Uma conceituação atual para Edifícios de Alta Tecnologia, ou edifícios que utilizam equipamentos automatizados para a realização de tarefas de supervisão e gerenciamento de suas instalações, considera os edifícios que proporcionam um conjunto de sistemas operando de forma integrada, oferecendo uma gama de novos serviços aos seus usuários e a flexibilidade para a incorporação de tecnologias emergentes, objetivando a economia de recursos, a racionalização, uma maior eficiência energética global, o conforto e outros benefícios.

O objetivo a ser atingido com a integração dos sistemas em Centrais de Automação e Supervisão das Instalações Prediais, é alcançar uma sinergia, onde a soma das facilidades obtidas deverá ser superior à mera soma do produto dos sistemas individuais.

Pretendemos apresentar uma conceituação da Automação Predial, detalhando sua arquitetura, seus vários sistemas e possibilidades de controle para mostrar a excelência desta solução e o embasamento para o fato de não mais se pensar em construções de médio e grande porte sem a aplicação da referida tecnologia.

Abordaremos sim, com maior profundidade as dificuldades encontradas na implantação desta tecnologia e o panorama atual da integração de sistemas na Automação Predial ( interconectividade e protocolos ), apresentando os principais estudos em desenvolvimento e as tendências mundiais em torno da padronização ou não dos protocolos e sistemas abertos, e as experiências norte americanas, asiáticas e européias neste contexto.

An actual concept for High-Tech Buildigs, or buildings that use electronic automation devices for management and supervision of their facilities, considers buildings that offer a group of electronis systems working on a integrated topology, offering a variety of new services to their users and the flexibility to incorporate emergent technologies, in spite of the resources economy, the rationalization, a higher global energetic eficiency, comfort and other benefits.

The main objective to be reached with systems integration into a Building Facilities Management System, is to achieve a sinergy, where the beneficts total is higher then the sum of the individual systems beneficts

We intent to present a quick approach into Building Automation, describing it architeture, it many systems and control possibilities, to show this solution excellence and the arguments to prove that it's impossible to think on medium and large constructions without using this technology.

On a closer look, we'll see the dificulties on this technology implementation and the actual stage on Building Automation Systems integration ( interconectivity and protocols ), presenting the most important studies under development and world trends on the open systems and protocols standarization or not, and the north american, asiatics and european experience within this context.

Apresentação

2.1.1 SISTEMAS ELÉTRICOS

a) Sub-sistema de Transformação e Distribuição de Energia

b) Sub-sistema de Geração de Energia Elétrica de Emergência

c) Sub-sistema de Iluminação Normal e de Emergência

2.1.2 SISTEMAS HIDRÁULICOS

a) Sub-sistema de Abastecimento e Armazenamento de Água

b) Sub-sistema de Controle da Estação de Tratamento de Esgotos

c) Sub-sistema de Controle da Caldeira

d) Sub-sistema de Controle dos Boylers

e) Sub-sistema de Abastecimento de Gases

2.1.3 SISTEMAS DE TRANSPORTES VERTICAIS

2.1.4 SISTEMAS DE CONDICIONAMENTO DE AR E VENTILAÇÃO

a) Sub-sistema de Condicionamento de Ar

b) Sub-sistema de Ventilação Mecânica

2.2.1 SISTEMAS DE DETECÇÃO E APOIO AO COMBATE DE INCÊNDIOS

2.2.2 SISTEMAS DE CONTROLE DE ACESSOS

2.2.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO PERIMETRAL E INTERNA

Referências Bibliográficas

Na década de 70 observa-se o final da era dos " Edifícios Representativos ", considerando-se o Edifício da Ópera de Sidney ( Austrália ), como o último exemplo desta classe de edifícios. Desta forma, as atenções são voltadas para o novo exercício de estilo dos arquitetos que são os " Edifícios Corporativos ", escritórios centrais dos grandes conglomerados [1].

A dinâmica destas novas edificações provoca uma grande demanda por serviços mais rápidos e otimizados, que juntamente com o advento e proliferação dos computadores pessoais, determinaram a adoção de recursos de informática e outros equipamentos de alta tecnologia, como ferramentas para atingir-se os mais altos níveis de produtividade, conforto, economia e segurança [1].

Logo, esta demanda por serviços otimizados, extrapola o âmbito dos edifícios corporativos e passa a ser determinante de outros tipos de edificações [1], como os edifícios comerciais multi-corporativos, shopping centers, aeroportos, super mercados, hospitais e até edificações residenciais uni e multi-familiares.

Diante da conjuntura atual e especialmente das problemáticas vividas pelos setores de energia elétrica, com a conseqüente política tarifária empregada pelos governos e concessionárias e de segurança pública com a necessidade cescente de investimentos em serviços de segurança privada, torna-se imperativo a excelência no gerenciamento do consumo e utilização da energia elétrica e dos demais recursos envolvidos com o projeto, a implantação, operação e manutenção de instalações de todos os portes.

Inicialmente faz-se importante a diferenciação sobre o emprego errôneo da terminologia ' Edifício Inteligente ' como forma de designar todo e qualquer edifício dotado de recursos de automação.

O ' Edifício Inteligente ' emprega inteligência em sua concepção, projeto, implantação, operação e manutenção, de forma a explorar da maneira mais racional possível, todos os recursos naturais e financeiros envolvidos, tais como posicionamento, fachadas, materiais, iluminação natural, clima externo e mais, de forma a otimizar o consumo de recursos de infra-estrutura como energia, água e outros.

A concepção de um ' Edifício Inteligente ' envolve todas as atividades normais de projeto de uma edificação, desde análises de viabilidade técnico / econômica do empreendimento na sua forma global, até os mais avançados conceitos e tecnologias adotadas pelas Arquitetura e Engenharias para a construção e implantação de novos sistemas.

Assim, esta implementação pode ainda contemplar um moderno Sistema de Supervisão e Controle Predial, porem este é ainda, apenas parte de um processo maior e certamente, não o seu objetivo final. Os edifícios dotados exclusivamente destes sistemas de automação ou seja, sem as preocupações inerentes ao conceito de inteligência da edificação de uma forma geral, são usualmente chamados de ' Edifícios de Elevada Tecnologia '.

Os projetos arquitetônicos, estruturais e de instalações devem levar em conta também, a implementação horizontal e vertical desta tecnologia, principalmente nas dimensões dos equipamentos, no interfaceamento destes, no cabeamento com rotas otimizadas e inclusive, considerações e previsões de modularidade para expansões futuras, pois a implantação e integração de um Sistema de Automação e Supervisão Predial é uma premissa determinante de toda a infra-estrutura de instalações.

Atualmente, as estruturas organizacionais são alteradas freqüentemente e os grupos de trabalho são formados por funcionários sediados na empresa ou não, sendo que fornecedores e parceiros são flexíveis e móveis.

Portanto, surgindo como uma resposta fundamentalmente arquitetônica às mudanças qualitativas dos escritórios na era da alta tecnologia, os ' Edifícios Inteligentes ' estão entrando na era das redes de comunicação ( networks ), um fator essencial nas atuais tendências internacionais de negócios [2].

figura 1 - Integração Total [2]

Por que os usuários finais necessitam e especificam novas funções que requerem a integração de múltiplos sistemas eletrônicos de automação ( descritos nos próximos capítulos ), vários protocolos têm sido desenvolvidos e comercializados.

Novamente, a implantação e integração de Sistemas de Automação e Supervisão Predial como um todo são determinantes da infra-estrutura de instalações de uma edificação. Ao mesmo tempo, estes processos criaram a necessidade de uma estrutura que suporte o fluxo de informação entre seus elementos e que permita a adaptação dos sistemas a diferentes instalações, necessidades, fornecedores e formas de processo de modo simples. Este sistema é designado como um ' Sistema Aberto de Automação '.

Nos Sistemas Abertos de Automação um dos principais problemas da integração é a interconectividade entre os elementos que formam o sistema, isto é, a capacidade de se comunicar e permitir a troca de informação entre os diversos sistemas utilizando protocolos e redes de comunicação [3].

No final da década de 80, os ' Edifícios de Alta Tecnologia ', sob o ponto de vista das facilidades, já incorporavam um conjunto de serviços, executados por sistemas e equipamentos eletrônicos, que podiam ser classificados basicamente em 3 ( três ) grandes grupos, que apresentados sob uma ótica simplista são :

• Automação Predial - Visando a racionalização da operação ( comando ) e da supervisão ( gerenciamento técnico ) das instalações de infra-estrutura e sistemas da edificação, proporcionando uma maior segurança ao patrimônio e usuários, bem como conforto e economia para estes últimos através da otimização da operação / manutenção e redução dos custos globais ( energia elétrica, água, pessoal e etc... ).

