Militares versus ciudadanos

A aplicação de AFD como agente integrador entre o controle supervisório e o MES é proposto em (LOPES et al., 2012c). Com o desenvolvimento de modelos formais para a síntese do supervisor SED, esses modelos são utilizados para que os sistemas MES e SCADA realizem o acompanhamento das atividades da planta observadas pelo controlador SED. Assim, com a troca de dados da ocorrência de eventos e do estado atual dos supervisores no controlador SED, tanto o MES como o SCADA mantêm atualizados os AFDs que representam o estado da planta. A partir do estado desses AFDs no MES e SCADA tais sistemas podem realizar análises e coletar informações.

O tipo de dado trocado entre esses sistemas não é específico. Trata-se de índices dos eventos e estados que geralmente são comparativamente pequenos com relação à informação que estes representam. De um modo geral, em aplicações reais índices representados por números naturais, por sua vez representados por cadeias de poucos bytes, são suficientes (LOPES et al., 2012c).

Algumas aplicações do uso de AFD nesse ambiente são mencionadas em (LOPES et al., 2012c). A primeira refere-se à troca de dados entre os sistemas, mantendo AFDs executados e sincronizados paralelamente. A segunda refere-se à implementação do SCADA baseado em AFDs. E finalmente o uso dos AFDs para que o SCADA realize a detecção e recuperação de falhas ocorridas no controlador SED. Lopes et al. (2012c) objetivam apresentar o conceito e analisar seus benefícios e não detalham o funcionamento da estratégia proposta. Esse detalhamento é apresentado na presente dissertação no próximo capítulo.

A análise realizada em (LOPES et al., 2012c) leva a concluir que muitos dos pontos em aberto dos trabalhos anteriormente apresentados são solucionados com esta aplicação:

• Diminuição da entrada manual de dados com a coleta de informações de forma automática diretamente dos controladores;

3.3 Resumo do capítulo 86 • Um protocolo de comunicação que pode ser aderente ao controle supervisório, ao MES e

ao SCADA;

• Troca de dados em um formato que pode ser manipulado em controladores simples como os microcontroladores;

• A implementação das interfaces pode ser automatizada;

• Uso de métodos formais que são confiáveis e garantem uma documentação coerente com a implementação;

• A aplicação de modelos formais em todos os sistemas garante uma consistência entre estes;

• Facilidade de manutenção e aprimoramento dessas interfaces.

3.3 Resumo do capítulo

Os trabalhos relacionados apresentam a importância do MES e demostram a flexibilidade de adaptação do MES a outros sistemas como o FMS e com metodos tais quais a manufatura enxuta. Os benefícios do MES são notados mesmo quando a aquisição de dados não é automatizada e nem padronizada. No entanto, Freund e Buxbaum (1994) resalta a importância da padronização do fluxo de informação de controle. Observa-se a carência de um método para a padronização destas interfaces. A aplicação do SCADA é bem consolidada tanto dentro da manufatura como em sistemas de distribuição.

Trabalhos abordam a integração dos níveis ERP, MES, SCADA com a planta de manufa- tura. Iwatsu, Watanabe e Kodama (2007) afirma que a interface entre o ERP e o MES é bem consolidada já a interface MES e chão de fábrica não é muito discutinda, havendo espaço para o aperfeiçoamento das interfaces.

Uma das estratégias é a aplicação de modelos formais para realizar a integração entre estes níveis, Constain (2011) apresentada uma método para o desenvolvimento integrado do SCADA baseado na TCS para CLP. Este método foca na implantação do sistema e utiliza CLP. Assim, há o espaço para a consolidação de um método de implementação do MES e SCADA que suportem o uso de métodos formais para realizar a integração, estendendo o trabalho de Constain (2011) e abordando também o MES. Apresentamos em Lopes et al. (2012c) a proposta do uso da TLA

3.3 Resumo do capítulo 87 e TCS para a integração entre o MES, o SCADA e o controle de coordenação da planta de manufatura, deixando o desenvolvimento, a experimentação e a validação em aberto.

