Uma questão infra-estrutural fundamental a ser resolvida para o desenvolvimento dessa pesquisa foi: qual arquitetura a ser utilizada para a aquisição das séries temporais das variáveis do processo produtivo da UTE-RA?
Como descrito anteriormente, a UTE-RA, localizada no município de Camaçari-BA, possui uma arquitetura de automação hierarquizada e tem seu processo produtivo controlado e supervisionado pelo sistema ABB – Symphony Melody. Todo o processo produtivo é monitorado pelo sistema supracitado, com exceção da análise cromatográfica do gás natural admitido na unidade.
Figura 58 – Arquitetura de aquisição de dados
O PIMS utilizado para o armazenamento dos valores das séries temporais das variáveis do processo produtivo da UTE-RA foi o Plant Information (PI) da OSISoft inc. Para promover a comunicação entre o processo industrial e a base temporal foi utilizado um Servidor OPC-DA, o ABB Plant Connect, o qual foi instalado na camada de supervisão da UTE-RA.
A seguir, foi instalada na planta uma máquina destinada a hospedar um nó de coleta de dados, que porta uma interface cliente OPC, no caso, a PI-OPC da OSISoft Inc. Estabeleceu-se a comunicação através da configuração DCOM das duas interfaces OPC (servidor e cliente). A partir daí, o cliente passou a receber os valores das variáveis de processo, instanciados na camada de supervisão da UTE-RA, no decorrer de sua operação. Por sua vez, o nó de coleta remete os dados para um PI – Universal Data Server (PI-UDS), ou
150 seja, para uma base temporal, ou base historiadora de processos industriais, localizada nas dependências da PETROBRAS.
Foram configuradas as tags no PI-UDS, uma para cada variável essencial identificada no diagrama de blocos da Figura 22. As tags foram configuradas a partir da obtenção, junto ao corpo operacional da unidade, dos endereços dos instrumentos, que realizam as medições das variáveis, instalados no processo produtivo e visualizados a partir da camada de supervisão da UTE-RA. A partir do momento em que essa lista de endereçamento foi submetida ao PI-UDS, ela se replicou automaticamente para o nó de coleta de dados, preparando-o para o início da transmissão.
Outro PI-UDS foi instalado, também em Salvador, nas dependências do Laboratório de Sistemas Integrados de Produção (LABSIP), na Universidade Federal da Bahia (UFBA), e conectado através da internet com o PI-UDS da Petrobras.
Para acessar os dados das séries históricas das variáveis da UTE-RA, armazenadas no PI-UDS do LABSIP, utilizou-se o pacote de software PI-Combo, que contém basicamente dois aplicativos:
• PI-Process Book: utilizado para analisar as trends das variáveis do processo produtivo da UTE-RA.
• PI-Data Link: um plug-in que, quando instalado no MS-Excel, permite que os valores das séries temporais sejam manipulados na planilha eletrônica, em tempo real.
Em laboratório, utilizou-se o PI - Data Link para importar os valores das séries históricas armazenadas no PI-UDS, segundo o procedimento descrito no item 6.1.1.2, para uma planilha eletrônica previamente preparada onde, a partir daí, foram exportados para o ambiente do MATLAB, onde foram submetidos ao algoritmo que implementa o método de atualização de parâmetros descrito no item 6.1.1. Nesse contexto laboratorial, o Excel foi utilizado como um middleware entre o PI-UDS e o MATLAB (ver Figura 59).
Os dados obtidos foram processados no MATLAB, gerando os valores atualizados dos parâmetros dos modelos dos BP, destacados em laranja, constantes no diagrama de blocos da UTE-RA, descrito na Figura 22.
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Figura 59 – Plataforma utilizada em laboratório
6.3.1. Configuração das Tags no PIMS
As tags, definidas em um PIMS, possuem atributos que definem seu comportamento durante o armazenamento dos valores das séries temporais. As configurações descritas a seguir, foram implementadas de maneira a garantir que a aquisição seja realizada em conformidade com o dimensionamento de amostras, descrito no item 6.1.1.1.
