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UTILIZAÇÃO DE COMPUTAÇÃO MÓVEL PARA QUALIFICAÇÃO DEROTINAS DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE REDES DE

DISTRIBUIÇÃO

Carlos O. Pretto∗ Flávio A. Becon Lemos∗

Mauro A. da Rosa∗ Tiago T. dos Santos∗

∗Grupo de Sistemas de Energia Elétrica - GSEEFaculdade de Engenharia - PUCRS

Av. Ipiranga 6681, Prédio 30, PartenonCEP 90619-900 - Porto Alegre RS

RESUMO

O objetivo deste artigo é discutir a utilização de um con-junto de tecnologias de computação móvel (Mobile Com-puting) para auxílio nas rotinas de planejamento da opera-ção e manutenção de sistemas de distribuição de energia elé-trica. Apresenta-se um resumo das principais tecnologias,discutindo-se definições, serviços e aplicações em potencialna área de sistemas de energia. Para ilustrar o artigo é apre-sentado um caso de utilização prática da tecnologia de Perso-nal Digital Assistant – PDA, para coleta e validação de dadosde eventos não programados em sistemas de distribuição, umsistema para auxílio de rotinas de inspeção e manutenção emredes de distribuição e um sistema de comunicação de dadosvia telefonia celular para uma pequena central hidrelétrica.

PALAVRAS-CHAVE: computação móvel, palm-top, planeja-mento da operação, planejamento da manutenção.

Artigo submetido em 30/12/20041a. Revisão em 05/01/20062a. Revisão em 21/10/2006Aceito sob recomendação do Editor Associado

Prof. Carlos A. Castro

ABSTRACT

This paper presents an overview on use of mobile computingto support routines of operation and maintenance planningof electrical distribution systems. A review of main tech-nologies is presented, together with a discussion about defi-nitions, services and applications of each one. Some poten-tial utilisation in power system is described. The paper is il-lustrated with a practical implementation of Personal DigitalAssistant – PDA technology to collecting and validation ofoutage events in electrical distribution systems, another sys-tem to aid inspections and maintenance routines using PDAand a communication system to a small hydropower plantusing mobile phone network.

KEYWORDS: Mobile computing, personal digital assistant -PDA, distribution planning, distribution operation.

1 INTRODUÇÃO

A reformulação do setor elétrico brasileiro, iniciada nos anos90, culminou com a privatização de várias empresas, comdestaque para as empresas de distribuição de energia elé-trica, e inseriu novos conceitos de competição, produtividadee desempenho na distribuição de energia. A nova estruturado setor elétrico impõe às distribuidoras regras de forneci-

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mento com alto grau de segurança, qualidade e continuidade,as quais são fiscalizadas pela Agência Nacional de EnergiaElétrica - ANEEL. O ambiente atual requer das empresas abusca pela eficiência econômica (Billinton et al, 2002) e pelamelhoria do desempenho dos índices de continuidade e ten-são. Toda essa nova estrutura passa pela revisão dos proces-sos internos das empresas, objetivando suprimir práticas ul-trapassadas, muitas das quais baseadas nas experiências dostécnicos e na confecção manual de relatórios, por processossuportados por metodologias automatizadas que agilizam efornecem confiabilidade às informações. A necessidade derever e aprimorar esses processos se justifica, não só pelo au-mento da eficiência das empresas, como pela fiscalização epelas penalidades impostas pela ANEEL às empresas pelonão cumprimento de requisitos de qualidade do serviço pres-tado. Além disso, o código de defesa do consumidor tambémimpõe à empresa a necessidade de prestar um serviço dentrode padrões aceitáveis de qualidade.

Dentro deste contexto, a utilização de computação e comuni-cação móvel contribui para aumentar e qualificar a eficiênciados processos envolvidos na aquisição, validação e análisedos processos de inspeção de redes, tanto os associados amanutenções preventivas quanto aos associados a manuten-ções corretivas (Pretto et al., 2003b) (Silva et al., 2003). Issoimplica na padronização e qualificação do processo de co-leta de informações, tanto de forma manual, com auxílio decomputadores móveis, como de forma automatizada, utili-zando sistemas remotos de aquisição de dados. Esse tipo deprocesso diminui a ocorrência de erros devido às falhas hu-manas no preenchimento de questionários, identificação decausas de eventos, erros em inspeções de campo, em roti-nas de manutenção e aumenta a disponibilidade de informa-ções importantes para o funcionamento do sistema através daaquisição remota.

Tecnologias de computação e comunicação móvel estão emcontínuo avanço em termos de disponibilidade, funcionali-dade e custos, tornando-se atraentes para os planos de auto-matização das empresas. Essas tecnologias permitem umagrande variedade de aplicações, sendo a escolha de uma ououtra, ponderada pelas características do problema. Dentreessas tecnologias pode-se citar o Personal Digital Assistant– PDA, conhecido como Palm-Top, e a comunicação de da-dos via rede de telefonia celular.

Este artigo apresenta uma revisão sobre as principais tec-nologias de computação móvel e telefonia celular que po-dem suportar aplicações na área de sistemas de energia, bemcomo apresenta exemplos práticos de aplicações dessas tec-nologias. Na seção 2 é apresentada a motivação da utilizaçãode computação móvel no atual cenário do setor elétrico. Aseção 3 apresenta alguns conceitos fundamentais de telefo-nia celular, bem como os principais tipos de computadores

de mão atualmente utilizados. Para ilustrar este artigo, as se-ções 4 e 5 apresentam duas aplicações baseadas em PDAse a seção 6 uma aplicação baseada em comunicação de da-dos via telefonia celular (Santos et al., 2004). As principaisconclusões do artigo são apresentadas na seção 7.

