
A arquitetura do iOS é dividida em camadas, onde as camadas superiores atuam como intermediário
entre hardware e as aplicações. Existem 4 (quatro) camadas de abstração, descritas a seguir:


Cocoa Touch: Camada que disponibiliza a infraestrutura para desenvolvimento da interface
visual das aplicações, contempla os eventos gerados pelo usuário, reconhecimento gestos
executados na tela do dispositivo, funcionalidades multitarefa (incluído na versão 4.0 do iOS),
notificações locais e remotas, acesso a câmera do dispositivo e aos sensores como
acelerômetro, bússola, etc.
Serviços de Mídia (Media): A camada de mídia contem frameworks de gráficos, áudio e
vídeo, voltados para criar a melhor experiência multimídia disponível em um dispositivo
móvel. As tecnologias nesta camada foram projetadas para tornar mais simples o
desenvolvimento de aplicações ricas em áudio e vídeo. A renderização de gráficos 3D é feita
através da API OPENGL ES, uma versão simplificada do padrão OpenGL, projetada para
sistemas embarcados.


Serviços Essenciais (Core Services): A camada de serviços essências contem os serviços
fundamentais de sistema que todos os aplicativos utilizam. Mesmo se o usuário não usar
algum destes serviços diretamente, partes do sistema são construídas baseadas neles. Inclui,
entre outros, frameworks de localização, persistência de dados e visualização de arquivos.
Núcleo do Sistema Operacional (Core OS): Camada que contém as características de baixo
nível, onde diversas outras tecnologias do sistema se baseiam. Mesmo que um aplicativo não
utilize diretamente estas características, elas são utilizadas pelos frameworks utilizados nas
aplicações. Em situações onde é necessário utilizar questões de segurança ou comunicação
com acessórios de hardware externo, como comunicação Bluetooth e USB, são utilizados os
frameworks disponibilizados nesta camada.
A figura abaixo ilustra as camadas da arquitetura do iOS.
2
2. Arquitetura do sistema operacional iOS
2.1.3 Principais características
O sistema iOS possui um conjunto de características com o objetivo de tornar a sua utilização uma
experiência agradável e satisfatória para o usuário. Abaixo se encontram listadas com uma breve
explicação um conjunto de funcionalidades disponibilizadas.
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






2
Qualidade e Usabilidade: O sistema tem como premissa a alta qualidade dos aplicativos
disponibilizados e a sua facilidade e uso.
Conectividade: Dentre as tecnologias suportadas podemos citar GSM/EDGE, UTMS, 3G,
WiFi.
Multi-touch: O sistema reconhece diversos toques na tela ao mesmo tempo, facilitando a
criação de aplicativos que necessitam de uma grande interação com a tela, como jogos.
Multi-tarefa: O sistema é capaz de executar aplicativos em segundo plano enquanto o usuário
esta utilizando outros.
Internacionalização: permite que o ambiente seja traduzido para vários idiomas.
Performance: Como o iOS é apenas utilizado em hardware da Apple, o sistema tem um
desempenho sempre estável, proporcionando suavidade e agilidade ao navegar pelos
menus, abrir aplicativos e na realização de tarefas.
Segurança: Um das principais características do iOS, e talvez a que gera mais discussões.
Para manter um nível alto de segurança no sistema operacional, a Apple criou diversas
barreiras para o acesso de seus dispositivos, como permitir comunicação bluetooth apenas
entre dispositivos da empresa, a inserção de arquivos de mídia para os dispositivos é feita
sempre pelo iTunes (aplicativo da empresa que gerência aplicativos e arquivos de mídia dos
seus dispositivos), a instalação e compra de aplicativos é feita apenas pela App Store (Loja
de aplicativos do sistema) e um processos de avaliação é aplicado aos aplicativos criados
antes de poderem ser comercializados na loja de aplicativos.
Inovação: Cada nova versão do sistema é desenvolvido pensando em trazer algo de inovador
ao mercado, como o suporte a aplicativos, assistente pessoal controlado por voz, sistema de
armazenamento de conteúdo em nuvem, e suporte a telas retina de alta resolução.