• Automação de Escritórios - Visando a melhoria das condições de trabalho, a multiplexação dos recursos e o aumento da produtividade, fornecendo o suporte necessário para que os serviços sejam executados com maior eficiência, rapidez e integração.

• Comunicações - Visando através do intercâmbio de voz / som, dados e imagens, agilizar a geração e distribuição de informações nos ambientes interno e externo de forma rápida, segura e eficiente, proporcionando aos usuários todas as possibilidades de comunicação e acesso a fontes de informação, propiciando a melhoria de seu desempenho e condições de vida.

Com a ' informatização ' dos equipamentos de escritórios mais simples e com a proliferação de sistemas de comunicações microprocessados, torna-se cada vez mais difícil delinear a fronteira entre estes dois últimos grupos e portanto, atualmente, podem ser tratados de maneira única.

Porém, sob outra perspectiva, quando analisamos o corpo da edificação como um todo, pensamos na integração dos diversos sitemas de infra-estrutura das edificações ( elétrico, hidráulico, condicionamento de ar, ventilação mecânica, transportes e etc... ) ou seja, no Sistema de Automação e Supervisão Predial.

Outrossim ressalte-se a existência de importante tendência de concepção e projeto de ' Edifícios Inteligentes ' vinda à tona já mais recentemente, qual seja, a integração global da automação predial, da automação de escritórios e dos sistemas de telecomunicações [4].

Neste trabalho pretendemos abordar a implantação e integração de Sistemas de Automação e Supervisão Predial de uma edificação, tornando-se portanto necessária uma explanação inicial sobre a automação predial em si.

Na continuação deste capítulo, apresentamos a conceituação dos edifícios dotados de sistemas de automação predial. Já No capítulo 2, tratamos sob uma perspectiva básica, da arquitetura, dos sistemas e possibilidades atuais da automação predial. No capítulo de número 3, comentamos algumas das dificuldades encontradas na implantação desta tecnologia em edificações projetadas ou não, para receber estes sistemas. Já no próximo capítulo, o de número 4, enfocamos a relação com os sistemas abertos, apresentando um panorama atual, as experiências em curso e as tendências da aplicação de sistema abertos na automação predial..

Os conceitos sobre Edifícios de Alta Tecnologia têm sido freqüentemente comentados nos meios da construção civil, onde empreendedores utilizam-se erroneamente destes conceitos quer seja como um gancho de " marketing " para seus produtos ou para incorporar um maior valor venal a estes, ou ainda para a fixação da imagem institucional de edificações corporativas.

Uma conceituação atual para Edifícios de Alta Tecnologia, ou edifícios que utilizam equipamentos automatizados para a realização de tarefas de supervisão e gerenciamento de suas instalações, considera edifícios que proporcionam um conjunto de sistemas operando de forma integrada, oferecendo novos serviços aos usuários e flexibilidade para incorporação das novas tecnologias emergentes.

O objetivo almejado com a integração dos vários sistemas em Centrais de Automação e Supervisão, é passar de uma lógica individual, onde cada dispositivo realiza uma ou mais funções específicas sem se relacionar diretamente com outros dispositivos, para uma lógica de ' sistemas ', onde todas as funções dos vários dispositivos, ainda que muito diferentes entre si, são realizadas de modo inter-relacionado, proporcionando todos os benefícios do gerenciamento [5] ( sinergia ).

As antigas e rígidas arquiteturas baseadas no processamento centralizado, apresentavam como principais desvantagens, o comprometimento da eficiência e operação continua do sistema por sua grande suceptibilidade a panes globais e o elevado custo de implantação devido a quantidade e comprimento da cablagem utilizada, pois o sensoriamento e demais dispositivos de controle permaneciam distribuídos pela edificação .

Os atuais Sistemas de Automação e Supervisão Predial possuem uma arquitetura com processamento fundamentalmente flexível e distribuído, possibilitando um alto nível de independência e integração entre os diversos sistemas de infra-estrutura, a um custo muito mais competitivo. Esta arquitetura é baseada em 3 ( três ) níveis hierarquicos principais, com até duas sub-divisões secundárias nos dois primeiros níveis, podendo ser ilustrada como segue :

figura 2.1 - Arquitetura dos Níveis de Controle [ Kahn, M. L. ]

No primeiro nível ou Nível de Supervisão, temos as principais IHM's, ou interfaces homem-máquina do Sistema de Automação e Supervisão Predial da edificação. Neste nível encontram-se os micro-computadores ou estações de trabalho responsaveis pelo gerenciamento, supervisão, comando e controle remoto dos dispositivos e sistemas de campo. Estas tarefas podem ser concentradas em uma única Central ou ainda sub-divididas e concentradas por Sistemas e posteriormente agrupadas na Central de Automação e Supervisão.

As Centrais dos Sistemas têm funções sistêmicas dedicadas, por exemplo : uma somente para o processamento dos sinais de controle das diversas utilidades e outra somente para os sinais de intrusão e/ou incêndio. Quando estas centrais passam a ser multi-disciplinares, englobando as tarefas de sistemas distintos, são designadas Centrais de Automação e Supervisão.

Novas correntes filosóficas, optam pela independência física entre as Centrais de Automação e Supervisão das diversas instalações do edifício e a Central de Segurança, motivado não somente pela diferença de disciplina das pessoas que deverão operar as mesmas, como também pela prioridade que os sinais de alarme devem ter sobre os demais.

Entretanto, embora independentes fisicamente, as centrais devem estar integradas entre si, proporcionando a referida sinergia entre os sistemas. A configuração destas centrais é totalmente flexível, variando de acordo com sua aplicação e disposição.

No segundo nível ou Nível de Processamento, temos o processamento local em si ou seja, o interfaceamento inteligente com os equipamentos de campo, sendo responsáveis pela aquisição, tratamento e controle de dados a nível local, comunicando-se entre si neste nível e com o nível superior, por meio de redes de comunicação proprietárias ou não.

Novamente temos a sub-divisão deste nível, entre os Processadores Locais ( Single Loops, automatismos próprios de dispositivos supervisionados, etc.. ), responsáveis pelo tratamento de uma malha de controle com poucas variáveis e podendo atuar independentemente ou ainda por sua vez, estar interligados as Unidades Remotas ( Unidades de Controle Distribuído ou Controladoras ), responsáveis por diversas malhas e rotinas distintas de controle com quantidades mais significativas de variáveis.

Neste segundo nível, os dispositivos são autônomos e executam todas as funções para as quais foram setados e programados, independentemente da interferência do nível superior seja por operação automática ou pela decisão humana, encontrando-se distribuídos pela edificação, de acordo com a concentração dos pontos a serem controlados / supervisionados, minimizando os custos de cabeamento.

Já no terceiro nível ou Nível de Campo, temos o interfaceamento com o campo em si, ou os diversos sensores e atuadores responsáveis pela entrada de dados e pela efetivo comando e operação dos diversos sistemas de infra-estrutura da instalação.

figura 2.2 - Esquema Funcional Típico [ Kahn, M. L. ]

Os Sistemas de Automação e Supervisão Predial são responsáveis pelo gerenciamento e operação das instalações de infra-estrutura da edificação. Estas instalações podem ser divididas da seguinte forma :

• Utilidades - Que têm por ênfase proporcionar maior conforto aos usuários e otimizar os custos de operação e manutenção das instalações. Classificam-se neste grupo as instalações elétricas ( normal e de emergência ), instalações hidráulicas, condicionamento de ar, ventilação mecânica, comunicações e transportes verticais.

• Segurança - Com igual importância, estas instalações podem ser sub-divididas em dois grupos : incêndio e patrimonial. A proteção contra incêndios conta com detecção, alarmes, sinalizações de rotas de fuga e apoio ao combate à incêndios. No segundo grupo enquadram-se as instalações de segurança patrimonial como por exemplo, proteção perimetral propriamente dita, intrusão, controle de acessos, circuito fechado de televisão, etc.

Toda edificação requer uma infra-estrutura para os diversos serviços que serão implementados. Por sua vez, cada edificação possui suas necessidades particulares, e assim, demanda uma análise individualizada, onde inclusive as premissas para a tomada de decisões são alteradas. Apresentaremos agora alguns dos vários sistemas de instalações de uma edificação e as possibilidades de controle normalmente empregadas.