88

4 Modelo de Integração Proposto

O método proposto neste trabalho considera os níveis de divisão das atividades e funções da norma ISO/IEC 62264, composta por cinco níveis numerados de zero a quatro. É possível relacionar a pirâmide da automação, apresentada em (MORAES; CASTRUCCI, 2008 apud CONSTAIN, 2011), com as funções dos níveis dois a quatro, expostos em IEC/ISO 62264-1 (2003), IEC/ISO 62264-2 (2004), IEC/ISO 62264-3 (2007). Já os níveis zero e um da norma ainda não são bem especificados, já que a norma possui duas de suas seis partes não publicadas. A Figura 4.1 expõe essa relação. Como definido na norma IEC/ISO 62264-1 (2003), IEC/ISO 62264-2 (2004), IEC/ISO 62264-3 (2007), o nível quatro relaciona-se com as atividades do ERP e o nível três com as atividades do MES. Já o nível dois representa as atividades de monitoramento, controle supervisório e controle automatizado dos processos de produção. Assim, o método proposto por este trabalho relaciona tanto o SCADA como os sistemas de controle de coordenação como integrantes do nível dois da norma.

Figura 4.1: Relação da norma ISO/IEC 62264 com a organização hierárquica do ERP, MES, SCADA e Controladores

Fonte: estendido de IEC/ISO 62264-1 (2003) e de (MORAES; CASTRUCCI, 2008 apud CONSTAIN, 2011)

4 Modelo de Integração Proposto 89 por cinco níveis numerados de um a cinco (CONSTAIN, 2011). Os níveis quatro e cinco da pirâmide são relativos aos níveis três e quatro da norma, respectivamente. Já o nível dois da norma é subdividido nos níveis um e dois da pirâmide. Na pirâmide da automação o nível um das atividades de controle e o nível dois trata do SCADA. A pirâmide da automação não contempla a visão do nível zero da norma. Uma adequação de ambos, com a separação do nível dois da norma e a inclusão do nível zero na pirâmide é necessária.

O método proposto abrange o uso de AFDs para a comunicação entre o controlador SED, o MES e o SCADA, bem como a síntese de parte do SCADA e do MES. No MES propõem-se o uso de AFDs para a aquisição de dados (que é uma das onze funcionalidades definidas pela MESA International (1997b)) e a síntese de lógicas de controle que podem ser aplicadas na planta por meio do controlador SED. No SCADA sugerem-se a aquisição de dados, o controle dos elementos gráficos da interface com o usuário e a síntese de lógicas de controle que podem ser aplicadas na planta por intermédio do controlador SED.

Os trabalhos relacionados apresentados previamente demonstram o uso do AFDs para a síntese e implementação de controladores SED baseados na TCS, justificando-se assim a utilização de AFDs também para a implementação do SCADA e MES proposta neste trabalho. Dois aspectos da utilização dos AFD da TCS são abordados. O primeiro aspecto refere-se à implementação do SCADA e de algumas funções do MES. O segundo diz respeito à troca de dados para a integração entre o controlador SED, o SCADA e o MES.

O método contempla essas implementações para dados discretos ou discretizáveis. Os AFDs dentro dos sistemas MES e SCADA são de dois tipos. O primeiro tipo são aqueles AFDs para a coleta de informações, que normalmente são os mesmos AFDs da implementação do controlador SED; e o segundo tipo são os AFDs do MES e do SCADA que implementam lógicas de controle própria. Os AFDs do primeiro tipo são responsáveis por manter as informações necessárias para o funcionamento de tais sistemas. Essas informações contemplam o estado dos dispositivos da planta de manufatura e o histórico de eventos ocorridos. Com base nesses dados diversas informações podem ser obtidas. Entre diversos atributos e dados sobre os produtos é possível saber com esses dados se uma determinada máquina está ligada, a quantidade de peças produzidas pela célula de manufatura, a distribuição da produção entre os dispositivos da planta, a detecção de eventuais anormalidades, entre outros.

Os AFDs para a coleta de informações presentes no MES e SCADA consistem em um subconjunto dos modelos AFDs usados na síntese do controlador SED. Isso resulta em uma

4 Modelo de Integração Proposto 90 consistência entre esses sistemas, pois utilizam um mesmo subconjunto de AFDs. A consistência torna-se vantajosa para a integração dos sistemas de controle automatizado, SCADA e MES. Essa integração se baseia na troca de dados referentes à ocorrência de eventos. Ainda, o MES e o SCADA podem contar com AFDs próprios para implementar questões não pertinentes ao escopo do controlador SED.

A Figura 4.2 apresenta o esquema da arquitetura proposta, que tem como base a arquitetura do sistema de controle proposta por Queiroz e Cury (2002b) (ver Figura 2.16). Nesta nova arquitetura, a sequência operacional está presente no SCADA e no MES nas camadas (5) e (11) respectivamente. Já o sistema produto e os supervisores estão localizados no SCADA e no MES nas camadas (8) e (14) respectivamente. No entanto, as camadas (8) e (14) podem conter além dos supervisores e do sistema produto qualquer subconjunto de AFDs que se deseje manter atualizado com o estado da planta.