2 MOTIVAÇÃO

No atual cenário do setor elétrico é importante que o forne-cimento de energia seja efetuado com um alto grau de con-fiabilidade e qualidade, tal que satisfaça os anseios do con-sumidor e atenda aos padrões de desempenho de continui-dade e tensão impostos pelo órgão regulador. Estas condi-ções exigem um melhoramento contínuo nas rotinas de ins-peção de redes, uma vez que ações de planejamento da ma-nutenção e rotinas de operação sofrem uma grande influên-cia da qualidade das informações obtidas nestes processos.Desta forma, é importante procurar apoio em modernas tec-nologias para aprimorar esses processos, de forma a propor-cionar mais agilidade, facilidade e qualidade na coleta de da-dos, segurança no armazenamento dos dados e velocidade natransmissão de informações. Uma tecnologia disponível paraesse aprimoramento é a da computação móvel, que envolvedesde computadores de mão até telefones celulares. Sendoassim, são apresentados três exemplos de aplicações que uti-lizam computação móvel e telefonia celular para o aprimo-ramento de processos de operação e manutenção de sistemaselétricos. O primeiro refere-se ao uso de um computador demão para coleta de dados de desligamentos não programa-dos. Dentre os inúmeros processos que ocorrem paralela-mente em uma distribuidora de energia, pode-se considerar otratamento de desligamentos não programados como de fun-damental importância para garantir um bom desempenho dosistema. Considera-se aqui, o tratamento de eventos não pro-gramados, como tudo que envolve o processamento das in-formações sobre este tipo de desligamento, desde a coleta dasinformações no local do evento, identificação da sua causa,armazenamento das informações, até o tratamento dessas in-formações para futuras inferências. Neste artigo é dado ên-fase ao processo de coleta de dados com a utilização de umcomputador de mão, auxiliando o eletricista na coleta de in-formações sobre os eventos não programados, uma vez queesses dados indicam onde determinado tipo de evento possuimaior nível de ocorrência, orientando as ações de manuten-ção e balizando o planejamento dos investimentos em expan-são. O segundo exemplo consiste em um sistema de auxílionas rotinas de inspeção e manutenção através de um aplica-tivo gráfico de representação da rede de distribuição em umcomputador de mão. O terceiro corresponde a um sistema deaquisição de dados de pequenas centrais hidrelétricas utili-zando a rede celular de telefonia.

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3 PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE COMU-NICAÇÃO E MOBILIDADE

Empresas de energia elétrica viam a telefonia fixa e os enla-ces dedicados de rádio-freqüência como únicas soluções viá-veis para a comunicação de dados entre os centros de ope-rações e os equipamentos remotos. Devido aos altos custosenvolvidos na implantação e manutenção de tais sistemas, setornava inviável a automatização de um grande número depontos dentro de um sistema de distribuição de energia elé-trica. Porém, nos últimos dez anos, a rede pública de telefo-nia celular e a comunicação via satélite apresentaram avan-ços significativos em relação a sua disponibilidade, viabili-dade e abrangência para novas aplicações. Algumas das prin-cipais tecnologias desenvolvidas para comunicação e mobi-lidade atualmente disponíveis no mercado são apresentadasabaixo.

3.1 AMPS (Advance Mobile Phone Sys-tem)

O sistema AMPS é um sistema de telefonia celular analó-gico, denominado de primeira geração. É o mais antigo e di-fundido sistema de telefonia celular, desenvolvido pelo BellLabs na década de 80. Fornece serviço de voz modulado emuma portadora FM, num canal de rádio freqüência. Esse sis-tema permite a transmissão de dados na forma CSD (CircuitSwitched Data), mas com um desempenho geralmente des-crito como marginal, sendo muito menor do que em canaisdiscados convencionais, ficando limitado a taxas de 10 kbps.Conforme a presença de obstáculos a taxa de transmissãopode cair para 1 kbps. Outro inconveniente desse tipo desistema é a facilidade com que o mesmo possa ser fraudado.Porém, esse sistema apresenta uma vantagem no que diz res-peito à área de cobertura, possibilitando acesso a pontos dis-tantes de centros urbanos (Siemens AG, 2003).

3.2 IS-136

Tecnologia de segunda geração pioneira na transmissão devoz e dados digitalmente. Utiliza duas técnicas de acesso aosdomínios tempo e frequencia chamadas de TDMA (Time Di-vision Multiple Access) e FDMA (Frequency Division Mul-tiple Access). Através dessas técnicas, a banda disponívelé dividida em canais de 30kHz, onde o acesso ao domíniotemporal é dividido em quadros de 40ms. Cada quadro de40ms é dividido em 6 slots de 6,67ms. Como cada chamadatelefônica utiliza dois slots, torna-se possível que até 3 con-versações sejam estabelecidas em um único canal com bandade 30kHz. O IS-136 possibilitou que novos serviços fossemdisponibilizados, tais como transferência de dados utilizandoCSD a uma velocidade de 9,6 kbps, identificação do númerochamador, conferência, siga-me e chamada em espera.

3.3 IS-95

Tecnologia digital, classificada como de segunda geração,criada no início dos anos 90. Utiliza uma técnica de acessomúltiplo por divisão de código (CDMA - Code Division Mul-tiple Access), sendo esse código a identificação de cada celu-lar no sistema. Permite transmissão de dados utilizando CSDa uma taxa de 14,4 kbps, SMS e 1XRTT (1xRadio Transmis-sion Technology) a uma taxa média de 57,6 kbps (SiemensAG, 2003).

3.4 GSM (Global System for Mobile Com-munication)

O sistema GSM é um padrão de telefonia celular de segundageração criado com o propósito de dar origem a um sistemade telecomunicações europeu operativo na freqüência de 900MHz, encontrando-se hoje expandido além das fronteiras eu-ropéias. As bandas do GSM são divididas em canais de RF,onde cada canal consiste de um par de freqüências (Trans-missão e Recepção) com 200 KHz de banda cada. Exis-tem, portanto, 124 canais de RF no GSM 900 e 373 canaisno DCS 1800. Esses canais receberam uma numeração co-nhecida como ARFCN (Absolute Radio Frequency ChannelNumber). As freqüências portadoras dos canais de RF sãomoduladas em 0,3 GMSK por um sinal digital com taxa de270,833 kbit/s. Este sinal digital de 270,833 kbit/s é divididono domínio do tempo em 8 intervalos (slots) de tempo pos-sibilitando o múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA)das Estações Móveis. O padrão GSM permite a transferên-cia de dados utilizando as tecnologias CSD, SMS, GPRS eEDGE (Siemens AG, 2003).