O Sistema de Automação e Supervisão Predial deverá ser responsável pela supervisão e alarmes das variáveis fundamentais do Sub-sistema de Transformação e Distribuição de Energia como tensão e corrente dos transformadores, frequência, estado dos disjuntores e dispositivos de proteção, temperaturas, faltas, fugas, sobrecargas ou outros comportamentos anormais.

Este sistema deve efetuar ainda, o Controle de Demanda da Instalação realizando quando necessário, o comando integrado de cargas de outros sistemas.

Este controle deve se dar através de uma rotina preditiva, onde a demanda instantânea tem monitoramento e integração continua dentro do intervalo de medição da Concessionária local ( hoje em 15 minutos ), permitindo um controle permanente de maneira a comandar as cargas em função da potência que ainda pode ser consumida até o fim do intervalo de medição. Este controle deve considerar fundamentalmente a demanda contratada, a escala de prioridades determinada, e deve respeitar os intervalos mínimos e máximos de ligamento / desligamento particulares de cada carga a ele associada.

A escala de prioridades deve ser determinada tanto para funcionamento normal, quanto para funcionamento em emergência. O módulo de Controle de Demanda deve, de acordo com a disponibilidade de energia dos grupos geradores, a potência e estas prioridades, permitir o comando automático, semi-automático ( mediante confirmação do operador ) e/ou manual das cargas. Para tanto, o Sistema deve considerar a potência instantânea das cargas quando disponíveis através de transdutores, a potência ' em partida ' quando cargas não resistivas, ou a suposta potência nominal, de modo a não afetar o balancemaneto e a continuidade do suprimento de energia.

Esta parametrização deve ser realizada via Central de Automação e Supervisão, através do software software de supervisão, podendo ser alterada a qualquer tempo, em operação ' on-line ', pelo operador habilitado.

A definição das cargas passíveis de controle, bem como a parametrização citada, devem ser definidas oportunamente em cima das necessidades reais da instalação. Para efeito de dimensionamento e projeto, todos os equipamentos elétricos ligados ao Sistema de Automação e Supervisão Predial devem ser considerados como passiveis de controle de demanda.

Para tanto deve-se monitorar as potências instantâneas ativa e reativa, em ponta e fora de ponta da instalação como um todo.

Através do mesmo sensoriamento, este módulo deve também calcular e monitorar o Fator de Potência instantâneo da instalação e prever o futuro comando de Blocos de Capacitores para correção deste fator segundo algorítimo adequado. Deve ser prevista também, o comando e supervisão do aterramento dos capacitores.

Este sub-sistema deve ser responsável ainda, pelo controle de ligamento / desligamento dos quadros de força de energia normal e estabilizada ( tomadas de piso ) para atuação destes quando do religamento da energia elétrica após uma falta da concessionária ou integrado ao Sistema de Detecção, Alarme e Apoio ao Combate de Incêndios para desligamento quando do acionamento, por exemplo, do sistema de sprinklers.

Os dados obtidos através dos diversos sensoriamentos descritos neste item, devem ser registrados, possibilitando a verificação de situações adversas, manutenções, a previsão de despesas e etc... Estes devem estar disponíveis na forma de relatórios configuráveis, na forma gráfica para visualização através de telas dinâmicas ( ‘animadas’ ) e coloridas, e para impressão e exportação na forma de arquivos.

Quando da falta de energia elétrica ou falha no fornecimento, o Sub-sistema de Geração de Energia Elétrica de Emergência deve ser acionado ( partida e comutação ) automaticamente por equipamento de controle dedicado e local, independente da atuação do Sistema de Automação e Supervisão Predial.

Porém, o Sistema de Automação e Supervisão Predial deve comandar o funcionamento do grupo moto-gerador efetuando sua manutenção preventiva, cogeração e/ou em ocorrências especiais com os intertravamentos necessários, além de monitorar continuamente o status das variáveis normais de funcionamento deste equipamento.

Caso não seja detectado o funcionamento do grupo moto-gerador e a comutação, através dos sensoriamentos de tensões e correntes instantâneas nas 3 ( três ) fases de saída deste e do status do disjuntor do barramento de emergência, em até 15 ( quinze ) segundos da queda ou falha do fornecimento da rede comercial ( pela concessionária ), o Sistema de Supervisão e Controle Predial acionará os alarmes respectivos para a intervenção do operador.

A manutenção deste equipamento deve ser realizada periodicamente, normalmente com uma frequência quinzenal. O Sistema de Automação e Supervisão Predial gerenciará este ciclo de modo a efetuar esta tarefa após 15 ( quinze ) dias da última parada de funcionamento do grupo gerador, independentemente da razão desta.

As tarefas de manutenção, devem ser realizadas em horário que não perturbem o desenvolvimento das atividades normais da edificação, compreendendo a seguinte rotina :

a) Verificar posição 'auto/remoto' da chave comutadora do grupo moto-gerador;

b) Partida completa do grupo moto-gerador;

c) Verificar se grupo moto-gerador está estabilizado;

d) Transferência do barramento de emergência para alimentação pelo grupo;

e) Temporização de 30 ( trinta ) minutos;

f) Transferência do barramento de emergência para alimentação comercial;

g) Temporização para resfriamento do grupo moto-gerador ( ± 3 minutos );

h) Parada do grupo moto-gerador

Se durante o ciclo de manutenção normal do Grupo Gerador, for detectada uma falta ou falha na alimentação comercial, o Sistema de Automação e Supervisão Predial deve interromper este ciclo, entretanto sem o desligamento do grupo, passando o controle do grupo moto-gerador ao automatismo proprietário, considerando o ciclo de manutenção efetuado.

Assim, deve ser prevista a supervisão da comutação manual x automático / remoto do quadro de transferência do grupo moto-gerador. O Sistema de Automação e Supervisão Predial deve alarmar quando esta chave for setada à manual.

Também para efeito de manutenção preventiva, será registrado o número de horas em funcionamento deste equipamento, através dos contatos de partida e parada do grupo e do sensoriamento de tensão deste, de maneira a contabilizar todas as horas de funcionamento do motor, inclusive em vazio e/ou em resfriamento.

Deve ser supervisionada ainda, uma linha de proteções aqui designada ' síntese de falhas ', a ser composta pela associação dos contatos dos diversos dispositivos de proteção do grupo moto-gerador que não possuem sinalização individual.

O Sistema de Automação e Supervisão Predial contemplará também, um algoritmo de Gerenciamento Inteligente de Cargas vinculadas ao barramento de emergência.

O algoritmo de Gerenciamento Inteligente de Cargas deve, de acordo com a disponibilidade de energia do grupo moto-gerador, a potência e segundo outras parametrizações, permitir o comando automático, semi-automático ( mediante confirmação do operador ) e/ou manual das cargas, efetuando as rejeições necessárias de cargas não fundamentais, objetivando garantir a continuidade e qualidade do fornecimento de energia de emergência às cargas prioritárias.

Estas parametrizações devem ser realizadas via Central de Automação e Supervisão, através do software de supervisão, podendo ser alteradas a qualquer tempo, em operação ' on-line ', pelo operador habilitado.

A definição das cargas passíveis de controle, bem como a parametrização citada, serão definidas oportunamente em cima das necessidades reais da instalação hospitalar. Para efeito de dimensionamento e projeto, todos os equipamentos elétricos ligados ao barramento de emergência e ao Sistema de Automação e Supervisão Predial devem ser considerados como passíveis deste gerenciamento.

O ponto de partida no controle de iluminação é a setorização, ou seja, a divisão dos pavimentos e/ou áreas a serem iluminadas em zonas e intensidades de iluminação desejada ( luminárias ou grupo de luminárias a serem comandadas ), em função de rigorosos critérios técnico-econômicos.

O controle do nível de iluminamento dos setores pode ser executado fundamentalmente, empregando duas tecnologias, uma digital e outra analógica. A metodologia mais utilizada é a digital, dividindo cada setor ( de luminárias ) em grupos, de maneira a acionarmos 25, 50, 75 e 100% do setor em função da luminosidade. Este controle tem uma boa eficiência tomando como premissa seu custo. Já o contole analógico é muito mais dispendioso inicialmente, em função dos equipamentos necessários a sua implementação como reatores eletrônicos, lâmpadas especiais e outros acessórios.