Figura retirada do site http://developer.apple.com
2.1.4 Aplicativos para iOS
Os aplicativos são equivalentes aos softwares que são instalados em um computador pessoal. Os
aplicativos disponíveis para o iOS podem utilizar todo o potencial do sistema, pois utilizam um
hardware padrão, garantindo performance satisfatória e que as funcionalidades estarão sempre
disponíveis.
Ao adquirir um dispositivo com iOS, o usuário deve criar uma conta no iTunes, com esta
conta ele terá acesso a loja de aplicativos, além da loja de venda de mídia online. O conteúdo pode
ser adquirido pelo próprio dispositivo ou pelo software iTunes para PC, neste caso, deve-se conectar
o dispositivo no PC para sincronizar o conteúdo adquirido. Toda atualização de aplicativos é feita pelo
iTunes ou pelo aplicativo da App Store, que é nativo do iOS.
Por ser um sistema proprietário e seu desenvolvimento ser feito apenas pela Apple, o
desenvolvimento de aplicativos para iOS passa por um sistema de qualidade extenso antes de ser
incluído na sua loja de aplicativos, o que torna o desenvolvimento para este sistema operacional algo
mais restrito em relação ao seu principal concorrente, o ANDROID.
Porém, a loja de aplicativos da Apple é a que chama o maior interesse dos desenvolvedores,
por ter usuários mais acostumados com a ideia de gastar dinheiro para adquirir aplicativos para seus
dispositivos, além de que, ao desenvolver um aplicativo, o desenvolvedor não precisa se preocupar
com diferentes hardwares dos dispositivos. No ultimo trimestre de 2011, 73% dos novos aplicativos
móveis desenvolvidos, foram para a plataforma da Apple, contra 27% do Google. No mês de março
2012 a App Store alcançou a marca de 25 bilhões de downloads, como parâmetro para comparação,
a Android Market em final de dezembro de 2011, atingiu a marca de 10 bilhões de aplicativos
baixados3.
3. SISTEMAS DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS
Atualmente a utilização de meios computacionais e de ferramentas de Tecnologia da Informação nas
empresas e indústrias, dos mais diversos ramos de atividades é cada vez maior. A utilização destas
ferramentas para supervisão, controle e monitoramento de processos industriais está se tornando
frequente e importante. Em indústrias e laboratórios de todas as áreas, por exemplo, encontramos
máquinas e equipamentos para medir e controlar os mais diferentes tipos de processos físicos, e para
o ser humano visualizar as informações extraídas por estes equipamentos, é necessário um tipo
específico de software, que realiza a comunicação com estes dispositivos através de determinados
protocolos.
Os softwares de supervisão, controle e aquisição de dados, ou SCADA, capturam as
informações destes dispositivos e traduzem dados de sensores em informações que exibem ao
operador do sistema o estado atual do processo monitorado através de uma interface gráfica
interativa. A fim de entender melhor o que são e que funções realizam, nas próximas seções serão
mostrados os conceitos de SCADA.
3.1 Conceito geral sobre SCADA
O termo SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) geralmente se refere a Sistemas de
Controle Industriais [ICS] utilizados para controle de processos de coleta de dados em tempo real,
com o fim de controlar equipamentos e condições. Os sistemas SCADA são usados para monitorar
plantas ou equipamentos em indústrias das mais diversas áreas de atuação, como água e controle de
resíduos, energia, petróleo e refino de gás, armazenamento de produtos em condições controladas,
entre outros. Estes sistemas englobam transferência de dados entre uma estação central SCADA e
uma Unidade Terminal Remota (RTU) [STOUFFER], ou entre a estação central e um terminal de
operação. Reúne informações sobre o processo que esta sendo supervisionado e envia estas
informações para estes terminais de operação, que uma vez visualizadas pelos operadores do
sistema, possam ser utilizadas para tomar a decisão correta sobre como proceder com que esta
ocorrendo no processo.