3.5 Tecnologias de Comunicação de Da-dos

Cada tipo de rede celular tem seus padrões de transferênciade dados. Estas tecnologias podem ser utilizadas nas maisdiversas áreas de sistemas de potência, tais como: monito-ração de demanda em pontos estratégicos, telecomando dereligadores e banco de capacitores, operação remota da gera-ção, supervisão de subestações, controle da frota de veículosda empresa e até mesmo coleta de registros para tarifação deconsumidores. Abaixo são apresentadas as principais tecno-logias de transferência de dados disponíveis atualmente noBrasil (Siemens AG, 2003).

3.5.1 CSD (Circuit Switched Data)

É um sistema de transmissão de dados onde a transferênciaé feita através de um canal de voz comum (comutação porcircuito). O inconveniente deste tipo de sistema é a tarifação,pois como o sistema reserva um canal de voz para tráfego de


dados, o mesmo é tarifado por pulsos telefônicos pela ope-radora. As velocidades de transferência de dados ficam emtorno de 9,6 kbps para as redes do tipo AMPS e TDMA e14,4 kbps para as redes GSM e CDMA (Siemens AG, 2003).Um exemplo de aplicação desse sistema de transferência dedados é descrito na seção 6 (Santos et. al., 2004).

3.5.2 SMS (Short Message Service)

É um serviço de envio de menssagens instantâneas que co-meçou a ser disponibilizado nos sistemas digitais de segundageração. Permite envio e recebimento de mensagens com até160 caracteres. Se o telefone de destino estiver fora da áreade cobertura ou desligado, as mensagens são guardadas porum centro de mensagens que evita que as mesmas sejam per-didas (Siemens AG, 2003). A utilização deste tipo de serviçona área de sistemas de potência é restrita, pois as operadorasnão garantem o tempo de entrega das mensagens, podendogerar atrasos indesejáveis dependendo da aplicação.

3.5.3 GPRS (General Packet Radio Server)

Tecnologia de transmissão de dados baseada na rede GSM,que faz comutação por pacotes. Uma empresa pode utilizar oserviço de transferência de dados independentemente da uti-lização do serviço de voz, pagando uma taxa proporcional aovolume de dados necessário para a aplicação (Siemens AG,2003). Como em sistemas de telemetria, a taxa de dadostrafegados é baixa, se comparada a outras aplicações, tal tec-nologia se torna atraente. Uma aplicação deste tipo de tecno-logia em sistemas de potência é descrito na seção 6 (Santoset. al., 2004).

3.5.4 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolu-tion)

Padrão desenvolvido para aumentar a taxa de transferênciade dados pela rede GSM. Desta maneira é possível oferecertaxas de transferência de dados a taxas de até 384 kpbs. Suaforma de tarifação é semelhante à do GPRS, onde o usuá-rio paga por Mbyte trafegado durante o mês (Siemens AG,2003).

3.5.5 1XRTT (1xRadio Transmission Technology)

É uma tecnologia que permite a transferência de dados emalta velocidade no padrão de rede CDMA. É um equivalentedo GPRS, permitindo transferência de dados entre 30 a 70kbps, sendo tarifado da mesma forma (Siemens AG, 2003).

Figura 1: Exemplos de PDAs

Figura 2: Exemplos de SmartPhone e WDA

3.6 Computadores Móveis

3.6.1 PDA (Personal Digital Assistant)

PDAs são dispositivos portáteis com tela monocromática oucolorida e sistema de entrada de dados por tela sensível aotoque (touch screen). Exemplos de PDA são mostrados nafigura 1. Normalmente os sistemas operacionais presentes jáincluem aplicativos como calendário, agenda, bloco de no-tas entre outros. Existem ferramentas comerciais e livrespara desenvolvimento de aplicativos para estas plataformas.A interface física com outros equipamentos pode ser reali-zada através de comunicação serial, bluethooth e por algunsslots do tipo PCMCIA e compact flash. Existem comercial-mente, interfaces com estes dispositivos para a utilização detransferência de dados via GPRS e também utilizando servi-ços da rede CDMA. Os dois principais sistemas operacionaispara PDAs são o Palm OS da Palm Inc e o Pocket PC daMicrosoft R© Inc (CIGRE, 2002).

3.6.2 Smartphones

Os Smartphones são telefones celulares com função de PDA,como os mostrados na figura 2. Atualmente a maior desvan-tagem é o tamanho da tela, a qual, geralmente, é menor que ade um PDA. Os Smartphones com o mesmo tamanho de telade um PDA são chamados de WDA (Wireless Digital Assis-tants). A convergência entre os smarthphones e os PDAs éconsiderada natural (CIGRE, 2002).

3.6.3 Handheld PC

O handheld PC, figura 3, é similar ao PDA no sentido queeles são terminais com tela colorida e sistema de entrada de


Figura 3: Handheld PC

dados por tela sensível ao toque (touch screen), porém comum tamanho de tela bem maior, geralmente com a resoluçãode 800 x 600 pixels ou mais. Os handhelds utilizam os mes-mos sistemas operacionais que um PC de mesa, e costumamser chamados também de Tablet PC (CIGRE, 2002).

3.6.4 Terminais Dedicados

Terminais com interface gráfica geralmente baseados em telade cristal líquido (LCD - Liquid Crystal Display) monocro-mático alfanumérico e sem a capacidade de programaçãopelo usuário. Um exemplo disso são os sistemas via satélitepara coleta de dados (CIGRE, 2002).

