Comunicação Industrial utilizando Ethernet: integrando máquinas de forma economicamente viável

Teia de fios neons interligados formando uma rede de comunicação industrial
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A comunicação industrial consiste na troca de informações entre equipamentos e máquinas. Para que isso aconteça, a informação é codificada, transmitida e decodificada entre o emissor e o receptor.

Quem a recebe pode processá-la, armazená-la ou descartá-la de acordo com a relevância para sua operação.

No ambiente industrial muitas são as características a serem avaliadas na seleção da tecnologia correta para a comunicação, como confiabilidade de rede, robustez a ruídos elétricos e interferência eletromagnéticas, potência e alcance, velocidade de transmissão e latência de propagação do dados, dentre outros.

Para entender mais sobre como utilizar comunicação industrial e Ethernet para integrar máquinas de forma economicamente eficiente, continue acompanhando!

Protocolos de comunicação e integração de máquinas

A compreensão destas duas variáveis na transmissão de dados entre dispositivos de um sistema e a escolha do melhor protocolo de comunicação, pode até parecer complicado em um primeiro momento, mas quando as funcionalidades dos protocolos de comunicação são apresentadas, a escolha pode ser feita de forma simples pela verificação da adequação das capacidades à necessidade da comunicação industrial.

A seleção das características adequadas dos protocolos industriais é ponto essencial para a correta operação da indústria, porém o maior desafio das redes industriais, na prática e de forma geral, é o tempo.

Não porque o tempo faz as redes deixarem de operar, mas porque novas tecnologias com melhores características surgem transformando as redes instaladas em redes obsoletas. Isto dificulta a expansão e modernização da indústria, trazendo a complexidade de redes heterogêneas, com equipamentos funcionando sobre protocolos novos e legados.

A integração de máquinas e equipamentos novos e legados, se posta hoje como um dos maiores desafios para a indústria 4.0.

A consideração não somente das capacidades dos protocolos de rede e necessidades atuais, mas também das capacidades de expansão e flexibilidade de integração com outras redes, são também características essenciais a serem consideradas nessa nova era da indústria.

Vamos apresentar algumas informações importantes para decisão de que características de protocolo de rede buscar e algumas informações sobre o uso de redes sobre Ethernet, que tem atualmente se demonstrado notórias em relação à capacidade de expansão e flexibilidade.

As vantagens da Ethernet Industrial

Nos últimos anos houve um aumento no uso de redes em todas as áreas da indústria, exigindo uma comunicação cada vez mais rápida e confiável entre equipamentos e sistemas supervisórios e de decisão, sendo os dados de produção um ativo cada vez mais valioso.

Um dos setores que mais impulsionou a adoção de redes industriais sobre Ethernet e que hoje as utiliza em larga escala é a indústria automotiva, devido à complexidade e demanda de eficiência de suas fábricas.

A necessidade de fábricas e operações competitivas se disseminou e também o uso de redes industriais, sendo que hoje, os protocolos mais utilizados na indústria brasileira funcionam sobre tecnologia Ethernet.

A seleção da tecnologia Ethernet tem justificativas claras e fortes.

A Ethernet se tornou um padrão de facto de redes de TI pois foi sobre ela que a internet se disseminou e igualmente as redes de TI corporativas. As necessidades do mundo de TI têm bancado a evolução dos equipamentos que utilizam esta tecnologia, causando a diminuição de custos destes equipamentos e o surgimento de versões industriais com maior robustez a um bom custo.

As redes Ethernet não só tem conseguido um aumento de velocidade e robustez como também tem permitido a convivência de diferentes protocolos de comunicação com diferentes características de forma totalmente integrada e operacional.

Este é o caso das redes Ethernet IP normais e as redes TSN – Time Sensitive Networking, onde a segunda oferece as capacidades da primeira com características de determinismo e controle de banda mais gerenciáveis.

Ambas tecnologias podem conviver, a nova sendo implantada e tendo cada vez mais dispositivos e a legada, em uma rede de roteadores com capacidade TSN. Tudo isso tira a necessidade de modernização das máquinas e equipamentos existentes para operação sobre a rede com capacidade TSN.

Muitos dispositivos finais não precisam do determinismo e controle da largura de banda, pois não requerem comunicações em tempo real, mas precisam do aumento da robustez e da capacidade de operar sobre a mesma infraestrutura de rede que dispositivos mais críticos, para a diminuição de custos.

Assim, a Ethernet aparece como uma das opções mais indicadas de tecnologias para modernização e expansão das redes industriais atuais.

Portanto, a vantagem de usar essas redes industriais pode ser rapidamente identificada: a modernização se torna um projeto economicamente mais viável, pois pode reduzir os custos de projeto, implantação, configuração do sistema, energia e redução da complexidade.

