Controle elétrico Pátio Itaquera

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA POLITÉCNICA
RICARDO BELTRAME
VAGNER S. VASCONCELOS
ESTUDO COMPARATIVO DE TRÊS ARQUITETURAS PARA
MONITORAÇÃO E CONTROLE DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO
ELÉTRICA DO PÁTIO ITAQUERA A PARTIR DO CENTRO DE
CONTROLE OPERACIONAL
SÃO PAULO
2012

RICARDO BELTRAME
VAGNER S. VASCONCELOS
ESTUDO COMPARATIVO DE TRÊS ARQUITETURAS PARA
MONITORAÇÃO E CONTROLE DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO
ELÉTRICA DO PÁTIO ITAQUERA A PARTIR DO CENTRO DE
CONTROLE OPERACIONAL
Trabalho apresentado à Escola
Politécnica da Universidade de São
Paulo para obtenção do título de
Especialista em Tecnologia
Metroferroviária.
Área de Concentração:
Engenharia Metroferroviária
Orientador:
Prof. Dr. Wilson Komatsu
SÃO PAULO
2012

DEDICATÓRIA
Dedicamos este trabalho aos nossos pais, esposas e filhos pelo apoio e compreensão.
Ao amigo Sérgio Massaru Kitamura, que estará sempre presente em nossas lembranças.

AGRADECIMENTOS
Ao professor Dr. Wilson Komatsu, pela orientação e pelo constante estímulo
transmitido durante o trabalho.
Aos amigos do Departamento Técnico da Operação que colaboraram direta e
indiretamente, na execução deste trabalho.
À Companhia do Metropolitano de São Paulo – Metrô, que patrocinou a nossa
participação neste Curso.
Aos professores do Curso de Tecnologia Metroferroviária do PECE-USP, por todo
conhecimento e experiência transmitidos ao longo do curso.
Aos funcionários do PECE, que proporcionaram condições para a realização do curso.

RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo comparativo de três arquiteturas de sistemas
para a monitoração e o controle do sistema de alimentação elétrica do Pátio
Itaquera a partir do Centro de Controle Operacional. O desenvolvimento
baseou-se nas boas práticas preconizadas pelos GUIAS BABOK e PMBOK.
Foram identificados os interessados do projeto, levantados os requisitos
técnicos e operacionais para atender aos objetivos do projeto, desenvolvido a
estrutura analítica do projeto e a matriz de responsabilidades. Para cada uma das
arquiteturas foi desenvolvido um projeto conceitual e a seleção da melhor
alternativa ocorreu com auxílio de uma matriz de decisão, onde os indicadores
CAPEX, Tempo de Implantação, Segurança, Interferência Operacional e Tempo
Médio de Reparo foram ponderados e utilizados como indicadores. A melhor
alternativa de arquitetura foi a que apresentou o menor custo de ciclo de vida do
projeto. Para a arquitetura selecionada foi desenvolvido o seu pré-detalhamento
(FEED).
Palavras-chaves: Sistema de controle, metodologia de projeto, gerenciamento de
projetos.

ABSTRACT
This paper presents a comparative study of three system architectures for
monitoring and control of power system of the Itaquera Yard from the
Operational Control Center. The development was based on the best practices
advocated by the BABOK and PMBOK Guides. We identified the project
stakeholders, set up the technical and operational requirements to meet the
project objectives, developed a work breakdown structure and responsibility
matrix. For each of the architectures we developed a basic design and the
selection of the best alternative was made through a decision matrix, where
indicators CAPEX, Time Deployment, Security, Operational Interference and
Mean Time To Repair were weighted and used as indicators. The best
alternative architecture was the one with the lowest life cycle cost of the project.
For the selected architecture was developed its Front End Engineering Design
(FEED).
Key words: Control system, project methodology, project management.

LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Imagem de Satélite contemplando o CCO e o PIT......................................................1
Figura 2: Ciclo de vida de um produto, Fonte: (PAHL, 2005)...................................................6
Figura 3: Ciclo de vida do projeto, Fonte: GUIA PMBOK (PMI, 2008)....................................7
Figura 4: Áreas de Conhecimento em Gerenciamento de Projetos - PMBOK (PMI, 2008)......9
Figura 5: Metodologia Front End Loading..................................................................................9
Figura 6: Arquitetura Centralizada............................................................................................16
Figura 7: Arquitetura Distribuída..............................................................................................16
Figura 8: Arquitetura de Controle Sem fio...............................................................................17
Figura 9: Classificação das redes industriais, Fonte: (VERMAAS e SOUZA, 2012)..............18
Figura 10: Padrões e protocolos de acordo com a IEC, Fonte: (CARVALHO, 2007).............19
Figura 11: Visão geral das tecnologias sem fio, Fonte (BONIFÁCIO, 2010)..........................20
Figura 12: Metodologia de desenvolvimento............................................................................21
Figura 13: Equipamentos elétricos da retificadora do PIT........................................................24
Figura 14: Legenda dos equipamentos elétricos da retificadora do PIT...................................25
Figura 15: Estrutura Analítica do Projeto.................................................................................26
Figura 16: Esquema típico dos painéis das remotas de I/O.......................................................31
Figura 17: Anéis ópticos propostos , Fonte: Adaptado da Wikimapia.....................................32
Figura 18: Arquitetura proposta para o sistema sem fio...........................................................34
Figura 19: Arquitetura do Sistema de Controle........................................................................40
Figura 20: Lógica de Controle das entradas dos CPs................................................................45
Figura 21: Lógica de Controle das saídas dos CPs...................................................................47
Figura 22: Configurações do Cluster........................................................................................73
Figura 23: Configurações do Network Addresses.....................................................................73
Figura 24: Configurações do I/O Servers..................................................................................73
Figura 25: Configurações da Board..........................................................................................74
Figura 26: Configurações da primeira porta - CP-1..................................................................75
Figura 27: Configurações da segunda porta - CP-2..................................................................75
Figura 28: Configurações da primeira I/O Device - CP-1.........................................................76
Figura 29: Configurações da segunda I/O Device - CP-2.........................................................76
Figura 30: Configuração do Tag _40001..................................................................................77
Figura 31: Interface Homem Máquina – IHM dos Testes.........................................................77
Figura 32: Simulador do CP-1..................................................................................................78
Figura 33: Simulador do CP-2..................................................................................................78
Figura 34: Início Aplicação.......................................................................................................78
Figura 35: Falha no CP-1..........................................................................................................79
Figura 36: Chaveamento para o CP-2.......................................................................................79
Figura 37: Chaveamento para CP-1..........................................................................................79
Figura 38: Frames trocados entre o Vijeo Citect e o CP-1........................................................80

Figura 39: Frames trocados entre o Vijeo Citect e o CP-2........................................................81
Figura 40: Esquema de Eletrificação do PIT.............................................................................82

LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Matriz RACI, Fonte: Adaptado do GUIA PMBOK (PMI, 2008).............................10
Tabela 2: Registro das partes interessadas................................................................................23
Tabela 3: Matriz RACI..............................................................................................................26
Tabela 4: Quantidade de pontos de entrada/saída.....................................................................28
Tabela 5: Quantidade de Fiação................................................................................................29
Tabela 6: CAPEX do sistema centralizado...............................................................................30
Tabela 7: Quantitativo de equipamentos necessários................................................................31
Tabela 8: Quantitativo de fibra óptica.......................................................................................32
Tabela 9: CAPEX do sistema distribuído.................................................................................33
Tabela 10: CAPEX do sistema sem fio.....................................................................................35
Tabela 11: Comparação dos custos percentuais de implantação dos sistemas.........................35
Tabela 12: Matriz de Decisão...................................................................................................37
Tabela 13: Lista de pontos de entradas digitais.........................................................................44
Tabela 14: Frame de solicitação do supervisório para os CPs..................................................45
Tabela 15: MBAP do frame de resposta do CP........................................................................46
Tabela 16: Frame de resposta do CP.........................................................................................46
Tabela 17: Lista de pontos de saídas digitais............................................................................47
Tabela 18: Intervalos de tempo fixo em função das taxas de transmissão................................48
Tabela 19: Tempo Total de Offset............................................................................................49
Tabela 20: Quantidades de Remotas de I/O por anel óptico.....................................................49
Tabela 21: Tempos Totais de Offset.........................................................................................50
Tabela 22: Tempo Total de Contribuição dos Dados................................................................50
Tabela 23: Números de dados de bytes em cada um dos anéis.................................................51
Tabela 24: Tempo Total de Contribuição dos Dados ...............................................................51
Tabela 25: Tempos de varredura do sistema.............................................................................51
Tabela 26: Requisito Operacional 1..........................................................................................57
Tabela 35: Requisito Operacional 10........................................................................................59

Tabela 48: Requisito Técnico 1.................................................................................................63
Tabela 57: Requisito Técnico 10...............................................................................................68
Tabela 64: Requisito Técnico 17..............................................................................................71

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CAPEX Capital Expenditure
CMSP Companhia do Metropolitano de São Paulo
CP Controlador Lógico Programável
CPU Central Processing Unit
DIO Distribuidor Interno Óptico
DPS Dispositivo de Proteção contra Surtos
ED Entrada Digital
EPB Estacionamento e Pátio Belém
EVTE Estudo de Viabilidade Técnica e Econômica
FEED Front End Engineering Design
FEL Front End Loading
GP Gerenciamento de Projeto
I/O Cartões (remotas) de entradas e saídas do CP
LCC Life Cycle Cost
MTBF Mean Time Between Failure
MTTR Mean Time To Repair
OPEX Operational Expenditure
PAT Pátio Jabaquara
PCR Pátio Capão Redondo
PIT Pátio Itaquera
RACI Responsible, Accountable, Consulted and Informed
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
SD Saída Digital
SPAP Sistema de Prevenção de Acidente de Plataforma
SPDA Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas
WBS Work Breakdown Structure

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO..........................................................................................................1
1.1 OBJETIVO..............................................................................................................1
1.2 JUSTIFICATIVA.....................................................................................................2
1.3 HISTÓRICO............................................................................................................3
1.4 PRÓXIMOS PASSOS............................................................................................3
1.5 DESCRIÇÃO DOS CAPÍTULOS DO TRABALHO................................................4
2 REVISÃO DA LITERATURA ...................................................................................5
2.1 O PRODUTO..........................................................................................................5
2.1.1 Ciclo de vida do produto..................................................................................6
2.2 O PROJETO...........................................................................................................6
2.2.1 Ciclo de vida do projeto....................................................................................7
2.2.1.1 Custo de capital de investimento.....................................................................8
2.2.1.2 Custo de capital de operação..........................................................................8
2.2.2 Gerenciamento do projeto...............................................................................8
2.2.3 Metodologias de Gerenciamento de Projetos................................................9
2.2.4 Partes Interessadas do Projeto e suas Responsabilidades.......................10
2.2.4.1 Partes interessadas.......................................................................................10
2.2.4.2 Responsabilidades e papeis dos envolvidos no projeto................................10
2.2.4.3 Front End Engineering Design - FEED..........................................................11
2.3 REQUISITOS DO PROJETO...............................................................................11
2.3.1 Requisitos do negócio....................................................................................13
2.3.2 Requisitos das partes interessadas.............................................................13
2.3.3 Requisitos da solução....................................................................................13
2.3.3.1 Requisitos Funcionais....................................................................................13
2.3.3.2 Requisitos não-funcionais..............................................................................13
2.3.3.3 Requisitos de transição..................................................................................14
2.3.4 Atributos dos requisitos.................................................................................14
2.4 MÉTODOS PARA SELEÇÃO DE ALTERNATIVAS CONCEITUAIS..................14
2.5 ARQUITETURAS DE SISTEMAS DE CONTROLE AVALIADAS.......................15
2.5.1 Arquitetura centralizada.................................................................................15
2.5.2 Arquitetura distribuído...................................................................................16
2.5.3 Arquitetura sem fio.........................................................................................17
2.6 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO.................................................................17
2.6.1 Protocolos industriais....................................................................................18
2.6.2 Comunicação sem fio.....................................................................................19
3 METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO..........................................................21
3.1 FLUXO DE TRABALHO.......................................................................................21