Adotando-se a metodologia de controle digital da iluminação, o sistema interferirá apenas no acionamento total de circuitos individuais ou grupos de circuitos em cada pavimento e/ou área, objetivando um uso econômico e gradual da iluminação, através de um acionamento que permita a modulação destes grupos de circuitos obtendo níveis percentuais de iluminação segundo as necessidades estipuladas.

O comando dos circuitos de iluminação deverá ser realizado em função da interação de um algoritimo de ' calendario ' ( dias e horarios ), intertravamento com detectores infra-vermelho passivos de movimento, com o Sistema de Acesso ( pessoas e veículos ) e demais sensoriamentos e rotinas de software ( iluminamento, alarmes, etc... ), visando a operacionalidade, racionalização e uma maior flexibilidade e segurança da instalação. A definição do algoritimo de ' calendário ' deve ser realizada oportunamente em função das necessidades reais da edificação e seus ocupantes.

Deve ser previsto o comando local nos quadros de iluminação e comandos remotos via software de supervisão para o ligamento/desligamento dos circuitos ou grupos de circuitos de iluminação, através de chaves comutadoras.

Quando da falta de fornecimento de energia elétrica por parte da Concessionária local, o Sistema de Automação e Supervisão Predial deve comandar o desligamento da iluminação não vinculada aos circuitos de emergência. O religamento desta iluminação deve se dar de maneira gradual, através de um algoritimo de sequenciamento baseado em temporização, para minimizar os picos de carga e alterações na qualidade de distribuição d eenrgia elétrica. Este processo deve considerar ainda, a não interferência e a supremacia do controle de demanda.

A iluminação de emergência deve ser controlada por um equipamento independente do Sistemas de Automação e Supervisão Predial, sendo seu funcionamento totalmente automático, suprido por baterias próprias que atuam quando da queda de energia elétrica e falha no sistema de geração de emergência ( caso não seja detectado o funcionamento do grupo gerador, através do sensoriamento das correntes instantâneas de saída deste ou ainda através do alarme de falha na partida, em até 12 segundos da queda ou falha do fornecimento da rede comercial ). O Sistema de Automação e Supervisão Predial deve monitorar o status das baterias deste sistema e somente comandar o ligamento desta iluminação em ocorrências determinadas.

Todos os pavimentos e/ou áreas sujeitos ao controle do Sub-sistema de Iluminação Normal e de Emergência, devem ter seus tempos em funcionamento totalizados pelo software de supervisão para uma eficiente programação de manutenção preventiva ( limpeza, reposição, etc... ).

Através do sensoriamento do abastecimento de água ( hidrômetro ), dos níveis mínimos e máximos de controle e alarme dos reservatórios de água potável, águas servidas e pluviais, do sensoriamento do poço artesiano e do comando e supervisão de acionamento das diversas bombas de recalque, o Sistema de Automação e Supervisão Predial realizará as seguintes tarefas :

• Supervisão de Níveis, Consumo e Vazamentos - Esta supervisão visa determinar uma rotina inteligente de controle, que comande os recalques de água fora dos horários de ponta ( calendário ), a menos que a água potável atinja o nível mínimo determinado ( mínimo de consumo + reserva de incêndio ) ou que o reservatório inferior esteja vazio.

• Supervisão e Controle de Bombas - As bombas de recalque do poço artesiano, bem como as de água potável, serão acionadas em função do número de horas em funcionamento de cada uma, obedecendo as rotinas descritas acima, sendo também supervisionadas por chaves de fluxo. Já em casos especiais, por intervenção do operador habilitado ( aumento da reserva de água por racionamento, em caso de incêndio sem corte de energia e etc... ).

Habitualmente, por ser prática comum ao mercado, as Estações de Tratamento de Esgotos implementadas em edificações hospitalares, industriais e/ou comerciais, tem seu comando efetivado de maneira automática, através de um Quadro de Comando local e proprietário.

Assim resta ao Sistema de Automação e Supervisão Predial a monitoração das variáveis fundamentais deste Sub-sistema para que este processo possa realizar-se de forma não assistida, ou seja, serão supervisionados os diversos alarmes deste Quadro de Comando, de forma a alertar a Central de Automação e Supervisão, bem como o Departamento de Manutenção quando da necessidade de algum serviço, quer seja preventivo ou corretivo.

Novamente, por ser prática comum ao mercado, as Caldeiras implementadas em edificações hospitalares, industriais e/ou comerciais, tem seu comando efetivado de maneira automática, através de um Quadro de Comando local e proprietário.

De maneira análogo, resta ao Sistema de Automação e Supervisão Predial a monitoração das variáveis fundamentais deste Sub-sistema para que este processo possa realizar-se de forma não assistida, ou seja, serão supervisionados os diversos sinais de operação e alarmes deste Quadro de Comando, de forma a alertar a Central de Automação e Supervisão, bem como o Departamento de Manutenção quando da necessidade de algum serviço, quer seja preventivo ou corretivo.

Por medida de segurança, deve ser previsto também, um comando de desligamento remoto das Caldeiras.

Adotou-se como premissa para apresentação deste sub-sistema, a existência de 2 ( dois ) Boylers de funcionamento elétrico, atuando como geradores de água quente para uma instalação hipotética.

O Sistema de Automação e Supervisão Predial, deve ser responsável pela racionalização da operação dos Boylers, de maneira a permitir, um funcionamento perfeitamente integrado com o algoritmo de Controle de Demanda e demais rotinas de software, almejando a maior economia de energia elétrica possível.

Este Sub-sistema monitorará a temperatura da água nos Boylers, atuando através de algoritmo de controle PID ( proporcional-integral-derivativo ) com saídas PWM ( modulação da largura de pulso ), comandando os diversos estágios ( resistências ) de aquecimento dos equipamentos.

Este algoritmo deve considerar ainda o funcionamento independente ou simultâneo dos Boylers, em função da demanda de água quente, atuando assim nas válvulas de controle e também nas bombas de recirculação.

Novamente objetivando a racionalização de consumos bem como a qualidade e continuidade dos serviços de infra-estrutura fundamentais, no caso específico de edifícios hospitalares ou industriais, existe uma ampla gama de produtos que através da supervisão de suas variáveis fundamentais, pode-se lograr resultados consideráveis, entre estes podemos citar : Gases Medicinais ( Oxigênio, Protóxido de Azoto, etc.. ), Ar Comprimido, Vapor e GLP entre outros.

Existem ainda, dentro do enfoque das utilidades, uma série de outras aplicações como a supervisão e controle dos equipamentos para transportes verticais ( elevadores e escadas rolantes na sua maioria ).

Nestes casos, podemos atuar na supervisao destes serviços executando o comando de funcionamento ou travamento de carros, controlando o acesso a pavimentos restritos, acionando o comando ao térreo em casos de serviço ou emergência e mais.

A implementação da monitoração e controle do Sistema de Condicionamento de Ar e Ventilação Mecânica como parte do Sistema de Supervisão e Controle Predial, objetiva o uso racional da energia elétrica e outros recursos envolvidos com a operação deste Sistema, bem como também e fundamentalmente, a melhoria generalizada das condições de manutenção e operação deste Sistema como um todo.

O Sub-sistema de Condicionamento de Ar das áreas internas de edificações de grande porte, é normalmente realizado através da geração, com ou sem termoacumulação, e distribuição de água gelada por uma rede de Fan-Coils distribuídos nos pavimentos tipo realizando o insuflamento de ar, que por vezes pode contar ainda com insuflamento pelo piso elevado ou forro, proporcioando micro-climas controlados individualmente por sistemas de volume de ar variável - VAV distribuídos nestes.

Determinadas áreas como por exemplo C.P.D.'s, com atividades em horários diferenciados ( 24 horas ), podem contar também com sistemas do tipo " self - contained " para funcionamento independente.

A Central de Água Gelada - C.A.G., localizada normalmente na cobertura da edificação, é composta fundamentalmente por Chillers, equipamentos com certo grau de automatismo próprio, bombas, compressores e torres de resfriamento.

O Sub-sistema de Condicionamento de Ar pode ser dotado ainda, de um sistema de Controle Entálpico com o condicionamento do insuflamento de ar externo, objetivado a racionalização do uso da energia elétrica.

O Sistema de Automação e Supervisão Predial será responsável fundamentalmente pela partida/parada e supervisão do funcionamento e das temperaturas dos Chillers, Fan-Coils e VAV's dos Pavimentos.

Desta forma, as seguintes funções de controle podem ser consideradas como passíveis de implantação :

• Arranque e Parada dos Equipamentos - Este controle será realizado em função de dias e horários pré-determinados ( calendários ), permitindo também, o intertravamento com a detecção da presença de pessoas, controle de consumo e demanda de energia elétrica, detecção e combate a incêndios e outras rotinas de software.