O passo da modernização das redes industriais

Pesquisas mundiais apontam para uma tendência de acelerado crescimento no uso das redes de comunicação e integração de dispositivos IoT na indústria. Essa evolução pode ser vista na maioria dos protocolos industriais existentes no mercado, tanto de redes sobre Ethernet como em redes que usam tecnologias de barramento “Fieldbus” (IEC 61158).

Considerando as redes sobre Ethernet, podemos citar as redes Ethernet/IP, PROFINET, Modbus TCP e EtherCAT, com elevado crescimento em número absoluto de dispositivos conectados. Já entre as redes Fieldbus, os protocolos mais selecionados, com alto crescimento, são o DeviceNet, PROFIBUS e CC-Link.

Mesmo todas estas tecnologias tendo expandido em número absoluto, existe uma tendência de aumento do percentual de dispositivos utilizando Ethernet sobre os “Fieldbus”.

Tal tendência se mantém nos últimos anos, embora esteja ocorrendo de forma consideravelmente mais lenta do que se previa em pesquisas dos anos 90. Dessa forma, a gama de aplicações relacionadas à comunicação industrial ainda tem muito campo para expansão.

A continuidade da padronização para redes Ethernet trazem alguns ganhos esperados para a competitividade das indústrias. Dentre os principais podemos citar:

    • compartilhamento de infraestrutura física com redes de TI, gerando redução de custo e ganho de escala. Essa integração traz benefícios, mas também é importante denotar cuidados recomendados, como por exemplo a separação lógica das redes e aplicação das devidas políticas de segurança para cada uma;
    • redução de consumo de energia, tanto pelo compartilhamento, como pela maior capacidade de gerenciamento de dispositivos que a tecnologia Ethernet oferece. A evolução da área de TI conta com roteadores e dispositivos com maior capacidade de gestão da própria rede, permitindo adequação das capacidades à demanda de comunicação;
    • a acessibilidade aos dispositivos e maior capacidade de resolução de problemas. Com a integração das redes de TA e TI habilita-se a capacidade de supervisão e diagnóstico remoto, permitindo uma mais rápida e assertiva resolução de questões operacionais.

A comunicação industrial como a base para uma indústria competitiva

O tema comunicação industrial é abrangente e diverso.

As características especiais desse tipo de comunicação, que está em rápida expansão — acompanhando a modernização da indústria 4.0 para aumento da competitividade — mostram que a modernização destas redes traz ganhos, mas precisam resolver a questão de integração dos equipamentos legados, dos modernos e se preparar para avanços futuros, sempre considerando, de forma sensível, os custos.

Este desafio de integração pode ser trabalhado de forma a permitir uma gradual migração para protocolos mais modernos, sem onerar financeiramente os projetos de modernização, nem descartar máquinas e equipamentos antigos.

A possibilidade do uso de Gateways de conversão de protocolos permite que máquinas legadas ou máquinas com protocolos diferentes consigam conversar sobre uma mesma rede de comunicação, convertendo por exemplo PROFIBUS para Ethernet/IP.

Melhores soluções de comunicação industrial na prática

A linha de Gateways KUNBUS, por exemplo, apresenta flexibilidade, relação custo-benefício e um mínimo esforço de implantação na conversão de protocolos de redes industriais.

Os computadores industriais e dispositivos de entrada e saída da família Revolution PI são capazes de realizar operações de monitoramento e controle de processos produtivos de forma a se integrar facilmente a diferentes redes industriais.

Com a adição de um Gateway KUNBUS ao computador industrial é possível, com baixo esforço de implantação, integrar máquinas novas e antigas a diferentes contextos de comunicação industrial. E ainda, a arquitetura modular do produto permite que em futuras expansão a decisão de alteração de protocolo industrial cause o mínimo impacto na adequação dos dispositivos.

Se a sua necessidade for de redes industriais e tempo real, as soluções da National Instruments de dispositivos de aquisição de dados e controle operando com capacidade TSN é uma excelente opção. Essa nova tecnologia, considerada disruptiva, eleva as redes Ethernet a um novo patamar, dando capacidade a sistemas críticos e sincronizados de operar de forma adequada, habilitando novas possibilidade de controle de sistemas críticos a um baixo custo considerando as suas capacidades disponibilizadas.

Você é desenvolvedor de equipamentos industriais? Os módulos KUNBUS IC, uma linha de circuitos integrados, de fácil integração e intercambiáveis permitem que um dispositivo industrial comunique e cumpra com todos os requisitos de um protocolo de comunicação, com baixo esforço de projeto e alta flexibilidade, permitindo a migração entre protocolos rapidamente.

E então, ainda há dúvida de como a comunicação industrial traz eficiência operacional, a padronização da tecnologia Ethernet nas redes industriais colabora para a redução de custos e traz ganhos de escala? É por isso que a comunicação industrial é um dos pilares da quarta revolução da industrial!

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