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO..............................................................................23
4.1 REGISTRO DAS PARTES INTERESSADAS.....................................................23
4.2 REQUISITOS DO PROJETO...............................................................................24
4.3 ESTRUTURA ANALÍTICA E MATRIZ DE RESPONSABILIDADES...................26
4.4 ESTUDO DAS ALTERNATIVAS DE SOLUÇÕES..............................................27
4.4.1 Arquitetura Centralizada.................................................................................27
4.4.2 Arquitetura Distribuída...................................................................................30
4.4.3 Sistema Sem Fio.............................................................................................33
4.4.4 Comparação dos custos de implantação dos sistemas.............................35
4.5 SELEÇÃO DA MELHOR ALTERNATIVA............................................................35
4.5.1 Parâmetros de comparação e seus pesos...................................................35
4.5.2 Critérios adotados para as notas..................................................................37
4.5.3 Matriz de decisão............................................................................................37
4.5.4 Justificativas para as notas...........................................................................37
4.6 FEED DA MELHOR SOLUÇÃO...........................................................................38
4.6.1 Análise da consistência do projeto básico da solução distribuída..........39
4.6.2 Complementação do projeto básico.............................................................39
4.6.2.1 Arquitetura do sistema...................................................................................40
4.6.2.2 Locação dos painéis......................................................................................41
4.6.2.3 Link de comunicação PIT/CCO.....................................................................41
4.6.2.4 Protocolos de comunicações.........................................................................42
4.6.3 FEED da solução distribuída.........................................................................43
4.6.3.1 Lista de entradas digitais dos CPs................................................................43
4.6.3.2 Lista de saídas digitais dos CPs....................................................................46
4.6.3.3 Estimativa do tempo de varredura da rede Profibus-DP...............................48
4.7 CONFIGURAÇÕES E TESTES DO SUPERVISÓRIO VIJEO CITECT 7.10......52
5 CONCLUSÕES.......................................................................................................53
REFERÊNCIAS...........................................................................................................55
APÊNDICE A – REQUISITOS DO PROJETO...........................................................57
APÊNDICE B – CONFIGURAÇÕES DO VIJEO CITECT 7.10..................................73

1
1 INTRODUÇÃO
Neste trabalho é desenvolvido o estudo comparativo de três arquiteturas para a
monitoração e controle do sistema de alimentação elétrica do PIT (Pátio Itaquera) a partir do
CCO (Centro de Controle Operacional).
Baseado em indicadores, as três soluções são comparadas e uma delas é escolhida para a
execução do projeto de pré-detalhamento - FEED (Front End Engineering Design).
A Figura 1 apresenta uma imagem de satélite, com destaques para o PIT e o CCO, onde
pode ser observado as distâncias relativas entre os dois locais, cerca de 22 km.
Figura 1: Imagem de Satélite contemplando o CCO e o PIT
1.1 OBJETIVO
O objetivo é buscar a solução técnica mais adequada para atender aos requisitos
técnicos e operacionais e que possuísse o menor custo de ciclo de vida.
Foram comparadas três soluções técnicas disponíveis, a saber:
a) Arquitetura Centralizada, onde os cartões de entrada e saída de um CP (controlador
Programável), e sua redundância, se comunicam por um par de fios com cada um dos
sensores e atuadores dos equipamentos do PIT. Todo o processamento das ações ocorre
no CP (ou sua redundância);
b) Arquitetura Distribuída - I/O (Input/Output) Remoto - onde remotas de I/O são
distribuídas ao longo do PIT, próximas às seccionadoras, e interligadas entre si por
fibras ópticas, ligadas em topologia anel;
c) Arquitetura sem fio, que possui arquitetura semelhante ao sistema distribuído, mas o
meio físico é o ar (radiofrequência).

2
Em todas as arquiteturas estudadas, não foi considerado a redundância de pontos de
entradas e saídas, visto que, além de não ser um requisito técnico mapeado, a CMSP
(Companhia do Metropolitano de São Paulo) não utiliza esta filosofia nos seus sistemas de
controle de energia. Conforme será mostrado posteriormente, existe redundância em pontos
chaves do sistema de alimentação elétrico, nas vias de comunicação entre o CCO e PIT e nos
equipamentos localizados no CCO.
1.2 JUSTIFICATIVA
A CMSP adotou, desde de sua criação, a operação remota dos seus subsistemas através
do Centro de Controle Operacional1
. A monitoração e o controle através do CCO agrega valor a
operação da CMSP, pois propicia uma visão sistêmica dos processos de controle e permite
melhores tomadas de decisão e otimização de pessoal técnico operativo. Além disso, diminui
custos operacionais e aumenta a eficiência dos processos produtivos.
Atualmente o controle do PIT é realizado por um posto local, chamado Torre do PIT, o
que dilui uma série das vantagens listadas anteriormente. Na Torre do PIT, o controle é
realizado através de um console de operação, no qual chaves e botões fazem o comando dos
equipamentos de via e do sistema de alimentação elétrica e a sinalização é realizada por
lâmpadas. Vale dizer que o sistema atual está tecnicamente defasado e opera desde o início das
atividades do PIT, em 07/03/1987. Em função do exposto, foi decidido pela Gerência de
Operações da CMSP que o controle do PIT também seria realizado pelo CCO e utilizando
recursos técnicos atualizados.
O PIT é um posto estratégico para a Linha 3 – Vermelha. É o local onde são realizadas a
maior parte das atividades de manutenção, limpeza e estacionamento de trens. Durante toda a
Operação Comercial2
, existe um grande fluxo de trens entre o PIT e a via comercial e este fluxo
obedece a uma rígida programação, de modo que problemas operacionais que afetem tal fluxo
tem consequências na qualidade do serviço prestado.
Dentro da função “Controle de Energia” do PIT, existe a necessidade de também
monitorar e operar o SPAP (Sistema de Proteção de Acidente de Plataforma), o qual deve ser
fornecido como um sistema a parte do controle de tração, mas integrado a este.
1 No CCO ficam instalados sistemas supervisórios, tipo SCADA, permitindo a monitoração e o controle dos
subsistemas controlados.
2 Operação Comercial é o horário compreendido entre a abertura e o fechamento das estações da CMSP.

3
O SPAP é um sistema de desenergização de emergência do 3º trilho e visa preservar
usuários e empregados contra acidentes causados por eletrocussão por queda na via e também
impedir, por corte do fornecimento de energia, que um trem adentre na plataforma. Embora não
existam acessos de usuários nas vias do PIT, o nome SPAP foi mantido e o foco deste sistema é
principalmente proteger empregados (próprios e contratados) contra riscos de energizações
acidentais.
Este trabalho servirá como referência para a contratação do projeto de monitoração e
controle do sistema de alimentação elétrica do PIT a partir do CCO e outros empreendimentos
correlatos.
1.3 HISTÓRICO
A transferência do controle do PIT para o CCO se insere num projeto maior, conhecido
como Projeto Castelo, que se iniciou em 2007 e que consiste em transferir para o CCO, as
funções de controle de tráfego e de energia das Torres do PAT (Pátio Jabaquara), PIT, EPB
(Estacionamento, Pátio Belém) e PCR (Pátio Capão Redondo).
A primeira etapa deste Projeto foi a transferência da Torre do PAT, que se deu em 2009.
Para esta transferência, em função da infraestrutura já existente e materiais disponíveis na
Gerência, optou-se pela tecnologia centralizada, visto que os CPs já haviam sidos adquiridos.
1.4 PRÓXIMOS PASSOS
Concomitante com a transferência da Torre do PIT será realizada a transferência da
Torre do EPB e, futuramente, a transferência da Torre do PCR e uma modernização da torre do
PAT.

4
1.5 DESCRIÇÃO DOS CAPÍTULOS DO TRABALHO
Este trabalho foi dividido da seguinte forma:
No Capítulo 2 realizou-se uma sucinta revisão da literatura, pesquisando por
metodologias de desenvolvimento de produtos e de gerenciamento de projetos, levantamento
de requisitos de projetos, métodos para seleção de alternativas de projetos conceituais,
arquiteturas de sistemas de controle e protocolos de comunicação industrial.
No Capítulo 3 apresentou-se a metodologia de desenvolvimento deste trabalho, com
todo o fluxo do trabalho desenvolvido.
No Capítulo 4, apresentou-se os resultados do trabalho e suas discussões, com o registro
das partes interessadas, os requisitos do projeto e sua estrutura analítica – delimitando o escopo
do projeto, e ainda a matriz de responsabilidades – definindo os papéis da estrutura hierárquica
da CMSP no desenvolvimento do projeto.
As três soluções:
a) Sistema Centralizado;
b) Sistema Distribuído;
c) Sistema sem Fio.
foram minimamente detalhadas de forma a possibilitar a comparação dos seus custos de ciclo
de vida e suas características técnicas, permitindo assim, a seleção da melhor alternativa e o seu
pré-detalhamento.
No Capítulo 5 são apresentadas as conclusões do trabalho.

5
2 REVISÃO DA LITERATURA
Este capítulo apresenta uma sucinta revisão da literatura. Pesquisou-se por
metodologias de desenvolvimento de produtos e de gerenciamento de projetos e seus ciclos de
vida, de levantamento de requisitos de projetos; métodos para seleção de alternativas de
projetos conceituais, arquiteturas de sistemas de controle e protocolos de comunicação
industrial.
2.1 O PRODUTO
Segundo (KAMINSKI, 2000), produtos são, normalmente, os resultados dos projetos de
engenharia, disponibilizados para o atendimento das necessidades individuais ou coletivas.
Ele classifica o processo de desenvolvimento de produtos em função da evolução e da
abordagem.
Com relação à evolução, o processo de desenvolvimento de produtos é classificado em:
a) Projeto evolutivo: Onde o produto ou o processo de fabricação sofre modificações
lentas, acompanhando as exigências do mercado. Nesta categoria, o desenvolvimento é
realizado essencialmente de conhecimentos empíricos (práticos);
b) Projeto inovador: Nesta categoria, o desenvolvimento ocorre utilizando as últimas
descobertas técnico-científicas, motivado principalmente pela concorrência.
Com relação à abordagem, a classificação é:
a) Projeto por normas: Onde são utilizados normas ou regras já estabelecidas, o que
garante resultados confiáveis mas limita a obtenção de uma solução otimizada, e
b) Projeto Racional: É utilizado uma abordagem específica para cada problema,
desenvolvendo modelos com bases técnico-científicas para os problemas específicos,
permitindo assim o resultado de soluções otimizadas.

6
2.1.1 Ciclo de vida do produto
A Figura 2 apresenta o ciclo de vida de um produto na visão de (PAHL, 2005).
Figura 2: Ciclo de vida de um produto, Fonte: (PAHL, 2005)
Segundo este autor, cada produto está sujeito a um ciclo de vida, que é orientado em
função do faturamento, dos lucros e das perdas (custos), e a duração do ciclo de vida varia
muito em função do tipo e especialidade do produto. Ele enfatiza que a redução do ciclo de
vida vem diminuindo e é uma tendência que deverá se manter.
2.2 O PROJETO
O GUIA PMBOK (PMI, 2008) define projeto como “Um esforço temporário
empreendido para criar um produto, serviço ou resultado exclusivo”.
(STONNER, 2001) faz uma distinção dos termos Projeto e Empreendimento3
. Ele
afirma que o termo Empreendimento tem uma acepção mais ampla que o termo Projeto, visto
que o empreendimento abrange as seguintes etapas:
a) Concepção;
b) Avaliação de mercado;
c) Estudo de viabilidade técnico-econômica;
d) Projeto básico;
e) Projeto de detalhamento (projeto executivo).
3 (STONNER, 2001) explica que a tradução da palavra inglesa Project deveria ser Empreendimento e não
projeto, e ainda que a palavra equivalente a Projeto, na língua inglesa, é Design.

