A chamada Revolução Industrial, cronologicamente situada entre 1760 e meados do século XIX, incrementou as linhas de produção com a introdução da máquina a vapor. O impulso seguinte à produção fabril foi aquilo que se convencionou chamar segunda revolução industrial, com a introdução da eletricidade, química, petróleo e aço, além da expansão do transporte ferroviário. O período pós segunda guerra mundial conheceu o desenvolvimento da eletrônica, da tecnologia da informação e das telecomunicações, a chamada terceira revolução industrial.

Sem dúvida, o termo revolução aplicado a esses processos não seria o mais apropriado. Cada um deles traça um caminho evolutivo ditado pela necessidade de produzir cada vez mais, a um custo progressivamente mais baixo.

Neste processo evolutivo, em que o acúmulo de quantidade dá o salto de qualidade, chegamos ao que ficou conhecido como a quarta revolução industrial, ou, indústria 4.0. Numa convergência de tecnologias – digitais, físicas e biológicas – chegamos à automatização total da produção. Mais do que isso, sistemas ciberfísicos, combinando máquinas com processos digitais, são capazes de tomar decisões descentralizadas e trilhar a cooperação entre si e com humanos com o concurso da internet das coisas (IoT) e da computação em nuvem.

A partir daí, os pesquisadores vislumbram recursos ilimitados, como nanotecnologia, neurotecnologia, inteligência artificial, biotecnologia, sistemas de armazenamento de energia, drones e impressores 3D. Poderia ser o sonho de uma humanidade liberta para exercer todo o seu potencial criativo. Mas, a exemplo do ocorrido no início do século XIX com a mecanização da produção e consequente destruição de postos de trabalhos, que gerou reações intempestivas como as do ludismo, prevê-se, agora, a pulverização de ao menos 5 milhões de vagas de trabalho nas 15 economias mais industrializadas do mundo. E, quem sabe, o estabelecimento definitivo de relações laborais desregulamentadas e precarizadas.

Concentrando-nos nos aspectos positivos, a Internet das Coisas, ou Internet of Things (IoT), tem o potencial de alterar totalmente a forma como nos relacionamos com os sistemas prediais. Ainda, no momento que a pandemia provocada pelo coronavírus Sars-CoV-2 desnuda a relação pouco cautelosa que mantemos com os espaços confinados, ela pode ser de grande valia para o controle sobre a disseminação de novos surtos de doenças transmissíveis.

Impacto da Internet das Coisas na arquitetura dos sistemas

“Quando pensávamos em um sistema de controle e automação dificilmente fugiríamos da estrutura básica: sensores comunicando com CLPs que, por sua vez, comandavam os dispositivos atuadores para ajustar as variáveis do ambiente. A Internet das Coisas trouxe novos protocolos de comunicação, novos meios físicos e inclusive alterou o fluxo da informação. Hoje podemos ter um Broker MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) na nuvem recebendo dados de sensores com comunicação LTE-M espalhados pelo mundo todo, enviando os dados coletados no ambiente para um controlador localizado no data center do cliente, que irá processar essas informações e atuar no ambiente utilizando VAVs com comunicação ZigBee. O que podemos ver é que diversas tecnologias foram agregadas e criaram diversas possibilidades de arquitetura o que tornou o sistema muito mais flexível a adaptável às novas necessidades”, explica Rafael de Moura, da área de gestão do conhecimento e relacionamento da Mercato Automação.

Roberto Godoy Fernandes, gerente de marketing de produto da Siemens, entende que na tecnologia anterior os sistemas de automação se comunicavam localmente nas instalações do cliente. “No máximo havia a possibilidade de conectar sistemas de várias localidades, mas sempre limitados na dimensão do projeto em questão. Com o avanço da IoT, os sistemas de automação recebem atualizações importantes e evoluem na direção de possuírem equipamentos mais sofisticados e seguros no nível da segurança da informação. Embarcados com algoritmos avançados, permitem a comunicação inteligente dos dados, localmente e em nuvem. Com o IoT, os sistemas de automação são capazes de operar com a máxima eficiência, interoperabilidade, local e remota, assegurando o uso racional de recursos, tais como energia elétrica e água. Em um mundo próximo, as cidades se tornarão inteligentes, e os edifícios que já se beneficiarem do IoT poderão, inclusive, contribuir com dados operacionais relevantes”, enfatiza.