Atualmente a arquitetura dos sistemas SCADA está na terceira geração. Na primeira geração
usava-se uma arquitetura monolítica, onde os conceitos de computação em geral eram centrados em
“mainframes”, redes eram geralmente inexistentes, com isto, os sistemas eram centralizados. Como
resultado os sistemas SCADA eram independentes e praticamente sem conectividade com outros
sistemas. Na segunda geração, estes sistemas começaram a utilizar uma arquitetura distribuída,
onde o processamento das ações acontecia em varias estações conectadas através de uma LAN
(Local Area Network), que trocavam as informações em tempo real. Estas informações geralmente
3
Informação retirada do site: http://colunas.revistaepocanegocios.globo.com/coffeebreak/2012/03/05/appstore-x-android-market/
eram transmitidas utilizando protocolos proprietários, o que levou a sérios problemas de segurança,
onde hackers (conhecidos também como piratas virtuais) começaram a encontrar informações
importantes sendo transmitidas. A terceira e atual geração de sistemas SCADA é chamada de
“Networked”, pois utiliza todas as facilidades da rede mundial de computadores, utiliza protocolos
industriais padronizados para troca de informações entre estações de trabalho e técnicas de
segurança para manter estas informações protegidas.
Sistemas SCADA podem ser altamente distribuídos, utilizados para monitorar e controlar
unidades RTU dispersos geograficamente, onde a aquisição de dados e o controle centralizado das
ações são criticas á operação do sistema. Por exemplo, uma unidade RTU monitora o nível de
energia que uma estação recebe e repassa esta informação para um sistema SCADA central. Este
sistema controla diversas outras estações de energia, e com esta informação, os operadores que
atuam sobre este sistema podem alterar o nível de energia que a estação esta recebendo,
aumentando ou diminuindo este nível, balanceando a energia recebida entre as estações existentes.
Sistemas SCADA maduros devem ser compatíveis com os protocolos de comunicação mais
utilizados na área de automação industrial, tais como os protocolos Modbus RTU, Modbus TCP, OPC
(Ole Process Control) [BELL], entre outros. O protocolo Modbus é um protocolo de comunicação
popular foi criado pela empresa Modicon [MODICON], na década de 70. A Modicon (atualmente parte
do grupo Schneider Electric) disponibilizou em domínio publico para a comunidade industrial as
especificações e normas que definem o protocolo Modbus.
Como descrito nos parágrafos acima, sistemas SCADA realizam funções que incluem
supervisão e controle de processos locais ou remotos em tempo real. Uma solução SCADA pode
assumir complexidade e estar constituída de computadores, softwares e dispositivos utilizados para a
aquisição de dados e atuação sobre os processos monitorados.
Uma aplicação prática de um SCADA deve contemplar funcionalidades para que os dados
repassados pelas unidades RTU possam ser transformadas em informações úteis aos operadores, de
forma que se possa fazer uma analise ou controle do processo monitorado. Estas aplicações devem
permitir a criação de telas de sinóticos para fazer a monitoração. Também agrega valor a
funcionalidade de monitoramento e controle de alarmes, pois permite que sejam configurados valores
de controle e notificações para que sejam tomadas ações para resolver a ocorrência. A visualização
de dados em tempo real em gráficos de tendência ou outros objetos visuais e a visualização de
arquivos de histórico em gráficos, tabelas, relatórios e arquivos exportados, são ferramentas que
permitem extrair informação de negócio dos dados brutos lidos do campo. Quando se fizer necessário
a automatização de uma sequencia de ações, a mesma pode ser feita a través da funcionalidade
SCRIPT. Além disso, também deve ser possível poder executar fórmulas matemáticas afim de dar
significado a informações simples ou parciais.
Todo acontecimento importante que ocorre dentro de aplicação SCADA como alarmes e
eventos devem ser registrados em Log para consulta futura. Determinas aplicações demandam
ferramentas para controle e segurança da aplicação, como configuração de perfis e controle de
acesso dos usuários. Sistema de login/logoff de usuários com bloqueio de telas de supervisão,
ferramentas para assinatura eletrônica para ações criticas na aplicação e o reconhecimento de
alarmes completam o pacote de funcionalidades disponibilizadas.
3.2 Sistemas para arquitetura PC
Existe uma extensa variedade de sistemas SCADA para PC desenvolvidos para atender de forma
básica as necessidades de uma aplicação industrial e outros dotados de funções complexas para
atender aplicações críticas. O que difere um SCADA de outro é o seu nível de maturidade, onde se
considera a evolução do mesmo em atender os requisitos básicos ou ainda oferecer funções que
permitam o máximo de automatização de ações nos processos industriais.
