3 razões para se usar linux em sistemas de controle.

O Linux por muito tempo tem feito parte dos sonhos de muitos dos desenvolvedores de sistemas de controle. Até agora, a maioria dos sistemas têm sido locked-in para o sistema operacional Windows, devido à dependência do padrão classíco de comunicação OPC e a ubíqua base de Distribuícão da Microsoft Component Object Model (DCOM). Mas as coisas estão tomando outro rumo, com a chegada da próxima geração OPC, o OPC Unified Architecture (OPC-UA). O novo padrão foi projetado para aumentar a compatibilidade entre plataformas, o que abre espaço para o Linux ganhar popularidade no setor de controle automatizado.  Este post foi é uma adaptação de uma publicação de Duty Krista, Inductive Automation.

Razão # 1: Segurança
Se a integridade de um sistema de computador está comprometida por um vírus ou se um invasor mal-intencionado explorar uma vulnerabilidade de segurança, pode causar a paralisação e danos ao equipamento. Esta semana, a revista Managing Automation publicou uma reportagem sobre um vírus que atacou um sistema SIMATIC Siemens WinCC e PCS7 software através de uma vulnerabilidade do Windows. O artigo também afirma que esses tipos de ataques para os sistemas de controle de processos tem vindo a aumentar durante os últimos anos. (Nota do Editor: Atualização da Siemens sobre o vírus que afetam os sistemas Simatic WinCC SCADA) .

Até recentemente, as empresas foram amarradas ao Windows como base para seu sistema de controle e eles tinham mais probabilidade de serem vítimas de um ataque do que se estivessem usando o Linux.
"Comparado com o Linux, o Windows é um alvo maior de ataques", disse Gross (Jonathan Gross, vice-presidente da Pemeco, uma empresa de consultoria com 32 anos de idade). "Em média, os sistemas operacionais Windows são aproximadamente duas vezes mais suscetível a cortes e de ciber-ataques. Além disso, um ataque a um sistema operacional Windows tem o potencial de causar mais danos generalizados do
que um ataque similar em um sistema Linux. "
Usando o Linux significa menor vulnerabilidade, menor tempo de inatividade, e menos dores de cabeça para as empresas.

Razão # 2: Estabilidade e confiabilidade
Linux é amplamente considerado como menos susceptível a acidentes do que o Windows. É também mais fácil de atualizar o sistema sem ter que reiniciar o sistema, como é necessário em um ambiente Windows. Isto significa que os sistemas têm níveis de produtividade a mais e o tempo de atividade aumentou.
"O sistema operacional ou o servidor apresenta riscos associados a uma incapacidade temporária para acompanhar e controlar os sistemas", explica Gross.
"Embora os atuais sistemas de Windows sejam muito mais estáveis do que têm sido historicamente, eles ainda teem mais tempo de inatividade do que os sistemas Linux. Uma das razões para o tempo de inatividade é que os sistemas Windows precisa ser reiniciado para instalar atualizações. Em contraste, os sistemas Linux geralmente podem ser atualizados sem uma reposição de hardware. "

Razão # 3: Menor Custo
Por último mas não menos importante é o fato de que o Linux é mais rentável no longo prazo. Não só é disponível sem custo porque é de fonte aberta, mas também é mais fácil manter a equipe de TI, o que significa uma economia substancial nos custos administrativos em cursos.
"O mercado de código aberto tem se expandido tremendamente nos últimos tempos devido ao apoio de grandes empresas como Sun e Google", disse Dalwalla (presidente da OpteBiz Inc., que se concentra em fornecer em tempo real, soluções de inteligência operacional para controle de usuários do sistema, tanto nos Estados Unidos e Índia.). "O Linux é um sistema operacional de código aberto que é considerado mais estável e vem com os custos de capital muito pequeno. Existem custos de suporte permanente que devem ser considerados para ambas as opções, mas o Linux pode ajudar a mantê-lo definitivamente baixo. "
As empresas não têm de gastar dinheiro com licenças de servidores Windows, nem gastar tanto tempo a manutenção do sistema. 

Agora é só procurar equipamentos que utilizem o novo padrão, talvez demore um pouco a se começar a trabalhar com esse novo padrão, devido a lentidão com que são atualizados os sistemas de automação brasileiros. Mas o primeiro passo já foi dado.

Redes de comunicação e a automação predial

Atendendo a pedidos, vou fazer um breve comentário sobre protocolos usados em automações prediais.