• Supervisão e Controle da Temperatura - Conforme solicitação de cada setor, o operador do Sistema pode ajustar o " SET-POINT " de controle da temperatura local. Este controle será realizado remotamente pelo Sistema de Condicionamento de Ar.

• Monitoramento das variáveis fundamentais de funcionamento de todos os equipamentos do Sub-sistema.

No caso de desconformidade com o funcionamento normal ( aumento significativo da temperatura por incêndio, falta de controle por janelas esquecidas abertas, etc ... ) alarmes deverão ser gerados para que medidas corretivas possam ser tomadas em espaço reduzido de tempo.

O Sub-sistema de Ventilação Mecânica de instalações de grande porte é composto basicamente por ventiladores bidirecionais para exaustão e pressurização das escadas enclausurada, garagens e outras áreas fechadas.

O comando do Sub-sistema de Ventilação Mecânica deve ser realizado novamente, em função da interação de um algoritimo de ' calendario ' ( dias e horários ) e demais sensoriamentos e rotinas de software ( alarmes, etc... ). Em aplicações mais específicas, este sub-sistema pode ainda estar vinculdo a um sensoriamento da concentração de gases.

Deve ser prevista a possibilidade de comando e controle local dos equipamentos ( central de produção de água gelada, distribuição de ar, ventilação mecânica e etc.. ). O Sistema de Automação e Supervisão Predial deve ser informado quando a chave comutadora local x remoto de qualquer equipamento estiver setada à local.

O crescimento industrial e urbano traz consigo uma maior aglomeração de pessoas nos mais diversos setores da atividade humana, o próprio crescimento das edificações urbanas é um exemplo disto. Consequentemente verifica-se uma maior demanda e utilização de energia, uma grande concentração de cargas, materiais combustíveis, máquinas e equipamentos, aumentando sensivelmente a vunerabilidade para incêndios nas edificações, comprometendo a segurança destas e de seus ocupantes [8].

Paralelamente, esta situação é agravada pela nova realidade das edificações que deixaram o perfil rígido e estagnado, passando a estruturas mais leves e flexíveis, onde tijolos e concreto são substituídos por painéis divisórios, fachadas de vidro e outros materiais que dificultam a proteção patrimonial e prevenção e o combate a incêndios [8].

As medidas adotadas para garantir a segurança patrimonial e a segurança contra incêndios em todos os campos da atividade humana sempre representam custos adicionais consideráveis, que paradoxalmente tendem a ser dispensados em função de análises econômicas superficiais.

Se por um lado, a segurança das pessoas jamais pode ser negligenciada, por outro, deve-se levar em conta que os prejuízos diretos causados por atos anti-sociais ou pelo fogo podem atingir não somente a estrutura do edifício, mas também os equipamentos, os arquivos e outros conteúdos. Devemos considerar também os prejuízos indiretos provocados por este fatores, entre os quais podem ser destacados a interrupção dos trabalhos ( e lucros ), o custo de reorganização da empresa e a perda de mercado, que muitas vezes representam importâncias muito mais elevadas que os custos diretos [8].

A segurança contra incêndios é um fator importante nas edificações e deve ser condicionante do próprio desenho desta, assim como da implantação de suas áreas características. Para obter níveis aceitáveis de segurança contra incêndios, o projeto deste deverá ser realizado levando em conta que parte do pessoal que este albergará, não estará em condições de abandonar a edificação por si mesmo, e que inclusive no caso de edificações hospitalares, algumas pessoas, dado seu estado físico, dependerão de equipamentos dos quais não podem desligar-se. Desta forma, torna-se imprescindível a detecção de qualquer princípio de incêndio tão logo este ocorra, aumentando as possibilidades de combatê-lo e preparando, quando necessário, o abandono organizado.

As novas tecnologias empregadas nos Sistemas de Automação da Supervisão Predial, proporcionam sistemas de detecção e alarme de incêndios constituídos de conjuntos de elementos sensores ( automáticos e manuais ), estrategicamente dispostos e adequadamente interligados, fornecendo informações sobre princípios de incêndios à Central de Automação e Supervisão para serem processados e retornarem aos diversos andares do edifício através de indicações sonoras e/ou visuais, ou ainda através do siparo de sistemas automáticos de combate.

A sinalização imediata dos eventos à Central de Automação e Supervisão permitirá que os procedimentos relativos ao combate do incêndio e abandono organizado do edifício, sejam tomados de forma rápida e eficaz.

Estes procedimentos podem dividir-se em automáticos e manuais, com sequência específica de acordo com o plano de emergência estabelecido. Dentre estes procedimentos destacamos :

• Confirmação do pré-alarme de incêndio;

• Acionamento dos sistemas de sinalização ( sonora e visual ), orientando as rotas de fuga a serem utilizadas em função da localização do incêndio;

• Acionamento dos indicadores de abandono organizado ( flashes );

• Pressurização das escadas e áreas de abrigo seguro / Exaustão;

• Desligar o Sistema de Ar Condicionado e equipamentos elétricos da área;

• Acionamentos do Sistema de Sprinklers, Bombas e etc..;

• Desbloqueio dos Sistemas de Controle de Acesso;

• Chamada automática do grupamento de Bombeiros mais próximo.

Todos os eventos devem ser sinalizados no monitor da Central, através da chamada automática em tela da planta baixa do pavimento com indicação em vermelho do laço de detecção acionado e protocolando em impressora com indicação de data / horário e natureza do evento.

Através da integração de todos os sub-sistemas de instalações de uma edificação nos Sistemas de Automação e Supervisão Prediais, é possível a detecção de princípios de incêndios em sua fase mais inicial, resguardando ao máximo a segurança e minimizando os danos materiais. Através de uma melhor e mais rápida identificação e confirmação do local pelos laços detectores e outros sub-sistemas, organizar e orientar as melhores rotas de abandono ( evacuação ) de forma rápida e eficiente, reduzindo-se desta forma os possíveis danos pessoais.

O Sistema de Controle de Acessos nos Edifícios de Alta Tecnologia, tem por objetivo principal, efetuar o controle eletrônico da movimentação de pessoas dentro de áreas estratégicas destes.

Com a implantação deste sistema, torna-se possível gerenciar o acesso de pessoas previamente credenciadas e portadoras de cartões de identificação, às áreas supervisionadas, onde seja necessário um controle seletivo de entrada, controle estatístico de movimentação ou simplesmente um controle de dados de apontamentos de frequência ( ponto ).

Este Sistema consiste em uma rede de processadores locais ( coletores - leitoras de cartão ) interligados a um processador central, normalmente situado na Central de Automação e Supervisão.

As leitoras são instaladas em locais estratégicos, estando associadas a dispositivos de bloqueio eletromagnéticos ou eletromecânicos, tipo catracas, fechos, fechaduras, cancelas motorizadas, portões automatizados, etc., que efetuarão o bloqueio físico de pessoas ou veículos.

As operações efetuadas pelos usuários são registradas na central, constituindo um histórico, possibilitando um rigoroso controle de todos estes dados. Nesta mesma central é estruturada uma hierarquia de níveis de acesso a áreas restritas, dando origem as listas de acesso permitido e acesso negado por processador local distribuído.

São previstos também, alarmes associados a bloqueios de portas e cancelas controladas, notificando a central de segurança quando da ocorrência de anomalias ( portas abertas inadvertidamente ou forçamento da mesma por alguma pessoa com acesso negado ).

O Sistema de Controle de Acessos pode ser associado a um Sub-sistema de Circuito Fechado de Televisão - CFTV para a verificação de quaisquer eventualidades que possam ocorrer nas áreas restritas, fornecendo mais subsídios a Central, para uma tomada de ações corretivas, mesmo remotamente.

Outro avanço tecnológico que pode ser associado ao controle de acessos das instalações é o Sistema de Identificação Automática que atua nas recepções, através da identificação de visitantes e funcionários por imagem, dispensando a retenção de documentos de identidade.

O Sistema de Identificação Automática por imagens, propicia a agilização no processo de cadastramento ( e registro ) de visitantes por ser extremamente mais rápido, gravando os dados de cada visitante ( rosto / perfil , frente e verso do documento de identidade apresentado, cartão de acesso com dados do visitado, etc.. ) em fitas de video-cassete de grande capacidade de armazenamento, formando um banco de dados visual.