Considerando as três gerações citadas na seção anterior, alguns sistemas SCADA
conservam características às atendem plenamente, enquanto outros focam na terceira e apontam um
norte para o futuro adotando tecnologias inovadoras vindas de outras áreas. Aplicações distribuídas
em processos petroquímicos, controle de reatores nucleares, aplicações na área de energia são
exemplos de aplicações que demandam constante evolução dos sistemas. À medida que novas
tecnologias vão surgindo na área de sistemas informatizados e tecnologia da informação, algumas
são candidatas a serem portadas para sistemas SCADA.
Exemplo de tecnologias adotadas são os servidores de páginas web e as interfaces para
acesso remoto à rede de automação. Sem o devido cuidado, no aspecto segurança, estas
tecnologias quando utilizadas para aplicações críticas podem abrir a oportunidade para “ataques
virtuais” e colocar em risco as informações que representam valor de negócio ou ainda permitir que
ações indevidas sejam executadas causando prejuízos. Alguns sistemas já pagaram um alto preço
em sua reputação ao deixar a descoberto uma falha de segurança que permitiu a invasão remota e a
4
execução de ações remotas sem o devido controle .
Atualmente é possível encontrar no mercado sistemas SCADA gratuitos que atendem
diversos requisitos citados na seção anterior, sistemas de médio custo, usados em aplicações onde o
nível de criticidade é baixo e sistemas de alto custo, que em alto nível de maturidade oferecem um
ferramental completo para que seja desenvolvida praticamente qualquer lógica de processo.
3.3 Sistemas para arquiteturas móveis
A partir da evolução computacional das arquiteturas móveis em termos de hardware, sistemas
operacionais, acessibilidade (baixo custo) e disponibilidade (ampla oferta no mercado), as
possibilidades de utilização destes recursos expandiram-se de forma exponencial. Aparelhos que
antes possuíam recursos limitados como telefones celulares, deixaram de fornecer aos usuários
apenas funções básicas de telefonia para permitir o envio de mensagens de texto (SMS), a
navegação de internet (com algumas limitações) utilizando o protocolo WAP, envio de e-mails,
instalação de aplicações, até o ponto em que passaram a serem chamados smartphones, fornecendo
uma arquitetura computacional completa.
Com a evolução das arquiteturas móveis, não só os seus recursos sofreram uma
modificação, mas as suas aplicações também foram modificadas. Estes recursos passaram a ser
aliados dos profissionais no mercado comercial e empresarial, permitindo aos mesmos se desligarem
das suas estações de trabalho sem perder a conectividade com as suas ferramentas. Este fato trouxe
um impulso na complexidade das aplicações disponíveis que muitas vezes se limitavam a jogos ou
aplicativos multimídia.
A maturidade dos recursos computacionais móveis e das aplicações disponíveis para os
mesmos trouxe a oportunidade da sua utilização em ambientes que demandam uma maior
confiabilidade dos sistemas, como ocorre no ambiente industrial. Este fato criou a oportunidade para
que os sistemas SCADA, conhecidos e utilizados há décadas neste ambiente, passassem a ser
adaptados para esta arquitetura nestes últimos anos.
Podemos encontrar nos sistemas SCADA móveis algumas das funções básicas deste tipo de
sistema discutidas no item 3.1, tais como a comunicação com as estações RTU, exibição dos dados
(algumas vezes em tempo real), ações de controle realizadas pelos usuários, com uma grande
variação das capacidades destes itens entre os sistemas atuais. Alguns sistemas permitem a
comunicação com um conjunto limitado de equipamentos, limitado aos protocolos disponíveis, meios
físicos de comunicação (serial, USB), ou até mesmo limitando este conjunto aos equipamentos de
uma dada empresa. A exibição dos dados varia em termos do conjunto de dados disponível, como
nos sistemas que limitam este conjunto a itens definidos ou selecionados previamente (muitas vezes
no sistema SCADA principal que fornece os dados) e na forma de exibição que geralmente é limitada
a gráficos e listas de valores. Um pequeno conjunto de sistemas oferece a exibição de telas
complexas, porém exigem do usuário a utilização de equipamentos mais sofisticados.