Com a tendência da utilização de sistemas de informatização baseados em dispositivos de baixo custo, como microcomputadores, tornou-se necessária a interligação desses dispositivos via rede digital. Essa interligação permite o compartilhamento de recursos como bancos de dados, distribuição de tarefas e informações (ALBUQUERQUE, 2007).

Logo abaixo cito alguns protocolos específicos.

EIB (European Installation Bus)

Fundada na Europa por grandes empresas como a Siemens, Gira, Jung, Merten e ABB, o EIB garante que mesmo equipamentos fabricados por empresas diferentes, mas que se utilizam deste protocolo, possam ter total compatibilidade sem qualquer problema de comunicação entre os equipamentos que estiverem em uma mesma instalação. Destina-se a qualquer estrutura desde residências a projetos de grande dimensão. O protocolo necessita de uma rede própria, podendo ser elétrica. Pode ser implementado em várias topologias (estrela, árvore, anel etc.), necessitando apenas uma linha de comunicação para executar diferentes funções de monitoramento ou controle.
Ainda em desenvolvimento a EIB tenta se tornar compatível com outros padrões europeus como, a Batibus e EHS (European Home System), assim passando a ser chamada Konnex.
Não somente para controle de iluminação, refrigeração e cortinas os equipamentos EIB podem também controlar totalmente um ambiente, como salas de áudio, DALI (Digital Addressable Lighting Interface), acessos através da Internet e também dispositivos de inteligência artificial que controlam os ambientes de acordo com os fenômenos naturais.

LONWorks

Foi criado pela Echelon Corporation em 1988, e é mais utilizado em certas funções de automações residenciais, como iluminação e climatização.
Os dispositivos LONWorks usam um microcontrolador especial, Neuron Chip. Este chip atribui um endereço (48 bits) a cada dispositivo de uma forma unívoca dentro de uma rede de controle LONWorks. A comunicação é feita independentemente do meio físico, visto que a rede pode se implementada em diferentes meio (cabos de par entrançado, fibra óptica, onda portadora, cabo coaxial, entre outros). O controle dos dados é realizado através do protocolo LonTalk que faz o endereçamento e o transporte da informação ponto-a-ponto.
O protocolo LonTalk implementa todas as camadas do modelo OSI (Open System Interconnection) (ENDO). Um hardware com LonTalk pode conectar vários dispositivos.
Cada dispositivo na fabricação recebe um nome único, que não pode ser alterado e cada dispositivo ou um grupo de dispositivos recebe um endereço dentro de uma classe que pode ser alterado a qualquer momento.
O sistema LonTalk possui um interface própria para intercomunicação entre os dispositivos que é compatível com qualquer dispositivo microcontrolado, microprocessado ou até um computador.

BACnet

O padrão BACnet (Building Automation and Control Network) foi desenvolvido pela ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers), que é uma associação americanas de engenheiros ligados a sistemas de climatização (Aquecimento e Ar condicionado). O padrão veio como uma promessa de integração entre os vários dispositivos que surgiam no mercado e com eles seus novos protocolos proprietários.
O BACnet foi desenvolvido inicialmente para trabalhar no mais alto nível, na camada de gerenciamento e os níveis mais baixos podem usar outros tipos de protocolo como Lontalk etc (BOLZANI, 2004).

Protocolo X10 

O protocolo X10 é uma das tecnologias que utiliza como meio de transmissão a rede elétrica. Esse meio de transmissão é chamado de PLC (Power Line Communication). A principal vantagem deste meio de transmissão é que todas as construções já dispõem de infra-estrutura para receber os equipamentos.

O protocolo X10 foi desenvolvido em 1978 pela Sears Home Control System e pela Radio Shack Plug and Power System e devido ao grande sucesso e robustez outras grandes empresas começaram a produzir versões compatíveis (BOLZANI, 2004).

O X10 é recomendado apenas para aplicações simples como ligar/desligar ou dimerização de lâmpadas. Não se recomenda a utilização do X10 em aplicações criticas (segurança ou saúde), já que a rede elétrica não garante que o comando seja realizado, devido aos comportamentos instáveis que os componentes podem ter caso falte energia ou sofra alguma descarga eletromagnética. Uma outra desvantagem é que só é possível realizar um comando de cada vez, caso haja mais de um comando eles se chocam e se perdem.

