Wireless está no dia a dia de todos já faz algum tempo. E já existe uma vivência nem sempre satisfatória com a tecnologia – queda de linhas, falta de sinal, etc. O wireless aplicado na indústria recebe um pouco desse estigma, ainda que utilize um princípio totalmente diferente e tenha mais robustez - ele foi pensado, inicialmente, para ser aplicado em pontos de difícil acesso para o ser humano, onde os custos com infra-estrutura e mão de obra são proibitivos e até mesmo para aumentar a segurança (evitando a ronda dos operadores pela planta).

Podemos separar as aplicações wireless em três tipos:
- Solução Global: que utiliza a comunicação via satélite GSM/GPRS e as transmissões são realizadas com longos intervalos (cerca de 3 a 4 vezes ao dia apenas);
- Próximas da Planta: mais conhecida como solução híbrida e tem a finalidade de trocar dados entre estações remotas e a base. Nesse caso são utilizados equipamentos convencionais (cabeados) nas estações remotas e os dados são enviados via rádio de longo alcance para uma estação base, onde há um rádio “central” capaz de receber os dados remotos.

Leonel Bertuso, Gerente para PlantWeb & Wireless da Emerson, lembra que a grande novidade dos últimos anos é que os próprios transmissores já têm rádio e antena embutidos e que utilizam da banda de frequencia livre de 2.4GHz. “Existem três faixas livres de uso gratuito: de 900MHz, de 2.4 GHz e 5.7GHz. Essas formam a banda conhecida como ISM – Industrial, Scientifical and Medical. Apesar de serem bandas livres, os instrumentos que as utilizam precisam passar pela homologação do órgão certificador de cada país (no caso do Brasil é a ANATEL), para garantir que estão mesmo dentro dessa faixa e que não ultrapassam os limites de espectro e potência. Essa homologação é importante porque mantém o usuário dentro da Lei e livre de problemas em casos de auditorias e até mesmo de acidentes que por ventura possam ocorrer devido ao uso inadequado de radiofrequência.”.

O Trabalho “Complexo eletrônico: automação do controle industrial”, de Regina Maria Vinhais Gutierrez Simon e Shi Koo Pan, do Departamento de Indústria Eletrônica da Área Industrial do BNDES, recentemente divulgado, traz algumas linhas sobre wireless, mais para fazer o contraponto com as redes cabeadas: “ Fisicamente, as redes industriais vem sendo construídas com cabos metálicos – par trançado e cabo coaxial – e fibras ópticas. Algumas implementações de redes sem fio (wireless) começam a ser construídas. Acredita-se que as redes sem fio sejam a solução para situações em que a utilização de cabos elétricos é inviável, como aquelas que envolvem dados a grandes distâncias, obstáculos físicos, interferências elétricas ou em áreas classificadas. De acordo com o ARC Advisory Group, os negócios envolvendo redes sem fio constituem o segmento de negócios em automação industrial com maiores perspectivas de crescimento, com taxas superiores a 32% a.a. até 2010, quando deverão atingir US$ 1,18 bilhão. Em 2005, esses valores foram de apenas US$ 325 milhões”.

Wireless já parece notícia velha. Temos falado das tecnologias sem fio por pelo menos três anos e a maioria das plantas possui algum instrumento wireless – não necessariamente uma rede de sensores mas celulares, Bluetooth M2M, handhelds, etc. Então, segurança parece ser um assunto que já começa a ser tratado como mais um ponto na gestão de risco. Consumo de energia ainda é um entrave. Leonel Bertuso explica que existe muita pesquisa em torno do assunto uma vez que o grande limitante dessa tecnologia é a disponibilidade de energia. Estima-se que as baterias utilizadas hoje têm duração de 5 a 10 anos, para uma taxa de transmissão de 1 minuto. Parece bastante mas a maioria dos usuários demanda informações a cada segundo, o que reduziria muito a vida útil da bateria além de reduzir bastante a quantidade de instrumentos na rede. A Emerson está pesquisando uma forma eficaz de recarregar essas baterias como, por exemplo, através de vibração ou até mesmo diferencial de temperatura entre o processo e o ambiente.

Uma escolha que parece estar preocupando é: WirelessHart, ISA 100 ou ZigBee? Como fazer a engenharia, especificação, instalação e quem será o responsável pela rede na planta? Qual a norma de cada vertente da tecnologia? Essas normas serão compatíveis?