3.6.5 Telefones Celulares

Uma das tecnologias de computação móvel mais difundidaatualmente são os telefones celulares, os quais apresentamum baixo custo de aquisição, ampla cobertura de serviçose uma grande potencialidade de utilização como dispositivode aquisição de dados. Outra grande vantagem do telefonecelular é permitir a sua utilização para comunicação de voze dados. Geralmente possuem telas coloridas, porém comtamanho reduzido, o que muitas vezes limita o tipo de apli-cação que pode ser suportada pelo dispositivo. Alguns pos-suem funções extras como câmera fotográfica, o que permiteo desenvolvimento de aplicativos com capacidade de armaze-namento fotográfico. Alguns dispositivos utilizam o sistemaoperacional Symbian OS R©. Outros utilizam uma máquinavirtual Java para executar aplicativos desenvolvidos por ter-ceiros (CIGRE, 2002).

4 SISTEMA PARA AQUISIÇÃO DE DADOSDE EVENTOS NÃO PROGRAMADOS

Atualmente os operadores e eletricistas são os analistas dosdefeitos que ocorrem nas redes elétricas. Muitas vezes nãohá possibilidade de identificação direta da causa que originoua parada no fornecimento de energia. A correta identificaçãoda causa de um evento está diretamente relacionada à quan-tidade e à qualidade da informação no local do evento, bemcomo da identificação correta das atividades e dos fatos quepoderiam indicar a causa de uma falta de energia não progra-mada. Para auxiliar o eletricista nesta atividade, foi desen-

Figura 4: Arquitetura do sistema de coleta de dados de even-tos não programados

volvido um sistema de coleta de dados com a utilização detecnologia móvel do tipo PDA, cuja arquitetura simplificadaé apresentada na figura 4. Nesse sistema, o eletricista deveescolher a resposta mais apropriada para traduzir as condi-ções do elemento do sistema de distribuição que falhou e asvariáveis relativas às condições climáticas na hora da ocor-rência do evento. Esse sistema de coleta de dados pode serconsiderado o primeiro módulo de um sistema de tratamentodas informações de falta de energia. O segundo módulo con-siste em um aplicativo que irá analisar as informações co-lhidas em campo pelo computador de mão e, através de umalgoritmo computacional, identificar as possíveis causas doevento (Pretto at al, 2003a).

4.1 Sistema de Coleta

O objetivo da detecção da causa (Billinton et al., 2002) deparalisação do fornecimento de energia é a de suprir as áreasda empresa que gerencia a rede elétrica, com informaçõessobre o desempenho dos elementos que compõem as mes-mas, identificando como posicionar o investimento necessá-rio para redução de problemas e conseqüente ampliação debenefícios (Billinton et al., 1991). Nesse caso, é necessá-rio identificar os elementos básicos de um sistema de distri-buição para melhor medir o desempenho desses elementos.Sendo assim, pode-se citar alguns objetivos básicos de inte-resse nos elementos, sendo eles:


• Identificar quais áreas possuem piores desempenhos dasredes;

• Identificar qualidade dos equipamentos instalados nosistema de distribuição;

• Identificar possibilidade de mau gerenciamento dos ati-vos por parte dos técnicos que atuam na rede;

• Identificar o desempenho de algum tipo de equipamentoque seja necessário em alguma região;

• Identificar problemas de redes elétricas mal construídas.

4.1.1 Elementos de Interrupção

As falhas que ocorrem em um sistema de distribuição acon-tecem diretamente em algum dos elementos que compõema estrutura física da rede elétrica. Baseado nisso, criou-se oconceito de “elemento de interrupção”, representando todasas estruturas que podem apresentar defeitos e, consequente-mente, levar à interrupção do fornecimento de energia elé-trica (Rosa et al., 2004). Os elementos de interrupção podemser identificados como:

• Postes;

• Cruzetas;

• Isoladores;

• Elementos de Sustentação;

• Condutores;

• Equipamentos.

Utilizando esse conceito de elemento de interrupção, foi ela-borado um questionário que visa identificar o motivo da pa-ralisação do fornecimento de energia elétrica. O questionáriofoi implementado sob forma de um aplicativo para computa-dor de mão, onde o eletricista indica o elemento de interrup-ção responsável pela parada de fornecimento e as condiçõesonde a rede de distribuição esta inserida.

O fluxo da informação e a seqüência lógica do questionáriopodem ser vistos na figura 5, onde o fluxo começa com achegada de uma Ordem de Serviço – OS.

4.1.2 Implementação do Aplicativo de Coleta

O questionário foi implementado sob forma de um aplicativodesenvolvido em uma estrutura orientada a objetos, onde osdados recolhidos são armazenados em um arquivo local para

Figura 5: Seqüência lógica do questionário

posteriormente ser enviado a um banco de dados. É impor-tante salientar que o principal objetivo do eletricista é restau-rar o sistema de distribuição, restabelecendo o fornecimentode energia o mais breve possível. Sendo assim, o questio-nário deve ser respondido após a intervenção na rede, como eletricista possuindo claro domínio sobre o trabalho reali-zado. O questionário deve possuir um conteúdo claro, intui-tivo e de fácil navegação. O questionário foi implementadode três formas diferentes. A primeira versão foi implemen-tada com o uso da linguagem Java através da API MIDP, paracelulares e computadores portáteis. A segunda implementa-ção foi realizada com a utilização da linguagem EmbeddedVisual Basic R©, para a plataforma Pocket PC R©, e por fim,a terceira implementação valeu-se dos recursos da lingua-gem de programação C++ para realizar o desenvolvimentodo aplicativo compatível com o sistema operacional PalmOS R©. A seguir é feita uma breve descrição dos detalhesde cada desenvolvimento e, posteriormente, uma compara-ção entre os mesmos.

4.1.2.1 Java

A linguagem Java é uma linguagem multiplataforma ondeos aplicativos são executados por uma máquina virtual. Ocompilador Java gera um bytecode que é interpretado poruma máquina virtual específica para cada sistema operaci-onal. Existe uma máquina virtual Java para a maioria doscomputadores portáteis e telefones móveis atuais, e isto pos-


Figura 6: Tela clima

Figura 7: Aplicativo para Pocket PC R©

sibilitou o desenvolvimento do aplicativo utilizando essa lin-guagem. Toda a interface homem-máquina (IHM) do aplica-tivo foi “desenhada” utilizando a classe Canvas com os mé-todos de desenho apropriados. O usuário podia entrar com osdados com o uso da caneta touch screen ou através das teclasde acesso. Na figura 6 pode ser vista uma tela do sistemadesenvolvido em Java para Palm OS R© (Pretto et al.,2003a).