A comunicação entre os sistemas pode ser feita por implementação manual (ilustrado pelas linhas pontilhadas) ou pela troca de sinais de entrada e saída dos AFDs replicados em cada nível (ilustrado pelas linhas contínuas). O Controlador SED, composto pelo supervisor SED (3) e o sistema produto (2), observa os eventos físicos ocorridos na planta de manufatura (0) por intermédio da interface de entrada e saída (1), geralmente implementada manualmente. Essa mesma interface é responsável pela atuação do controlador na planta de manufatura. Pela detecção da ocorrência de eventos não controláveis são atualizados os AFDs do sistema produto (2) e do supervisor SED (3). Os AFDs também são atualizados pela geração de eventos controláveis, não desabilitados pelo supervisor SED (3), gerados pelo sistema produto (2) e aplicados por meio da interface (1) na planta de manufatura.

No SCADA a camada de software da arquitetura proposta relaciona-se com a arquitetura de hardware que separa o SCADA em cliente e servidor. Na camada servidora da arquitetura de hardware o software é composto por uma interface genérica com a planta física (4) e a interface baseada nos modelos da TCS (5). A interface baseada na ocorrência de eventos pode ser gerada automaticamente. Tanto a interface com a planta física (4) quanto a interface baseada nos modelos da TCS (5) registram seus dados em um banco de dados (6), que é acessível a vários clientes SCADA que se conectam a um mesmo servidor, por este banco de dados transitam os comados e respostas entre as camadas (5) e (8). A interface baseada nos modelos da TCS (5) serve de ponte para os AFDs do controlador SED.

4 Modelo de Integração Proposto 91 Figura 4.2: Arquitetura de integração proposta

Fonte: produção do próprio autor

que replica os AFDs do controlador SED ou outros AFDs utilizados para a síntese do controlador, além destes AFDs é possível executar um conjunto de AFDs controlado pelo SCADA, que será apresentado na Seção 4.3.1. Há uma interface genérica para o BD (Banco de Dados) (7) com a interface com o usuário e atividades de controle (9) para a implementação da comunicação de dados que não possuem AFDs associados. O módulo de replicação dos AFD (8) é composto pelos AFDs do SCADA e pelo subconjunto de AFDs modelados e sintetizados para a geração

4 Modelo de Integração Proposto 92 do controlador SED. Utilizando-se dos dados armazenados no banco de dados (6), o módulo (8) replica os AFDs, mantendo assim os AFDs sincronizados com os AFDs do controlador SED e da interface (5). O módulo de replicação de AFDs do SCADA fornece para a interface com o usuário (9) informações sobre a ocorrência de eventos e o estado atual de cada AFD. A implementação do módulo de replicação dos AFDs (8) é genérica, ou seja, é necessário apenas inserir os modelos formais AFD de interesse usados para sintetizar o controlador SED. Para os dados coletados pela interface implementada manualmente com o ambiente físico (4), uma interface (7) entre o com o banco de dados (6) e a interface com o usuário (9) implementada manualmente é necessária.

A implementação da interface com o usuário (9) no SCADA é normalmente suportada por editores gráficos. Na execução do sistema a interface acessa as informações das camadas (7) e (8) para atualizar as informações mostradas ao usuário, disparar alarmes, gerar relatórios ou outras funcionalidades do cliente SCADA. Para realizar a ligação entre a interface com o usuário (9) e as camadas (7) e (8), é requirida uma programação lógica, a qual pode ser implementada em linguagem de script, por exemplo. Ainda, é possível fazer uma associação entre cada estado do AFD ou a ocorrência de um evento do AFD com uma informação gráfica de algum dos componentes visuais do SCADA na interface, conforme proposto por Constain (2011). Sendo assim, não é necessário que algum código seja implementado. O uso de uma programação lógica é mais flexível e genérica do que a opção de associação pelo fato de se ter a disposição uma linguagem de programação para realizar as ligações.

