redes industriais a informática aplicada no chão das fábricas
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Redes Industriais
A Informática Aplicada no Chão das Fábricas
Introdução
Quando falamos em Redes Industriais,
a comunicação não é feita entre pessoas,
como estamos acostumados nas Redes de
Computadores convencionais, mas sim,
entre os próprios dispositivos.
A bem da verdade, é como se eles
tivessem vontade própria e gerissem seus
próprios destinos.
Introdução
Quando falamos em Automação
Industrial, falamos de “coisas” sem vida,
que trabalham sozinhas, executando ordens
vindas de outras “coisas” sem vida. Não é
necessário uma pessoa fazer o que precisa
ser feito. Complexo? Vejamos um exemplo.
Suponhamos ter um tanque d’água de
1000 litros. Este tanque deve manter seu
nível entre 30 e 80% de sua capacidade.
O que são Redes Industriais?
No modelo tradicional, este tanque é
controlado por uma pessoa que fica
vigiando seu nível. Quando o nível da água
no tanque está abaixo de 30%, a pessoa
responsável vai até a válvula que controla a
entrada de água no tanque e abre esta
válvula de forma a permitir a entrada d’água
ou um aumento da quantidade de água
entrando no tanque.
O que são Redes Industriais?
Com isso, o tanque começa a se encher
de água. Em um determinado momento, o
nível de água ultrapassa os 80% permitido.
Então, esta mesma pessoa, corre até a
válvula e a fecha, diminuindo ou
interrompendo o fluxo d’água.
Enquanto o nível estiver dentro do
normal, a situação está controlada (e a
pessoa tem seu momento de descanso).
Processo Manual
Processo Manual
Vamos nos colocar no papel da pessoa
que é responsável por esta atividade.
Encontramos uma série de dificuldades,
como por exemplo, a válvula pode ser longe
do tanque, fazendo com que se fique
andando por distâncias longas o tempo
todo, nesse processo: “verifica o tanque –
abre a válvula – verifica o tanque – fecha a
válvula”.
Processo Manual
Além de ser desgastante todo esse
“passeio” de um lado pro outro, muitas
vezes pode-se não ter a noção exata do
quanto esta válvula deve ser aberta ou
fechada, até mesmo pra evitar que se tenha
que andar tanto. Além disso outro problema,
a válvula pode ser grande e seu manuseio
complicado, ou seja, esse processo de abrir
e fechar a válvula pode ser bem pesado.
Automatizando o Processo
Pelo exposto, vimos que a abertura e o
fechamento desta válvula deve ser feito de
forma automatizada. Para isto, precisamos
dos seguintes equipamentos (além, é lógico,
do tanque e da válvula):
1 CLP (Controlador Lógico Programável);
1 sensor de nível;
1 posicionador de válvula.
Automatizando o Processo
O responsável por todo o processo de
fechamento e abertura da válvula é o CLP.
O equipamento é chamado de Mestre nas
Redes Industriais, pois dá ordens, ou seja,
envia comandos para os equipamentos
escravos, que neste caso são o sensor e o
posicionador. O CLP é programado com
uma sequência de lógicas e sua atuação vai
variar de acordo com as informações que
ele receber sobre o processo.
Automatizando o Processo
Ele compara o valor recebido do sensor
com o valor registrado, considerado normal.
Se este valor estiver abaixo do normal,
(neste exemplo, 30%), o CLP manda uma
informação para o posicionador e este abre
a válvula. Se o valor recebido for superior
ao valor considerado normal, ele manda
uma mensagem para que o posicionador
feche a válvula. Se o valor estiver dentro da
faixa, o CLP não toma nenhuma atitude.
Automatizando o Processo
O sensor de nível será o responsável por detectar o nível d’água dentro do tanque e enviar esse valor para o CLP. O envio desses dados é feito constantemente, em tempo real. Já o posicionador é o responsável pela interface entre o CLP e a válvula. É ele quem atua abrindo ou fechando a
válvula, de acordo com a necessidade.