4.1.2.2 Embedded Visual Basic

A empresa Microsoft disponibiliza gratuitamente a ferra-menta Embedded Visual Basic para desenvolvimento a apli-cativos voltados aos sistemas operacionais Pocket PC e Win-dows CE. Essa ferramenta permite o desenvolvimento rápidode aplicativos, com várias ferramentas para construção deIHM. Na figura 7 é mostrada uma tela do aplicativo desen-volvido para o sistema operacional Pocket PC.

Figura 8: Tela inicial do aplicativo

Figura 9: Tela de identificação climática

4.1.2.3 C++

Utilizou-se a linguagem C++ (Meiler et al.,2001) com o usoda ferramenta de desenvolvimento CodeWarriror R© para de-senvolver uma versão definitiva do aplicativo de coleta, comtodas as funcionalidades necessárias para o sistema operaci-onal Palm OS R©. O uso dessa ferramenta se mostrou o maisvantajoso das utilizadas, pois apresentou uma boa velocidadede desenvolvimento com recursos ilimitados de programa-ção. O desempenho obtido foi muito satisfatório, proporci-onando uma interação rápida e eficiente do aplicativo com ousuário. Nas figuras 8 e 9 são mostradas telas do aplicativodesenvolvido em C++.

Nas figuras 10 e 11 é apresentado um exemplo de um atendi-mento utilizando o aplicativo desenvolvido para PDA.

4.1.2.4 Vantagens e Desvantagens

Uma das fases críticas no desenvolvimento de aplicativospara dispositivos de computação móvel é a escolha da lin-guagem de programação e da plataforma de desenvolvi-mento. Essa escolha deve levar em conta algumas caracte-rísticas fundamentais, tais como velocidade de desenvolvi-mento, portabilidade e documentação. A tabela 1 apresentauma comparação entre três diferentes linguagens de progra-mação utilizadas no desenvolvimento dos aplicativos paracomputadores móveis.

A linguagem Java apresenta uma velocidade de desenvolvi-mento elevada, pois é totalmente orientada a objetos, promo-


Poste selecionado

Poste selecionado

Poste selecionado

Poste selecionado

Figura 10: Primeira parte do aplicativo.

vendo a reutilização de classes para a realização das maisdiversas funções. A ferramenta que utiliza C++ gera có-digos nativos para a maioria dos processadores da linha dePDA da Palm R©, sendo muito eficiente para aplicações querequerem desempenho avançado. A linguagem EmbeddedVisual Basic R© é gratuita, pode ser usada tanto para desen-volvimento para Pocket PC R© quanto para Windows CE R©,é de fácil entendimento, porém sem portabilidade para siste-mas que utilizem Palm OS R©.

4.2 Transferência de Dados

O processo de comunicação entre PDA - PC é uma peça fun-damental no sistema portátil, uma vez que realiza as transa-ções entre ambas as plataformas. O mecanismo responsável

Figura 11: Segunda parte do aplicativo.

Linguagem CustoVelocidade de

desenvolvimentoPortabilidade Documentação

Java Zero Rápida Total Muito Boa

VB Zero Rápida Nula Média

C++(CodeWarrior)

+/-U$200*

Média Parcial Muito Boa

*Fonte: www.metrowerks.com

Tabela 1: Comparativo entre linguagens de programaçãopara computadores móveis

por esse processo deve ser robusto, para evitar inconsistên-cias. Contudo, não deve ser um aplicativo complexo.

O sistema operacional Palm OS R© possui um programade comunicação padrão chamado HotSync R©, desenvolvidopela própria Palm R©. A estrutura de sincronismo deste soft-ware é bastante simples. O dispositivo Palm R© solicita a sin-croniza - troca de informações entre PDA e PC - e o apli-cativo gerente de comunicação, instalado no PC, responde aeste chamado, executando as tarefas programadas em biblio-tecas chamadas de Conduits. Cada aplicação no dispositivoPalm R© tem um respectivo Conduit que gerencia a lógica detransferência de dados tal como as suas consistência, comoapresentado na Figura 12.

Para a criação de Conduits, existe um pacote de desenvol-vimento disponibilizado pela Palm OS R© chamado ConduitDevelopment Kit – CDK. Este pacote consiste em uma sé-


Figura 12: Conduits

rie de bibliotecas e interfaces de tratamento de requisições ede comunicação para interação com o software HotSync R©

.

Uma solução de comunicação utilizando o CDK foi imple-mentada e testada, porém foi descartada devido a necessi-dade da instalação do framework .NET nas máquinas querealizariam a sincronização.

Sendo assim, buscou-se outra solução para a implementa-ção da comunicação. Esta solução foi baseada na utiliza-ção em conjunto de bibliotecas de Conduits para a linguagemDelphi R© e o uso de uma linguagem de colagem para geren-ciamento da lógica de transferência de dados. A liguagem decolagem escolhida foi a Python, devido a sua facilidade deimlpementação.

Utilizando a flexibilidade da linguagem juntamente com umpacote de bibliotecas chamado Python For Delphi R©, foi pos-sível integrar as duas linguagens utilizando a primeira comolinguagem de colagem e a segunda como gerenciadora doConduit para desenvolver a terceira versão do sistema de co-municação. Esta última versão trouxe flexibilidade para osistema, sem perda de desempenho ou estabilidade.

O processo de comunicação alterou-se na parte relativa ainteração entre HotSync R© e Conduit. Antes era estabele-cido um pareamento entre aplicativos e Conduits, pois cadaprograma exigia uma lógica diferente de trabalho de dados.Agora, existe uma duplicidade entre programas e arquivos descript em Python R©, onde cada arquivo (em formato texto)descreve a lógica relativa a um dado programa, e apenas umConduit que gerencia as execuções necessárias, como apre-sentado esquematicamente na Figura 13.