Os vários tipos de wireless

Os novos instrumentos wireless estão prontos para usar, é só instalar. A Fundação Hart Communication certifica instrumentos sem fio segundo a norma IEC/PAS 62591 – único padrão para wireless reconhecido internacionalmente. E aí começa a confusão que é sempre mais comercial que técnica. A ISA montou um grupo para estudar as tecnologias wireless, o comitê responsável pela norma ISA 100 está dividido: uma parte quer que se pareça com o WirelessHart (tecnologia já pronta e aberta, que recebeu inclusive uma carta de intenções do Comitê), outra quer que se pareça com o OneWireless (pronta e proprietária) da Honeywell – que recentemente “abriu” a norma para empresas que se associassem ao Honeywell User Group Americas; uma outra quer que seja a cara do ZigBeePro. O bom disso tudo é que existem muitas cabeças pensando o wireless para a indústria de processos que antes só era possível ponto a ponto e que, com o WiHart, possibilitou que os instrumentos se transformassem em algo mais além de um simples ponto de medição. Eles são também repetidores e uma fonte de informação bastante valiosa, já que fornecem vários diagnósticos do equipamento e do processo – nas redes mesh cada nó possui mais de uma rota (caminho) para a comunicação com o receptor. “A Emerson agregou a isso a auto-organização, ou seja, não é mais preciso dizer a um instrumento com qual outro ele pode se comunicar; todos os instrumentos da rede se auto-organizam para cumprir a missão de levar a informação até o destino final”, completa Leonel.

Depois de escolhido o rumo, será preciso decidir requisitos, documentação, simbologia para PIDs, diagramas, etc. para que se documente a rede de forma adequada e mesmo para desenhar tudo isso no contexto do que já se tem. E sobre a documentação, alguns usuários pioneiros acreditam que, ainda que não haja normatização para mostrar as redes, faz sentido, por enquanto, utilizar a simbologia eletromecânica já existente. E embora não se costume mostrar caixas de junção em P&IDs, os gateways ou muxes transmissores/receptores são componentes ativos e devem ser mostrados pois uma única planta pode ter muitos deles. Existe a necessidade de mostrar qual (is) instrumento(s) de campo é (são) wireless? A maioria dos usuários no Brasil está incluindo o instrumento wireless na sua tela como um outro qualquer, afinal, não existem marcações para instrumentos que se utilizam de Profibus, fieldbus Foundation, ou outro protocolo. “A idéia é gerar o menor impacto possível para o operador. Para fins de documentação, a diferença é que utiliza-se a linha pontilhada para determinar a rede wireless. Mas não há norma sobre assunto ainda”, afirma Leonel.

Mas o problema para o usuário é mais que optar por uma norma. Muitas vezes ele é solicitado a testar todas as existentes. O estresse pode ser menor sabendo que as três diferentes vertentes da tecnologia wireless se utilizam da IEEE802.15.4 para o mesmo “espaço no ar” e não devem interferir uma com outra em termos de firmware ou canais, o que não significa que as três serão “amigas” – nada de conversas ou intercambiabilidade.

De qualquer forma, o WiHart sai na frente com cerca de 14 fornecedores – entre eles ABB, Airsprite Technologies, Emerson, Endress+Hauser, Pepperl+Fuchs e Siemens - com sensores, transmissores e elementos de controle prontos, homologados e muitos já instalados. Os instrumentos e softwares em ZigBee PRO também podem estar disponíveis a qualquer momento. E a Honeywell está aí!

Para começar uma rede wireless, a recomendação dos especialistas ouvidos pela C&I é listar todos os instrumentos wireless já em uso na planta. E pensar se vai utilizar Rfid, operadores móveis com instrumentos wireless, leitores de código de barras, monitoramentos importantes, etc. Sob responsabilidade de qual grupo vai estar a nova rede? É importante ter em mente que se o projeto for bem sucedido, a rede vai receber agregados e ninguém quer ficar sem espaço nas bandas.

O Comitê da ISA responsável pela SP100 desenvolveu classificações para o wireless e uma delas está assim dividida:
Classe 5: Monitoramento sem conseqüências imediatas para a operação
Classe 4: Monitoramento com conseqüências de curto prazo para a operação
Classe 3: Controle de loop aberto
Classe 2: Loop fechado, controle supervisório
Classe 1: Loop fechado, controle regulatório
Classe 0: Ação de emergência

O Comitê também inclui a coexistência e a qualidade do serviço como características básicas para uma rede wireless e isso se torna importante quando se imagina que várias redes podem conviver num emaranhado de tubos e equipamentos de uma planta, gerando, então uma latência, uma defasagem de tempo para as mensagens. Esse problema pode ser resolvido com redes em camadas.

E o gerenciamento de riscos, a segurança, está sempre condicionado às melhores práticas, desde o projeto. O básico é não esquecer a criptografia dos dados que circulam na rede e certificar-se de que os instrumentos fazem autenticação de pertinência à rede, verificação dos dados enviados/recebidos e trocas de senhas – alteradas dinamica e randomicamente -, além do anti jamming, que é a capacidade de saltar longo da banda que possui 16 canais (Channel Hopping) evitando interferências com outros dispositivos que utilizam a mesma banda.