Processo Automatizado
Processo Automatizado
Notamos através deste simples exemplo
a necessidade de se automatizar processos.
Imaginemos agora uma indústria inteira,
com seus múltiplos processos variados e
complexos. A Automação é totalmente
necessária. As Redes Industriais interligam
todos os envolvidos no processo de
automação e faz o transporte dos dados de
um lado para outro. A seguir, vemos os
dispositivos e sua área de atuação.
Processo Automatizado
Reforçando: Em uma rede de
comunicação, como a internet, a troca de
dados é feita entre pessoas através de
dispositivos eletrônicos. Nas Redes
Industriais a comunicação é feita entre os
próprios dispositivos eletrônicos, que neste
caso, são: controladores, sensores,
atuadores, posicionadores, PC, workstation,
etc., que estão sempre interligados e se
comunicando em tempo real.
Processo Automatizado
Uma Rede Industrial permite fazer mais
que apenas controlar os equipamentos,
como mostrado no exemplo anterior, mas
também torna possível acompanhar todo o
processo de produção, estoque, e tudo que
exista numa empresa. Controle de compra e
venda, rastreio de produtos… Através da
interligação entre todas as áreas de uma
planta, é possível um controle completo.
Listagem de Dispositivos
Automatização & Benefícios
A necessidade da automação na
indústria e em diversos segmentos está
associada às possibilidades de aumento na
velocidade de processamento das
informações, uma vez que as operações
estão cada vez mais complexas e variáveis.
No modelo de indústria atual, as partes de
uma planta podem ser automatizadas, o que
faz com que se tenha variados benefícios.
Automatização & Benefícios
Entre os benefícios que a Automação
proporciona, podemos citar:
Economia de energia;
Aumento da produtividade;
Melhor controle de qualidade do produto;
Segurança operacional;
Entre outros.
Automatização & Benefícios
Estes benefícios são conseguidos
através da utilização de redes industriais.
Estas redes podem ser divididas de três
formas:
Redes de Informação;
Redes de Controle;
Redes de Campo.
Tipos de Redes As Redes de Informação representam o
nível mais elevado dentro de uma
arquitetura. Em grandes corporações é
natural a escolha de um backbone de
grande capacidade para interligação de
sistemas como ERP (Enterprise Resource
Planning), Supply Chain (gerenciamento da
cadeia de suprimentos) e EPS (Enterprise
Production Systems). As redes atuam nos
Níveis 4 e 5 da Listagem de Dispositivos.
Tipos de Redes
Já as Redes de Controle tem como
função interligar os sistemas industriais de
Nível 2 aos sistemas de Nível 1. É possível
também, que equipamentos de Nível 3
estejam ligados a este barramento, embora
ressalte-se que está configuração é
totalmente opcional. A supervisão pode ser
humana ou automatizada.
Tipos de Redes
Finalizando, as Redes de Campo, que
também são conhecidas como fieldbus,
garantem a conectividade entre os mais
diversos dispositivos que atuam diretamente
no Nível 1 (o denominado “chão de fábrica”)
com os níveis superiores (sistemas de
controle ou gerenciamento).
Então, visando sempre a minimização de
custos e o aumento da operacionalidade de uma
aplicação introduziu-se o conceito de rede
industrial para interligar os vários equipamentos
de uma aplicação. A utilização de redes e
protocolos digitais prevê um significativo avanço
nas seguintes áreas:
Custos de instalação, operação e manutenção;
Facilidade de diagnóstico da rede;
Procedimentos de manutenção com gerenciamento de ativos;
Fácil expansão e upgrades;
Informação de controle e qualidade;
Baixos tempos de ciclos;
Várias topologias;
Padrões abertos;
Determinismo (permite determinar com precisão o tempo necessário para a transferência de informações entre os integrantes da rede);
Redundância em diversos níveis;
Menor variabilidade nas medições com a melhoria das exatidões;
Medições multivariáveis.