4.3 Armazenamento

Os dados coletados em campo são armazenados em umbanco de dados Oracle R© ligado a outras bases de dados daempresa, formando um sistema de informação que pode for-necer as mais diversas consultas de interesse para aprimora-mento das políticas de planejamento e expansão (Pretto et.al., 2003). Essa estrutura de armazenamento dos dados per-mite que o operador relacione os dados dos eventos com asmais diversas variáveis de interesse. O operador pode, por

Figura 13: Delphi - Python

exemplo, relacionar dados de utilização de material com osatendimentos dos eventos não programados, pode relacionara freqüência de ações de poda de árvores com dados dos des-ligamentos ocorridos por influência de vegetais, a concentra-ção de eventos em determinadas áreas, entre outros.

4.4 Análise dos Dados

O aplicativo de análise tem por objetivo proporcionarum meio de visualização dos dados sobre desligamentos,tornando-se uma ferramenta muito útil para o operador. A vi-sualização de dados sob a forma gráfica é um recurso ampla-mente utilizado para identificação de padrões, os quais nor-malmente não são vistos quando os dados estão dispostos demaneira tabular. O processo de análise dos dados inicia coma escolha de um período para a pesquisa no banco de dadosdo histórico de falhas. Considerando que o número de inter-rupções não programadas em um ano é da ordem de milhares,é importante limitar a pesquisa para um determinado períodode interesse. Após a escolha do período de análise, o apli-cativo fornece a visualização gráfica das ocorrências sobreo diagrama unifilar do alimentador bem como o cruzamentode dados para estudos. O aplicativo traz alguns benefíciosdiretos através de seu uso, sendo os mais significativos:

Manutenção - Possibilidade de verificar graficamente asáreas da rede que apresentam um maior tipo de defeito,isso pode ser feito através de uma pesquisa filtrada peloitem Elemento de Interrupção.

Áreas de Poda - Verificar os locais que ocorrem mais desli-gamentos associados ao item vegetal. Esta tarefa podeser realizada através de uma pesquisa filtrada pelo itemVegetal. Este estudo pode descobrir que zonas precisamde uma rotina de poda mais freqüente.

Estudo Elétrico - O eletricista pode reproduzir o estado elé-trico da rede no momento de qualquer interrupção pre-sente no histórico de interrupções, verificando as condi-ções de corrente e tensão no local da falha.

Estado Elétrico - O aplicativo pode apresentar que parte da


Figura 14: Saída gráfica do aplicativo de análise.

rede ficou sem abastecimento depois de um desliga-mento e por quanto tempo.

Inspeção - O aplicativo pode servir como apoio a políticasde inspeção de rede, baseado no histórico de falhas, notipo de falha, e na freqüência que cada tipo de equipa-mento apresenta defeito.

A Figura 14 mostra um exemplo de saída gráfica do aplica-tivo de análise, onde é possível observar círculos desenha-dos sobre o diagrama unifilar da rede de distribuição. Essescírculos representam interrupções não programadas de ener-gia que aconteceram naquele local, em um período e em umequipamento determinado.

4.5 Implantação e Aceitação do Sistema

O sistema foi bem aceito pela empresa e obteve uma exce-lente repercussão, uma vez que contribuiu diretamente para oaumento da qualidade da informação. A empresa agora contacom uma ferramenta que pode orientar, de maneira pontuale focada, os investimentos realizados na rede. As funcio-nalidades de visualização gráfica agradam o operador, queconsegue visualizar com clareza as variáveis e os padrões de-correntes do histórico de desligamento, podendo guiar açõespara aumentar a confiabilidade do sistema, com clareza e pre-cisão.

5 INSPEÇÃO DE REDE COM PDA

A manutenção de um sistema elétrico é fator essencial naprodutividade e competitividade das empresas de energia elé-trica, uma vez que a qualidade e a continuidade são direta-

Figura 15: Arquitetura lógica do sistema de inspeção de re-des

mente influenciadas pelo desempenho dos equipamentos darede (Endrenyi et al., 2001). A tarefa de inspeção de redesé uma área promissora para a utilização de computadoresmóveis. Dois tipos de aplicações de sistemas de inspeçãoutilizando computação móvel são relatados em (Silva et al.,2003) e (Monteiro et al.,2003). Na seção 5.1 é apresentadoum sistema desenvolvido e implantado pelos autores em umaempresa de distribuição de energia elétrica.

5.1 Sistema

Na figura 15 pode ser visto um esquemático que demonstra aarquitetura proposta. O eletricista utiliza o PDA para indicaratravés de uma tree view os equipamentos que necessitam deuma ação de manutenção, além de indicar quais ações sãonecessárias e o seu grau de prioridade. O aplicativo propor-ciona uma visão georeferenciada da rede elétrica na tela dodispositivo e o usuário pode identificar o local onde é ne-cessário realizar a inspeção. Na figura 16 pode ser vista arepresentação de um alimentador real na tela de um dispo-sitivo da Palm R©. Na figura 17 pode ser visto um exemploda tree view de equipamentos com suas respectivas ações eprioridades.


Figura 16: Apresentação do alimentador na tela do PDA

Figura 17: Árvore de componentes

5.2 Desenvolvimento Computacional

Para a implementação das rotinas gráficas do aplicativo des-tinado ao PDA foram criadas duas entidades, sendo elas: nó eramo. Cada nó possui um identificador (ID) específico e suasrespectivas coordenadas x e y. O ramo é composto por umidentificador (ID), um nó inicial e um nó final. Esta estrutura-ção viabiliza a criação de um vínculo entre uma região físicado alimentador com coordenadas geográficas e as estruturasnela presentes. Desta forma é possível vincular um pontogeográfico às estruturas presentes neste ponto, possibilitandoao usuário acessar os conjuntos de estruturas através de umarepresentação gráfica da rede. O alimentador representado naFigura 16, por exemplo, contém mais de 2000 nós, e aproxi-madamente a metade desse valor de ramos. Sendo assim amanipulação desse volume de dados pelo dispositivo portá-til torna-se penosa. Baseado nisso, todo o desenvolvimentofoi realizado em C++, pois foi a linguagem que apresentou omelhor desempenho para a solução proposta.