7
Ele afirma ainda, que um empreendimento é caracterizado por ser:
a) Finito;
b) Complexo;
c) Homogêneo;
d) Não repetitivo.
2.2.1 Ciclo de vida do projeto
O GUIA PMBOK (PMI, 2008) enfatiza que independentemente do tamanho e da
complexidade de um projeto, o seu ciclo de vida pode ser dividido em:
a) Início do projeto;
b) Organização e preparação;
c) Execução do trabalho do projeto;
d) Encerramento do projeto.
A Figura 3 apresenta as fases do ciclo de vida do projeto em função dos custos e da
quantidade de pessoal necessário, nota-se que é na fase de execução do trabalho do projeto
onde os custos e a necessidade de pessoal é máxima.
Figura 3: Ciclo de vida do projeto, Fonte: GUIA PMBOK (PMI, 2008)

8
2.2.1.1 Custo de capital de investimento
CAPEX, acrônimo da expressão inglesa Capital Expenditure, são as despesas de capital
ou investimentos em bens de capital, dispendido na aquisição, ou melhorias, em um negócio.
Assim, o CAPEX está relacionado com o capital investido em equipamentos e instalações de
forma a manter a produção de um produto ou serviço.
2.2.1.2 Custo de capital de operação
OPEX, acrônimo da expressão inglesa Operational Expenditure, refere-se ao custo
associado à manutenção dos equipamentos e aos gastos de consumíveis e outras despesas
operacionais, necessários à produção e à manutenção do negócio.
2.2.2 Gerenciamento do projeto
O GUIA PMBOK (PMI, 2008) define gerenciamento de projetos como “É a aplicação
de conhecimento, habilidades, ferramentas e técnicas às atividades do projeto a fim de atender
aos seus requisitos”.
Neste guia de boas prática em gestão de projetos são descritos 5 grupos de processos de
gerenciamento de projetos:
a) Iniciação;
b) Planejamento;
c) Execução;
d) Monitoramento e Controle;
e) Encerramento.
Esses grupos de processos são desdobrados em 42 processos em 9 áreas de
conhecimento de gestão de projetos.

9
A Figura 4 apresenta as áreas de conhecimento de gerenciamento de projetos
preconizado pelo PMI no GUIA PMBOK 2008.
Figura 4: Áreas de Conhecimento em Gerenciamento de Projetos, Fonte: GUIA PMBOK (PMI, 2008)
Cada uma das 9 áreas de conhecimento agrupa processos com características comuns,
por exemplo, o gerenciamento do escopo do projeto, agrupa os seguintes processos: i) coletar
requisitos, ii) definir escopo, iii) criar a estrutura analítica do projeto, iv) verificar o escopo e v)
controlar o escopo.
2.2.3 Metodologias de Gerenciamento de Projetos
A Figura 5 apresenta a metodologia FEL (Front End Loading), com destaque para o
projeto de pré-detalhamento (FEED), que será o foco deste trabalho.
Figura 5: Metodologia Front End Loading

10
2.2.4 Partes Interessadas do Projeto e suas Responsabilidades
2.2.4.1 Partes interessadas
O GUIA PMBOK (PMI, 2008) define as partes interessadas no projeto (stakeholders)
como “pessoas ou organizações (por exemplo, clientes, patrocinadores, organização executora
ou o público) ativamente envolvidas no projeto ou cujos interesses podem ser positiva ou
negativamente afetados pela execução ou término do projeto”.
2.2.4.2 Responsabilidades e papeis dos envolvidos no projeto
A matriz de responsabilidade RACI (Responsible, Accountable, Consulted and
Informed) é utilizada para registrar as relações entre as atividades do projeto e os membros da
equipe do projeto, permitindo facilmente identificar, para todas as atividade do projeto, quem
são os:
a) R: Responsável pela execução (Responsible);
b) A: Responsável pela aprovação (Accountable);
c) C: Consultado (Consulted);
d) I: Informado (Informed).
O formato matricial permite a rápida visualização de todas as atividades associadas a
uma pessoa e todas as pessoas associadas a uma atividade.
A Tabela 1 presenta um exemplo de matriz de responsabilidades RACI.
Tabela 1: Matriz RACI, Fonte: Adaptado do GUIA PMBOK (PMI, 2008)
Atividades
Equipe do Projeto
Ana Bernado Carlos Diana Marinara
Definir Escopo A R I I I
Desenhar Telas I A R C C
Desenvolver Telas I A R C C
Testar Telas A I I R I
Uma observação importante na matriz RACI é que só deve haver uma pessoa
responsável pela aprovação (A) da atividade.

11
2.2.4.3 Front End Engineering Design - FEED
O projeto de pré-detalhamento foi escolhido de forma a diminuir as incertezas do
projeto, diminuindo assim o seu risco.
(SMITH, 2000a) apud (RAMOS, 2006) define 5 fases de projetos de investimento:
a) Análise do negócio da empresa – FEL I;
b) Estudo de viabilidade técnica e econômica (EVTE) – FEL II;
c) Engenharia básica – FEL III;
d) Implementação;
e) Operação/Avaliação.
Os 3 primeiros estágios são os responsáveis por gerar o plano de projeto e a declaração
de escopo e são conhecidos como FEL (Front End Loading).
(BATAVIA, 2001) apud (RAMOS, 2006) define FEL como:
Uma etapa que envolve a análise preliminar da organização e do
empreendimento e a realização da engenharia básica. A sua execução deve
ser imediatamente anterior às fases de engenharia de detalhamento, de gestão
de suprimentos, de construção, de montagem e de comissionamento de um
projeto. O objetivo desta etapa é gerar um planejamento detalhado com um
pacote de engenharia bem definido, que garanta que o progresso será
conduzido de forma suave, com o mínimo de mudanças e retrabalho, durante
a execução da fase de engenharia de detalhamento.
A fase de ligação entre o FEL e a implementação é o FEED, um pré-detalhamento, que
avança no projeto básico, chegando a 25% do detalhamento do empreendimento.
2.3 REQUISITOS DO PROJETO
O GUIA BABOK (IIBA, 2011) afirma que a elicitação dos requisitos é uma tarefa
chave da análise de negócios, e ainda, que os requisitos devem ser completos, claros, corretos e
consistentes e enfatiza a importância do engajamento ativo das partes interessadas na definição
dos requisitos.
Para o GUIA PMBOK (PMI, 2008), coletar requisitos é:
Processo de definir e documentar as funções e funcionalidades do projeto e
do produto necessárias para atender às necessidades e expectativas das partes
interessadas. O sucesso do projeto é diretamente influenciado pela atenção na
captura e gerenciamento dos requisitos do projeto e do produto. Os requisitos
incluem as necessidades quantificadas e documentadas, e as expectativas do
patrocinador, cliente e outras partes interessadas. Estes requisitos precisam
ser obtidos, analisados e registrados com detalhes suficientes para serem

12
medidos uma vez que a execução do projeto se inicie. Coletar os requisitos é
definir e gerenciar as expectativas do cliente.
Este GUIA ainda enfatiza que:
A equipe de gerenciamento do projeto precisa identificar as partes
interessadas, tanto internas quanto externas, a fim de determinar os requisitos
e as expectativas em relação ao projeto de todas as partes envolvidas.
As entradas para o desenvolvimento do processo de Coletar Requisitos, para o GUIA
PMBOK (PMI, 2008) são:
a) Termo de abertura do projeto (Project Charter);
b) Registro das partes interessadas.
Já as técnicas e ferramentas recomendadas são:
a) Entrevistas;
b) Dinâmica de grupo;
c) Oficinas;
d) Técnicas de criatividade em grupo;
e) Técnicas de tomada de decisão em grupo;
f) Questionários e pesquisas;
g) Observações;
h) Protótipos.
Como saídas deste processo, o GUIA PMBOK (PMI, 2008) indica:
a) Documentação dos requisitos;
b) Plano de gerenciamento dos requisitos;
c) Matriz de rastreabilidade dos requisitos.
Já o GUIA BABOK (IIBA, 2011), descreve 4 tarefas relacionadas a requisitos:
a) Tarefa 3.1 – Preparar Elicitação dos requisitos;
b) Tarefa 3.2 – Conduzir a atividade de elicitação;
c) Tarefa 3.3 – Documentar os resultados da elicitação dos requisitos;
d) Tarefa 3.4 – Confirmar resultados da elicitação dos requisitos.
O GUIA BABOK (IIBA, 2011) classificados os requisitos em:
a) Requisitos do negócio;
b) Requisitos das partes interessadas;
c) Requisitos da solução;
d) Requisitos de transição.

13
2.3.1 Requisitos do negócio
São metas de alto nível, objetivos ou necessidades da organização.
Descrevem:
a) As razões da existência do projeto;
b) Os objetivos que ele deve atingir;
c) As métricas de medições, para constatar o sucesso do projeto.
Os requisitos do negócio, devem descrever a necessidade da corporação como um todo.
2.3.2 Requisitos das partes interessadas
São as necessidades de um grupo ou parte dos interessados do projeto.
2.3.3 Requisitos da solução
Descrevem as características de uma solução que atenda aos requisitos do negócio e das
partes interessadas.
Podem ser subdivididos em requisitos funcionais, requisitos não-funcionais e requisitos
de transição.
2.3.3.1 Requisitos Funcionais
Descrevem:
a) O comportamento e a informação que a solução irá gerenciar;
b) As capacidades que o sistema será capaz de executar (comportamento e operações).
2.3.3.2 Requisitos não-funcionais
Os requisitos não-funcionais, também conhecidos como requisitos de qualidade ou
requisitos suplementares, descrevem:

14
a) As condições ambientais sob a qual a solução deve permanecer efetiva;
b) As qualidades que a solução deve possuir.
Podem incluir requisitos relacionados a capacidade, velocidade, segurança,
disponibilidade, arquitetura da informação, e apresentação da interface do usuário.
2.3.3.3 Requisitos de transição
Descrevem as capacidades que a solução deve ter em um estado transitório, isto é, são
capacidades temporárias.
Como exemplo, no projeto do PIT, um requisito de transição é que o sistema deve
continuar operando localmente até que o novo sistema de controle esteja aceito.
2.3.4 Atributos dos requisitos
O GUIA BABOK (IIBA, 2011), também define os seguintes atributos para os
requisitos:
a) Identificador único (ID);
b) Autor;
c) Complexidade (de implementação);
d) Propriedade (Quem será o dono após a implementação);
e) Prioridade;
f) Riscos (associados ao requisito);
g) Fonte;
h) Estabilidade;
i) Estado (proposto, aceito, verificado, adiado, cancelado, implementado);
j) Nº de Revisão.
2.4 MÉTODOS PARA SELEÇÃO DE ALTERNATIVAS CONCEITUAIS
A fase de seleção de alternativas conceituais é o processo onde as ideias de soluções
para os problemas são avaliadas e selecionadas considerando diferentes critérios.