“Os sistemas de automação nos levarão cada vez mais a enxergar o sistema como um ambiente único e integrado, podendo gerar múltiplas aplicações, hoje nem imaginadas. Poderemos ter sistemas de automação em iluminação que fornecem insumos para segurança e controle de acesso, ou sistemas de incêndio que fornecem insumos para um ambiente de produção. Além disso, vamos ver cada vez mais sistemas que interagem diretamente com o usuário final de forma descentralizada, rompendo barreiras de operação e permitindo cada vez mais adaptabilidade e agilidade para atender as demandas dos clientes”, completa Godoy Fernandes.

“Em um mundo cada vez mais conectado, no qual as pessoas experimentam a cada dia novas formas de consumir produtos, serviços e interagir com dispositivos, máquinas e equipamentos, os projetistas de sistemas de automação são desafiados a conceber projetos que atendam a crescente demanda por conectividade e disponibilidade de informações em tempo real de processos, máquinas e dispositivos”, acredita Marcelo de Andrade Cruzeiro Junior, gerente comercial de negócios digitais da Weg.

O gerente da Weg afirma que, especialmente em sistemas de AVAC-R, em que as exigências de desempenho da aplicação, aliado ao uso eficiente dos recursos energéticos, são primordiais, os sistemas de automação têm evoluído e já atingem um novo patamar, no qual a conectividade, o monitoramento on-line e a inteligência embarcada em dispositivos e sensores vem ganhando cada vez mais espaço. “Assim, os projetistas de sistemas de AVAC-R também têm desenhado arquiteturas que possibilitam uma melhor convergência entre as competências das tecnologias da automação (TA) e as tecnologias da Informação (TI), como, por exemplo, a adoção de plataformas de gerenciamento de ativos (plataforma de IoT) como interface indispensável para dar visibilidade aos sistemas de automação e aos processos propriamente ditos. Os sistemas de automação em AVAC-R têm sido concebidos com foco mais na gestão de recursos e eficiência do que simplesmente no controle do processo por si só, e as informações de controle e operação passam a estar disponíveis em tempo real para um número maior de agentes, e não somente para as equipes de manutenção.”

Rodrigo Castro, do desenvolvimento de negócios da Viridi Technologies, acredita que durante séculos nos esforçamos por entender o funcionamento de máquinas e equipamentos e como aprimorá-los tornando-os mais eficientes, assim como evitar a interrupção abrupta no funcionamento, evitando prejuízos e perdas financeiras. “Se fizermos uma análise deste cenário, podemos ver que sempre foi um desafio a interação entre homem e máquina e vários sistemas foram criados para que nós nos comunicássemos com os equipamentos, sempre no sentido do fluxo de informação. E todo esse processo histórico foi necessário para que chegássemos nas tecnologias atuais. Hoje em dia, a evolução da engenharia nos trouxe para um patamar diferente. A indústria 4.0 modifica a forma como o homem se relaciona com as máquinas dando a elas maneiras de se comunicarem conosco. Através da implementação da Internet das Coisas as máquinas e equipamentos agora nos ‘falam’ como podemos torná-los mais eficientes, prevendo suas manutenções e tornando-os mais rentáveis.”

O diretor de tecnologia e operações da Novus, Marcos Dillenburg, sintetiza as alterações relevantes introduzidas pela Internet das Coisas na arquitetura de projetos de automação. “Descentralização de sinais de sensores e atuadores, com grande aumento no número de dispositivos digitalmente conectados, e mudança na clássica estrutura de 4 camadas de rede da ‘pirâmide de automação’, convergindo para uma estrutura de 2 ou 3 camadas, incluindo cloud. Será muito mais comum sensores enviarem dados diretamente para a nuvem, de onde os sistemas de gestão e controle consomem esta informação.”