O PI possui algoritmos de exceção e compressão que agem como filtros passa-baixa, eliminando elementos de alta freqüência, oriundos da camada de supervisão da UTE, dentro de uma faixa denominada banda morta. Essa banda foi configurada em 0,5%, ou seja, todos os valores dentro de uma faixa de variação de ±0,5% do último valor adquirido pelo nó de coleta (valor snapshot) são descartados, até um tempo limite de tempo configurado em um minuto, período de trabalho definido da etapa de dimensionamento de amostras, descrita no 6.1.1.1. Quando o tempo limite é alcançado, mesmo que não tenha ocorrido uma medição fora da banda morta, um novo valor é armazenado e, a partir dele, uma nova banda é delimitada durante o próximo minuto. Dentro do intervalo de um minuto, se houver a ocorrência de alguma medição fora da banda, esta ocorrência é armazenada na base como um novo valor de série histórica e, a partir daí, novamente definida uma nova banda morta (ver Figura 60). Esta configuração garante que o nó de coleta assimilará em uma semana no mínimo 10.080 valores de cada tag.
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Figura 60 – Configuração do filtro de exceção no PI
Os valores das variáveis do processo produtivo da UTE-RA são atualizados na camada de controle segundo um algoritmo de decimação, próprio desta camada, que determina um período de trabalho que reflita adequadamente o comportamento dinâmico do processo monitorado, proporcionando um sinal de natureza contínua. Comportamento semelhante ocorre entre a camada de controle e a camada de supervisão da planta. Na plataforma temporal do PI este período de trabalho é denominado classe de scan, ou classe de varredura. As classes de varredura das tags cadastradas no PI foram todas configuradas com um período de trabalho superior ao definido para as respectivas variáveis na camada de supervisão da UTE.
6.3.2. Segurança da Informação (SI) e Tolerância a Falhas
A integração com a camada de supervisão da UTE-RA, necessária ao desenvolvimento dessa pesquisa, requereu alguns cuidados referentes a SI e tolerância a falhas.
Primeiramente, protegeu-se a rede de automação da unidade produtiva através da instalação de um firewall, implementado na forma de um switch (ver Figura 58). Esse switch foi configurado de maneira a não permitir nenhuma conexão entrante na rede de automação da UTE-RA. Outro detalhe da configuração deste firewall é que além de bloquear a instância de qualquer serviço tais como: terminal service e ping, bloqueia também todas as portas
153 lógicas, com exceção da porta utilizada para a comunicação do nó de coleta de dados com o PI-UDS.
Como relatado anteriormente, a comunicação entre o PI-UDS da PETROBRAS e do LABSIP utiliza como meio físico a internet. Sendo assim, de maneira a atender o critério de sigilo dessa comunicação, realizou-se essa conexão através da implementação de um túnel criptográfico, ou seja, a codificação/decodificação matemática do sinal transmitido.
No que se refere à tolerância a falhas, um dos pontos críticos desta arquitetura de aquisição de dados é o próprio nó de coleta. Os dados oriundos da camada de supervisão são voláteis, e se não forem remetidos ao PI-UDS, dentro de um critério de tempo real, serão perdidos, podendo, a depender da quantidade perdida, desqualificar um conjunto de dados de identificação dinâmica em determinado período. Sendo assim, o referido nó foi implementado na forma de dois servidores, montados em um esquema de fail-over, de forma que se uma das máquinas falhar a outra assume o nó instantaneamente.
De maneira a reforçar o esquema de tolerância a falhas dessa arquitetura, também se ativou o serviço de buffer do nó de coleta de dados. Este serviço, nativo da plataforma Plant Information, em caso de falha de comunicação entre o nó de coleta e o PI-UDS, permite que o próprio nó realize o armazenamento temporário dos valores das séries temporais por um tempo limitado ao preenchimento de 2 Gb de dados, que no caso, reflete um período de dois meses de armazenamento local. Após a restauração da comunicação, o nó de coleta descarrega os dados para o PI-UDS, limpando seu buffer.
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