15
(CAMARGO, 2007) afirma que este processo é um importante ponto de tomada de
decisão e que a seleção de uma concepção influirá decisivamente no sucesso ou não do produto
no mercado, e ainda que:
A decisão de escolha de uma alternativa de solução é um esforço para tentar
resolver problemas com objetivos muitas vezes conflitantes, cuja presença
impede a existência de uma solução ótima. Contudo, conduz a procura do
melhor compromisso.
Ele apresenta dois grupos de abordagens para a seleção de alternativas:
a) Abordagem não numérica;
b) Abordagem numérica.
(MELLO, 2011) cita vários métodos de seleção de alternativas, com destaque para a
matriz de decisão.
Ele define a matiz de decisão como:
A matriz de decisão consiste em colher informações que constituam
elementos de ponderação que levarão a possível solução de interesse, em
linhas e colunas de uma matriz. Cada intersecção de linha e coluna é aplicada
uma pontuação.
A matriz de decisão poderá conter pesos para alguns elementos cujos valores
necessitam ser ressaltados. O maior valor do detectado do modelo proposto
constituirá, possivelmente, a melhor decisão a ser tomada para a confecção do
modelo virtal e/ou protótipo.
2.5 ARQUITETURAS DE SISTEMAS DE CONTROLE AVALIADAS
Através do levantamento dos requisitos técnicos, constatou-se que independente da
arquitetura adotada:
a) Os controladores programáveis instalados na Torre do PIT devem ser redundantes;
b) O link de comunicação, dos controladores programáveis da Torre do PIT até o CCO,
devem ser redundantes;
c) Não há requisitos de dualidade dos cartões de entrada/saída.
2.5.1 Arquitetura centralizada
Nesta arquitetura os cartões de entrada e saída (I/O) são montados juntos ao CP e para
cada ponto de I/O, um fio é conectado deste ponto até o sensor e/ou atuador.

16
A Figura 6 apresenta uma arquitetura típica de controle centralizada.
Figura 6: Arquitetura Centralizada
2.5.2 Arquitetura distribuído
Nesta solução os cartões de I/O (remotas de I/O) são levados juntos aos
sensores/atuadores e conectados entre si e ao CP via barramento de comunicação em um
determinado protocolo de comunicação.
Toda a lógica de controle fica no CP da torre, as remotas de I/O são apenas elementos
de aquisição de dados.
A Figura 7 apresenta uma arquitetura de controle distribuída.
Figura 7: Arquitetura Distribuída

17
2.5.3 Arquitetura sem fio
Nesta solução, junto a cada equipamento é instalado um sistema de rádio comunicação,
capaz de enviar e receber informações do outro rádio instalado na torre.
Toda a lógica de controle fica no CP da torre.
A Figura 8 apresenta uma arquitetura de controle distribuída sem fio.
Figura 8: Arquitetura de Controle Sem fio
2.6 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
(SOUSA, 2001) define protocolo de comunicação de dados como “ … um conjunto de
regras que controla a comunicação para que ela seja eficiente e sem erros”.
(MORAES, 2007) afirma que os protocolos são os elementos de maior importância nas
redes industriais e definem o padrão operacional da rede de automação.

18
2.6.1 Protocolos industriais
(VERMAAS e SOUZA, 2012) definem uma rede industrial como “... um sistema de
comunicação bidirecional em tempo real que permite a troca de informação digital entre os
dispositivos de nível de campo e os dispositivos de controle”.
Os protocolos industriais podem ser classificados em função do tipo de dispositivo e
tipo de controle, conforme a Figura 9.
Figura 9: Classificação das redes industriais, Fonte: (VERMAAS e SOUZA, 2012)
Os protocolos industriais são normatizados pela IEC nas normas: IEC 61158 e IEC
61784.
A Figura 10 apresenta os padrões e perfis segundo as normas da IEC.
Sensorbus
RS485
Seriplex
ASI
INTERBUS Loop
Devicebus
Device Net
SDS
Profibus DP
LONWorks
INTERBUS-S
Fieldbus
IEC/ISA SP50
Fieldbus Foundation
Profibus PA
HART
Low-end Mid-range High-end
Dispositivos Simples Dispositivos ComplexosDispositivos Simples Dispositivos Complexos
bit byte block
Tipos de
Dispositivos
TiposControle
Controle de
Processo
Controle
Lógico

19
Figura 10: Padrões e protocolos de acordo com a IEC, Fonte: (CARVALHO, 2007)
2.6.2 Comunicação sem fio
Existem várias tecnologias de redes sem fio, chamadas genericamente de redes
wireless.
A Figura 11 apresenta uma visão geral destas tecnologias, onde se observa que estas são
classificadas em função do consumo de potência elétrica dos dispositivos, do
custo/complexidade e do alcance sempre em função da taxa de transmissão de dados.

20
Figura 11: Visão geral das tecnologias sem fio, Fonte (BONIFÁCIO, 2010)
Especificamente no caso do PIT, o consumo de potência não é um problema, visto que,
nenhum rádio terá a necessidade de operar por baterias, logo, os limitantes nesta aplicação são
o alcance da rede e a taxa de transmissão de dados.
Com relação ao alcance, dependendo da localização do equipamento controlado
(seccionadoras, Feeders, etc) a distância deste até a Torre do PIT, onde ficará o CP, pode
chegar na ordem de 2 Km, sendo assim coberto pelas redes WMAN, por exemplo a tecnologia
Wi-Max.
Pensando em uma topologia em que os sinais dos equipamentos controlados sejam
enviados para estações de retransmissão, de forma que a distância entre estas estações e os
equipamentos fiquem dentro do range de alcance da tecnologia Wi-Fi, pode-se considerar
utilizar esta tecnologia na comunicação da estação de retransmissão/equipamentos controlados
e a tecnologia Wi-Max das estações de retransmissão até a Torre do PIT.

21
3 METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO
Este capítulo descreve como o trabalho foi desenvolvido. O fluxo de trabalho é
apresentado, possibilitando a identificação da metodologia de desenvolvimento utilizada.
3.1 FLUXO DE TRABALHO
O desenvolvimento deste trabalho pautou-se pelas boas práticas do GUIA BABOK
(IIBA, 2011) - Análise de Negócios e do GUIA PMBOK (PMI, 2008) - Gerenciamento de
Projetos.
A Figura 12 apresenta a metodologia de desenvolvimento adotada.
Figura 12: Metodologia de desenvolvimento

22
O trabalho iniciou-se pelo registro das partes interessadas no projeto, este registro
ocorreu baseado no conhecimento do organograma da empresa, das atribuições das áreas e das
experiências dos autores.
Com as partes interessadas identificadas, foram realizadas reuniões, observações em
campo, em sistemas semelhantes já em operação e entrevistas com operadores e mantenedores
de sistemas já em funcionamento. Assim, foram levantados os requisitos operacionais e
técnicos do projeto.
A etapa seguinte foi a determinação do escopo do projeto, com o desenvolvimento da
estrutura analítica.
Também foi desenvolvido a matriz de responsabilidades, identificando os responsáveis
pela execução e pela aprovação, e ainda quem deve ser consultado e informado.
Na sequência foram sugeridos três possíveis alternativas de soluções, cada uma delas foi
detalhada minimamente, de forma a obtenção do CAPEX, e outros indicadores para
comparação no estudo das alternativas de soluções.
As três alternativas de solução foram comparadas com auxílio de uma matriz de seleção
e escolhido a melhor solução baseado nos indicadores.
Por fim, foi desenvolvido o pré-detalhamento (FEED) da alternativa selecionada.

23
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Este capítulo apresenta os resultados obtidos no desenvolvimento deste trabalho e suas
discussões. São apresentados o registro das partes interessadas, os requisitos do projeto, sua
estrutura analítica e ainda a matriz de responsabilidades. As três soluções são minimamente
detalhadas de forma a permitir a comparação dos seus custos de ciclo de vida e suas
características técnicas, permitindo assim, a seleção da melhor alternativa e o seu pré-
detalhamento.
4.1 REGISTRO DAS PARTES INTERESSADAS
A Tabela 2 apresenta as partes interessadas (stakeholders) neste projeto.
Tabela 2: Registro das partes interessadas
ID Parte Interessada
1 Operadores da Torre do PIT
2 Operadores dos Consoles de Trem e Energia do CCO
3 Operadores dos Trens
4 Supervisor do CCO
5 Chefe da Coordenadoria do Controle Centralizado (OPC/CPO4
)
6 Chefe do Departamento do Controle Centralizado (OPC)
7 Membros da Coordenadoria de Estratégias Operacionais (OPC/CEO5
)
8
Membros do Departamento Técnico da Gerência de Operações (OPT/CST6
e
OPT/CTT7
)
9 Membros da Central de Informações da Manutenção da L3 – Vermelha – (CIM/L38
)
10
Membros das Equipes de Manutenção de Trens (MTR9
) e Equipamentos Fixos da L3
– Vermelha e (MTS/REL10
)
11 Membros da Gerência de Projetos de Sistemas (GCS)
4 OPC/CPO - Departamento de Operação Centralizada e Tráfego.
5 OPT/CEO - Coordenadoria de Estratégias Operacionais do Departamento do Controle Centralizado.
6 OPT/CST - Coordenadoria Técnica dos Sistemas de Alimentação Elétrica, Equipamentos Auxiliares e Material
Rodante do Departamento Técnico da Operação.
7 OPT/CTT - Coordenadoria Técnica de Controle Centralizado e Sinalização do Departamento Técnico de
Operação.
8 CIM/L3 - Central de Informações da Manutenção da Linha 3 – Vermelha.
9 MTR – Departamento de manutenção de material rodante.
10 MTS/REL – Departamento de manutenção de sistemas/Coordenadoria de restabelecimento de serviços da
Linha 3 – Vermelha.

24
4.2 REQUISITOS DO PROJETO
Os requisitos do projeto foram coletados e classificados em operacionais e técnicos, que
é uma nomenclatura usual na CMSP.
Para coleta dos requisitos foram utilizados como ferramentas:
a) Entrevistas com as partes interessadas;
b) Observações dos operadores da torre do PIT, que operam o sistema de forma local;
c) Observações dos operadores da torre do PAT, que operam um sistema equivalente ao
objetivo deste projeto.
Após a coleta dos requisitos, foi realizado uma apresentação às partes interessadas de
forma a validá-los e certificar que todas as necessidades foram atendidas.
O APÊNDICE A – Requisitos do Projeto, apresenta os requisitos operacionais e os
requisitos técnicos coletados.
A Figura 13 apresenta o esquema elétrico dos equipamentos da retificadora do Pátio
Itaquera.
Figura 13: Equipamentos elétricos da retificadora do PIT

25
Esta retificadora recebe duas linhas de 22kV através dos disjuntores E72 e L72, sendo
que, o E72 alimenta o barramento de tração elétrica dos trens e o L72 alimenta o barramento de
equipamentos auxiliares do PIT. O disjuntor E08 fica normalmente aberto e permite a conexão
das barras de tração e auxiliares. O disjuntor L08 fica normalmente fechado e interliga as duas
barras de serviços auxiliares.
Os disjuntores E11 e E21 alimentam, em 22kV, os dois grupos retificadores, GR1 e
GR2. A tensão retificada, 750 Vcc, vai para a entrada dos disjuntores de corrente contínua
(Feeders) – F11, F21, F31 e F41.
A alimentação do terceiro trilho é feita pelos contatores C11 a C42.
A Figura 14 apresenta a legenda dos equipamentos da retificadora do PIT.
O ANEXO A – Esquema de Eletrificação do PIT, apresenta o esquema de eletrificação
do Pátio Itaquera, com todas as seccionadoras envolvidas.
Figura 14: Legenda dos equipamentos elétricos da retificadora do PIT