Então, como está sendo mostrado, as vantagens de se automatizar os processos em uma planta são numerosas e o uso das Redes Industriais para se fazer a ligação entre todos os níveis hierárquicos da pirâmide de automação, a qual foi mostrada na Listagem dos Dispositivos, facilita, e muito, a vida das pessoas que trabalham em indústrias, principalmente graças aos chamados protocolos de Redes Industriais.
IP Ethernet é um padrão Ethernet industrial baseado fora das linhas de comunicação DeviceNet. IP Ethernet é utilizado na automação da manufatura, e é um padrão internacional para comunicações industriais e de semicondutores.
Modbus é um protocolo de rede simples que permite o controle e a transferência de dados entre dois dispositivos. É o mais usado dos protocolos industriais. Existem dois tipos de Modbus, o Modbus Serial e o Modbus TCP. O Modbus Serial usa RS232 e RS422 / RS485, enquanto o Modbus TCP usa Ethernet. Ambos formam o mesmo protocolo, exceto para as informações adicionais necessárias para lidar com a camada física.
DeviceNet é uma das plataformas líderes mundiais de automação industrial, amplamente utilizado na América do Norte, Japão e Austrália / Nova Zelândia.
Ela atua diretamente nos melhores dispositivos da classe, incluindo Chips, Adaptadores (PCI, USB, PC104, ISA, Paralela) Software integrado, Software para PC e ferramentas de diagnóstico.
PROFIBUS é o protocolo de comunicação que é padrão mundial para automação industrial, e que oferece uma grande variedade de produtos líderes da indústria, incluindo ProfiTrace e COMbricks, que são produtos para resolução de problemas, bem como Hubs, repetidores, Cabos e muito mais! Vamos aprofundar mais um pouco.
O Protocolo Profibus define os parâmetros para dispositivos de automação de processo, como válvulas, transmissores, e posicionadores. Além disso, possui uma característica adicional que é a transmissão intrinsecamente segura, o que faz com que ele possa ser usado em áreas classificadas, ou seja, ambientes onde existe o perigo de explosão. É indicado para controlar variáveis analógicas em controle de processos. É encontrado predominantemente nas indústrias de transformação.
As principais vantagens deste protocolo são:
Transmissão confiável das informações;
Tratamento de status das variáveis;
Sistema de segurança em caso de falha;
Equipamentos com capacidade de autodiagnose;
Integração com controle discreto em alta velocidade;
Aplicações em qualquer segmento;
Redução de até 40% nos custos de instalação;
Redução de até 25% nos custos de manutenção;
Menor tempo de startup;
Aumento significativo da funcionalidade, disponibilidade e segurança.
As principais características técnicas do Protocolo Profibus são:
Topologia: Barramento, Árvore, Estrela, Mista.
Camadas utilizadas: Física (Physical Layer), Enlace (Data Link Layer) e Interface com o Usuário (User Interface).
Cada segmento de rede deve possuir um único elemento ativo no barramento de campo localizado na área não-classificada;
Os demais equipamentos na área classificada são passivos;
Com estas informações básicas alcançamos o objetivo traçado para esta palestra, que é o de mostrar mais um campo de atuação para os tecnólogos formados pela FAETERJ. A área de Automação Industrial possui imensas semelhanças com a área de Redes de Comunicações tradicionais, mas é muito pouco explorada por nossos profissionais.
Para quem desejar se aprofundar no assunto, deixo aqui alguns links interessantes:
www.SMAR.com.br
http://www.automacaoindustrial.info/redes-industriais/
http://www.feng.pucrs.br/professores/tergolina/Redes_e_Protocolos_Industriais/?SUBDIRETORIO=Redes_e_Protocolos_Industriais
Wilson Mathias Pereira Florentino, Analista de Sistemas, formado pela FAETERJ, funcionário da FAETEC, lotado no CETEP Santa Cruz, e professor da Universidade Estácio de Sá, atuando no Pronatec, nas disciplinas de Eletrônica e Redes Industriais.
Contatos:
Tel.: 98902-1575