Durantes os dois últimos anos, vários usuários resolveram se aventurar para serem os primeiros na tecnologia. E não são usuários quaisquer: BP, Shell, Petrobras, Usiminas... E inseriram o wireless em vários monitoramentos, alguns impensáveis até para os fornecedores. Alguns clientes arriscaram, e tiveram sucesso, fazendo controle de malha fechada para variáveis que variam lentamente (como temperatura, por exemplo). Embora ainda não utilizem o wireless para controle de variáveis rápidas (como pressão), alguns desses pioneiros não descartam essa possibilidade, para um futuro não muito longínquo.

Os usuários querem wireless. Os fornecedores querem vender mais wireless. Então, qual o problema? Fala-se muito que wireless não é seguro para o ambiente industrial, ainda que, de uma forma ou de outra, a tecnologia já esteja nas plantas.

Poucas pessoas se aventuram a falar (oficialmente) sobre o assunto.

O Blackout do sistema elétrico da Califórnia em 2003 não foi um cyber incidente mas deu uma boa idéia do que pode acontecer se alguém desautorizado tiver acesso a certos sistemas. O incidente gerou inclusive recomendações que podem ser acessadas nas páginas da NERC CIP. O certo é que o Governo dos Estados Unidos está elaborando uma estratégia nacional para segurança do cyber espaço. Para Jeff Potter, ainda é cedo para mensurar o impacto dessa estratégia na indústria americana, ou no resto do mundo.

Apesar da cyber security ser uma questão multidepartamental numa planta, quem controla o assunto é o pessoal de TI. Algumas companhias estão trazendo o pessoal de TI para as discussões sobre as redes wireless nas plantas, outras não. A cyber segurança industrial possui similaridades com a segurança praticada pelo pessoal de TI corporativo, mas existem diferenças importantes também. Por exemplo, disponibilidade é absolutamente imperativo, é soberana num sistema industrial enquanto que no corporativo, a falta de disponibilidade é “apenas” inaceitável. Por outro lado, se os emails estão inacessíveis por 30 minutos ou uma hora, o corporativo pode chorar mas o negócio não entra em colapso ou gera custos altíssimos.

Se existem diferenças para a cyber segurança entre corporativo e planta, elas não existem entre um wireless mesh ou um wireless ponto a ponto, seja para o gerenciamento da segurança, controle de acesso, autenticação, etc. Mas é bom lembrar que a cyber segurança industrial tradicional não existe além dos perímetros de defesa (firewalls, DMZs, etc) graças as deficiências inerentes da maioria dos protocolos. Ter um perímetro de segurança é quase tudo o que se pode fazer – o que não é muito já que ele sempre pode ser quebrado. Cada vez mais sistemas estão atentos para manter zonas seguras dentro da planta, com propriedades internas consistentes de segurança e caminhos seguros entre essas zonas protegidas e os limites de acesso. A medição de segurança, ainda que ligada a métricas de segurança, é uma parte difícil de se abordar – existem muitos livros sobre o assunto. O problema aí é como dar uma prova negativa porque pode-se mostrar que um sistema possui fraquezas mas como se prova que um sistema NÃO possui fraquezas? Talvez o fabricante ou o usuário não passem a vida pensando nas vulnerabilidades mas um hacker sim... Entram aí as normas e as melhores práticas. As normas estão a caminho e vão facilitar muito os esforços para manter a conformidade, mas ainda leva algum tempo.

É certo que existe carência de uma norma de segurança para o espaço do sistema de controle industrial, o que inclui a tecnologia wireless. Em outras palavras, essa carência não é apenas uma questão do wireless e de fato não existe acordo sobre normas de cyber security seja para redes cabeadas ou sem fio. A ISA99 está trabalhando em algumas regras que serão adotadas pelo IEC, quando publicadas. E alguns dos trabalhos da ISA99 estão baseados na NIST, especialmente na SP 800-53. Já a CS2SAT é uma ferramenta de auto avaliação atualmente suportada na NERC CIP, na NIST 80-53 e na IEC 15408 que ajuda um usuário a encontrar pontos onde ele precisa trabalhar mais a segurança para estar em conformidade com esses documentos. Além da NERC CIP, que foca o espaço na geração e transmissão de energia, existem normas verticais específicas, como por exemplo para a indústria química.

Sobre a classificação de 0 a 5 proposta pela SP 100, existe muita resistência do grupo da ISA 99 porque eles acreditam que essas classes foram estabelecidas de forma um tanto artificial e não são relevantes para a segurança.