26
4.3 ESTRUTURA ANALÍTICA E MATRIZ DE RESPONSABILIDADES
Com os requisitos do projeto validados, foi definido o escopo do projeto, desenvolvido
a sua estrutura analítica – WBS (Work Breakdown Structure) e as responsabilidades e papéis
dos envolvidos no projeto, matriz RACI.
A Figura 15 apresenta o primeiro nível da estrutura analítica do projeto, definindo assim
o seu escopo.
Figura 15: Estrutura Analítica do Projeto
A Tabela 3 apresenta a matriz RACI, definindo as responsabilidades e papeis dos envolvidos no projeto.
Tabela 3: Matriz RACI
GOP GCS GE2 GMT GRH
Gerente(GOP)
ChefeDpto.(OPT)
Coordenador(CST)
Coordenador(CTT)
Coordenador(CTC)
Coordenador(CSL)
Coordenador(CTL)
Coordenador(CCM)
Coordenador(CME)
Coordenador(MTR)
Coordenador(MRT)
Coordenador(CHD)
Hardware de Campo I A R I
Link de Comunicação
PIT/CCO
I I C I I A C R C I
CFTV I A C C I C C C C R
Hardware do CCO I I A I I C C I I C R
Supervisório CCO I A R I I I C
Mobiliário do CCO I I A C I C R C C C C
Treinamento R
R: Responsável
A: Aprovação
C: Consultado
I: Informado

27
4.4 ESTUDO DAS ALTERNATIVAS DE SOLUÇÕES
Na determinação do custo do ciclo de vida – LCC (Life Cycle Cost) de um projeto,
devem ser considerados os custos de implantação – CAPEX, e os custos de
operação/manutenção – OPEX, deste projeto.
Analisando as 3 soluções de arquiteturas propostas para o PIT:
a) Arquitetura Centralizado;
b) Arquitetura Distribuído;
c) Arquitetura Sem Fios.
Concluiu-se que o OPEX para todas possuem a mesma ordem de grandeza, visto que:
a) Em todas as soluções propostas neste trabalho, os equipamentos possuem taxas de
falhas constante no tempo, típico de equipamentos eletrônicos, assim, a política de
manutenção de qualquer uma das soluções serão similares, caracterizando custos
parecidos;
b) O consumo de energia elétrica dos equipamentos, em todas as soluções, também é
semelhante, contudo, as perdas por efeito Joule na solução centralizada, devido à
quantidade e comprimentos dos cabos, é um ponto de desvantagem para esta solução;
c) Do ponto de vista do tempo médio para reparo – MTTR (Mean Time To Repair), a
solução concentrada leva vantagem em relação as outras soluções, visto que, todo o
hardware está centralizado em um só ponto, diminuindo assim o MTTR;
d) Do ponto de vista do tempo médio entre falhas - MTBF (Mean Time Between
Failure) e da confiabilidade das arquiteturas, todas devem atender plenamente aos
requisitos técnicos mapeados (Requisito Técnico nº 20).
Assumindo a premissa que o OPEX das 3 soluções possuem a mesma ordem de
grandeza, o fator de decisão, para a escolha econômica, foi o indicador CAPEX.
Assim, neste tópico, foi realizado o levantamento das necessidades de materiais e de
mão de obra para a implementação das soluções.
4.4.1 Arquitetura Centralizada
Neste item foram estimados os quantitativos de hardware, cabeamento (fiação),
protetores de surto e mão de obra de forma a permitir a cotação de preços desta solução.
a) Sistema de Controle
A fim de controlar os equipamentos do sistema de alimentação elétrica do PIT, a
arquitetura centralizada precisa de uma quantidade de pontos de entrada e de saída. A
quantidade está discriminada na Tabela 4. Como demonstrado, serão necessários 934 pontos de

28
entrada e 461 pontos de saída. Assim, se forem utilizados módulos com 64 pontos, serão
necessários 15 módulos de entrada e 8 módulos de saída.
Tabela 4: Quantidade de pontos de entrada/saída
Equipamento
ED11
(Entrada
Digital)
SD11
(Saída
Digital)
Total
ED
Total
SD
Descrição
Quanti
dade
Seccionadora 3º trilho 113 6 3 678 339
Feeders 5 8 3 40 15
Seccionadora tipo H 6 4 3 24 18
Seccionadora SN 2 4 3 8 6
Seccionadora RET 2 3 0 6 0
Seccionadora tipo JR 2 4 3 8 6
Contator de alimentação de setores 8 6 3 48 24
Contator de Interligação PIT – Via 3 6 3 18 9
Disjuntor de 460V 2 4 3 8 6
Disjuntor de 22kV 11 7 3 77 33
Grupo Gerador Diesel 1 4 3 4 3
SPAP PIT 1 13 2 13 2
SPAP CCO 1 2 0 2 0
TOTAL 934 461
b) Quantidade de Fiação Necessária
Nesta solução, todos os pontos de entrada e saída do CP centralizado devem ser ligados
aos equipamentos através de fiação, cuja quantidade está estimada na Tabela 5. Considerou-se
que os pontos reservas de entrada e saída já estarão fiados e aplicou-se um fator de 20%,
relativos a perdas e erros de estimativa no dimensionamento do comprimento dos circuitos.
Serão lançados entre a Torre do PIT e os equipamentos cabos multívias com 15 condutores em
cada cabo.
11 ED e SD - Os pontos reservas de Entradas e Saídas Digitais foram considerados.

29
Tabela 5: Quantidade de Fiação
Equipamentos Distância
média
(m)
Fios de
Entrada/
equipam
Fios de
Saída/
equipam
Total de
Fiação de
Entrada (m)
Total de
Fiação de
Saída (m)Descrição
Quantida
des
Seccionadora 3º trilho 113 450 7 4 427.140 244.080
Feeders 5 462 9 5 24.948 13.860
Seccionadora tipo H 6 462 5 4 16.632 13.306
Seccionadora SN 2 462 5 4 5.544 4.435
Seccionadora RET 2 462 4 0 4.435 0
Seccionadora tipo JR 2 462 5 4 5.544 4.435
Contator de
alimentação de setores
8 462 7 4 31.046 17.741
Contator de
Interligação PIT – Via
3 705 7 4 17.766 10.152
Disjuntor de 460V 2 462 5 4 5.544 4.435
Disjuntor de 22kV 11 462 8 4 48.878 24.394
Grupo Gerador Diesel 1 462 5 3 2.722 1.663
SPAP PIT 1 250 14 3 4.200 900
SPAP CCO 1 100 2 0 200 0
TOTAL 594.599 339.401
c) Quantidade de DPS (Dispositivos de Proteção Contra Surto)
A instalação de DPS é necessária neste tipo de solução, visto que o PIT é uma área
aberta e sujeita a descargas atmosféricas. Já se encontra instalada um sistema de proteção
contra descarga (SPDA) de nível 2, cuja função é proteger as edificações, sendo que a proteção
de equipamentos dentro das edificações é feita por DPS. Estes dispositivos devem atender às
normas ABNT NBR 5410/04, ABNT NBR 5419/05, IEC 61643-1 e IEC 61312.
A seleção do DPS foi feita conforme item 6.3.5.2 da norma NBR 5410/04. A
alimentação dos equipamentos é 125Vcc, assim, considera-se que o esquema de aterramento
seja o IT, pois as partes vivas estão isoladas em relação ao terra e as massas estão aterradas
independentemente da alimentação, conforme item 4.2.2.2 da norma NBR 5410/04.
O DPS utilizado deve ser da classe II, conforme norma IEC 61.643-11 e categoria III de
suportabilidade a impulsos, conforme tabela 31 da NBR 5410/04.
Considerando que será instalado um DPS para cada entrada e saída do sistema, tem-se
a seguinte quantidade a ser considerada:
Total DPS = 934 + 461 = 1395 dispositivos, inclusive para os pontos reservas.

30
d) Custos do sistema centralizado
A Tabela 6 apresenta os custos estimados para o sistema centralizado.
O custo total geral do CAPEX (136,06%) é relativo ao custo total geral do CAPEX do
sistema distribuído, que foi o menor das 3 soluções estudadas; portanto, a solução centralizada
tem um custo estimado de 36,06% maior que a solução distribuída.
Os outros custos da Tabela 6, hardware por exemplo (38,41%), são relativos ao custo
total da solução centralizada, assim, o custo do hardware desta solução representa 38,41% do
custo total da solução.
Tabela 6: CAPEX do sistema centralizado
Equipamentos Quantidades Valor Unitário (R$) Valor Total (%)
Hardware 1 _______12
38,41
DPS 1.395 _______12
1,19
Fiação 62,3 Km _______12
19,07
Mão de obra para lançamento
dos cabos
2160H/h _______12
22,76
Serviços Configuração/
Programação hardware
1 _______12
18,47
Total geral do CAPEX, em relação à arquitetura distribuída 136,06
4.4.2 Arquitetura Distribuída
Neste item foram estimados os quantitativos de hardware, fibra óptica e mão de obra de
forma a permitir a cotação de preços desta solução.
a) Quantidades de remotas de I/O e acessórios
Nesta solução, junto a cada equipamento, é instalado um painel com uma remota de
entrada e saída, com seus respectivos acessórios.
A Figura 16 apresenta o esquema típico dos painéis das remotas de I/O.
12 Os valores não foram apresentados devido à necessidade de sigilo empresarial.

31
Figura 16: Esquema típico dos painéis das remotas de I/O
A Tabela 7 apresenta o quantitativo de equipamentos necessários para esta solução.
Tabela 7: Quantitativo de equipamentos necessários
Equipamento
Quantidades
de remotas e I/O
por remota
Quanti-
dades
Fontes
Quanti-
dades
DIO
Quanti-
dades
Conver-
sores
Ópticos
/Seriais
Descrição Qde I13
O14
Seccionadora 3º trilho 113 6 3 113 113 113
Feeders 5 8 3 5 5 5
Seccionadora tipo H 6 4 3 6 6 6
Seccionadora SN 2 4 3 2 2 2
Seccionadora RET 2 3 0 2 2 2
Seccionadora tipo JR 2 4 3 2 2 2
Contator de alimentação de setores 8 6 3 8 8 8
Contator de Interligação PIT – Via 3 6 3 3 3 3
Disjuntor de 460V 2 4 3 2 2 2
Disjuntor de 22kV 11 7 3 11 11 11
Grupo Gerador Diesel 1 4 3 1 1 1
Totais 155 -- -- 155 155 155
13 “I” (Input) – Entrada Digital.
14 “O” (Output) – Saída Digital.

32
b) Quantidades de fibra Óptica
Para esta solução foi proposto três anéis ópticos partindo da torre do PIT, a Figura 17
apresenta os anéis Norte, Oeste e Sul, propostos.
Figura 17: Anéis ópticos propostos , Fonte: Adaptado da Wikimapia
A Tabela 8 apresenta o comprimento estimado para cada um dos anéis.
Tabela 8: Quantitativo de fibra óptica
Anel
Comprimento
[km]
Norte 2,7
Oeste 1,4
Sul 2,5
Total 6,6
c) Estimativa de serviços de instalação/configuração
Nesta solução, do ponto de vista de mão de obra, o maior impacto está na fusão das
fibras ópticas nos painéis das remotas.
Cada painel de remota necessita de 4 fusões de fibra óptica, e conforme Tabela 7, serão
necessários 155 remotas, totalizando 620 fusões de fibra óptica.
d) Custos do sistema distribuído
A Tabela 9 apresenta os custos estimados para o sistema distribuído.
O custo total geral do CAPEX (100,0%), indica que o custo desta solução foi adotado
como referência de comparação neste trabalho, visto que, foi o menor das 3 soluções estudadas.

