Sistema de transmissão de dados via rede celular (Utilizando o canal de dados)
Resumo
A transmissão de dados via telefonia celular, busca através de uma estrutura existente, operada por empresas cuja atividade fim é a telecomunicação, fluir dados para operacionalizar sistemas diversos, tais como automação e transmissão de imagem à distâncias inimagináveis a poucos anos atrás.
Um outro fator relevante, quando se fala em transmissão de dados via rede celular é a segurança. Como sabemos, a segurança da informação é quesito básico de qualquer sistema, então, dependendo do caminho escolhido para passagem dos dados, deve-se implementar sistemas de seguranças específicos, tais como os que foram usados no projeto a ser descrito.
O projeto por nós utilizado foi desenvolvido para que altos níveis de segurança fossem atingidos, desta forma pudemos conectar o data-modem, que está no campo diretamente a rede corporativa da empresa sem riscos.
A garantia de disponibilidade da rede celular também foi fator prioritário, pois um sistema desta importância somente seria viável se tal disponibilidade fosse >95%.
Um projeto piloto baseado nesta tecnologia está em operação em uma das unidades da empresa. Estamos utilizando-o para detecção de intrusão em 25 sites. Nestes locais existe um sensor que detecta movimentos em determinado campo de ação e transfere dados a uma unidade eletrônica inteligente que por sua vez envia os dados ao data-modem. Na sala de operação, tais dados são recepcionados e transferidos a uma interface homem máquina que mostra ao operador a condição local do site.
Podemos afirmar que, em todos os sites cujo sistema foi instalado o índice de roubo ou vandalismo caiu próximo a zero. Casos raros ainda acontecem devido a fatores de força maior que logicamente devem ser trabalhados pela equipe de segurança local.
Motivação
Em abril de 2004, a empresa onde trabalho solicitou aos colaboradores que fizessem algumas sugestões a fim de dirimir as dificuldades em manter a operação do campo de produção devido ao alto índice de furto e vandalismo nos sites, gerando além da queda na produção de óleo / gás, riscos ambientais e inúmeras horas de retrabalho das equipes de manutenção.
Foi feito um estudo preliminar para mensurar a magnitude do problema da operação e este envolvia cifras de 7 ou 8 dígitos. Visitas aos sites mostraram um ambiente propício à ação dos “meliantes”, pois a presença de vegetação densa facilitava a camuflagem e fuga dos mesmos, outro fator que contribuía significativamente para esse quadro era que, embora houvesse automação da produção nestes sites, as características do projeto existente não possibilitavam uma comunicação rápida entre no sentido site-supervisório, pois como a finalidade do sistema era outra, as prioridades de comunicação também eram adversas a um sistema de segurança.
Leve-se também em consideração que qualquer sistema de transmissão de dados via rádio foi descartado pois, consultada a Anatel, fomos informados que não havia freqüência disponível naquela localidade.
Metodologia
Como toda a estrutura existente de comunicação nos sites foi descartada iniciamos a busca por uma nova tecnologia que nos fornecesse um meio de transmissão de dados que fosse ágil, estável, seguro e barato.
Muitos testes foram feitos com tecnologias wireless, porém a topologia acidentada dos terrenos exigiria uma quantidade significativa de repetidoras o que tornaria o custo inviável.
Enfim iniciamos os testes com a tecnologia de transmissão de dados via rede celular e para nossa surpresa em todo o perímetro tínhamos uma qualidade de sinal razoável que nos permitiria iniciar alguns testes de comunicação e transmissão de dados.
As primeiras tentativas de transmissão de dados foram feitas utilizando o padrão GPRS, porém o tempo de resposta não foi satisfatório. Fizemos contato com algumas operadoras e fomos informados que não existia, em curto prazo, o interesse no desenvolvimento deste segmento pois o retorno financeiro era muito duvidoso e o investimento necessário bastante grande.
Conseguimos então equipamentos que fizessem essa transmissão utilizando o padrão 1xRTT (CDMA). Tais transmissões mostraram-se bastante satisfatórias e iniciamos os estudos de viabilidade técnica para uso dessa tecnologia.
Em conjunto com a operadora desenvolvemos um modelo de transmissão de dados que assegurasse todos os quesitos necessários a disponibilidade, segurança e estabilidade do projeto, conforme figura abaixo.
Neste modelo vemos o caminho dos dados desde sua origem, no campo, até a recepção feita na rede corporativa da empresa.
Tendo em vista que necessitávamos de um produto para trabalhar com segurança, a conexão por evento foi descartada pois o tempo de discagem, disponibilidade de sinal, autenticação e recepção dos dados seria bastante alto, restando então a conexão on-line o que agrava sobremaneira o quesito segurança.
Quando ligamos o data-modem, ele entra em contato com a ERB (estação rádio base) da operadora, que o transfere para o “backbone”. No PDSN da operadora, o equipamento é identificado e transferido para o roteador. Neste roteador, identificado como um equipamento “XXX” ele é transferido para uma VPN que opera numa LP entre a operadora e a sede da empresa sendo recepcionado pelo concentrador da VPN já na empresa. Neste concentrador existe um AAA que novamente autentica o modem e lhe fornece um endereço IP válido na rede de automação da empresa. Neste momento o modem já está conectado a rede corporativa. Todos os dados gerados nos vários modens, são transferidos a um servidor Linux, que os identifica por estação e cria um banco de dados para consulta.
Em outro equipamento, rodando um driver OPC sob plataforma “Windows”, colhe os dados gerados transferindo-os para um software supervisório que os mostra ao operador.