O Sistema de Proteção Perimetral e Interna tem por finalidade sinalizar a presença de intrusos em áreas restritas supervisionadas.

Este sistema deve ainda, atuar em consonância com outros sistemas da instalação ( Circuito Fechado de Televisão, Sistema de Controle de Acessos e etc... ) visando proporcionar uma maior eficiência na proteção de pessoas e patrimônio.

Este Sistema conta com sensores estrategicamente instalados em portas / portões de acesso às áreas, pavimentos e/ou ambientes, sinalizando à Central de Automação e Supervisão, através das Unidades Remotas, quando de qualquer violação.

Nestes casos, a planta baixa do pavimento será automaticamente apresentada no monitor de vídeo, indicando em vermelho a área violada e protocolando em impressora data / hora e natureza da ocorrência. Toda sinalização de intrusão será tratada como alarme, devendo ser reconhecida pelo operador da Central de Automação e Supervisão.

Quando as áreas sensoriadas estiverem em utilização normal, os mesmos sensores podem fornecer informações para a tomada de decisão dos outros sistemas da instalação.

A principal dificuldade no projeto e construção de empreendimentos que desejam incorporar recursos e equipamentos de alta tecnologia em sua operação, refere-se ao momento correto de se decidir pela implantação deste conceito.

O sucesso da implantação de qualquer projeto de engenharia esta intimamente relacionado com a metodologia utilizada em todo este processo e em especial com a metodolgia aplicada em seu desenvolvimento.

Fator fundamental da metodologia de desenvolvimento de projetos de Sistemas de Automação e Supervisão Predial, o Projeto Multidisciplinar concordando com os recentes conceitos de Engenharia Simultânea e ao contrário do habitualmente praticado na maioria dos empreendimentos devido ao imediatismo brasileiro, visa proporcionar a coordenação dos esforços e o interrelacionamento das várias equipes técnicas envolvidas, já nas fases mais iniciais de concepção e projeto.

Quando o projeto, a execução e a implantação dos Sistemas de Automação e Supervisão Predial, bem como os empreendimentos de maneira global, são efetuados de maneira inteligente segundo esta metodologia, as dificuldades, interferências e custos inerentes são claramente minimizados pois não existe a necessidade da instalação de sistemas individualizados, ou ainda em duplicata, muito menos a necessidade de adaptações e retrabalho.

Eventuais desajustes, geralmente residem na falta de integração entre quem produz, quem projeta e quem instala [11].

Inicialmente, em função de um criterioso levantamento e análise de todas as necessidades da edificação, de seus usuários, de seu funcionamento e de um rigoroso estudo da relação custo / benefício, deve-se proceder de maneira participativa, à definição preliminar dos diversos sistemas que corretamente integrados propiciarão uma economia de recursos, a flexibilidade, a racionalização, uma maior eficiência energética global, o conforto e outros benefícios.

Deste conceito inicial ou ante-projeto, evoluímos através da coordenação com as diversas equipes técnicas envolvidas nos projetos da infra-estrutura da edificação para o Projeto Básico do Sistema de Automação e Supervisão Predial com o dimensionamento dos sistemas a serem previstos e/ou implantados, à concepção e integração destes diversos sistemas.

Após a conclusão e revisão deste Projeto Básico e também baseados no Descritivo Funcional, realizado em função das análises iniciais, define-se os fornecedores deste sistema que por sua vez, passarão a execução e implantação do Projeto Executivo do Sistema de Automação e Supervisão Predial.

Nestes casos, são encontradas dificuldades para a viabilização técnico-econômica das especificações inicialmente formuladas, dentro dos prazos disponíveis para execução do empreendimento.

Porêm, empreendimentos com suas obras já iniciadas, são obrigados a ceder às exigências do mercado de escritórios e querem incorporar recursos e equipamentos de alta tecnologia no transcorrer do processo de construção, onde os detalhes de arquitetura e até vários sistemas de infra-estrutura se tornaram fatos consumados. Dentro da mesma problemática temos edifícios já em operação e até mesmo edifícios antigos, que junto ao retrofitting geral de suas instalações desejam também incorporar os recursos de um ' Edifício Inteligente '.

Retrofitting é uma expressão inglesa que significa readequação ou reajustamento. Em outras palavras, quer dizer adaptar algo do passado às mudanças promovidas por uma nova era, ou seja, retrofitting é um tipo especial de intervenção na instalação que implica numa modificação conceitual do sistema para melhorar seu desempenho, do ponto de vista ecônomico e da produtividade.

A metodologia de desenvolvimento de projetos de Sistemas de Automação e Supervisão Predial a ser aplicada em cada um dos casos de retrofitting, depende fundamentalmente do estado, possibilidades e das características das instalações e do empreendimento de maneira geral. Embora este processo implique um maior desgaste de todos os envolvidos, em prazos e custos substancialmente maiores, certamente pode gerar um alto grau de sucesso e satisfação das especificações e necessidades da edificação.

Portanto, fora as dificuldades inerentes ao levantamento do estado da edificação e o próprio desenvolvimento do projeto, bem como as demais considerações técnico-econômicas já formuladas neste capítulo, devemos considerar as particularidades da edificação em estudo. Desta forma, as dificuldades e interferências mais comuns, podem ser brevemente resumidas em :

• Arquitetura - design anti-econômico, falta de flexibilidade da instalação, falta de espaços verticais e horizontais para os equipamentos, prumadas e quadros elétricos, vulnerabilidade física, alterações civis, alterações estruturais, retrabalho, etc..

• Cabeamento - rotas conflitantes, interferências magnéticas, falta de espaços em eletrodutos, eletrocalhas e shafts, super-dimensionamento dos cabos de entrada, transformadores, geradores, etc...

• Redundâncias inúteis - equipamentos, painéis e quadros elétricos de distribuição, dispositivos de proteção, etc...

• Impossibilidade de integração entre sistemas já instalados ou comprados

• Ineficiência, má utilização dos recursos dos equipamentos do Sistema de Automação e Supervisão Predial

Como um exemplo destas interferências, podemos considerar a implementação do controle digital do Sistema de Iluminação Interna, através de uma rotina de calendário do Sistema de Automação e Supervisão Predial.

Para atingirmos tal objetivo, devemos começar intervindo nos quadros elétricos de distribuição já existentes, anulando os eventuais interruptores instalados ( tornando-os inoperantes ). Em seguida, interromper os circuitos dos disjuntores interligando-os a uma régua de bornes a ser instalada neste quadro, que por sua vez deve ser conectada por meio de cabos a um segundo quadro elétrico. Este quadro complementar deve ser instalado em anexo ao primeiro, para poder comandar, através de contatores, os circuitos de iluminação interrompidos.

Com a coordenação deste projeto, não haveria a necessidade da instalação dos interruptores, réguas de bornes, cabos e teriamos apenas um quadro de distribuição com os disjuntores e contatores diretamente interligados.

Cabe lembrar que estas interferências são muito onerosas, tanto a nivel de custos, quanto a nível de prazos de execução.

O Sistema Aberto de Automação é um sistema cuja arquitetura aberta exige a utilização de padrões internacionais no que se refere aos recursos computacionais e aos perfis funcionais, sendo estes utilizados na elaboração das interfaces, serviços e formatos, de forma a garantir a interconectividade, interoperabilidade e a portabilidade entre todos os elementos que o compõem [3].

Como já mencionado, em função das necessidades dos usuários dos Sistemas de Automação e Supervisão Predial, e também devido a migração da ' inteligência ' rumo a base da hierarquia de controle - figura 2.1, são continuamente desenvolvidos e comercializados vários tipos e padrões de protocolos.

A maioria destes protocolos foram desenvolvidos utilizando-se o modelo aberto em 7 ( sete ) camadas adotado pela ISO - International Standards Organization em 1984, designado OSI - Open Systems Interface, objetivando a interconexão de equipamentos heterogêneos [4].

A idéia básica da estrutura das 7 ( sete ) camadas do modelo OSI é a de que cada uma delas fornece serviços de comunicação à camada imediatamente superior. Os serviços fornecidos pelas camadas inferiores são sucessivamente ampliados e aperfeiçoados, de modo que na última camada seja oferecido um conjunto de serviços adequado para suportar as diversas necessidades das aplicações vinculadas [9] .

Apesar dos grandes benefícios resultantes do modelo RM-OSI, sua versatilidade e abrangência, este não é adequado para a interconexão de equipamentos que necessitam de alto desempenho na troca de informações. As sete camadas tornam a comunicação ineficiente para sistemas que exigem resposta no tempo da ordem de dezenas de milisegundos, como no caso das aplicações de tempo real em controle de processos [9].