O conjunto de ações e ferramentas de controle e atuação disponíveis talvez seja um dos itens
que sofre a maior limitação, já que a maioria dos sistemas limita-se a visualização dos dados. Alguns
sistemas permitem o controle ativo, seja via escrita de valores, seja via aplicação de scripts e outras
ações personalizáveis pelo usuário. Deve-se citar que nenhum dos sistemas presentes apresenta
funcionalidades de controle automatizado, isto é, que permitem ao sistema atuar de forma proativa,
realizando ações sem a necessidade da interação com o usuário.
Um dos principais pontos negativos dos sistemas SCADA móveis diz respeito à confiabilidade
temporal, e isto limita ou impede sua aplicação a sistemas considerados críticos. Isto se deve
principalmente as formas de comunicação, limitações dos sistemas operacionais e limitações físicas
dos equipamentos. Alguns aparelhos móveis contam apenas com interfaces de comunicação tais
como os protocolos GRPS, GSM, 3G e WIFI, que sofrem com interferências, baixas taxas de
transferência, disponibilidade de sinal e outras características que não são compatíveis com os
requisitos de sistemas críticos.
Os sistemas operacionais móveis atuais tem muitas vezes que lidar com aparelhos com
baixas capacidades em termos de recursos computacionais, como limitações de memória disponível,
o que faz com que os mesmos tenham que encerrar aplicações de forma inesperada, o que não é
idealmente aceitável em um sistema deste tipo. Outras limitações físicas trazem mais problemas,
como limitações de alimentação de energia de certos aparelhos, que poderiam ocasionar o
desligamento completo do sistema por falta de bateria, por exemplo, limitações estas ainda mais
críticas para a utilização destes sistemas em ambientes que demandam confiabilidade.
4
http://www.guardian.co.uk/world/2011/apr/17/iran-siemens-stuxnet-cyber-attack
Quanto à evolução deste sistema, podemos abordar dois itens. O primeiro diz respeito ao
nível de maturidade destes sistemas e o segundo quanto à classificação da geração deste tipo de
sistema.
As aplicações SCADA móveis atuais sofrem neste item tanto no que diz respeito à
maturidade como confiabilidade, já que são sistemas com pouco tempo de mercado, e assim, pouco
tempo para encontrar e corrigir erros, quanto nos critérios de maturidade definidos no item 3.1. Neste
último item, podemos destacar a ausência do protocolo Modbus RTU em grande parte dos sistemas,
do protocolo OPC em praticamente todos e de outras funcionalidades como a criação de telas
customizadas, presença de scripts, autenticação de usuários e outras características que podem ser
utilizadas para definir um sistema SCADA como maduro.
Quanto à classificações de gerações de arquitetura discutidas no item 3.1, podemos
classificar os SCADA disponíveis para as arquiteturas moveis como estando entre a segunda e a
terceira geração. Alguns sistemas possuem apenas um modo de visualização de telas e dados que
são fornecidos por outro sistema da mesma empresa, trabalhando assim dentro de um ambiente que
pode ser considerado fechado, característica da segunda geração. A grande maioridade dos sistemas
permite a sua utilização de forma distribuída, acessando equipamentos ou outros sistemas através da
Internet, em qualquer parte do planeta, configurando assim um sistema SCADA de terceira geração.
3.4 Comparativo entre sistemas para diferentes arquiteturas
Devido à diferença de tempo de existência das duas arquiteturas referenciadas anteriormente, e
também do tempo de aplicação destes sistemas, e consequentemente, de mercado, podemos notar
uma série de diferenças ao comparamos os sistemas disponíveis para as arquiteturas PC e móvel.
Esta questão pode ser fundamental no momento da escolha pela utilização entre estas arquiteturas e
por este motivo deve ser bem analisada pelos interessados.
De forma esperada pela diferença entre tempo de aplicação destes sistemas, o número de
sistemas em cada tipo de arquitetura apresenta uma grande discrepância. Enquanto existem
centenas de sistemas SCADA para arquitetura PC, o número de sistemas para a arquitetura móvel
restringe-se a casa das dezenas – no momento em que este artigo foi escrito encontravam-se
disponíveis aproximadamente 30 sistemas. A variação entre as funcionalidades disponíveis em cada
sistema é afetada por esta questão. Na arquitetura PC podemos encontrar sistemas com o conjunto
adequado de funcionalidades para a aplicação desejada em qualquer nível de complexidade da
mesma.