6 AQUISIÇÃO DE DADOS DE PCH

Nesta seção é descrito um sistema para aquisição de dados depequenas centrais hidrelétricas através da rede de telefoniacelular.

6.1 Introdução

Durante muitos anos no Brasil, pequenos aproveitamentosenergéticos de base hidráulica, as chamadas Pequenas Cen-trais Hidrelétricas ou PCH, eram operados de forma descen-tralizada e desordenada, com base apenas no conhecimentodos funcionários envolvidos em tal processo. Desde a criseno setor elétrico brasileiro, ocorrida no ano de 2001, vemaumentando o interesse por empreendimentos relacionadosao conceito de Geração Distribuída e no melhor aproveita-mento deste tipo de geração. Isso pode ser obtido de duasformas: investindo na construção de novas instalações e in-vestindo em tecnologia capaz de melhorar o aproveitamentoenergético das instalações atuais. Para a solução do pro-blema de racionalizar a utilização da estrutura existente, asempresas têm utilizado aplicativos computacionais que auxi-liam o operador a tomar decisões com relação à operação dosistema. Como muitos desses aplicativos necessitam infor-mações provenientes de equipamentos distribuídos ao longodo sistema elétrico, torna-se necessário a existência de siste-mas de comunicação confiáveis e viáveis economicamente.Diante deste contexto são propostas duas alternativas tecno-lógicas baseadas em comunicação de dados sobre rede ce-lular para coletar informações elétricas e hídricas de PCHs.Em ambas as propostas são utilizados Controladores LógicosProgramáveis (CLP), os quais são responsáveis por coletar,armazenar e disponibilizar os dados de campo para um sis-tema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)localizado no centro de controle (Santos et. al., 2004).

6.2 Sistema de Aquisição de Dados ViaCSD

Uma das alternativas existentes para se estabelecer um en-lace de comunicação CSD entre a estação de supervisão eo CLP é a utilização de telefone celular para recepcionar asconexões no local remoto. Basicamente, o sistema é com-posto por um servidor responsável por recepcionar as cone-xões (através de um RAS – Remote Access Services) prove-nientes do sistema supervisório e efetuar o roteamento dessasrequisições ao CLP, bem como pela autenticação e segurançada conexão. O fluxo dos dados se dá a partir de uma requisi-ção de conexão ao servidor remoto, onde será estabelecida arede IP entre o sistema supervisório e os dispositivos geren-ciáveis (neste caso o CLP). Uma vez estabelecida a conexão,o sistema supervisório envia uma requisição de dados ou umconjunto de informações para o endereço IP do dispositivo de


Sensor denível

BARRAGEM

4-2

0 m

A

Medidor deGrandezasElétricas

TCs TPs

RS

- 4

85

EquipamentoCelular

Sistema Scada

Modem

ProtocoloPPP

ProtocoloPPP

Dial UP

Rede Publica deTelefonia Comutada

Remote AccessServer (RAS)

Figura 18: Sistema de aquisição de dados via CSD

destino. Essas requisições são recepcionadas pelo servidorremoto e repassadas para o dispositivo em questão. Esse porsua vez deverá efetuar o processamento requisitado e geraruma resposta que será encaminhada ao sistema supervisórioatravés do servidor remoto, fechando dessa forma o ciclo degerenciamento dos dispositivos. A figura 18 apresenta comotal topologia pode ser implementada (Santos et. al., 2004).

6.3 Sistema de Aquisição de Dados ViaGPRS

Assim como no caso do CSD, o enlace de comunicação dedados utilizando GPRS pode ser implementado de diversasformas. Na solução proposta, estão sendo utilizados doisequipamentos GSM-GPRS. O primeiro é conectado à redede computadores do centro de operação, onde se encontra osistema SCADA, e o segundo é implantado junto ao pontoremoto de telemetria, no caso a PCH. Cada equipamento éprogramado para que sempre exista um enlace de comunica-ção entre eles, fazendo com que cada requisição gerada peloSCADA seja interpretada pelo módulo local e repassada parao equipamento remoto. O módulo GSM-GPRS remoto inter-preta tal requisição, e repassa-a para o CLP. Após o proces-samento do CLP o mesmo responde e o caminho inverso éexecutado. Na figura 19 é apresentado um possível esquemade ligação entre as partes envolvidas no processo de comuni-cação (Santos et al., 2004).

7 CONCLUSÕES

O contínuo avanço das tecnologias de computação móvel emrelação à disponibilidade, funcionalidade, facilidade de de-senvolvimento de aplicativos e custos de aquisição dos equi-pamentos, está tornando este tipo de tecnologia cada vez

Sistema SCADA

Estabelecimento de umarede IP entre os dois

equipamentos GSM-GPRS

Canal RS-485 ouRS-232

RedeGSM-GPRS

EquipamentoGSM - GPRS

Ethernet(Rede interna)

BARRAGEM

Sensor de nível

4-2

0 m

A

Medidor deGrandezasElétricas

TCs TPs

RS

- 4

85

CLP

EquipamentoGSM - GPRS

Figura 19: Sistema de coleta de dados de PCH utilizandoGPRS.

mais uma opção para a automatização de processos. Destaforma, é natural que funções e processos da indústria deenergia elétrica façam uso desse tipo de tecnologia. Den-tre as possibilidades de utilização pode-se destacar a coletae transferência de dados como uma das mais adequadas àutilização da tecnologia da computação móvel. Entretanto,o emprego desse tipo de tecnologia implica, na maioria dasvezes, numa mudança significativa do fluxo de informaçõese análise dos processos, uma vez que atividades rotineirasexercidas por técnicos, as quais são suscetíveis a erros, sãosubstituídas por uma forma automatizada de entrada de da-dos. Uma das vantagens mais direta do emprego dessa tecno-logia está no aumento significativo da qualidade, da confia-bilidade e da velocidade das informações manipuladas pelosprocessos envolvidos. Nesse artigo foram apresentadas trêsaplicações que demonstram as potencialidades da utilizaçãode tecnologia de computação móvel em sistemas de energia.Duas delas apresentam o uso de PDA para auxílio em roti-nas de inspeção e manutenção de sistemas de distribuição, ea terceira apresenta o uso de um sistema de coleta de dadosremotos através da rede de telefonia celular para aquisição deinformações de uma PCH.