Vantagens para os usuários

É Dillenburg quem começa por apontar as vantagens que a nova realidade proporciona. “Sensores IoT baratos e com comunicação sem fio irão permitir um projeto de automação barato e mais flexível, permitindo o fácil acréscimo de novos sensores para estabelecer novas estratégias de controle em sistemas AVAC que resultarão em maior eficiência energética e conforto. Tais sistemas, projetados dentro do conceito IoT, serão mais facilmente adaptados às necessidades específicas do usuário, podendo operar de forma mais eficiente e resultando em maior conforto em ambientes adequadamente sensorizados.”

“Ao integrar dispositivos inteligentes com sensores de movimento conectados a uma Plataforma de IoT, por exemplo, os operadores de sistemas de AVAC-R podem monitorar continuamente a ocupação dentro do edifício. Quando nenhum movimento é detectado por um período prolongado, o sistema (sensores e plataforma) pode sugerir, através de uma notificação, a diminuição imediata do resfriamento para então diminuir o consumo de energia e melhorar o conforto térmico do ambiente. O monitoramento on-line do sistema de AVAC-R também pode empregar as mais recentes tecnologias de inteligência artificial, inclusive com técnicas de visão computacional, tornando o sistema como um todo ainda mais inteligente e capaz de aprender as preferências dos usuários, além de ajustar-se às necessidades de conforto automaticamente”, explica Cruzeiro Junior, da Weg

Godoy, da Siemens, por sua vez, valoriza a velocidade da informação proporcionada pela IoT. “Sua disponibilidade permite que melhores decisões operacionais sejam tomadas de forma autônoma por meio dos sistemas ou de forma eficaz por usuários. Cada vez mais os sistemas irão interagir com o usuário final de forma descentralizada. O nível de experiência do usuário será maximizado, tal como aumento da maturidade no âmbito da eficiência energética, este fato, por facilitar a concentração de dados em uma base única, permitirá que empresas especializadas realizem benchmarking entre clientes e percebam níveis de otimização e melhorias nunca imaginadas.”

“Acredito que os sistemas irão prover ambientes mais confortáveis e mais seguros, visto que a pulverização de sensores e outros dispositivos em campo será muito maior devido as facilidades de comunicação. Isto trará muito mais precisão a todos os sistemas e consequentemente entregarão uma experiência muito melhor ao usuário destas edificações”, diz Moura. Para ele, a vida dos usuários ficará muito mais simplificada. “Ir a campo fazer o comissionamento utilizando apenas um smartfone que comunica diretamente com os dispositivos por bluetooth; utilizar uma rede de comunicação do tipo mesh, que não necessita de infraestrutura física e que se adapta de acordo com a quantidade de equipamentos presentes ou com as barreiras físicas que interfiram na comunicação sem fio. Em resumo a operação fica mais simples, mas muito mais precisa.”

Ou, como explica Castro, da Viridi, “um sistema de automação sem conectividade tem seus dados mantidos em memória interna ou, até mesmo, em servidor local e disponibilizado para consultas esporádicas, porém, ao trazer conectividade a este equipamento podemos coletar esta informação em tempo real, armazenar em um banco de dados em algum serviço em nuvem sincronizado com um sistema ERP em outro país que, por sua vez, criará algum tipo de indicador informando que determinada máquina responsável pelo conforto térmico e diretamente ligada à produtividade dos funcionários, está com desempenho abaixo da média histórica, consumindo muita energia, gerando pouco trabalho, explicando, assim, um dos motivos de aumento de despesas de determinado complexo comercial. Este mesmo indicador ainda nos alerta que a substituição do equipamento por modelo mais eficiente irá reduzir os custos com manutenção e consumo de insumos e, o valor do investimento diluído em um período de três anos, é equivalente à um terço do prejuízo gerado por este equipamento ineficiente na mesma janela de tempo. A internet das coisas (IoT) transformou o sinal elétrico da camada de operação em um dado de gestão que indicará ao usuário quais medidas tomar, quando, onde e por quê. Todo este direcionamento assertivo introduz o usuário à Inteligência de Negócios (BI – Business Inteligence) em que ações são tomadas baseadas em toda a informação (Big data) que foi analisada (Analytics) proveniente do dispositivo instalado no campo. Empresas que montarem um plano de negócios com uma estratégia de analytics que lhes permita extrair insights de seus dados para serem usados em tempo real nos negócios certamente terão uma vantagem competitiva gigantesca nos próximos anos.”