33
Os outros custos da Tabela 9, hardware - por exemplo (68,52%) - são relativos ao custo
total da solução distribuída, assim, o custo do hardware desta solução representa 68,52% do
custo total da solução.
Tabela 9: CAPEX do sistema distribuído
Equipamento Quantidades Valor Unitário (R$) Valor Total (%)
Hardware 1 ________15
68,52
1 ________15
25,13
Serviços da
redes Óptica
do campo
Fusões 620 fusões ________15
1,25
Instalação 240H/h ________15
3,44
Fibra Óptica 6,6 Km ________15
1,66
Total geral do CAPEX 100
4.4.3 Sistema Sem Fio
Neste item foram estimados os quantitativos de hardware e mão de obra de forma a
permitir a cotação de preços desta solução.
a) Escolha da tecnologia sem fio
Conforme apresentado na Figura 11, existem diversas tecnologias sem fio, no caso da
aplicação do PIT, o parâmetro mais importante é o alcance da rede, devido às dimensões físicas
desta planta.
Um ponto importante que foi observado é a topologia desta rede sem fio, considerando
duas possibilidades:
(i) Todas as seccionadoras trocam informações somente com os CPs da torre do
PIT;
(ii) Algumas seccionadoras centralizam a troca de informações com os CPs da torre
do PIT, e repassam estas informações com a seccionadoras vizinhas.
Esta consideração é importante, visto que, o alcance do sistema sem fio tem muita
influência no custo de aquisição do sistema.
A segunda solução teria um custo menor de aquisição de hardware mas uma
complexidade maior, visto que, as seccionadoras que se comunicam com os CPs da torre
também teriam que fazer o roteamento de informações das outras seccionadoras.

34
Para simplificar a análise, foi considerado a primeira topologia, onde todos os
equipamentos de campo se comunicam diretamente com os CPs da torre, com isto, o alcance
dos sistemas devem ser da ordem de até 2km.
Da mesma forma que o sistema distribuído, Figura 17, foi considerado três redes sem
fio, a Figura 18 apresenta a arquitetura proposta.
Figura 18: Arquitetura proposta para o sistema sem fio
b) Quantidades de equipamentos
Do ponto de vista de topologia, esta solução é muito parecida com a solução distribuída,
sendo os quantitativos de equipamentos semelhantes a Tabela 7, exceto os mini DIOs e
conversores ópticos/seriais e acrescendo os módulos sem fio (Wireless Modules), sendo
necessário um módulo para cada equipamento, totalizando 155 módulos.
c) Custos do sistema sem fio
A Tabela 10 apresenta os custos estimados para o sistema sem fio.
O custo total geral do CAPEX (163,81%) é relativo ao custo total geral do CAPEX do
sistema distribuído, que foi o menor das 3 soluções estudadas. Portanto, a solução sem fio tem
um custo estimado de 63,81% maior que a solução distribuída.
Os outros custos da Tabela 10, hardware por exemplo (84,66%), são relativos ao custo
total da solução sem fio, assim, o custo do hardware desta solução representa 84,66% do custo
total da solução.

35
Tabela 10: CAPEX do sistema sem fio
Equipamento Quantidades Valor Unitário (R$) Valor Total (%)
Hardware 1 ________16
84,66
1 ________16
15,34
Total geral do CAPEX, em relação à arquitetura distribuída 163,81
4.4.4 Comparação dos custos de implantação dos sistemas
A Tabela 11 apresenta um resumo do CAPEX dos 3 sistemas estudados.
Tabela 11: Comparação dos custos percentuais de implantação dos sistemas
Sistema CAPEX [%]
Concentrado 136,06
Distribuído 100,00
Sem Fio 163,81
4.5 SELEÇÃO DA MELHOR ALTERNATIVA
Para a seleção da melhor alternativa de projeto, foi utilizado o modelo da matriz de
decisão apresentada por (MELLO, 2011).
4.5.1 Parâmetros de comparação e seus pesos17
Os parâmetros de comparação considerados estão apresentados baixo. O peso adotado
para cada item foi baseado no conhecimento, pelos autores deste trabalho, da cultura e no
modus operandi da CMSP.
17 Pesos: Quanto maior o valor do peso, mais importante é o indicador para o projeto.

36
a) CAPEX
Capital de investimento, conforme estimado nos itens anteriores.
Para este indicador o peso considerado foi 3,5 (três e meio). O capital investido é um
dos fatores mais importantes na tomada de decisão, por isso este indicador tem um peso
alto.
b) Tempo de implantação
Este parâmetro avalia o tempo gasto para implantação do projeto.
Para este indicador o peso considerado foi 0,5 (meio). É possível continuar operando o
PIT no modo atual até a implantação da arquitetura escolhida. Dessa forma, este
indicador teve um peso baixo.
c) Segurança
O aspecto de segurança aqui considerado é do ponto de vista se segurança da
informação (security), a segurança do ponto de vista de pessoas e equipamentos (safety)
é uma condição sine qua non, não sendo passível de comparações para critérios de
seleção, e deve ser atendida plenamente por todas as soluções.
Para este indicador o peso considerado foi 1,5 (um e meio).
d) Interferência operacional
Este indicador avalia a interferência na operação comercial da CMSP durante o tempo
de implantação do projeto.
Para este indicador o peso considerado foi 1,0 (um). Durante a implantação, a
interferência operacional deverá ser pequena, pois o acesso às áreas operacionais e à
realização de testes de comissionamento sempre será realiza em horários e locais que
não afetam a operação comercial. Dessa forma, o peso deste indicador foi relativamente
baixo.
e) Tempo médio para reparo
Este é o tempo médio para reparo do sistema (MTTR), quanto menor, maior será a
disponibilidade do sistema.
Para este indicador o peso considerado foi 3,5 (três e meio). Este fator é muito
importante, pois o tempo que o sistema permanece indisponível afeta muito a operação
comercial, portanto o tempo de reparo deve ser o menor possível. Dessa forma, o peso
deste indicador é alto.
Outros parâmetros tais como o MTBF e a confiabilidade não foram considerados, visto
que, independentemente da arquitetura adotada ambos os parâmetros devem ser atendidos, de
acordo com os requisitos técnicos mapeados.

37
4.5.2 Critérios adotados para as notas
As notas foram padronizadas em 10, 7 e 5, sendo que, para cada um dos quesitos
avaliados foi realizado a comparação entre as 3 soluções, sendo que, a melhor,
comparativamente, recebe nota 10, a segunda melhor recebe nota 7 e a última recebe nota 5.
Em caso de empate na comparação, as soluções recebem a mesma nota.
4.5.3 Matriz de decisão
A solução com a maior nota total será a solução selecionada, a Tabela 12 apresenta a
matriz de decisão desenvolvida, onde pode ser observado que a melhor solução é a distribuída,
com 91 pontos, seguida da solução concentrada, com 82,0 pontos e por último a solução sem
fio, com 64,5 pontos.
Tabela 12: Matriz de Decisão
Quesitos Avaliados Pesos
Arquitetura
Centralizado
Arquitetura
Distribuído
Arquitetura
Sem Fio
Nota Total Nota Total Nota Total
1 CAPEX 3,5 7,0 24,5 10,0 35,0 5,0 17,5
2 Tempo de Implantação 0,5 5,0 2,5 7,0 3,5 10,0 5,0
3 Segurança (Security) 1,5 10,0 15,0 7,0 10,5 5,0 7,5
4 Interferência Operacional 1,0 5,0 5,0 7,0 7,0 10,0 10,0
5 MTTR 3,5 10,0 35,0 10,0 35,0 7,0 24,5
∑ 10,0 ∑ 82,0 ∑ 91,0 ∑ 64,5
4.5.4 Justificativas para as notas
a) CAPEX
A arquitetura distribuída ficou com nota máxima pois obteve o menor custo de
implantação, conforme Tabela 11. A arquitetura centralizada obteve o 2º maior custo de
implantação ficou com 7, já a arquitetura sem fio, como pior solução do ponto de vista do
CAPEX, tirou 5.

38
b) Tempo de Implantação
A arquitetura sem fio obteve nota máxima neste quesito, uma vez que, nesta solução
não existe a necessidade de cabeamento do PIT, diminuindo assim, sensivelmente o tempo de
implantação. A solução distribuída foi a 2ª melhor, pois a quantidade de fibra óptica a ser
instalada (6,6 Km - Tabela 9) e muito menor que a quantidade de fiação necessária para a
solução centralizada (62,3 Km - Tabela 6).
c) Segurança (Security)
A solução centralizada ficou com a nota 10, uma vez que o para a invasão desta
arquitetura é necessário o acesso à Torre do PIT, que possui controle de acesso. Já a arquitetura
distribuída ficou em 2º lugar, uma vez que a rede de comunicação desta solução passa por todo
o PIT, e a arquitetura sem fio ficou em ultimo, pois, eventualmente, pode-se ter acesso a esta
rede até fora dos limites físicos do PIT.
d) Interferência Operacional
Aqui, da forma que o parâmetro Tempo de Implantação, a arquitetura sem fio leva a
melhor, uma vez que basta a instalação dos rádios nos elementos controlados, a arquitetura
distribuída vem em seguida, e por ultimo a solução concentrada, que necessita de uma
quantidade expressiva de cabeamento.
e) MTTR
Para o tempo de reparo, foi considerado que as soluções centralizada e distribuída, são
equivalentes neste quesito, visto que, ambas as soluções já possuem grande nível de maturidade
dos produtos de mercado, levando assim 10, já para a solução sem fio, foi considerado que o
tempo de diagnóstico é maior que nas outras duas, por isso, recebeu nota 7.
4.6 FEED DA MELHOR SOLUÇÃO
O FEED (projeto de pré-detalhamento) é uma etapa de projeto que parte do projeto
básico e avança para o projeto executivo (projeto de detalhamento), sem contudo, desenvolver
esse de forma integral.
O projeto FEED pode ser dividido em 3 etapas:
a) Análise de consistência do projeto básico.
Esta etapa consiste em checar se as informações dos documentos do projeto básico estão
consistentes com os critérios de projeto e consistentes entre si próprio.

39
b) Complementação do projeto básico
Esta etapa consiste em detalhar algumas informações do projeto básico, não em nível de
projeto executivo, mas de forma que os quantitativos de equipamentos possam ser
detalhados na precisão requerida.
c) Projeto FEED
Esta etapa consiste no levantamento dos quantitativos de materiais, equipamentos,
cabos, mão de obra, entre outros. Alguns documentos gerados nesta etapa são: as folhas
de dados dos equipamentos, as especificações de materiais, as plantas de locação de
instrumentos, as listas de instrumentos, as listas de entradas e saídas dos cartões dos
CPs, as listas de portas de comunicação, as listas de cabos, etc.
Segundo (RAMOS,2006), normalmente, o projeto de FEED chega a 25% do
detalhamento do empreendimento.
4.6.1 Análise da consistência do projeto básico da solução distribuída
Nesta etapa foi analisado se a solução distribuída atende a todos os requisitos do
projeto: técnicos e operacionais.
Cada um dos requisitos levantados foi analisado buscando identificar inconsistências da
solução distribuída.
Verificou-se que a solução pode atender a todos os requisitos do projeto (técnicos e
operacionais).
4.6.2 Complementação do projeto básico
No projeto básico apresentado no item 4.4.2 - Arquitetura Distribuída, a ideia foi
detalhar o mínimo possível, de forma a permitir a obtenção de CAPEX desta solução, para
servir como indicador no critério de seleção de projetos.
Aqui será efetuado a complementação desta solução.