Em termos de sistemas móveis este conjunto é bem limitado, tanto em termos de
comparação com os sistemas PC (menor número de funcionalidades) quanto na variação dentro da
mesma arquitetura. Enquanto nas versões PC deste sistema podemos encontrar funcionalidades
únicas em alguns sistemas, nas versões móveis geralmente temos o mesmo conjunto de
funcionalidade se repetindo entre diferentes aplicativos, com um conjunto limitado de funcionalidades
únicas.
A maturidade dos sistemas das duas arquiteturas talvez seja a questão que mais se
destaque, e com isto talvez venha a influenciar a escolha pela adoção de uma das duas arquiteturas.
Como apontado pelo item 3.2, os sistemas SCADA da plataforma PC atingiram um nível de
maturidade tanto em termos de tempo de utilização quanto de funcionalidades, que permite aos
mesmos serem aplicados a contextos críticos. Temos diversos exemplos de aplicações destes
sistemas neste tipo de aplicação (crítica), e empresas com nome consolidado neste mercado. Na
contramão, os sistemas móveis estão disponíveis a menos de 5 anos. Além disto, tanto as
funcionalidades disponíveis, quanto a arquitetura móvel em si não atingiram um nível de
confiabilidade aceitável para a aplicação em certos tipos de contextos. Enquanto temos alguns
exemplos de SCADAs que são utilizados, por exemplo, para a validação de processos usando as
normas ANVISA RDC 17/2010 [ANVISA] e FDA 21 CFR Parte 11 [FDA], nenhum dos sistemas
móveis disponíveis possuem funcionalidades para este tipo de aplicação. Não se percebe, por
exemplo, a preocupação com as questões de segurança e privacidade nos sistemas desta
arquitetura, questões estas fundamentais para aplicações criticas. Temos ainda uma questão de
confiabilidade comercial que envolve esta arquitetura, já que muitos destes sistemas não foram
desenvolvidos por empresas sólidas, sendo algumas vezes desenvolvidas por estudantes ou como
um hobbie.
Como podemos ver na seção 3.3, alguns sistemas SCADA móveis podem ser considerados
de terceira geração, da mesma forma como ocorre na plataforma PC. A grande diferença quanto a
esta questão diz respeito ao futuro destes sistemas. Os sistemas da plataforma PC foram os
responsáveis pela criação de todas as funcionalidades da terceira geração, e tendem a serem
responsáveis pela criação da quarta (futura) geração. A plataforma móvel traz o beneficio da
criatividade e muitos recursos novos (como as telas multi-toque, por exemplo), o que pode permitir
que estes sistemas motivem inovações, porém atualmente não é isto que ocorre. Este tipo de sistema
tem tendência, atualmente, a limitar-se a copiar funcionalidades disponíveis nos sistemas da
arquitetura PC.
Todas estas questões discutidas nesta seção afetam a questão comercial que envolve estes
sistemas. Devido ao grande número de sistemas disponíveis na plataforma PC, que variam também
em termos de número de funções e complexidade das mesmas, temos também disponível uma
grande variação na faixa de preço entre os produtos. Isto torna possível adquirir um sistema a baixo
custo que contemple praticamente todas as funcionalidades necessárias para a aplicação que será
implantada. Os sistemas móveis estão naturalmente limitados neste sentido pelo pequeno conjunto
de possibilidades disponíveis. Isto dificulta a competição, e com isto a aceitação deste tipo de sistema
para certos grupos de interessados. Deve-se considerar também que este tipo de plataforma está
ganhando aceitação, mas ainda não é unanimidade, e sua adoção implica em um custo extra para
aquisição de um tablete ou smartphone.
4. ESTUDO DE CASO: SUPERVIEW MOBILE PARA ANDROID
A fim de encerrar o presente trabalho e apresentar na prática um sistema de supervisão e aquisição
de dados para ANDROID foi selecionado um sistema, dentre os disponíveis no Google Play, para
servir como estudo de caso e ser analisado enquanto à sua apresentação, principais características,
aplicação prática na indústria dentro daquela semântica das redes citada na Seção 1 e finalmente
algumas telas gráficas com uma análise. Estas informações estão distribuídas nas subseções a
seguir.
