Projetos desenvolvidos no Campus Sertãozinho prometem revolucionar o campo da automação industrial
O Centro de Pesquisa e Inovação em Computação Aplicada à Indústria (Cepicai) do Campus Sertãozinho foi inaugurado em outubro de 2022. Desde então, o Centro tem sido o berço de pesquisas inovadoras na área.
De acordo com o professor de Engenharia Elétrica Rodrigo Palucci Pantoni, coordenador do CEPICAI, atualmente estão sendo desenvolvidos dois projetos de pesquisa aplicada que são inteiramente financiados pela Nova Smar, empresa de tecnologia especializada no fornecimento de soluções para controle e automação de processos industriais. A empresa desenvolve, fabrica e vende instrumentos, controladores, hardware e softwares para a medição, controle, operação e gerenciamento de ativos de manutenção. Além de fornecer serviços de projeto, testes e assistência técnica. Um dos principais clientes da Nova Smar é a Petrobras.
A especificação O-PAS define uma nova arquitetura para os sistemas de automação baseada em padrões, aberta, segura e interoperável. Seria o “padrão dos padrões” em relação aos protocolos e sistemas de automação industriais e, ao mesmo tempo, incorporação das mais avançadas técnicas de computação aplicadas à área, como utilização de sistemas inteligentes, realidade aumentada, computação em nuvem etc.
O atual foco das pesquisas desenvolvidas pelo Centro em parceira com a Nova Smar é o protocolo O-PAS. O padrão O-PAS (Open Process Automation standard) para sistemas de automação de processos industriais visa abordar os problemas associados aos sistemas de automação de processos encontrados na maioria das plantas e instalações industriais atualmente. A maior parte da especificação do padrão O-PAS provém dos grandes avanços tecnológicos na área de Tecnologia da Informação (TI). A incorporação dessas tecnologias no setor industrial é conhecida no mercado como a transformação digital das empresas em direção à Indústria 4.0.
A especificação O-PAS define uma nova arquitetura para os sistemas de automação baseada em padrões, aberta, segura e interoperável. Seria o “padrão dos padrões” em relação aos protocolos e sistemas de automação industriais e, ao mesmo tempo, incorporação das mais avançadas técnicas de computação aplicadas à área, como utilização de sistemas inteligentes, realidade aumentada, computação em nuvem etc.
Os projetos de pesquisa desenvolvidos no Cepicai são: “Desenvolvimento de Blocos Funcionais Definidos pelo Usuário O-PAS“, coordenado pelo professor Rodrigo e que tem como pesquisadores o professor Eduardo André Mossin e os bolsistas Guilherme Santos da Silveira, Mariana Ferraz Marcelino, Pedro do Carmo Sampaio e Victoria de Oliveira Spagiari, todos alunos do curso de Engenharia Elétrica, assim como Márcio Buzzoli e Mayara Guidelli de Estefani, bolsistas do projeto “Cibersegurança no O-PAS”, coordenado pelo professor Afonso Celso Turcato.
O que é um sistema de automação industrial e como funciona o protocolo O-PAS?
Para facilitar a compreensão, o professor Rodrigo cita o exemplo de um sensor que afere a temperatura de uma caldeira industrial. “Essa caldeira está sendo esquentada à medida que um gás é liberado, e quem alimenta esse gás é uma válvula, essa válvula abre e fecha. À medida que a temperatura vai aumentando, o gás vai reduzindo, porque a ideia é ter uma temperatura constante. Então, para manter o controle desse processo industrial é como se você estivesse indo tomar banho e você liga o chuveiro e está muito frio. Aí você vai lá e ajusta alguma coisa no seu chuveiro para esquentar. Então, a sua pele é o sensor e a forma que você vai atuar seria a válvula que vai abrindo e fechando”, explica.
De acordo com o professor, antes dos anos 1980, na era da instrumentação analógica, começaram a ser desenvolvidos vários equipamentos de automação industrial, de diferentes fabricantes e muitas vezes um equipamento de um fabricante não “conversava”, não era compatível com o outro equipamento de outro fabricante porque não havia um protocolo padronizado. “Não tinha uma norma para eles seguirem. Aí como é que um sensor de temperatura vai comunicar com a válvula para ela abrir e fechar? Ai o que acontecia é que tinha que comprar equipamentos do mesmo fabricante. Se esse fabricante fechasse as portas, falisse, teria que substituir os equipamentos todos que estavam no sistema de automação industrial”, conta.
“O O-PAS veio justamente para conseguir abranger todos os outros protocolos existentes na indústria. Você consegue fazer todo dispositivo conversar com outro dispositivo de diferentes protocolos”. Professor Rodrigo Pantoni.