40
4.6.2.1 Arquitetura do sistema
A Figura 19 apresenta a arquitetura proposta para o sistema de controle.
Figura 19: Arquitetura do Sistema de Controle
Junto a cada equipamento monitorado e/ou controlado será instalado um novo painel
com as remotas de entrada e saída e os acessórios necessários, conforme Figura 16.
As remotas de entradas e saídas serão conectadas por cabos de fibras ópticas formando
topologias tipo anéis.
Serão implementados 3 anéis ópticos, conforme Figura 17.
A divisão dos equipamentos elétricos nos anéis ópticos baseou-se no encaminhamento
da infraestrutura (calhas, eletrodutos, bandejas) de acordo com o documento MTC 3TT001929
“Instalação (como construído) do T. Trilho”.
O anel Sul conectará as seccionadoras localizadas ao sul da torre do PIT, próximas ao
Bloco C.
O anel Oeste conectará principalmente os equipamentos da retificadora do PIT (bloco
D), conforme Figura 13 e as seccionadoras próximas ao Bloco A.
O anel Norte conectará as seccionadoras localizadas ao norte da torre do PIT.
Internamente à torre do PIT, conversores de mídia, convertem o meio físico de óptico
para cabo metálico, e interligam as remotas de entradas e saídas aos CPs redundantes.
Ainda na torre do PIT, switches redundantes, interligam, via links ópticos, os CPs
redundantes do PIT aos switches redundantes do CCO, que por sua vez, se conectam aos
computadores servidores do sistema de supervisão e controle SCADA (Supervisory Control
And Data Acquisition).

41
4.6.2.2 Locação dos painéis
In loco, foram identificados as melhores localizações para os painéis, sendo:
a) Painel dos CPs redundantes
Será instalado na sala de elétrica, 2º andar da torre do PIT.
Neste mesmo painel serão instalados os conversores de mídia, de fibra óptica para cabo
metálico e os switches redundantes do PIT.
b) Painel dos pontos de controle da sala de operação da torre do PIT
Será instalado na sala de operação, 4º andar da torre do PIT
c) Painel das remotas de entrada e saída
Serão instalados no campo, juntos a cada equipamento controlado.
d) Painel dos servidores SCADA do CCO
Será instalado na sala técnica do CCO, sala DTS18
.
4.6.2.3 Link de comunicação PIT/CCO
Conforme apresentado na Figura 1, existe uma distância considerável entre o PIT e o
CCO, da ordem de 22 Km, seguindo pelas vias da CMSP.
Para comunicar o sistema SCADA do PIT no CCO com os CPs do PIT, foram
estudados três possibilidades:
a) Utilização do STD19
(Sistema de Transmissão de Dados) da CMSP;
b) Utilização de fibras ópticas já lançadas do PIT até o CCO, se disponíveis;
c) Lançamento de novas fibras ópticas do PIT ao CCO.
Em parceria com a equipe de projetos de telecomunicações (GCS) da CMSP, optou-se
pela 2ª possibilidade, visto que, o sistema STD da Linha 3 - Vermelha ainda não está em
operação e já existem fibras ópticas reservas lançadas do PIT ao CCO.
A equipe de projetos de telecomunicações disponibilizou 2 pares de fibras ópticas,
sendo escopo deste projeto o acesso destas fibras nos seguintes locais:
18 Existe um projeto de construção de um novo Data Center no CCO onde todos os equipamentos computacionais
ficariam instalados. Neste caso a transferência do Painel dos servidores SCADA do CCO para este Data Center
seria escopo deste projeto.
19 STD é um sistema de comunicação tipo SDH (Synchronous Digital Hierarchy), transmite dados de forma
determinística (tempo real) em alta velocidade, é o backbone (espinha dorsal) de comunicação da CMSP.

42
a) No PIT
As terminações das fibras ópticas fornecidas serão disponibilizadas no DGO do bloco
B1, em conectores tipo E2000;
b) No CCO
As terminações das fibras ópticas fornecidas serão disponibilizadas no DGO na sala
técnica do CCO, em conectores tipo E2000.
4.6.2.4 Protocolos de comunicações
Conforme apresentado na Figura 9, os protocolos industrias podem ser divididos em:
sensorbus, devicebus e fieldbus, isto em função do tipo de dispositivo e tipo de controle.
a) Protocolo de comunicação dos CPs com as remotas de I/O
Neste caso, tem-se o tipo de controle definido como controle lógico, visto que, a lógica
de controle é abertura/fechamento de dispositivos.
Já os dispositivos são classificados como simples, basicamente bits e bytes, conforme
Figura 9, e as redes que atendem esta aplicação são sensorbus e/ou devicebus.
Pesquisando a disponibilidade destas redes no mercado, observou-se a existência de um
grande número de fornecedores dos protocolos AS-i 20
, Profibus DP21
e Modbus.
Cruzando os requisitos do projeto com as características destes protocolos, concluiu-se
que:
(i) AS-i
Este protocolo foi descartado por ter limitações de distâncias, até 300 m, e só permitir
como meio físico par metálico.
(ii) Modbus
Este protocolo possui versões seriais (RTU e ASCII) e digital (Modbus TCP/IP).
As versões seriais foram descartadas devido às limitações de distâncias, até cerca de
1200 m (RS-485).
A versão digital, Modbus TCP/IP, foi descartada devido os problemas de looping do
protocolo TCP/IP, quando da ligação em anel. Com a utilização de protocolos de
20 AS-i (Actuator Sensor Interface)
21 Profibus DP (Process Field Bus - Decentralized Peripherals)

43
roteamento tipo STP22
o problema dos looping pode ser resolvido, contudo, o sistema
torna-se mais complexo.
Além disto, o problema da falta de determinismo (tempo real) do protocolo TCP/IP é
um ponto negativo na utilização do Modbus TCP/IP.
(iii) Profibus DP
Este foi o protocolo selecionado para a comunicação dos CPs redundantes com as
remotas de I/O.
Os pontos que levaram a seleção deste protocolo foram este suportar meio físico em
fibra óptica, suas características de determinismo (tempo real), e a grande quantidade de
fornecedores.
b) Protocolo de comunicação dos CPs com o sistema de supervisão
Para atender ao RTe-04 (Requisito técnico – 04: Se comunicar com o sistema
supervisório Vijeo Citect 7.10 utilizando o driver de comunicação Modnet (Modbus-TCP)), o
protocolo Modbus TCP/IP deve ser utilizado.
4.6.3 FEED da solução distribuída
Como projeto FEED da solução foram detalhados as listas de entradas e saídas digitais
dos CPs, as lógicas de controle das entradas e saídas, a estimativa de tempo de varredura da
rede Profibus-DP e a configuração de um protótipo do sistema supervisório Vijeo Citect.
4.6.3.1 Lista de entradas digitais dos CPs
Todas as entradas digitais foram associadas a endereços Modbus, a Tabela 13 apresenta
a lista parcial de pontos de entradas dos CPs.
22 STP (Spanning Tree Protocol) – protocolo de roteamento que permite a ligação de redes TCP/IP na topologia
em anel.

44
Tabela 13: Lista de pontos de entradas digitais
Equipamento
Endereço
Modbus
Função
Condições
Normais23
Seccionadora A004
40.001 Seccionadora Aberta
40.002 Seccionadora Fechada X
40.003 Seccionadora em Local
40.004 Sensor de Tensão Superior Energizado X
40.005 Sensor de Tensão Inferior Energizado X
Feeder F11
40.566 Feeder Aberto
40.567 Feeder Fechado X
40.568 Feeder Extraído/Teste
40.569 Feeder Bloqueado
40.570 Feeder Proteção Atuada
Seccionadora H11
Contator C11
40.606 Contator Aberto
40.607 Contator Fechado X
40.608 Contator em Local
Contator CW01
40.630 Contator Aberto
40.631 Contator Fechado X
40.632 Contator em Local
Seccionadora SN01
Disjuntor M11
40.649 Disjuntor Aberto
40.650 Disjuntor Fechado X
40.651 Disjuntor Proteção Atuada
SPAP Atuado 40655 Ponto 1
SPAP Falha 40665 Ponto 1
GGD
40667 GGD Parado X
40668 GGD em Funcionamento
40669 GGD em Falha
23 Condições Normais são os estados (aberto, fechado, teste e etc) em que um equipamento pode estar, onde, do
ponto de vista operacional, é considerado normal. Se o equipamento estiver em um estado diferente do
considerado normal, o objeto que representa este equipamento deve ficar piscando na tela (IHM) do sistema
SCADA e ser apresentado no relatório de Condições Anormais. Esta é uma forma de chamar a atenção dos
operadores.

45
A Figura 20 apresenta a lógica de controle que deverá ser implementada nos CPs para
tratar as entradas digitais capturadas das remotas de entradas.
Figura 20: Lógica de Controle das entradas dos CPs
Os CPs devem varrer continuamente as entradas digitais das remotas de entradas e
atualizando a tabela com os endereços Modbus correspondentes.
Quando o sistema supervisório solicitar os estados das entradas, o CP, que estiver em
controle, deve enviá-los como resposta.
A Tabela 14 apresenta um exemplo do frame de solicitação, do supervisório para o CP,
de leitura do registrador 40.001 e mais 10 registradores sequenciais, portanto, serão lidos do
registrador 40.001 ao 40.010.
Tabela 14: Frame de solicitação do supervisório para os CPs
Byte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Valor 00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 0A
Os bytes de 1 à 8 são conhecidos como MBAP (Modbus Application Protocol Header).
Os bytes de 9 a 12 são conhecidos como PDU (Protocol Data Unit).
O byte 8 é o tipo de função, no caso 03 é a função de leitura de registradores de retenção
(holding register), série 4x.xxx.
Os bytes 9 e 10 são o primeiro registro a ser lido (ex.: 00 00 = 40.001).

46
Os bytes 11 e 12 são a quantidade de registrados que deseja-se ler (ex.: 00 0A = 10
registradores).
As tabelas 15 e 16 apresentam um exemplo do frame de resposta do CP para a
solicitação do supervisório exemplificada na Tabela 14.
Tabela 15: MBAP do frame de resposta do CP
Byte 1 2 3 4 5 6 7 8
Valor 00 01 00 00 00 17 01 03
Tabela 16: Frame de resposta do CP
Byte 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Pontos -- Ponto1 Ponto2 Ponto3 Ponto 4 Ponto 5 Ponto 6 Ponto 7 Ponto 8 Ponto 9 Ponto10
Valor 14 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00
Os bytes de 1 à 8, assim como na solicitação, são o MBAP.
O byte 9 representa o tamanho do frame de dados, no exemplo da Tabela 16, o byte 9
possui valor 1424
, que representa 20 na base decimal. Como o frame de solicitação da Tabela 14
pediu 10 registradores (bytes 11 e 12) e cada registrador possui 2 bytes, tem-se os 20 bytes
representados no byte 9 da Tabela 16.
Os bytes de 10 a 29 são os valores do 10 registradores solicitados, sempre ocupando um
par de bytes, portanto, neste exemplo, os valores das 10 entradas solicitadas foram: 1, 0, 1, 0, 1,
0, 1, 0, 1 e 0.
4.6.3.2 Lista de saídas digitais dos CPs
A Tabela 17 apresenta a lista parcial de pontos de saídas digitais. Esta associação foi
realizada de forma a utilizar a funcionalidade do protocolo Modbus em escrever em múltiplos
registradores com um só comando, função 16, o que permite otimizar a comunicação entre o
supervisório e os CPs.
Por exemplo, para acionar 30 seccionadoras, o supervisório pode enviar 30 comandos
simples, função 06, ou enviar somente um comando múltiplo (função 16) indicando o primeiro
registrador e a quantidade que deseja-se acionar, no cado 30.
24 No protocolo Modbus, como na grande maioria dos protocolos de comunicação, os números são representados
na base hexadecimal.

