Automação: Centralizada ou Descentralizada? (Parte 2)

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No último post, falamos sobre os principais conceitos da automação centralizada e descentralizada no atual cenário industrial. Se você ainda não leu, vale a pena! Mas e o futuro da automação: o que ele nos reserva?

Quais são as tendências em relação aos conceitos de automação?

Em geral, há uma tendência para a aplicação de solução baseadas em redes descentralizadas. Nossa vida também está se tornando “mais descentralizada” – levamos o trabalho para casa, estamos disponíveis via smartphone ou tablet quase sempre e em todos os lugares e dificilmente separamos vida social de trabalho.

Por algum tempo, houve também a tendência de comunicação M-para-M, que significa comunicação distribuída entre máquinas. Isso significa que até mesmo máquinas de venda automática podem ter seus próprios pequenos telefones celulares instalados. Desta forma, máquinas de refrigerante, por exemplo, podem enviar sua exata necessidade de abastecimento para empresas fornecedoras, então estas se deslocam até o local quando precisam e não mais em intervalos fixos. Assim, viagens possivelmente desnecessárias podem ser cortadas ou a indisponibilidade de produtos em máquinas de venda automática pode ser evitada.

Mesmo na agricultura, os primeiros conceitos de automação ainda estão em pleno desenvolvimento. Isso inclui a máquina de ordenha como um conceito de automação centralizado clássico bem estabelecido e também métodos mais inteligentes para resolver diversos problemas da área, como a irrigação de lavouras.

O agricultor normalmente é quem faz o planejamento da irrigação dos campos, que deve ocorrer em certos intervalos de tempo, por exemplo, todas as manhãs às 6 da manhã, novamente no início da tarde e, conforme o caso, novamente no fim da tarde, depois à noite e assim por diante. Por meio de sensores inseridos na terra que verificam a composição do solo para certos minerais e umidade, a irrigação de campo não precisa mais funcionar de forma inflexível como um mecanismo de relógio, mas de forma a atender às necessidades da plantação. Por meio dos conceitos de automação centralizada e descentralizada, os recursos podem, portanto, ser economizados nos lugares certos e até mesmo os rendimentos agrícolas podem ser aumentados.

Mas qual conceito é recomendado especificamente para qual área depende também da velocidade de aplicação requerida.

Critério essencial: a velocidade de aplicação!

A necessidade de controle do tempo de resposta de um sistema e da precisão desse dado determinam principalmente qual tipo de sistema (centralizado ou descentralizado) pode e deve ser usado. Dependendo do “grau de rigidez” do tempo real, pode-se dizer que, quanto maior o grau, o controle se distancia de uma estrutura centralizada e se aproxima de uma estrutura descentralizada.

O limite de ambos os conceitos não é claramente desenhado e se mistura, porque um conceito de automação centralizada também inclui componentes descentralizados e vice-versa, um conceito descentralizado também tem algumas características centralizadas. As diferenças entre os conceitos estão no escopo das tarefas que foram alocadas para controle. O controle descentralizado terceiriza tarefas inteiras, enquanto na estrutura descentralizada apenas as “partes funcionais” menores são mencionadas. Um conceito descentralizado, consequentemente, alivia o controle centralizado através desta terceirização para componentes inteligentes. Com isso, é necessário um maior e melhor elo de comunicação desses componentes com o sistema centralizado.

A decisão sobre os conceitos também depende de quais estruturas de rede podem atender melhor às demandas de tempo e com o menor esforço. Para sistemas centralizados, por exemplo, pode-se supor que, com o tráfego de dados elevado, há apenas uma demanda moderada no desempenho total do computador e na velocidade de transmissão. O tempo real, portanto, representa apenas um componente “soft“, ou seja, o período de tempo entre o acionamento e a ocorrência do evento tem uma duração entre um centésimo e um milésimo de segundo.

Portanto, os requisitos são mais adequados para um conceito de automação centralizado e podem ser bem aplicados na indústria de processos. Ao contrário disso, na indústria de processo, os tempos reais “duros” também são frequentemente necessários. A duração está no intervalo µ-segundo, e é por isso que apenas conceitos descentralizados são adequados e estão sendo aplicados para esses processos. A vantagem da inteligência distribuída entra em vigor com esses sistemas complexos.

Máquinas modulares: quais conceitos podem ser melhor aplicados?

Como os processos exigem maior flexibilidade e maior velocidade ao mesmo tempo, e como esses recursos existem apenas parcialmente em sistemas centralizados, isso resultou no desenvolvimento de conceitos de máquinas modulares. Em geral, é possível expandir o escopo de funções conectando componentes independentes sem a necessidade de modificar o núcleo da máquina.

Por exemplo, controle do sistemas de acionamento tem que executar uma variedade de tarefas que compreendem a regulação da velocidade ou o cálculo da aceleração do eixo por etapa. Esses cálculos ocorrem exatamente em dois lugares diferentes: na própria unidade, o que implica que as unidades de processamento correspondentes também existem lá, ou no próprio controle centralizado. É óbvio aqui que um cálculo centralizado requer uma ampla largura de banda e trona-se necessária uma imensa capacidade de processamento do controle centralizado. Também é óbvio que os volumes de dados podem se tornar exorbitantes, o que tem um efeito negativo na velocidade. Os cálculos só seriam feitos pelo mestre para enviar depois os resultados para o escravo, que tem que dar feedback contínuo sobre sua condição atual em relação aos dados recebidos. Este fato resulta em uma suscetibilidade crescente da função da aplicação.

É óbvio aqui que um cálculo centralizado requer uma ampla largura de banda e trona-se necessária uma imensa capacidade de processamento do controle centralizado. Também é óbvio que os volumes de dados podem se tornar exorbitantes, o que tem um efeito negativo na velocidade. Os cálculos só seriam feitos pelo mestre para enviar depois os resultados para o escravo, que tem que dar feedback contínuo sobre sua condição atual em relação aos dados recebidos. Este fato resulta em uma suscetibilidade crescente da função da aplicação.

Ter o poder computacional acontecendo externamente é, no entanto, dificilmente praticável e, é por isso que as vantagens de um conceito descentralizado são óbvias nesta aplicação. Tempo de computação e reação mais rápidos estão se tornando realidade, assim como aliviar o processamento dos dispositivos mestre. Isso, por sua vez, alivia o tráfego de dados do barramento. Uma expansibilidade modular mais fácil do maquinário através de conceitos descentralizados também é fato, assim como o desenvolvimento de aplicações seguras. Para gerar todas essas vantagens, um bom sistema de conexão de comunicação correspondentemente deve existir.

Soluções modulares, como às disponíveis na linha de computadores industriais da KUNBUS, satisfazem a necessidade de alto poder computacional e conectividade entre sistemas heterogêneos. Se este é o desafio atual da sua empresa, entre em contato com os engenheiros da Omega7 Systems e tire suas dúvidas!

Texto adaptado de: 
https://www.kunbus.com/automation-concepts-part-1.html
https://www.kunbus.com/automation-concepts-centralized-decentralized-part-ii.html
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