Segundo Le Lann " Um sistema é dito de Tempo Real se alguma ou o conjunto das entidades são obrigadas a respeitar períodos fixos de tempo físico para início e o fim de suas execuções, se desrespeitados estes períodos constituem uma falha do Sistema " [9].

Para aplicações em tempo real optou-se por uma simplificação que consiste em se utilizar apenas as camadas 1 ( um ), 2 ( dois ) e 7 ( sete ) do modelo, sendo que as camadas 1 ( um ) e 2 ( dois ) executam as mesmas funções anteriormente descritas e a camada 7 ( sete ) provê à aplicação em tempo real um mecanismo rápido e suficiente para troca de informações entre equipamentos [9] conforme mostram as experiências apresentadas a seguir.

Uma das principais dificuldades deste processo é, sobretudo, a definição de em que parte da hierarquia de controle se daria a interconectividade dos diversos sistemas da instalação. Pesquisas recentes apontam a seguinte tendência na definição do nível de hierarquia mais apropriado à integração [4] :

Todos os dispositivos sensores, atuadores e os sub-sistemas dentro de uma instalação, seja diretamente, seja através de interfaces apropriadas, podem ser interconectados a uma única e mesma via de comunicação [5], porém, para atingirmos a interoperabilidade, os diversos sistemas e sub-sistemas precisam se comunicar e operar em consonância, sem perderem a eficiência e a performance associada a cada um individualmente.

Um número crescente de software houses oferecem programas que interconectam diferentes sistemas, mas o custo associado a este tipo de solução ( softwares customizados ) pode ser proibitivo para muitos empreendedores pois estes programas situam-se na faixa de US$ 50.000 a US$ 100.000 [6]. Cabe citar que o o software utilizado numa primeira edificação, muito provavelmente, não atenderia as necessidades de uma segunda edificação pois seus sistemas são diferentes.

figura 4.1- Interconectividade entre Sistemas [4]

Mais de 30 ( trinta ) protocolos estão sendo desenvolvidos na Alemanha, França, Japão e Estados Unidos. Quatorze destes protocolos estão sendo considerados e avaliados pelo IBI - Intelligent Building Institute Foundation ( uma fundação norte-americana sem fundos lucrativos que reúne empresas, profissionais e os demais segmentos da comunidade de edifícios inteligentes ) como passíveis de adoção como um ' padrão de fato ' .

Liderando a disputa pela cobiçada designação de ' padrão ' nos Estados Unidos, estão ASHRAE SPC 135P, Public Works Canada Protocol, Firm-Neutral Data Tranmission Protocol, PROFI-bus, ISDN, Enchelon's Lon, CE-bus e TRON [4]. Os mais importantes são apresentados brevemente a seguir :

• ASHRAE SPC 135P BACnet

Padrão desenvolvido pela ASHRAE - American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, através de seu SPC - Standards Project Committee - criado em 1987, visando a interoperabilidade dos pequenos e grandes sistemas de automação predial.

A abordagem de Sistema Aberto em desenvolvimento pela ASHRAE, o BACnet ( Building Automation and Control Network , segue o modelo de 7 ( sete ) camadas da ISO/OSI, e concentra seus esforços na camada de aplicação. O BACnet utiliza uma filosofia orientada a objeto para representar a operação interna dos controladores digitais.

A implementação do BACnet necessitará da reprogramação dos dispositivos de campo dos diversos fabricantes, para habilitá-los a gerar e receber os códigos neste padrão, e a utilizar qualquer tipo de LAN ( Local Area Network ) ou rede local que venha a ser confirmado como padrão.

O BACnet também define o formato de comunicação de dados, os tipos de serviços e a metodologia que cada dispositivo, programação, loop de controle, entradas e saídas, etc.., deve ser tratado.

A proposta da ASHRAE não força fabricantes com sistemas proprietários a comercializar produtos idênticos, e sim, propõe um hall de características mínimas, as quais cada fabricante pode acrescentar recursos [4], viabilizando sua aceitação, implementação e aprimoramento.

• Public Works Canada Protocol

Em meados de 1988, Public Works Canada ou o Departamento de Obras Públicas do Canadá, iniciou um projeto, orientando os diversos fornecedores de sistemas de gerenciamento de energia ( EMS - Energy Management Systems - sub-sistema de automação dedicado a este gerenciamento específico ) a seguir determinados critérios.

Uma das grandes motivações para este trabalho, era fomentar a competitividade entre fornecedores e estabelecer um programa de treinamento comum, para transferir operadores de uma instalação para outra ( com sistemas diferentes ), sem a necessidade de novos treinamentos.

A idéia original deste sistema, seria a utilização de um protocolo aberto que poderia ser implementado a nível de estação central ( pela inserção de um tipo de placa de interface ) porém, o protocolo CAB ( Canadian Automated Building ), do Departamento de Obras Públicas do Canadá vem utilizando gateways entre as unidades remotas e central.

A utilização dos gateways ( tradutores ) é apenas uma solução intermediária e não a proposta final deste grupo que tambem utiliza a filosofia orientada a objeto, focalizando principalmente os serviços.

Este ' padrão ' encontra-se em teste nos escritórios centrais da Public Works Canada em Ottawa, operando um protocolo experimental em cima de uma rede RS-232 e utilizando gateways entre equipamentos de dois grandes fornecedores. Numa nova fase, este teste será estendido a um terceiro fornecedor [4].

• Firm-Neutral Data Transmission Protocol

O Firm-Neutral Data Transmission Protocol foi desenvolvido com o apoio da concessionária telefônical alemã. O FND é um guia de como construir um edifício público na Alemanha.

O FND não atende ainda o modelo de sete camadas ISO/OSI, concentrando-se fundamentalmente na camada de aplicação.

Um ponto importante deste ' candidato a padrão ' é sua especificação de uma arquitetura global para sistemas DDC ( Direct Digital Control - Controle Digital Direto ) e sua confiança numa estrutura designada de DDC - Island ( Ilha de Controle Digital Distribuído ). Cada rede desta ' ilha ', é um sistema proprietário de um fornecedor e assim, várias ' ilhas ' de fornecedores distintos poderiam ser interligadas numa rede única. Para isto, este sistema especifica uma Interface Padrão de Adaptação ( SIA - Standard Interface Adapter ) como um gateway a ser inserido nos equipamentos ( hardware ) de cada ' ilha' [4].

• TRON

A Nippon Telegraph and Telephone Company ( empresa de telecomunicações japonesa ), juntamente com fornecedores de equipamentos eletrônicos e de controle e agências governamentais estão se empenhando profundamente na disputa pelo mercado de ' Edifícios Inteligentes ', e o protocolo japonês que vem recebendo o maior interesse americano ( inclusive da IBM e AT&T que aposta no seu sistema BISDN - Broadband ISDN ) é o TRON.

Criado em 1983 ( pelo Professor Ken Sakamura, Universidade de Tokyo ) como um conjunto de padrões, TRON ( The Real-time Operating-system Nucleus ) já tem uma associação empresarial de apoio e está conquistando seu espaço rapidamente.

É um protocolo interconectando os sistemas de automação predial com os sistemas de telecomunicações e automação de escritórios, dentro de uma arquitetura ( sistema ) aberta para computadores. Este protocolo determina novos padrões de interfaceamento e uma metodologia de operação que é livre de probelmas de incompatibilidade.

Existem diversas variações deste sistema como : I-TRON ( industrial ) um sistema operacional para tempo real para controle de processos, robótica e etc... C-TRON ( central ou comunicações ) foi desenvolvido principalmente para um servidor central e sua rede de comunicação e B-TRON ( negócios ) que suporta computadores pessoais e work stations.

Em desenvolvimento encontra-se o M-TRON ( macro ) para redes muito maiores e com grandes hierarquias, visando integrar todos os todos os sistemas dentro de um edifício do ar-condicionado a rede de CFTV ( circuito fechado de televisão ). Maiores detalhes sobre este protocolo, não estão disponíveis [4].

Na Europa existem atualmente três sistemas fieldbus, também conhecidos como barreamento de campo, denominados PROFI-bus [4], Batibus e EIB [7], já no mercado, com produtos aptos a realizar suas funções principais.

O fieldbus ou Barreamento de Campo é conceituado como sendo um " barreamento serial, digital, bidirecional e de acesso compartilhado ( multiponto ), associado a protocolos de controle de enlace de dados e de interface a sistemas usuários ", devendo substituir integralmente o padrão 4-20 mA com suas limitações ( comunicação apenas unidirecional, requer calibração demorada, extremamente limitada a capacidade de manipulação de informações ) [10].