Eficiência energética e previsibilidade de manutenções

Cruzeiro Junior, da Weg, explica que um sistema de AVAC-R bem projetado e habilitado com as tecnologias de IoT e conectividade com sensores e dispositivos inteligentes conectados a uma plataforma baseada em cloud computing, permite a coleta on-line e o armazenamento de dados de operação do sistema, com o consequente aprimoramento da manutenção preditiva. “Observando o desempenho de operação de um determinado componente crítico do sistema, por exemplo, os técnicos e engenheiros de manutenção podem descobrir as necessidades de manutenção do mesmo com antecedência e consertá-lo antes que ele pare de funcionar, evitando paradas não programadas ou mesmo reparos dispendiosos sem necessidade. Uma plataforma de IoT bem desenhada pode ser configurada para gerar alertas dinâmicos e on-line ao detectar comportamentos anormais em dispositivos e equipamentos. Embora as notificações das condições de operação por si só não sejam suficientes para resolver os problemas, elas ajudam a disparar ações proativas de verificação in loco em pontos específicos do sistema de forma mais rápida e assertiva, garantindo assim que nunca ocorram falhas catastróficas.”

“Além de benefícios já citados anteriormente, temos ainda a vantagem do auto-diagnóstico de dispositivos IoT. Quando um sensor ‘burro’ é substituído por um sensor IoT, o sistema passa a ter diagnóstico da saúde deste sensor, contribuindo para a operação sem falhas por períodos maiores”, assevera Dillenburg.

Godoy, da Siemens, chama a atenção para a necessidade de empregar os dados para gerar informações relevantes. “Um primeiro ponto a se considerar é que a plataforma de gerenciamento dos sistemas necessita ser aberta, com protocolos abertos, modular, flexível, eficiente e intuitiva. Do ponto de vista da eficiência, a plataforma deve, além das capacidades de integração entre protocolos abertos e operação autônoma, assegurar o funcionamento intuitivo com análise assistida de eventos dos sistemas de forma individual e multi-sistêmica. Com o IoT, é possível coletar dados em tempo real, fornecendo uma visão ampla desses dados, para emprego na análise e tomada de decisão operacional. À exemplo disso, tomando como referência uma instalação elétrica, é possível obter os dados elétricos do sistema e decidir o controle de cargas elétricas a partir de premissas tais como da tarifa branca, demanda contratada etc.  Do ponto de vista das manutenções, os sistemas baseados em IoT permitem a coleta de dados relevantes para a operação e manutenção operacional. Tomando como exemplo um sistema de AVAC, dados de controle permite acionar individualmente um chiller, com base nos dados de demanda térmica. Dados de utilização permitem obter o número de horas trabalhadas por um chiller ou bomba hidráulica, oferecendo suporte para que o sistema decida qual equipamento deve ser acionado, como possuir o menor número de horas trabalhas etc. Do ponto de vista da previsibilidade das manutenções, a coleta de dados do número de horas trabalhadas por uma correia de um motor de fancoil ou o nível do diferencial de pressão de um filtro de ar, permitem programar antecipadamente as rotinas de manutenção e prever trocas de peças e partes.”