A aquisição de dados para o MES ocorre da mesma maneira que para o SCADA. Há uma interface genérica com a planta física (10). Essa interface de implementação manual interage diretamente com a planta de manufatura na troca de dados. Uma interface gerada com base nos modelos formais da TCS (11) interage com o controlador SED para a troca de informações. A interface gerada por modelos da TCS é composta pelos AFDs utilizados para a síntese do controlador SED e por AFDs controlados pelo MES; estes serão abordados na Seção 4.3.2. Os dados adquiridos pelas interfaces (10) e (11) são armazenados no banco de dados (12), ficando à disposição das camadas (13) e (14). A interface baseada nos modelos da TCS pode ser obtida automaticamente pelos AFDs utilizados na síntese do controlador. O módulo de execução de AFD para o MES (14) executa os AFDs, fornecendo informações para a implementação das funções de aquisição do MES (15). A interface genérica com o BD (13), implementada manualmente, provê o acesso aos dados do BD coletados pela interface (10), que são dados fora do escopo do controlador SED. Na implementação das funções de aquisição do MES (15)

4.1 Interface de integração: aquisição de informação 93 é desenvolvida toda a lógica de aquisição de dados, que varia de acordo com as necessidades específicas de cada projeto.

As interfaces baseadas nos modelos da TCS do MES (11) e do SCADA (5), que implementam a sequencia operacional do MES e do SCADA e as interfaces manuais do MES (10) e do SCADA (4), bem como o banco de dados do MES (12) e do SCADA (6), podem compartilhar uma mesma implementação de um servidor de dados compartilhado. Nessa mesma implementação, ambas utilizam um único servidor para a troca de dados, que ocorre por intermédio de um banco de dados compartilhado. A Figura 4.3 ilustra essa segunda opção.

Na arquitetura com o servidor compartilhado os módulos de sequência operacional do MES (11) e do SCADA (5) da Figura 4.2 são implementados juntos (ver item (5) da Figura 4.3). O banco de dados do MES (12) e do SCADA (6) da Figura 4.2 são implementados juntos (ver item (6) da Figura 4.3). As interfaces genéricas do MES (10) e do SCADA (4) também são fundidas, conforme item (6) da Figura 4.3.

4.1 Interface de integração: aquisição de informação

Os eventos dos SEDs podem ser associados a dados discretos ou que possam ser discretizados. O SCADA e o MES podem requerer tanto esse tipo de dados como dados não passíveis de discretização. Assim, o método proposto preserva a abordagem tradicional de coleta de dados direta do chão de fábrica para os dados não discretizáveis ou dados que não são necessários ao controlador SED. Para os dados discretizáveis que fluem pelo controlador SED, a interface de integração proposta baseia-se na troca de dados sobre a ocorrência de eventos entre o controlador SED, o SCADA e o MES. Além do intercâmbio de eventos, é possível enviar o estado de cada um dos AFDs do controlador SED. Tais estados podem ser utilizados para uma verificação adicional da sincronização dos AFDs do SCADA e MES com os AFDs do controlador SED.

4.1.1 Dados discretos ou discretizáveis que não competem ao controlador

SED

Por se basear na TCS e aplicadas em SED, a presente proposta é válida para dados discretos. No entanto, algumas aplicações aceitam que certos dados contínuos sejam discretizados, por exemplo, a pressão de um tanque (que é contínua) pode ser relacionada a um conjunto discretos

4.1 Interface de integração: aquisição de informação 94 Figura 4.3: Arquitetura proposta com servidor de dados compartilhado entre MES e SCADA

Fonte: produção do próprio autor

de valores como baixa, normal e alta. A interface entre a planta e o controlador SED trata de discretizar tais dados contínuos, estando estes prontos para serem utilizados pelo MES e pelo SCADA. Para os dados que não fluem a partir do controlador SED é possível discretiza-lós nas interfaces genéricas do MES (ver item 10 da Figura 4.2) ,do SCADA (ver item 4 da Figura 4.2)

4.1 Interface de integração: aquisição de informação 95 ou do servidor compartilhado (ver item 4 da Figura 4.3). Assim, é possível modelar AFDs que não são utilizados para a síntese do controlador SED, mas que sejam de interesse do MES ou do SCADA para a coleta de dados, de forma que estes AFDs agreguem valor semântico a esses dados. Esses novos AFDs são atualizados pela interface genérica com a planta, implementada manualmente, que adquire dados da planta física.

A Figura 4.4 mostra a adaptação da arquitetura para empregar AFDs não integrantes da síntese do controlador SED. Em (a) é ilustrada a adaptação para a arquitetura sem servidor compartilhado para o MES e SCADA, sendo que não há alteração no sistema de controle de coordenação. Com o uso da arquitetura de servidor compartilhado, a estrutura fica como ilustrado em (b), também sem alteração no sistema de controle de coordenação.