Insteon

Insteon é um produto de automação residencial, vendido pelo site da Smarthome (http://www.smarthome.com), o sistema se baseia na utilização de tanto a tecnologia PLC como rádio freqüência para efetuar a comunicação entre os dispositivos, ele foi construído para ser compatível com os produtos que utilizam o protocolo X10.

Padrões de comunicação sem fio

A tecnologia sem fio permite a conexão de vários dispositivos sem a necessidade de cabos, o modo de transmissão pode ser via rádio frequência ou via infravermelho. O uso de equipamentos sem fio dá aos usuários uma maior flexibilidade, pois os equipamentos não precisam estar fixos em um único local. Os sistemas de comunicação sem fio podem ser unidirecionais (quando o dispositivo somente envia ou somente recebe a mensagem), ou bidirecionais (quando o dispositivo é capaz de receber e enviar mensagens simultaneamente). Abaixo são citados dois padrões de comunicação sem fio utilizados em automações prediais e residenciais.

ZigBee

O ZigBee é um padrão desenvolvido por um grupo de empresas de diferentes segmentos chamada de ZigBee Alliance. O ZigBee utiliza a definição 802.15.4 do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), que trata de equipamentos que não necessitam de altas taxas de transmissão de dados mas que necessitam de baixa latência e baixo consumo de energia. Os dispositivos ZigBee podem ser alimentados por baterias ou por uma outra fonte de alimentação simples. O grande avanço neste protocolo que faz com ele se sobressaia sobre os demais é o baixo consumo de energia.
O ZigBee pode ser utilizado em sensores de presença, sensores de nível de luminosidade, ou painel de controle em uma parede sem precisar de fiação para alimentação, economizando desta forma muitos reais em custos de instalação.

Bluetooth

É uma tecnologia de transmissão de dados via sinais de rádio de alta freqüência e curto alcance, projetado para ter um baixo consumo. Por usar um sistema de comunicação via rádio não é necessário que os dispositivos estejam próximos um ao outro podendo até estar em outros ambientes dependendo é claro que o sinal seja suficientemente potente. Na tabela abaixo é mostrado um comparativo entre as classes dos dispositivos Bluetooth com relação as suas respectivas potências e alcance.

Classe    Potência máxima permitida (mW/dBm)    Alcance (Aproximadamente)
Classe 1    100 mW (20 dBm)                                     100 metros
Classe 2    2.5 mW (4 dBm)                                         10 metros
Classe 3    1 mW (0 dBm)                                            1 metro

Na prática o uso da comunicação via bluetooth está restrita a poucos aparelhos, visto que em comparação com outras tecnologias, como por exemplo, o WiFi (Wireless Fidelity), a sua velocidade deixa muito a desejar ficando assim restrita a comunicação com dispositivos móveis como celulares e palms.

Algoritmos e lógica para automação.

Muito provavelmente todos que trabalham com automação já sabem o que é algoritmo e se não sabe deveria escolher outra profissão. ¬¬ Jejejeje...

A definição encontrada para algoritmo no Wikipédia é:

“Um algoritmo é uma sequência finita de instruções bem definidas e não ambíguas, cada uma das quais pode ser executada mecanicamente num período de tempo finito e com uma quantidade de esforço finita.”

Ou seja, para que a máquina ou sistema que venha a ser automatizado funcione corretamente é necessário que o mesmo seja capaz de realizar cada um dos passos elaborados pelo algoritmo. Para isso todas as etapas devem ser desenvolvidas com clareza e com passos ou requisitos bem definidos para o controle do fluxo do programa. Assim ele será capaz de operar sem intervenções não programadas.

Existem várias ferramentas que podem auxiliar no processo de elaboração do algoritmo. Abaixo cito algumas.

CPNtools: é uma ferramenta para edição análise e simulação de Redes de Petri coloridas. Nele pode ser realizada várias implementações de sistemas. Desde uma rede até um sistema completo.

 http://wiki.daimi.au.dk/cpntools/cpntools.wiki

Matlab: neste programa pode-se fazer a implementação de parte ou de todo um sistema de automação utilizando-se de meios matemáticos. Pode se tornar uma ferramenta poderosa, quando se sabe usar.

 http://www.mathworks.com/

Octave: A mesma coisa do Matlab só que em versão GNU General Public License (GPL). Tem funções compatíveis com a do Matlab.

 http://www.gnu.org/software/octave/index.html