[SCADA] A Evolução dos Sistemas Supervisórios – Parte 1

Publicado: 15/03/2012 em Programação, Softwares, Supervisório / SCADA, Tecnologia
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Os Sistemas Supervisórios atualmente utilizados pouco se parecem com as primeiras versões desse tipo de sistema, que foram lançadas a pouco mais de 20 anos. A bem da verdade, quando os mesmos foram lançados, não se podia imaginar que os Supervisórios fossem abraçar tantas funcionalidades e responsabilidades dentro de um projeto de automação, e nem que se tornassem uma base de dados fundamental para importantes tomadas de decisão (e não somente de operação da planta). A perspectiva histórica da evolução dos sistemas supervisórios é conseqüência das mudanças ocorridas em:

a) Evolução tecnológica e poder computacional, que trouxe grande capacidade de processamento (aliada a baixo custo) aos computadores e sistemas atualmente utilizados;

b) Evolução dos processos e práticas de gestão, que demandam constantemente informações da planta em tempos curtos (Six-Sigma, TQM, BSC, outros);

c) Acirramento da concorrência entre empresas (clientes finais), o que traz a necessidade da busca incessante por aumento de eficiência (onde a automação guarda um lugar de destaque);

d) Consolidação da indústria de softwares supervisórios, através da aquisição das empresas desenvolvedoras de mais destaque por grandes grupos fornecedores de instrumentos e CLPs (Controladores Lógico Programáveis). A análise histórica também representa um importante exercício para se avaliar as próximas tendências para os sistemas supervisórios.

EVOLUÇÃO HISTÓRICA 

O uso de sistemas supervisórios teve início no começo dos anos 80. Nesta época, o PC ainda era provido de pouco poder computacional, e outras plataformas de hardware ocupavam o espaço em projetos de automação. Controladores dedicados e mini-computadores eram comumente encontrados, mas apenas em projetos mais sofisticados – principalmente em sistemas de Energia e Petróleo – já que o custo destas plataformas inviabilizava sua adoção em larga escala ou em projetos de menor porte.

Com a evolução do PC e da conseqüente redução de custos observada em função do aumento do volume de produção desses componentes, começam a ser lançados os primeiros softwares conhecidos como SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), ou Supervisórios. Obviamente esta evolução motivou o surgimento de diversas empresas desenvolvedoras de softwares SCADA, sendo que em 1992 mais de 120 diferentes fornecedores disputavam um mercado ainda emergente. Dentro desta mesma tendência, diferentes sistemas operacionais surgiram com propósitos e características distintas, e até o advento do Windows NT não houve uma convergência de desenvolvedores para uma plataforma única de sistemas operacionais. DOS, OS/2, Unix, QNX, Windows, VMS eram alguns dos sistemas operacionais encontrados, e a disputa entre supervisórios concorrentes também incluía a escolha do Sistema Operacional. As terminologias e os módulos apresentados em cada supervisório ainda eram distintos, o que dificultava sobremaneira a adoção de uma ferramenta única como padrão. Algumas empresas pioneiras marcaram época na década de 80, como a Heuristics e seu software Onspec – talvez o primeiro produto para a plataforma PC com projeção de mercado. A década de 80 teve também uma forte influência, no Brasil, da reserva de mercado e da SEI – Secretaria Especial de Informática, que limitava a importação de hardwares e softwares com o objetivo de estimular a geração de tecnologia nacional. Tal reserva, se por um lado trouxe um considerável atraso tecnológico às empresas brasileiras, gerou o surgimento dos primeiros sistemas de supervisão e controle de processos, fomentados principalmente por empresas como a Cia. Vale do Rio Doce – na época, estatal. Os produtos Pautom (da Paulo Abib Engenharia) e o Autovale (versão modificada para a CVRD), desenvolvidos em uma plataforma nacionalizada do sistema operacional QNX, foram possivelmente os embriões da produção nacional de softwares de supervisão.

Diversas empresas internacionais lançaram, em meados dos anos 80, suas primeiras versões de softwares SCADA – além da Heuristics, empresas como Intellution (The Fix), PC Soft (Wizcon), Iconics (Genesis), US Data (Factory Link) e CI Technologies (Citect) tiveram destaque nesse período. Os mais diversos sistemas operacionais foram utilizados como plataforma, sendo que a US Data buscou desenvolver uma versão de seu software como multi-plataforma para DOS, VMS e OS/2; a PC Soft tinha suas versões de Wizcon para OS/2 e DOS; a Intellution, para DOS e em um determinado momento chegou a lançar uma versão também em OS/2; e a Iconics, sempre em DOS. Outros softwares de “nicho” também apresentaram alguma participação de mercado, como o RealFlex (QNX) ou Paragon, mas com participação de mercado bastante reduzida.