Internet das Coisas e o controle da covid-19

A pandemia provocada pelo coronavírus Sars-CoV-2 forçou o repensar da nossa relação com os ambientes internos. Neste aspecto, a Internet das Coisas pode jogar um papel na redução do risco de disseminação do vírus. “Com a integração entre as disciplinas podemos ter o sistema de CFTV detectando pessoas com febre, que não estejam usando máscaras ou ainda que não estejam respeitando o distanciamento social e informando ao sistema de controle de acesso para tomar alguma ação sobre isto. Ainda, podemos utilizar o sistema de VAVs com comunicação ZigBee para promover uma renovação de ar adequada e, também, o tratamento da qualidade do ar sendo executada de acordo com as informações captadas por sensores de VOC, CO2 etc.”, diz Moura, da Mercato.

“A maior contribuição dos sistemas de automação é fornecer suporte na proteção à vida. Edifícios que possuem sistemas eficientes podem de fato contribuir para o combate da crise da Covid-19. É preciso que os sistemas sejam de fácil (re)parametrização, (re)programação e com assistência de operação e manutenção remota, vital em uma fase crítica quando há a restrição parcial ou total de acesso físico nas edições”, afirma Godoy.

O gerente de marketing da Siemens enfatiza que o sistema de automação deve limitar o número de ocupantes e que gerencie a restrição temporária para usuários que tenham sido diagnosticados com o novo coronavírus. Na questão da qualidade do ar interno, ele lembra que a proteção natural da mucosa nasal trabalha melhor quando o ar está dentro dos limites recomendados de umidade. “Nesse contexto, a automação deve ser de fácil programação, a fim de que se evite o ar seco nos ambientes, com baixo r.H.%. A umidade mais alta, aumenta as gotículas e, na ocorrência de um espirro ou tosse, as gotículas se tornam maiores, mais difíceis de serem transportadas pelo ar, com probabilidade maior de cair e serem eliminadas. Ainda na qualidade do ar, em áreas médicas, ambientes que possuem controle diferencial de pressão de ventilação e que contenham o vírus, necessitam de controle eficiente para evitar o vazamento de ar e contaminação em outras áreas. Outro exemplo de controle eficiente de ar na área médica é o controle de dampers. O controle normal de um sistema de AVAC prevê que parte do ar de retorno da edificação seja reutilizado, primordialmente para reduzir o uso de energia elétrica, contudo no cenário da Covid-19, este controle necessita estar em conformidade com a especificidade do ambiente, uma vez que a recirculação do ar interno do edifício pode contaminar todo o empreendimento.”

Castro, da Viridi, explica que através da implementação da IoT, é possível expandir as possibilidades do sistema e encontrar e extrair informações cruciais para tomadas de decisão em melhorias. “Nos sistemas de AVAC-R, poderíamos otimizar o sistema trazendo informações reais de grandezas, calculadas em projeto, como a carga térmica em cada ambiente através da análise constante de sensores, como contadores de pessoas,  de presença humana e wattímetros nas tomadas dos equipamentos e, no caso de não ser detectada necessidade de conforto térmico no ambiente, o sistema automaticamente pode direcionar seu trabalho para outra área que está precisando ser refrigerada ou iluminada por exemplo. Isso evitaria trabalho desnecessário e aumentaria a eficiência do sistema de ventilação e refrigeração. Este tipo de solução é muito útil atualmente, pois com a chegada da Covid-19, poucas pessoas estão trabalhando nos escritórios, e muitas vezes sistemas inteiros encontram-se em operação sem a necessidade de dissipar tal carga térmica.”

Sintético, Dillenburg, da Novus, diz que a “contribuição da automação e IoT transcende o estreito tempo desta pandemia, mas viabiliza o projeto de novos sistemas em que haja maior quantidade e inteligência nos sensores e atuadores que controlam, por exemplo, a renovação de ar. A integração com outros sistemas prediais, como o de acesso, fica também facilitada em uma arquitetura cloud.”

Ronaldo Almeida
ronaldo@nteditorial.com.br

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