Rodrigo relata que a partir de meados dos anos 80, à medida que a indústria percebeu a necessidade de padronização, foram desenvolvidos vários protocolos digitais, a exemplo do protocolo HART, Fiedbus, Profibus, ProfiNet, Asi, DeviceNet, entre outros. Segundo o pesquisador, no início dos anos 2000, houve uma “guerra” de protocolos, para ver qual seria o melhor ou o mais utilizado. “Com o passar do tempo, foi verificado que não existe o melhor protocolo para tudo. Existem alguns protocolos mais adequados e outros menos adequados para determinados processos industriais. Então, o O-PAS veio justamente para conseguir abranger todos os outros protocolos existentes na indústria. Você consegue fazer todo dispositivo conversar com outro dispositivo de diferentes protocolos”, explicou.
Projeto Desenvolvimento de Blocos Funcionais Definidos pelo Usuário O-PAS
Os Blocos Funcionais são módulos de software que executam algoritmos de controle. Eles são executados no DCN (Distributed Control Node), Unidade de Controle Distribuído, que é o elemento principal da arquitetura O-PAS. A programação desses blocos é realizada utilizando a Linguagem de Texto Estruturado (ST – Structured Text) definida por uma norma padrão específica. Usando o exemplo do sensor de temperatura da caldeira, o professor Rodrigo explica que esses módulos fazem justamente esse trabalho de comunicação entre o sensor e a válvula que abre a torneira do gás.
O projeto que o Rodrigo coordena, juntamente com o professor Eduardo Mossin, trata do desenvolvimento de blocos funcionais definidos pelo usuário para o O-PAS. Com a nova implementação, o usuário do sistema de automação industrial poderá editar os blocos funcionais.
“É uma implementação inédita no mundo, ou pelo menos não divulgada, não sei se outras empresas estão desenvolvendo isso também, mas até então nada publicado oficialmente”. Professor Eduardo Mossin, sobre o projeto de desenvolvimento de blocos funcionais flexíveis.
O professor Eduardo Mossin acredita que o O-PAS vai revolucionar o modo de se trabalhar com a automação industrial. Ele afirma que a implementação de blocos flexíveis, da forma como está sendo feita pelo IFSP em parceria com a Nova Smar é algo inédito. “É uma implementação inédita no mundo, ou pelo menos não divulgada, não sei se outras empresas estão desenvolvendo isso também, mas até então nada publicado oficialmente”, afirmou.
Projeto Cibersegurança no O-PAS
O professor Afonso Turcato, coordenador do projeto, afirma que a cibersegurança desempenha um papel crucial na tecnologia O-PAS, pois essa tecnologia visa criar sistemas de automação industrial mais abertos, interoperáveis e seguros.
Segundo ele, alguns aspectos importantes da cibersegurança na tecnologia O-PAS incluem o conceito de Secure-by-Design, a proteção de dados, a resiliência do sistema, a segurança de redes, o gerenciamento de acesso e as atualizações recorrentes que, por sua vez, envolvem os upgrades, updates e patching, essenciais para mitigar vulnerabilidades conhecidas e proteger contra ameaças emergentes. “A cibersegurança na tecnologia O-PAS é crucial para proteger os ativos industriais, garantir a confiabilidade das operações e manter a segurança das informações críticas”, afirmou.
A bolsista Mayara Estefani, explica que, no projeto, os pesquisadores investigam a natureza dos ataques do sistema por meio de testes de penetração e realizam os treinamentos com os usuários. “O material de treinamento conta com cinco módulos, sendo o nosso último módulo justamente a questão dos testes. Os outros módulos servem tanto para iniciantes quanto para as pessoas com conhecimentos avançados. Nos dois primeiros módulos, a gente tem uma abordagem geral do conceito de cibersegurança. E o módulo 3 e 4 seriam justamente a questão da cibersegurança em ambientes industriais”.
O Cepicai do Campus Sertãozinho é um dos 10 Centros de Pesquisa e Inovação (CEPINs) criados pelo IFSP. Eles foram fomentados por meio do Edital IFSP nº 329/2021, da Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, e implementados pela Portaria IFSP nº 6265, de 29/11/2021. O objetivo é fortalecer a pesquisa na instituição, por meio de espaços que concentram pesquisas em uma determinada área temática, e facilitando a colaboração entre pesquisadores de vários campus. Desta forma, espera-se aumentar a visibilidade dos projetos e potencializar as parcerias com instituições públicas e com os arranjos produtivos e sociais locais. Saiba mais e conheça os demais CEPINs aqui.