Como mencionado acima, a convergência de plataformas se deu após o “Fator Microsoft”. A Microsoft se tornou realmente uma força dominante em Sistemas Operacionais para Desktops, e lançou uma versão específica que impulsionou as aplicações industriais em seu ambiente: O Windows NT. Esse sistema operacional superou algumas limitações importantes existentes no Windows 3.1, mas já largamente utilizadas em outros sistemas operacionais como OS/2 (da IBM), QNX ou UNIX, como o ambiente multitarefa (essencial para o bom desempenho dos sistemas supervisórios). Com esse movimento, a IBM decidiu – alguns anos depois – interromper o desenvolvimento do OS/2, o UNIX teve seu espaço garantido no mundo de TI (mas não no chão-de-fábrica), o QNX se tornou um sistema operacional de “nicho”, e a Microsoft foi a vencedora desse mercado.

Reconhecendo esta realidade, a grande maioria das empresas desenvolvedoras de softwares supervisórios migrou para a plataforma Windows e para padrões Microsoft. Ao mesmo tempo, os clientes foram requerendo funções similares nos produtos, resultando em uma convergência nos padrões e módulos. A consolidação da indústria de softwares supervisórios passa a ser inevitável, e dos 120 fornecedores mencionados anteriormente, passam a restar não mais que 15 empresas globais no mercado – em um período de apenas 10 anos. A Wonderware (In Touch), sendo a pioneira em supervisórios em plataforma Windows, se beneficiou desse momento e conseguiu um importante market share. Duas empresas nacionais desenvolvedoras de supervisórios também surgiram no final dos anos 80 e início dos anos 90, e merecem destaque – a Elipse e a Indusoft.

Por outro lado, os principais fabricantes de hardware, como Siemens (Coros), Rockwell (Sis900) e GE, mantinham plataformas de supervisão com poucos recursos, não enxergando ainda o diferencial competitivo que uma plataforma robusta de SCADA poderia trazer à sua oferta aos clientes.

Após o advento do “Bug do Milênio”, onde a grande maioria dos clientes finais aproveitou o momento não somente para remover os riscos que a passagem do milênio representava, mas também para atualizar o seu parque tecnológico, o mercado consumidor de sistemas supervisórios passou por um momento de crescimento vegetativo, obrigando as empresas fornecedoras a buscarem outras formas de tecnologia que, ao mesmo tempo, apresentassem nova perspectiva de crescimento acelerado e utilizassem a infra-estrutura dos atuais sistemas supervisórios.

Mais uma vez houve uma profusão de novos caminhos – alguns fornecedores utilizaram a Internet como alavanca de crescimento e novas tecnologias; outros seguiram o caminho do desenvolvimento de uma camada de gerenciamento de informações industriais; um outro grupo partiu para a migração dos sistemas supervisórios para plataformas portáteis (baseadas em Windows CE, primordialmente); e um quarto grupo optou pelo desenvolvimento de ferramentas de otimização de processos e controles avançados, também utilizando a infra-estrutura dos supervisórios. Esta diferenciação criou outras categorias de softwares que, embora relacionados diretamente aos sistemas supervisórios, traziam diferentes propostas de valor aos clientes. É uma clara tentativa de diferenciação, disputada até os dias de hoje.

Estrategicamente, os fabricantes de hardware enxergaram nos últimos seis anos que o supervisório poderia se tornar não somente uma plataforma de diferenciação, mas também agregar mais valor à sua solução e permitir o chamado “One Stop Shopping” – ou seja, a mesma empresa fornece todos os componentes (ou a parte mais relevante) de um sistema de automação, afastando ameaças de concorrentes e mantendo uma posição primordial dentro dos clientes. Tais empresas ou investiram na formação de um grupo desenvolvedor de softwares que pudessem competir com as empresas independentes ou compraram tais empresas. Algumas das empresas de hardware que adquiriram companhias fornecedoras de supervisórios foram a GE, Rockwell, Foxboro, Emerson, Elutions e Schneider.

A evolução das empresas de supervisórios pode ser sumarizada como o Quadro 1.