Figura 4.4: Utilizando AFDs não integrantes da síntese do controlador SED no MES e SCADA

Fonte: produção do próprio autor

4.1 Interface de integração: aquisição de informação 96 controlador SED em dois grupos: discretizáveis e não discretizáveis. Os dados não discretizáveis continuam com sua implementação manual padrão, conforme já evidenciado nas Figuras 4.2 e 4.3. Os dados discretizáveis que não competem ao controlador SED, têm sua discretização implementada na interface genérica com a planta os novos AFDs modelados (bloco hachurado da Figura 4.4). Nas camadas acima do banco de dados esses AFDs podem ser utilizados tal como se fossem AFDs modelados para o sistema de controle de coordenação.

O módulo de replicação de AFDs do MES e do SCADA será então composto por alguns dos AFDs utilizados para a síntese do controlador SED e por novos AFDs específicos de cada sistema. Os novos AFDs têm sua discretização implementada na camada de interface genérica com a planta física. A vantagem do uso dos AFDs para dados que não competem ao controlador SED é a consistência para a implementação das funções e interfaces do MES e SCADA.

4.1.2 Fluxo de dados e informação

Dados são símbolos puros sem significado atrelado e a informação é o dado no que recebeu significado, ou seja, é atrelado um significado semântico ao dado. Esta informação pode ser útil mas não necessariamente tem que ser útil. O conhecimento é tido como um conjunto de informações que pretende ser útil, e quando se memoriza informações estas se tornam conhecimento (BELLINGER; CASTRO; MILLS, 2004). Ao mantermos AFDs atualizados no MES e no SCADA não só é dado significado semântico a esses dados, mas também armazenado o estado atual de cada AFD tem-se uma memoria e consequentemente conhecimento.

O fluxo de dados entre o controlador SED, o SCADA e o MES é ilustrado na Figura 4.5. Na figura as linhas contínuas representam o fluxo de informações modelados por AFDs, as linhas pontilhadas representam o fluxo de dados através de interfaces implementadas sem os AFDs usados na síntese dos supervisores SED. Na Figura 4.5(a) apresenta-se o fluxo sem o servidor compartilhado, conforme a arquitetura da Figura 4.2. Na Figura 4.5(b) mostra-se o fluxo de dados com um servidor compartilhado, conforme a arquitetura da Figura 4.3.

O fluxo de dados e informações sem um servidor compartilhado contempla as interfaces para dados não discretizáveis ou não necessários ao controlador SED. Para o sistema MES a aquisição de tais tipos de dados é realizada na planta para o servidor MES (8a) e esses dados são disponibilizados para o MES (9a). Para o SCADA, o servidor SCADA faz a aquisição desse tipo de dado (6a) e o disponibiliza para o cliente SCADA (7a).

4.1 Interface de integração: aquisição de informação 97 Figura 4.5: Fluxo de dados e informações entre planta de manufatura, controlador SED, SCADA e MES

(a) (b)

Fonte: produção do próprio autor

Os dados de competência do controlador SED são adquiridos da planta por uma interface implementada manualmente (1a). A partir deste ponto os dados atualizam os AFDs do contro- lador SED e passam a carregar um significado semântico tornando-se informação. Assim, a comunicação do controlador SED com o MES (4a) ou SCADA (2a) acontece por intermédio do envio da ocorrência de eventos para os respectivos servidores que mantêm o banco de dados. Os servidores armazenam a informação e a disponibilizam para os módulos de replicação do MES (5a) e do SCADA (3a). Os AFDs executados no MES e no SCADA interagem com os AFDs do controlador em um processo de atualização mútua desses modelos formais. Sendo assim, é possível que os sistemas MES e SCADA detectem a ocorrência de eventos na planta ou as respostas de controle do controlador SED e que os sistemas MES e SCADA gerem eventos ocasionando assim uma intervenção na planta através do controlador SED que será discutido na Seção 4.3.

Com o uso de um servidor compartilhado, Figura 4.5(b), os dados provenientes de interfaces genéricas com a planta física (5b) atualizam o servidor compartilhado. Esse servidor provê tais dados para o MES (7b) e o SCADA (6b). Já os dados discretos ou discretizáveis coletados da planta pelo controlador SED (1b) são passados para o servidor compartilhado (2b) e disponi-