Observando-se a figura acima, ainda podemos verificar que existe uma redundância de caminhos após o roteador da operadora. Caso não haja disponibilidade da VPN, o modem é transferido para a Internet e procura um endereço IP determinado, tal endereço é o do computador que abriga o concentrador da VPN e o “AAA” que também está conectado a internet via “firewall” com apenas uma porta aberta, a mesma que o data-modem procura e desta forma é feita a conexão. Note-se que quando a conexão é feita via internet, o data-modem recebe um endereço IP válido na internet, mas o servidor linux consegue identificá-lo da mesma forma e o ciclo se fecha normalmente.
Restava-nos agora, garantir a eficácia dos equipamentos de campo.
Para dar suporte a detecção de movimento na área do poço, foi feita uma captação de sensores no mercado, a fim de especificar um que atendesse as nossas necessidades, alguns foram testados mas sempre tínhamos problema de falso alarme, por animais de pequeno porte, vento, temperatura, faróis automotivos e os raios solares que atuavam sobre as lentes dos sensores. Numa busca mais refinada, conseguimos um sensor de duplo feixe e regulagem de zona, sensibilidade e outros parâmetros que possibilitou a utilização dentro do esperado.
Em nossa conversa com a operadora de telefonia móvel, conseguimos que além da priorização dos sinais dos data-modens, estes fossem fornecidos em regime de comodato, liberando-nos do quesito manutenção. O equipamento fornecido foi o data-modem C-18 de fabricação da Motorola e homologado pela Anatel.
Foi solicitado ao mercado, via depto de compras, um plc ou placa inteligente com entradas e saídas digitais além de entradas analógicas. Tal equipamento deveria fazer todo o controle do data-modem, identificar a conexão, garantir o não recebimento de chamadas e não originar chamadas via canal de voz. Ainda deveria ter um programa completamente aberto gerado via “ladder” e ter dois canais de comunicação RS232.
O equipamento entregue é o da figura acima, e ele possui 4 entradas digitais, 4 saídas digitais e 4 entradas analógicas.
Tendo em vista as características da topologia do site, bem como do posicionamento da instrumentação, dos equipamentos de automação e das condições de alimentação elétrica do site, podemos utilizar todas as entradas digitais a fim de instalar até 4 sensores independentes ou reservar uma das entradas para monitoração da rede elétrica.
Porém caso sejam necessários um número maior de sensores, estes possibilitam a ligação em cascata entre eles gerando uma quantidade infinita de sensores de movimento na área do site.
Existem casos onde o site é alimentado pela rede elétrica, e muitos dos roubos são dirigidos aos transformadores rebaixadores. Tendo em vista que nos seria impossível a instalação de sensores de movimento próximo a estes equipamentos e sabendo que antes de roubar o transformador o “meliante” desliga-o, utilizamos uma das entradas digitais para monitorar a presença ou não da energia elétrica na rede, via um relê ou contator ligado diretamente a ela.
Em uma das saídas digitais instalamos uma sirene eletrônica que gera um alarme de 100db. Tal alarme é acionado por qualquer das entradas digitais, ou seja, caso o “meliante” desligue a energia elétrica ou seja detectado por um dos sensores, imediatamente a sirene dispara e transfere o sinal para o supervisório de monitoração. As outras saídas digitais podem ser utilizadas para transferência de comandos diversos ao poço.
Nas entradas analógicas monitoramos, caso haja, o sistema de recarga de baterias via energia solar. Monitoramos então a tensão das baterias, a corrente de carga e descarga. Desta forma os operadores podem avisar as equipes de manutenção quando é necessária a intervenção no sistema de carregamento via celula solar e também sabe o quanto tempo o sistema ainda permanecerá “on-line” caso o problema não seja sanado imediatamente.
Abaixo, mostramos o equipamento completo a ser instalado no campo e a tela do supervisório que é mostrada ao operador.
Conclusão
Como dito anteriormente, as perdas nos sites devido aos constantes roubos e vandalismos, chegavam a somas próximas a 7 ou 8 dígitos.
Com a instalação deste projeto piloto em apenas 25 sites, chegamos a reduzir 99% dos roubos nestes locais. É fato que ainda acontecem roubos, porém isso deve-se a logistica de distribuição das equipes de vigilância e outros fatores que estão sendo aprimorados pela equipe de segurança patrimonial.
O custo total deste projeto não chegou a R$ 150.000,00 sendo que a estrutura está pronta para “n” sites. O custo de cada site é de +/- R$ 5.000,00. Tendo em vista que utilizamos o canal de dados da rede celular, temos um custo mensal de R$ 60,00 por site monitorado e isso poderá cair ainda mais com o aumento de numero de sites.
Comentários do autor
O sistema de transmissão de dados via rede celular já é uma realidade em mais de 70% do território nacional e proporciona uma economia significativa desde o projeto, concepção e manutenção.
Muitas aplicações que há algum tempo eram “impossíveis”, devido ao alto custo envolvido, hoje, utilizando-se dessa tecnologia, são possíveis.
O avanço desta tecnologia é indiscutível e inevitável. Basta procurar na internet que veremos várias empresas que monitoram os estoques de seus clientes à distância para que insumos não faltem. Recentemente, o hospital Albert Einsten de São Paulo, lançou um programa que monitora “on-line” os pacientes mais propensos a terem um problema cardíaco. Outra aplicação consagrada é o sistema de religamento de chaves das distribuidoras locais de energia elétrica.