Os dois sistemas mais importantes Batibus e EIB [7], são defendidos por dois clubes ou consórcios internacionais, que agrupam as principais indústrias do setor.

Diante da realidade do Mercado Comum Europeu foi criada a Comissão Técnica Cenelec 105, sob o título " Home and Building Electronic Systems ", para definir normas que garantam a integração de processos, informações, comunicações, supervisão em edifícios [7].

O conceito em que se baseia a tecnologia bus é muito simples. Além da alimentação, é estendida uma única linha em extra-baixa tensão , constituída de um ou dois pares trançados, à qual são ligados, em paralelo, os sensores e atuadores ( neste caso, microprocessados com capacidade para acessar o bus e comunicar-se ).

Portanto é possível pré-cablar o edifício ou residência antes de projetar detalhadamente a instalação, sem que isto signifique qualquer limitação posterior - tornando economicamente viável a implementação da automação predial em residências e pequenas edificações [5].

Naturalmente, há uma série de fatores limitantes nesta tecnologia, como: a interferência das linhas de potência nos sinais, as topologias, distâncias máximas, correntes máximas por linha e etc.

• European Installation Bus - EIB

As configurações EIB ( tambem conhecido como I-bus ) são habitualmente realizadas na forma de sistemas descentralizados, onde o intercâmbio de sinais e comandos ocorre exclusivamente no nível de dispositivos funcionais, isto é, somente no nível mais baixo da hierarquia de controle, porém, nada impede que sejam realizados sistemas centralizados com diversas hierarquias de comando ou supervisão.

O bus EIB é constituído de um par trançado utilizado para os sinais e para a alimentação dos dispositivos. Possui camada física e de enlace. Havendo mudança, via software, dos endereços de grupo, podem ser modificadas as funções das instalações, alterando-se a associação lógica entre dispositivos e comandos.

Funcionamento da topologia EIB : da linha dorsal ( backbone bus ) derivam as linhas principais ( main lines ). Cada linha principal, que define uma " zona ", é derivada da dorsal via um acoplador ( BbC ). E a cada linha principal podem ser ligadas via acopladores LC, as linhas secundárias, cada uma constituída de um ou mais " segmentos ". Já cada segmento pode ter qualquer outra topologia ( bus, estrela, anel, etc ).

Em qualquer ponto da rede EIB, podem ser conectados gateways, permitindo o intercâmbio de dados com redes não-EIB, tornando assim compatíveis protocolos de comunicação diferentes [7].

• Batibus

O sistema de instalação Batibus tem um funcionamento análogo ao padrão EIB, valendo assim, os comentários anteriores. Novamente, os sinais elétricos que transportam a informação digitalizada são do domínio da extra baixa tensão [7].

A estrutura do protocolo de comunicação Batibus cobre as camadas 1, 2 e 7 do modelo OSI - ou seja, camadas física, de enlace e de aplicação. A transmissão é serial com a modulação do sinal sendo efetuada em banda básica, a uma taxa de 4.800 bauds. A comunicação e assíncrona e distribuída [7].

O acesso ao bus é controlado segundo o protocolo CSMA / CA ( Carrier Sense Multiple Acess with Collision Avoidance ). Antes de iniciar uma transmissão, o nó se certifica de que o bus está livre; caso contrário desiste de transmitir e tenta de novo instantes depois. Em casos de conflito, quando dois nós iniciam simultaneamente a transmissão, o protocolo gerencia impondo o desligamento de um dos dois [5].

• PROFI-bus

Embora o PROFI-bus ( Process Field Bus ) tenha o suporte da Siemens AG em conjunto com a Bosch Gmbh e a Klockner Moeller, não vem dispertando muito interese nos meios internacionais em comparação com os modelos já apresentados, tornando-se um padrão ( parte 1 ) aceito pela DIN em Agosto de 1987.

O PROFI-bus utiliza três camadas do modelo OSI : aplicação ( numa derivação do modelo MAP industrial ), enlace e física ( baseada na interface EIA RS-485 com taxa de comunicação de 2400-9600 bps até 2,4 Km ). Uma de suas características particulares é a de que o mesmo meio físico que transporta sinais de comunicação transporta também a alimentação [4].

Quando a implantação e integração de Sistemas de Automação e Supervisão Predial, bem como os empreendimentos de maneira global, são efetuados de maneira inteligente segundo uma metodologia que contemple um Projeto Multidisciplinar, as dificuldades, interferências e custos inerentes são claramente minimizados, enquanto as possibilidades de sucesso e alto grau de integração são maximizadas.

Nos casos de retrofitting, a implantação e integração de Sistemas de Automação e Supervisão Predial, depende fundamentalmente do estado, possibilidades e das características das instalações e do empreendimento de maneira geral. Embora este processo implique num maior desgaste de todos os envolvidos, em prazos e custos substancialmente maiores, certamente pode gerar um alto grau de sucesso e satisfação das especificações e necessidades da edificação.

Cada um dos sistemas apresentados no capítulo 4, possui individualmente, aspectos muito favoráveis e portanto, a reunião das várias propostas em torno de uma associação imparcial como a IBI Foundation para o desenvolvimento de um padrão mundialmente aceito ( a ser designado BAP - Building Automation Protocol ), certamente culminará com um resultado muito positivo.

O protocolo FND é visto por vários fabricantes americanos, como um padrão relativamente simples, prontamente utilizável e que preserva a integridade proprietária dos fornecedores, protegendo os interesses individuais no curto prazo. Assim sendo, este protocolo parece ser uma ponte lógica entre as necessidades de hoje e um protocolo padrão universalmente aceito [4], confirmando os gateways como uma primeira etapa no desenvolvimento de um protocolo aberto [6].

Num futuro próximo, os Sistemas de Automação Predial nos Estados Unidos, continuarão estruturados em cima de protocolos e sistemas fisicamente isoloados, separados da automação de escritórios e dos sistemas gerais de telecomunicações, embora a arquitetura M-TRON, em função de seu suporte empresarial, representará outra forte tendência na padronização.

A próxima geração de protocolos abertos deverá considerar os novos recursos de comunicação propiciados pela BISDN - Broadband Integrated System Digital Network ( protocolo aberto da AT&T ), uma rede de comunicações de alta capacidade, suportada em fibra óptica, que oferecerá uma quantidade ilimitada de recursos a baixo custo, na transmissão e recepção de dados, voz e imagens.

O IBI ( Intelligent Buildings Institute) recomenda como protocolos "abertos ou de padrões" para automação predial: LONWorks ( Local Operating Network ), o BACnet da ASHRAE e o CAB ( Canadian Automated Building ), desenvolvido pelo Departamento de Obras Públicas do Canadá.

A solução que está demonstrando ter um maior número de aplicações disponíveis no mercado é a LONWorks, a qual apresenta o Neuron-chip como peça fundamental, pois este chip ASIC possui integrados 3 ( três ) processadores de 8 bits, sendo 2 ( dois ) deles dedicados à comunicação ( um para o controle do MAC, controle de acesso ao meio físico, e outro dedicado ao protocolo Lon Talk, que cobre todas as sete camadas OSI ). O terceiro processador fica dedicado à aplicação [9].

A integração dos diversos sistemas para automação predial, aumentará os custos associados a manutenção, pois quando se aumenta a complexidade dos sistemas de comunicações, acrescenta-se ' tempo, pontos de falhas e doláres ' [6]. Porêm, em contra partida, com a implementação de um sistema aberto existirá a real possibilidade do compartilhamento da cabeação dos edifícios, reduzindo em muito os custos.

A maioria dos usuários dos sistemas de automação predial necessitam da padronização de um protocolo aberto, e querem que este trabalho tenha seu desenvolvimento inicial voltado para os sistemas HVAC, justamente por serem responsáveis por cerca de 48 % do consumo de energia elétrica de uma edificação. Eles concordam em assumir parte dos custos para subsidiar este desenvolvimento [4].

Cabe salientar que os elementos que compõem um sistema aberto de automação nem sempre serão totalmente abertos, deixando a possibilidade de convivência com elementos proprietários [3], viabilizando assim, a transição dos atuais sistemas proprietários.

Outra tendência mutio interessante é uma das característica dos field-bus, onde os mesmos portadores físicos suportaram as linhas de alimentação e sinal dos dispositivos de campo [4].