4.1 Apresentação
SuperView Mobile é um sistema SCADA que permite monitorar e controlar remotamente
equipamentos das plantas industrial, comercial ou residencial utilizando smartphones e tablets
ANDROID. O sistema apresenta uma interface que segue os padrões de desenho ditados pelo
Google para ANDROID e várias funcionalidades citadas e comentadas na Seção 3.3.
No primeiro contato com o sistema, o usuário pode optar em configurar a aplicação de
supervisão conforme seus conhecimentos ou acessar um assistente (wizard) de configuração que
auxilia no desenvolvimento de uma aplicação completa. A comunicação com os equipamentos é
realizada utilizando o protocolo Modbus TCP, portanto o dispositivo utilizado deve possuir WiFi, 3G,
4G, GPRS ou qualquer outro meio que permita conexão TCP/IP. A interface gráfica permite monitorar
variáveis de equipamentos (tags) em telas de gráfico de tendência, lista (tag e valor), e mapa
(inovadora em relação aos outros sistemas disponíveis) que permite a visualização dos dados tanto
para leitura como para escrita. Os alarmes configurados estão automaticamente integrados ao
sistema de notificação ANDROID. Os eventos importantes da aplicação, como ocorrência de alarmes
5
ou escrita em tags, são registrados em Log e podem ser visualizados com o Audit Trail .
Neste estudo de caso foi utilizada a versão gratuita, SuperView Mobile Lite, disponível no site
6
Google Play .
4.2 Características
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Suporte a múltiplas aplicações: Uma aplicação de supervisão é a representação de um
processo real, físico, em um meio lógico, porém também operacional. Estas características
permitem subdividir uma aplicação grande em partes para não sobrecarregar os recursos
computacionais e manter uma boa resposta do sistema.
Autenticação de usuários: Permitir o acesso remoto a um processo industrial é uma
ferramenta preciosa para o operador, pois à medida que o mesmo é informado do que ocorre
é possível usar a mesma ferramenta para disparar alguma ação corretiva. Porém, isso pode
representar um risco, caso as ações remotas sejam executadas por pessoas não autorizadas.
A autenticação de usuários é uma funcionalidade essencial para proteger as aplicações
remotas e minimizar o risco de sua utilização.
Conexões: A conexão com os equipamentos utiliza o protocolo industrial Modbus TCP, sobre
TCP/IP ou o protocolo Modbus RTU, para comunicação via USB ou Bluetooth.
Tags: As variáveis ou registradores lidos dos equipamentos são chamados de tags. Esses
tags podem representar informações em alguns formatos como booleanos, inteiros, ponto
Ferramenta utilizada para rastrear informações importantes ocorridas durante a supervisão.
https://play.google.com/store
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flutuante ou data e hora. Um tag especial com recurso de geo-localização permite ao usuário
informar seu posicionamento em um mapa através da latitude de longitude.
Telas: as telas são representações em sinótico do processo real que está sendo
supervisionado. As telas oferecidas neste sistema citadas na Seção 4.1 são objetivas, sem
muita sofisticação, pois este sistema executa em dispositivos que podem estar limitados no
tamanho de sua tela. Apesar disso, é possível visualizar alarmes, tendências e mapas com a
indicação de valores dos tags.
Alarmes: os alarmes são essenciais para o controle dos limites de operação estabelecidos no
processo. O sistema de alarmes atua como complemento e não substitui o sistema de
alarmes local. O usuário pode configurar alarmes de alta ou de baixa. Na sua ocorrência, o
usuário será notificado diretamente no ANDROID.
Fórmulas ou scripts: o módulo de fórmulas é uma ferramenta importante que permite agregar
mais significado aos dados lidos nos tags e com isso construir condições mais ricas para a
configuração de alarmes e exibição de objetos nas telas.
Audit Trail: esta ferramenta registra eventos e ocorrências ocorridas durante a supervisão.
Escrita de valores em tags, ocorrência de alarmes, queda de conexão, são exemplos de
informações importantes que devem estar registradas e acessíveis caso seja necessário
auditar a operação do sistema.