47
A limitação para esta funcionalidade (múltiplos registradores) é que os registradores a
serem acionados devem ser sequenciais, dai o cuidado na escolha da associação dos
registradores aos equipamentos de forma a escolher, de forma sequencial, registradores para
equipamentos que são acionadas conjuntamente.
Baseado em um procedimento operacional25
, foi identificado que o PIT é divido em
áreas e estas são acionados de forma conjunta, logo, foi definido a associação dos registradores
aos equipamentos baseados neste procedimento.
Tabela 17: Lista de pontos de saídas digitais
Equipamento
Endereço
Modbus
Função
Seccionadora
E210
42.000 Comando de Abertura
42.001 Comando de Fechamento
Seccionadora
E333
Seccionadora
E234
A Figura 21 apresenta a lógica de controle que deverá ser implementada nos CPs para
tratar as saídas digitais das remotas de saídas.
Figura 21: Lógica de Controle das
saídas dos CPs
25 PO 202-A01 - Procedimento de Segurança para Acessos e Serviços de Manutenção de Via no Pátio Itaquera

48
4.6.3.3 Estimativa do tempo de varredura da rede Profibus-DP
O método de cálculo do tempo estimado de varredura da rede Profibus-DP foi
desenvolvido de acordo com (VERMAAS e SOUZA, 2012), e segue os seguintes passos:
a) Determinação do Intervalo Total Fixo de Tempo.
O Intervalo Total Fixo de Tempo é determinado em função da taxa de transmissão da
rede, a Tabela 18 apresenta seus valores.
Neste trabalho será calculado os valores de tempo de varredura para as taxas de
transmissão mínima (9,6 Kbps) e máxima (12 Mbps), obtendo assim, respectivamente
os tempos máximo e mínimo do tempo de varredura da rede.
De acordo com a Tabela 18, os tempos de intervalo total fixo para as taxas de
transmissão de 9,6 e 12.000 Kbps são respectivamente: 48,53 ms e 0,041ms.
Tabela 18: Intervalos de tempo fixo em função das taxas de transmissão
Taxa de
Transmissão
[Kbps]
Token
Frame
[ms]
Gap
Request
[ms]
Margem de
Segurança
[ms]
Intervalo
Total Fixo
[ms]
12.000 0,006 0,032 0,003 0,041
1.500 0,045 0,256 0,002 0,303
500 0,137 0,787 0,008 0,932
187,5 0,37 2,10 0,02 2,49
93,75 0,73 4,20 0.04 4,97
19,2 3,56 20,50 0,20 24,26
9,6 7,12 41,00 0,41 48,53
Fonte: Adaptado de (VERMAAS e SOUZA, 2012)
b) Determinação do Tempo Total de Offset.
Para a determinação deste tempo, é necessário identificar da quantidade de estações
presentes na rede (ativas e passivas) e multiplicar esta quantidade por uma constante, de
acordo com a Tabela 19, obtendo o tempo em milésimos de segundos.

49
Tabela 19: Tempo Total de Offset
Taxa de
Transmissão
[Kbps]
Fórmula
Tempo Total de
Offset [ms]
12.000 (Número de Estações) x 0,020
1.500 (Número de Estações) x 0,156
500 (Número de Estações) x 0,480
187,5 (Número de Estações) x 1,28
Neste trabalho, conforme Figura 17, o sistema possuirá três anéis ópticos, sendo assim,
três redes de comunicação Profibus-DP.
Baseado no quantitativo de dispositivos elétricos (seccionadoras, feeders, etc), Tabela 4,
suas disposições físicas e encaminhamento da infraestrutura de bandejamento,
eletrodutos e eletrocalhas disponíveis, estes dispositivos foram distribuídos nos três
anéis ópticos, conforme Tabela 20.
Na Tabela 20, as quantidades de remotas de entradas digitais apresentam uma unidade a
mais que as de saídas digitais devido ao sistema de SPAP possuir apenas indicações.
Tabela 20: Quantidades de Remotas de I/O por anel óptico
Anel
Qde. de
Equipamentos
Qde. De
Remotas de
Entradas
Digitais
Qde. De
Remotas de
Saídas Digitais
Total
Dispositivos
Sul 47 47 46 93
Central 38 38 37 75
Norte 73 73 72 145
Assim, o Tempo Total de Offset para as taxas de transmissão nos respectivos anéis
ópticos são apresentados na Tabela 21.

50
Tabela 21: Tempos Totais de Offset
Taxa de
Transmissão
[Kbps]
Anel
Dispositivos
x
Constante
Tempo Total de
Offset [ms]
12.000
Sul 93 x 0,020 1,86
Central 75 x 0,020 1,50
Norte 145 x 0,020 2,90
9,6
Sul 93 x 25,02 2.326,7
Central 75 x 25,02 1.876,5
Norte 145 x 25,02 3.627,9
O anel Norte possui o maior tempo devido possuir o maior número de dispositivos.
c) Determinação do Tempo Total de Contribuição dos dados de I/O no tempo de
varredura da rede.
Para a determinação deste tempo, é necessário quantificar o número total de bytes de
cada remota de entrada e saída.
Considera-se cada grupo de 8 pontos discretos um byte, se a rede possuir pontos
analógicos, cada ponto equivale a 2 bytes.
A Tabela 22 apresenta as fórmulas de cálculos do Tempo Total de Contribuição dos
Dados em função da taxa de transmissão e da quantidade de dados de bytes da remotas.
Tabela 22: Tempo Total de Contribuição dos Dados
Taxa de
Transmissão
[Kbps]
Fórmulas
Tempo Total de
Contribuição dos
Dados [ms]
12.000 (Número de Dados de Bytes) x 0,00087
1.500 (Número de Dados de Bytes) x 0,00699
500 (Número de Dados de Bytes) x 0,0215
187,5 (Número de Dados de Bytes) x 0,0573
Baseados nos números de entradas e saídas digitais apresentados na Tabela 4, foram
calculados as quantidades de números de dados de bytes em cada um dos anéis.
Um detalhe importante é que deve ser considerado sempre números múltiplos de 8
entradas e/ou saídas digitais. Ex.: Apesar das remotas de saídas possuírem apenas 3
saídas, é computado 1 byte de dados para cada uma delas.

51
A Tabela 23 apresenta os números de dados de bytes calculados para cada um dos anéis.
Tabela 23: Números de dados de bytes em cada um dos anéis
Anel
Qde. de
Equipamen
tos
Remotas Entrada Remotas Saídas Números
de
Dados de
Bytes
Qde
Remotas
Qde
de Bytes
Qde
Remotas
Qde
de Bytes
Sul 46 47 47 46 46 93
Central 37 38 38 37 37 75
Norte 72 73 73 72 72 145
A Tabela 24 apresenta os cálculos dos tempos totais de contribuição dos dados.
Tabela 24: Tempo Total de Contribuição dos Dados
Taxa de
Transmissão
[Kbps]
Anel
Nº dados de Bytes
x
Constante
Tempo Total de
Contribuição dos
Dados [ms]
12.000
Sul 93 x 0,00087 0,08
Central 75 x 0,00087 0,07
Norte 145 x 0,00087 1,26
9,6
Sul 93 x 1,119 104,07
Central 75 x 1,119 83,93
Norte 145 x 1,119 162,26
d) Determinação do Tempo de varredura do sistema.
Para a determinação deste tempo, é necessário somar os tempos obtidos nas Tabelas 18,
21 e 24, a Tabela 25 apresenta os resultados obtidos.
Tabela 25: Tempos de varredura do sistema
Taxa de
Transmissão
[Kbps]
Anel
Intervalo
Total
Fixo
[ms]
Tempo
Total de
Offset
[ms]
Tempo Total
Contribuição
dos Dados
[ms]
Tempo
De
Varredura
[ms]
Tabela 18 Tabela 21 Tabela 24
12.000
Sul
0,041
1,86 0,08 1,98
Central 1,50 0,07 1,61
Norte 2,90 1,26 4,2
9,6
Sul
48,53
2.326,7 104,07 2.479,3
Central 1.876,5 83,93 2.008,96
Norte 3.627,9 162,26 3.838,69

52
4.7 CONFIGURAÇÕES E TESTES DO SUPERVISÓRIO VIJEO CITECT 7.10
Conforme levantado no requisito técnico 04 - “Se comunicar com o sistema
supervisório Vijeo Citect 7.10 utilizando o driver de comunicação Modnet (Modbus-TCP)”,
este sistema deverá se comunicar com o sistema SCADA Vijeo Citect 7.10 em Modbus
TCP/IP, software este que já foi adquirido para este projeto.
Com intuito de identificar possíveis problemas e antecipar suas soluções, foi
desenvolvido uma aplicação neste supervisório para simular a comunicação com os CPs
redundantes.
O APÊNDICE B – Configurações do Vijeo Citect 7.10, apresenta o passo a passo das
configurações do Vijeo Citect 7.10 e os resultados obtidos.
O driver de comunicação Modnet (Modbus TCP/IP) se comportou conforme esperado,
comprovando que atende plenamente aos requisitos do projeto, contudo, um detalhe observado
que não é comum nas aplicações da CMSP é que quando um CP que estava em falha, causando
assim o chaveamento para o outro CP, é restabelecido, o supervisório faz um novo
chaveamento para o CP restabelecido, conforme apresentado na Figura 37. Normalmente nas
aplicações da CMSP não haveria automaticamente este novo chaveamento.
Este detalhe de funcionamento do Vijeo Citec, apesar de não ser desejado, não
inviabiliza sua aplicação no projeto.

53
5 CONCLUSÕES
Este trabalho apresentou um estudo comparativo de três arquiteturas, a serem instaladas
no Pátio Itaquera, para a monitoração e controle do sistema de alimentação elétrica do PIT a
partir do Centro de Controle Operacional da Companhia do Metropolitano de São Paulo.
O desenvolvimento pautou-se nas boas práticas preconizadas pelo corpo de
conhecimentos dos GUIAS BABOK e PMBOK, onde para cada uma das 3 soluções
desenvolve-se um projeto conceitual, de forma a possibilitar a comparação das soluções,
através de uma matriz de decisão. A solução escolhida foi a arquitetura distribuída, visto que,
este apresentou o menor custo no ciclo de vida do projeto.
Para a solução selecionada, sistema distribuído, foram desenvolvidos as etapas do pré-
detalhamento (FEED - Front End Engineering Design), a saber:
a) Análise da consistência do projeto básico.
Onde se contatou que as informações do projeto conceitual (básico) estavam
consistentes.
b) Complementação do projeto básico.
Onde se detalhou algumas informações do projeto básico de forma a chegar nos
quantitativos de equipamentos.
c) Projeto FEED.
Avançou-se no projeto básico, aumentando o nível de detalhamento e
consequentemente diminuindo as incertezas do projeto e seus riscos associados.
Assim, o objetivo do trabalho foi alcançado, visto que, a solução técnica mais adequada
que atendesse aos requisitos técnicos e operacionais do projeto ao menor custo de ciclo de vida
do projeto foi identificada e o seu pré-detalhamento realizado.
Com os resultados deste trabalho espera-se que na contratação do projeto ocorra uma
diminuição dos riscos do empreendimento, visto que, tem-se um maior detalhamento do
projeto.
Dependendo do critério de contratação26
adotado pela CMSP, particularmente, no caso
do critério de menor preço, o FEED mostra-se mais vantajoso uma vez que a empresa
contratante pode detalhar melhor seu projeto garantindo que receberá uma solução melhor.
26 Critério de contratação: i) Preço, onde o fornecedor que apresentar o menor preço é o vencedor.
ii) Preço/técnica, onde são verificados a solução técnica e o preço para definição do vencedor do processo.

54
Outro ponto que este projeto deve atender é o trabalho Diretrizes para Integração dos
Sistemas do Centro de Controle (GARRIDO; RIBEIRO, 2012), onde é detalhado a importância
da integração dos vários sistemas de controle existentes no CCO.

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