AGRADECIMENTOS

Este trabalho é resultado de três projetos de Pesquisa e De-senvolvimento (P&D) ANEEL, suportados pelas empresasRGE Rio Grande Energia S.A., CELESC – Centrais Elétricasde Santa Catarina S.A., HIDROPAN Hidroelétrica PanambiS.A. e ELETROCAR – Centrais Elétricas de Carazinho S.A.Os autores agradecem o suporte técnico e as contribuiçõesdos profissionais dessas empresas que estiveram envolvidoscom a execução dos projetos. O primeiro autor agradece aRGE pelo suporte financeiro à realização do seu mestrado.


REFERÊNCIAS

CIGRE Task Force 35.07 (2002). The Benefits of MobileData How Can They be Realised?. Report of CIGRETask Force 35.07.

Pretto, C. O.; Rancich, G. V.; Lemos, F. A. B.; Rosa, M. A.(2003a). Forced Outages Information Treatment Sys-tem and Cause Identification Based on Mobile Compu-ting and Neural Networks. Power Tech, Bolonha, June[em CD].

Pretto, C. O.; Lemos, F. A. B.; Rosa, M. A. (2003b). Compu-tational System For Outage Causes Identification AndAnalysis For Assessment Of Distribution Systems Reli-ability Index. Proc. of 17th CIRED - International Con-ference and Exhibition on Electricity Distribution, Bar-celona, Spain. [em CD].

Pretto, C. O.; Lemos, F. A. B.; Rosa, M. A., Faller, R. S.(2005a). New Approach of Electrical Distribution Ins-pections Routines Using Mobile Technology. Proc. of18th CIRED - International Conference and Exhibitionon Electricity Distribution. Turin, Italy. [em CD]

Pretto, C. O.; Lemos, F. A. B.; Rosa, M. A., Faller, R. S(2005b). Data Acquisition Using Mobile ComputingTechnology to Enhance Operation and MaintenancePlanning. Proc. of 18th CIRED - International Confe-rence and Exhibition on Electricity Distribution, Turin,Italy. [em CD]

Pretto, C. O. (2005c) Sistema de Coleta e Tratamento de In-formações sobre Desligamentos Não Programados Ba-seados em Computadores Móveis. Dissertação de Mes-trado. PPGEE – PUCRS, Porto Alegre - RS.

Endrenyi, J.; Aboresheid, S.; Allan, R. N.; Anders, G. J.;Asgarpoor, S.; Billinton, R.; Chowdhury, N.; Dialynas,E. N.; Fipper, M.; Fletcher, R.H.; Grigg, C.; McCalley,J.; Meliopoulos, S.; Mielnik, T. C.; Nitu, P.; Rau, N.;Reppen N. D.; Salvaderi, L.; Schneider, A.; Singh, Ch.(2001). The Present Status of Maintenance Strategiesand the Impact of Maintenance on Reliability. IEEETransactions on Power Systems, Vol. 16, pp. 638 - 646.

Silva Filho, J. M; Ferrari, V.P.; Reichel, A.G.; Nakahata,M.T.; Alemida, A.R (2003) “Desenvolvimento de umSistema de Coleta de Dados para Inspeção de Usinas,Subestações e Linhas de Transmissão”, Anais do IICongresso de Inovação Tecnológica em Energia Elé-trica - CITENEL.[em CD]

Rosa, M. A.; Pretto, C. O.; Lemos, F. A. B.; Haffner, S.(2004). Identificação de Causa de Eventos ForçadosUtilizando uma Matriz de Pertinência. IEEE Transmis-sion and Distribution, São Paulo [em CD].

Monteiro, M. E.; Moura, E. S.; Drago, A.B.; Santos, L. O.B. S; Amaral, P. F. S.; Filho, J.G.P.; Rosal, P.F.; Ba-zelatto, G.D. (2003). Sistema para Identificação Localde Equipamentos Instalados nas Linhas de Distribuiçãopor Meio de Coordenadas Geográficas (GPS) e Acessoa Banco de Dados Vai Telefone Celular. Anais do II CI-TENEL Congresso de Inovação Tecnológica em Ener-gia Elétrica.[em CD]

Meiler, P. (2001) Fundamentals of object-oriented design inUML. Addison Wesley Longman.

Billinton, R.; Oprison, M.; Filippelli, F. and Clark, I. M.(1991). A Reliability Data System for the Reportingof Forced Outages of Distribution Equipment. WESCA-NEX ’91 ’IEEE Western Canada Conference on Com-puter, Power and Communications Systems in a RuralEnvironment, pp. 267 –270.

Billinton, R. (2002). Economic Cost of Non-Supply. IEEEPower Engineering Society, Winter Meeting, Vol. 2, pp.959 -962.

Billinton, R. (2002). Assessment of Customers Service Re-liability. Proc. of VIII SEPOPE – Symposium of Speci-alists in Electric Operational and Expansion Planning,Brasília, Brasil.[em CD]

Siemens AG (2003). GPRS Introduction.TM2110E101TM_0005.

Santos, T. T.; Pavão, R. K.; Quadra, A.S.; Lemos, F. A. B.(2004). Aquisição de Dados Remotos Provenientes dePequenas Centrais Hidroelétricas via Telefonia Celular.IEEE Transmission and Distribution, São Paulo, Brasil[em CD].


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