Além das características citadas anteriormente, este sistema ainda permite o reconhecimento de
alarmes recebendo notificações diretamente na barra de notificações do sistema, monitoração em
segundo plano enquanto o usuário executa outra tarefa no dispositivo mobile, escrita em
registradores de dispositivos conectados na rede em que o SuperView Mobile esta monitorando,
importação e exportação de aplicações e também disponibiliza para o usuário estatísticas completas
sobre a aplicação e sobre o uso do software. O SuperView Mobile é atualizado diretamente pelo
Google Play, e o usuário é notificado quando existir uma atualização disponível.
4.3 Aplicação prática na indústria
Em um ambiente industrial podemos tipicamente diferenciar três importantes categorias de rede
contendo equipamentos e sistemas que interagem entre si para sincronizar informações e permitir
uma visão transparente de tudo que está ocorrendo. Ver Figura 1.
A figura abaixo ilustra a interoperabilidade entre esses componentes.
3. Topologia típica de redes em um ambiente industrial
A rede de campo é responsável por dar visibilidade aos dados provenientes de sensores que
estão medindo grandezas em um ambiente de supervisão. Equipamentos com conectividade TCP/IP
usam essa rede para disponibilizar esses dados para a rede de automação, onde consumidores,
como o sistema SCADA, os coletam e publicam para bancos de dados presentes na rede corporativa
e que posteriormente serão consumidos por usuários em suas estações locais ou remotas.
Dentro desta topologia, o SCADA SuperView Mobile em tablets ou smartphones entra como
consumidor de informação e atuador remotos, conectando-se à rede de automação para acessar
equipamentos. A mobilidade desta arquitetura dotado deste sistema proporciona ao operador a
oportunidade de acompanhar o andamento de seu processo longe de sua posição de trabalho.
Além de conectarem-se à rede de automação, os dispositivos ANDROID também podem
conectar-se à rede corporativa para acessar bases de dados através de sistemas como ERP, MES,
LIMS, PIMS, etc.
4.4 Exemplos de telas gráficas
A visualização das variáveis supervisionadas e controladas em gráficos de tendência permite ao
operador o acompanhamento da operação do processo a qualquer momento e em qualquer local da
planta, contribuindo para a garantia da qualidade, redução de perdas e ações anteriores a falhas em
potencial.
Este sistema faz uso da forte interação dos sistemas móveis (tablets e smartphones) e
ferramentas de mapas online e isto viabiliza a identificação geográfica dos tags. Este recurso de
Localização é particularmente útil e didático em aplicações distribuídas em uma grande área, típicas
em grandes plantas industriais, saneamento, logística, entre outras. Com o uso do GPS interno ao
dispositivo e o acesso à Internet, os tags supervisionados podem ter suas coordenadas geográficas
determinadas e apresentadas sobre um mapa ou imagem de satélite em sua exata localização,
facilitando o acesso e a tomada de decisão baseado na localização do tag de interesse.
As figuras 4, 5 e 6 a seguir apresentam telas de Alarmes, Tendência e Localização,
respectivamente, do sistema SuperView Mobile rodando em um Tablet Android.
Figura 4 – Tela de Alarmes
Figura 5 – Tela de
tendência
Figura 6 – Tela de
Localização
5. CONCLUSÃO
Verificou-se que atualmente as arquiteturas computacionais presentes em tablets e smartphones
comportam o desenvolvimento de aplicativos de produtividade que possam ser utilizados em
ambientes industriais. Os sistemas operacionais para arquiteturas móveis apresentados e
comparados demonstram evolução tecnológica e robustez, porém ficam atrás dos oferecidos para
arquitetura PC. Na comparação das gerações de sistemas SCADA para PC e para arquiteturas
móveis pode-se observar que os últimos ainda podem evoluir, puxados principalmente pela demanda
do mercado por este tipo de tecnologia.
O estudo de caso finaliza o trabalho apresentando um sistema SCADA para ANDROID,
primeiro a ser oferecido no Google Play, que oferece aos seus usuários algumas funcionalidades de
um SCADA para PC como: leitura de equipamentos, visualização em telas gráficas, configuração e
notificação de alarmes e inova ao permitir geolocalizar um tag em um mapa online.
Apesar da avaliação positiva, foi possível constatar que este tipo de sistema não pode
substituir um sistema robusto para PC, pois a arquitetura no qual ele se baseia ainda não está
madura o suficiente para ser utilizado em aplicações críticas.
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