O que são Redes Industriais? (Parte IV)

Oii gente,

Finalmente chegamos ao quarto artigo desta série, onde falaremos diretamente sobre as Redes Industriais. Nos artigos anteriores foi falado que o exemplo de redes de computadores mais comum, denominado Internet, interliga pessoas em todas as partes do mundo através de computadores, smartphones etc. Nesse modelo, a comunicação ocorre entre pessoas, através de dispositivos eletrônicos.

Agora, que entramos em Redes Industriais de fato, a comunicação não é mais feita entre pessoas, e sim, entre os próprios dispositivos. É como se eles tivessem vontade própria.

Quando falamos em automação, estamos falando de “coisas” sem vida, que trabalham sozinhas, executando ordens vindas de outras “coisas” sem vida. Não é necessário que uma pessoa faça o que precisa ser feito. Complexo? Vejam este exemplo simples. Suponhamos que temos um tanque de água de 1000 litros. Este tanque deve manter seu nível entre 30 e 80% de sua capacidade.

Num modelo antigo, esse tanque era controlado por uma pessoa, que ficava vigiando seu nível. Quando o tanque estava com o nível abaixo de 30%, a pessoa responsável iria até a válvula que controla a entrada de água dentro do tanque e abriria esta válvula de forma que a quantidade de água entrando no tanque, fosse maior. Com isso, o tanque começaria 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, cortando ou diminuindo o fluxo.

Enquanto o nível estiver dentro do normal, a situação está controlada (e esta pessoa tem seu momento de descanso). Só de escrever isso, confesso que já fiquei cansada.

Agora imagina a pessoa que é realmente responsável por esta atividade. Ela encontra uma série de dificuldades, por exemplo, a válvula pode ser longe do tanque, fazendo com que ela fique andando por distâncias longas o tempo todo, nesse processo: “verifica o tanque – abre a válvula – verifica o tanque – fecha a válvula”. Além de ser desgastante toda essa andação da pessoa, muitas vezes ela pode não ter uma noção do tanto que esta válvula deverá ser aberta ou fechada, até mesmo pra evitar que ela tenha que andar tanto. Mais um probleminha….essa válvula pode ser grande e seu manuseio pode ser complicado, já que, esse processo de abrir e fechar pode ser pesado.

Enfim, são vários os motivos, nesta história, que fazem com que este processo precise ser automatizado.

Veja Figura 1:

Figura 1 - Esquema de um Processo Manual
Figura 1 – Esquema de um Processo Manual

 

Agora essa abertura e fechamento da válvula será feito de forma automatizada. Para isto, precisamos dos seguintes equipamentos (além do tanque e da válvula):

  • Um CLP (Controlador Lógico Programável);
  • Um sensor de nível;
  • Um posicionador de válvula.

Quem vai controlar todo o esquema de fechamento e abertura da válvula é o CLP. Este equipamento é chamado de Mestre nas redes industriais, pois ele 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 informações que ele receber sobre o processo. Ele compara o valor recebido do sensor com o valor que ele tem registrado e que é considerado normal. Se este valor estiver abaixo do normal, neste caso 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, então o CLP não toma nenhuma atitude.

O sensor de nível será o responsável por detectar o nível de 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 na válvula abrindo ou fechando, de acordo com a necessidade.

Veja Figura 2:

O que são Redes Industriais? (Esquema Automático)
Figura 2 – Esquema de Automatização de um Processo

 

Vocês conseguem notar, através destes exemplos simples, a necessidade de se automatizar um processo? Agora imaginem uma indústria inteira, com muitos processos variados e complexos. A automação é totalmente necessária. E as Redes Industriais é quem interliga todos os envolvidos no processo de automação e faz o transporte dos dados de um lado para outro.

Só pra reforçar: em uma rede de comunicação como a internet, a troca de dados é feita entre pessoas através de dispositivos eletrônicos; nas redes industrias a comunicação é feita entre os próprios dispositivos eletrônicos, que neste caso, são: sensores, atuadores, controladores, posicionadores, PC, workstation etc. Aqui, não se faz apenas um controle dos equipamentos, como citado no exemplo acima, mas também é possível acompanhar todo o processo de produção, estoque de tudo que existe na empresa, controle de compra e venda, fazer rastreio de produtos…enfim. Através desta interligação entre todas as áreas de uma planta, consegue-se controlar toda ela.

Veja na Tabela 1 uma relação entre cada um desses dispositivos e a área onde atuam:

Tabela 1 - Relação entre Dispositivos e sua Área de Atuação
Tabela 1 – Relação entre Dispositivos e sua Área de Atuação

 

De acordo com [1], a necessidade da automação na indústria e nos mais diversos segmentos está associada às possibilidades de aumentar a velocidade de processamento das informações, uma vez que as operações estão cada vez mais complexas e variáveis. Isso ocorre, pois, no modelo de indústria atual, todas as partes de uma planta podem ser automatizadas, o que faz com que se tenha variados benefícios. Entre eles estão:

  • Economia de energia;
  • Aumento da produtividade;
  • Um melhor controle de qualidade do produto;
  • Segurança operacional;
  • Entre outros.

Todos estes benefícios são conseguidos através da utilização de redes industriais. Estas redes podem ser divididas de três formas:

  • Rede de informação;
  • Rede de controle;
  • Rede de campo.

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 dos sistemas ERP (Enterprise Resource Planning), Supply Chain (gerenciamento da cadeia de suprimentos) e EPS (Enterprise Production Systems). Estas redes atuam nos Níveis 4 e 5 da Tabela 1.

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.

Por fim, as Redes de Campo, também conhecidas como fieldbus, garantem a conectividade entre os diversos dispositivos atuantes diretamente no Nível 1 (chão de fábrica) com os níveis superiores (sistemas de controle ou gerenciamento).

Então, visando 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;
  • Determinismo (permite deter­minar com precisão o tempo necessário para a transferência de informações entre os integrantes da rede);
  • Baixos tempos de ciclos;
  • Várias topologias;
  • Padrões abertos;
  • Redundância em diversos níveis;
  • Menor variabilidade nas medições com a melhoria das exatidões;
  • Medições multivariáveis.

Bom pessoal, como foi mostrado nesse artigo, 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 da pirâmide de automação, a qual eu chamei de Tabela 1, facilita, e muito, a vida das pessoas que trabalham em indústrias.

A facilidade de se diagnosticar um problema, por exemplo, é muito maior do que quando se utilizam as redes convencionais do tipo 4-20 mA. O diagnóstico pode ser realizado analisando as formas de onda produzidas na Camada Física da rede ou os telegramas de mensagem produzidos na Camada de Enlace. Com um diagnóstico rápido, é possível diminuir o tempo de parada de uma planta e reduzir possíveis prejuízos no processo. Mas isto é assunto para um outro post.

É isso aí. Espero que tenham gostado dos artigos e compreendido o que sãs as redes industriais. A partir de agora, começarei a escrever sobre os principais protocolos de comunicação utilizados nas Redes Industriais. O primeiro a ser descrito será o protocolo Profibus.

Até mais!

Referência bibliográfica

[1] CASSIOLATO, C. (2012). Redes Industriais – Parte 1. Revista Saber Eletrônica. Edição 461. Páginas 24 a 32.