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Especificações da Unidade Mestre de Telemetria (MTU): Hardware, Rede, Comunicação e Energia

Definição

Unidade Mestre de Telemetria (MTU — Master Telemetry Unit) é o nó central de um sistema SCADA/telemetria distribuído. Coleta dados de Unidades Remotas (RTUs), processa, armazena, encaminha para HMI/Historiador e envia comandos de controle. Usada em óleo/gás (offshore), saneamento, energia, transporte.

1. Especificações de Hardware (Plataforma MTU)

• Computador Industrial: Fanless, wide-temp (-40 a +70°C), MTBF > 100.000 h. CPU: Intel Atom / Core i3-i7 / ARM (ex: NXP i.MX8).
• CLP Integrado (PLC): IEC 61131-3 (CODESYS, ISaGRAF, Siemens, Schneider). Lógica de controle local, intertravamentos, PID.
• Memória: RAM 4–16 GB DDR4/5 (ECC), armazenamento SSD industrial 64–512 GB (SLC/MLC/pSLC).
• Interfaces Serial: 4–16 portas RS-232/422/485 isoladas (Modbus RTU, DNP3, IEC 60870-5-101).
• Ethernet: 2–4 portas Gigabit (RJ45 / M12), suporte VLAN, QoS, RSTP/PRP/HSR (redundância).
• Rádio/Modem: Slots para rádio UHF/VHF (licenciado/ISM), celular 4G/5G (Cat-M1/NB-IoT), satélite (Iridium/Inmarsat/BGAN), LoRaWAN gateway.
• Entradas/Saídas Locais: DI/DO/AI/AO (24 Vcc / 4–20 mA / RTD / TC) para I/O de painel.
• Gabinete: Rack 19" 2U–4U ou painel (IP66/NEMA 4X para campo).
• Impressora/Logger local: Térmica / matricial para relatórios de alarme/evento (opcional).

2. Especificações de Rede e Arquitetura

• Topologia: Estrela (MTU centro) ou Híbrida (MTU + concentradores regionais).
• Protocolos SCADA: DNP3 (TCP/Serial), IEC 60870-5-104/101, Modbus TCP/RTU, OPC UA, MQTT Sparkplug B.
• Historiador (Data Historian): Software dedicado (OSIsoft PI, Canary, Ignition, InfluxDB, TimescaleDB) — armazenamento de séries temporais compressado, consultas rápidas.
• HMI/SCADA Server: Ignition, Wonderware, Citect, WinCC, VTScada, InduSoft. Visualização, alarme, relatórios, receitas.
• Segurança (OT Cybersecurity): Firewall industrial (ISA/IEC 62443), DMZ, segmentação (Purdue Model), autenticação MFA, certificados X.509, patch management, monitoramento de anomalias (IDS/IPS OT).
• Redundância MTU: Hot-standby (heartbeat), failover < 1 s, sincronia de estado (config, alarmes, histórico).

3. Comunicação: Meios e Parâmetros

Buffer local: MTU armazena dados (circular buffer, SSD) durante falha de enlace → retransmissão automática (store-and-forward) com carimbo temporal (IEEE 1588 PTP / NTP stratum 1).

4. Especificações Elétricas e Energia

• Alimentação Principal: 12 Vcc ou 24 Vcc (faixa 10–36 Vcc) — padrão industrial.
• Fonte Redundante: Duas fontes chaveadas (hot-swap) + diodo ORing.
• Backup: Bateria chumbo-ácida VRLA 12/24 V (2–20 Ah) + carregador inteligente (float/boost, compensação temp). Autonomia 4–24 h.
• Solar (Off-grid): Painel 50–500 Wp + controlador MPPT avançado (algoritmo de carga para LiFePO₄ ou VRLA) + bateria LiFePO₄ (ciclo profundo, 10a, -20 a +60°C).
• Consumo MTU típico: 15–60 W (sem rádio TX) / 80–150 W (rádio TX contínuo).
• Proteção: Supressor de surto (SPD) Classe II/III, filtro EMI, isolamento galvânico nas seriais/rádio.

5. Funções de Software Embarcado

• Aquisição polada / por exceção / por evento (deadband).
• Processamento: escalonamento, linearização, alarmes (HI/HIHI/LO/LOLO/ROCA), totalizadores, derivadas.
• Controle: PID em malha fechada, sequenciadores, lógica discreta.
• Time-stamp: GPS/GNSS (PPS) + NTP/PTP → precisão < 1 ms.
• Diagnóstico: watchdog HW/SW, health monitoring (CPU, temp, disco, rede, rádio), auto-reboot.
• Configuração remota segura (OTA assinado, rollback).

Resumo: MTU = cérebro de campo robusto, seguro, comunicante, energicamente autônomo. Especificação correta = confiabilidade operacional em ambientes hostis.

Meio	Typical Bandwidth	Latência	Uso Típico
Ethernet Fibra Óptica	1 Gbps–10 Gbps	< 1 ms	Backbone, data center, subestações
Rádio Licenciado UHF/VHF	9.6–19.2 kbps (narrowband)	10–100 ms	RTUs remotas, poços, valvulas
Celular 4G LTE / 5G	10–100 Mbps (UL/DL)	20–50 ms	RTUs urbanas, backup, IoT massivo
Satélite (LEO/GEO)	0.5–50 Mbps	300–800 ms (GEO) / 30–50 ms (LEO Starlink)	Offshore, remoto extremo, backup crítico
LoRaWAN / Sigfox / NB-IoT	0.3–50 kbps	1–10 s	Sensores simples (nível, pressão, vazão) bateria 10a