Quadro 1

EVOLUÇÃO DAS FUNCIONALIDADES 

Como mencionado anteriormente, os supervisórios, como são vendidos hoje, pouco lembram as primeiras versões lançadas nos anos 80. Isso por que todos os aspectos tecnológicos evoluíram consideravelmente, em um curto espaço de tempo (quem tem mais de 40 anos de idade há de se lembrar com bom humor dos disquetes de 8 polegadas, ou de um Apple II com 64 Kbytes de RAM).

Genericamente, os supervisórios são estruturados ao redor de um núcleo (kernel) que coordena a aquisição de dados dos Controladores Programáveis, Instrumentos e Medidores através de elementos conhecidos como drivers de comunicação (processo este simplificado com o advento do OPC). O mesmo kernel se encarrega de distribuir esses dados aos módulos gráficos (como telas gráficas, gráficos de tendência, alarmes, entre outros) e registro histórico (banco de dados). É claro que cada software tem sua forma de gerenciar internamente o tráfego de informações entre os módulos, mas esta é uma arquitetura comumente encontrada nos produtos.

Como conseqüência da mesma evolução tecnológica, os supervisórios ampliaram seus recursos como listado em alguns exemplos abaixo:

– Desempenho / Capacidade: Os produtos que originalmente suportavam o endereçamento de poucas variáveis de controle (tags), agora suportam milhares de variáveis, sendo que alguns projetos documentados com arquitetura em rede chegam a mais de 400.000 tags;

– Conectividade / Redundância: Os supervisórios passaram de estações de operação isoladas para suportar arquiteturas complexas em rede, adicionando segurança (redundância em alguns dos produtos existentes) e escalabilidade;

– Facilidade de Uso: A interface ao usuário (GUI) trouxe todos os benefícios que o ambiente Windows disponibilizou, tanto referente à ferramentas de desenho quando a definição de bancos de dados. Mais que isso, a integração entre os supervisórios e os controladores programáveis deu um importante salto a partir do momento que as bases de dados de ambos ambientes podem ser integradas, facilitando sobremaneira o desenvolvimento e manutenção dos aplicativos;

– Integração com outros ambientes – Antes uma ferramenta isolada, os supervisórios paulatinamente se transformaram em um ambiente aberto e de fácil conexão com outros sistemas, sejam eles de chão-de-fábrica, qualidade, manutenção ou transacionais (ERP);

– Uso da WEB – O uso da WEB está também presente nos supervisórios, de várias formas – desde a simples utilização de estações WEB para monitoração de processos, até o uso da internet para manutenção e monitoramento remotos de aplicações e processos.

Nos últimos 4 ou 5 anos novas funcionalidades foram lançadas, principalmente para facilitar a configuração dos sistemas e a conectividade dos mesmos – mas não foram implementações “revolucionárias”, como o advento do Windows. Parte importante do investimento dos fornecedores de supervisórios se deu no desenvolvimento de ferramentas COMPLEMENTARES aos supervisórios, que se aproveitam de sua capacidade de comunicação e gerenciamento de dados para trazer aos clientes soluções de maior valor agregado. É curioso ver que os supervisórios estão se tornando plataformas robustas, para o desenvolvimento de uma nova camada de aplicativos – e, neste ponto, novamente os fabricantes divergem em suas estratégias, trazendo um leque excepcional de novas oportunidades.

Embora a evolução pareça peculiar, ela mais uma vez repete o “ciclo de vida” de um mercado de tecnologia. Tal ciclo foi descrito por Dr. Paul Strebel, como apresentado no Gráfico 1.

Ref: Focused Energy, por Dr. Paul Strebel, editado por IMD – Institute for Management Development. Gráfico 1

O mercado de supervisórios passou por todos os estágios descritos no Gráfico 1 – desde o início, quando surgiram os fornecedores iniciais (Pioneering), até o momento atual, onde se encontra em novo ponto de “divergência”, no qual alguns dos diferentes caminhos que estão sendo adotados são listados no próximo tópico. Pode ser visto no Gráfico 1 que o momento atual é o último listado, onde é indicado que surgem Novos Competidores, Novos Segmentos e Novas Tecnologias, possivelmente redefinindo como o mercado – e seus produtos – vai se apresentar nos próximos anos.

Normalmente, é nos pontos de divergência (Divergent Breakpoint) que surgem as grandes inovações tecnológicas e, o que é mais interessante, tais inovações tendem a surgir em empresas que não são líderes de mercado ou mesmo que venham de outros segmentos. Em longo prazo, as grandes empresas acabam por lançar soluções similares, em geral adquirindo as empresas que foram as lançadoras das tecnologias divergentes.

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 -(o o)- RODRIGO SILVA

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