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Field Device Integration (FDI) no Gerenciamento de Ativos na Indústria

A evolução nas conexões de dados industriais, é foco de nosso texto, grandes esforços e investimentos dos departamentos de pesquisa e desenvolvimento tecnológico estão criando novos padrões, equipamentos e softwares, permitindo pavimentar o caminho da Indústria 4.0.

Disponibilizamos três artigos correlacionados, onde mostramos as novas tecnologias, o OPC-UA (OPC UA – Unified Architecture) , o TSN (Time-Sensitive Network) e o FDI (Field Device Integration), formando os novos padrões da conectividade industrial.

A transformação digital permitirá uma indústria mais inteligente, portanto mais eficiente, barata e segura.

Para que isso ocorra, a automação industrial tem grande papel nesta transformação, onde a Indústria 3.0 – baseada na Pirâmide da Automação –  se transforma nos Pilares da Automação, uma vez que Convergência, Padronização e Velocidade de dados possibilitará que a Indústria 4.0 se torne uma realidade, rompendo as barreiras de interface que hoje existem no modelo atual da indústria.

Sobre o Field Device Integration (FDI)

Quanto ao FDI, vamos falar sobre:

  • Conexão de dados de instrumentos de campo
  • Ferramentas de Engenharia, Manutenção e Diagnóstico
  • Gerenciamento de dados em rede industrial
  • Convergência tecnológica de comunicação
  • Padronização de conexões (solução aberta)
  • Evolução da conexão para IoT e Indústria 4.0

Com o advento dos protocolos industriais e dispositivos comunicando em redes, o desenvolvimento de tecnologias que permitissem acessar dados, durante o funcionamento, para manutenção, comissionamento e monitoração, se tornaram uma realidade.

As primeiras tecnologias foram baseadas em DD/EDDL em 2004, como evolução do conceito de acesso de dados, temos a tecnologia FDT/DTM em 2009 e sua evolução em 2015, com o FDI, esse é o destaque a evolução e vamos falar em mais detalhes de cada tecnologia.

EDDL (Eletronic Device Description Language): é uma linguagem baseada em texto, os sistemas de automação acessam estes dados por um interpretador, é usada em forma binária DD Device Description (Hart e FF).

FDT/DTM (Field Device Tool / Device Type Manager): é um sistema onde os fabricantes elaboraram os “drives” DTM (compilados) de cada equipamento e são acessados por um FDT (plataforma), o sistema depende de COM/DCOM.

Estas tecnologias têm algumas limitantes e novas demandas técnicas, podemos listar as principais:

  • Limites da EDDL por texto, limitante nas definições de dados e diagnósticos
  • As DTM variam enormemente de fabricante para fabricante
  • O FDT tem a dependência da COM/DCOM do Windows
  • EDDL e FTD/DTM tem o mesmo objetivo, mas são divergentes nas soluções (como decidir?)

FDI (Field Device Integration): é uma tecnologia de comunicação de dispositivos de campo, usando rede de comunicação industrial, onde é utilizado o OPC-UA (Cliente-Servidor) unificando o modelo de informação dos dispositivos industriais.

Seus principais objetivos, como evolução dos sistemas EDDL e FDT/DTM, são:

  • Manter a compatibilidade com os sistemas legados existentes nas plantas industriais
  • Unificar as especificações EDDL dos protocolos industriais compatíveis
  • Manter o modelo compatível de acesso de dados via FDT

Características do FDI

As principais características desta tecnologia são:

  • Unificação – todas as informações (vertical e horizontal) se comunicam na rede por um único canal
  • Padronização – independente do protocolo, o sistema permite troca de dados em diversas aplicações e níveis
  • Interconexão – troca de dados entre equipamentos e aplicativos, utilizando rede industrial
  • Interoperável – troca de dados entre fabricantes diferentes, compartilhando recursos
  • Intercambiável – troca de equipamentos por outro fabricante, sem perder funcionalidade
  • Extensibilidade – aumento de funções por agregação, sem perder o que já existe
  • Escalar – permite implantações pequenas e crescimento de acordo com a necessidade, com todas funções

Os principais benefícios do uso do FDI, são:

  • Fácil de usar – ótima experiência para o usuário
  • Robusto na instalação – a instalação dos drives não provoca alterações nos sistemas de automação
  • Interoperável e em conformidade – compatível com as EDDL e experiência das DTM padronizadas
  • Integrável e convergente – fácil trocar informações com níveis ERP e MES, por exemplo, usando o OPC-UA
  • Manutenção de versões – compatível com versões anteriores de software e suporte as DD e DTM existentes

O sistema do FDI se destaca por incorporar no em seu aplicativo as DP (Device Package). Entenda como elas funcionam no servidor FDI:

  • DD Device Definition – faz a definição das variáveis e blocos funcionais
  • UID User Interface Description – menu dos equipamentos
  • BL Business Logic – organiza os endereçamentos dos equipamentos
  • UIP User Interface Plug-in – interface com o usuário (gráfico)
  • Dentro do DP pode-se anexar documentos dos devices

Entendendo o funcionamento do FDI

Quanto ao princípio de funcionamento do sistema do FDI:

  • O servidor FDI é quem concentra a comunicação com a rede, normalmente conectado em um controlador que faz o roteamento de dados
  • No servidor FDI são instados os Device Package de cada equipamento, com suas definições, modos de acesso e interfaces
  • A comunicação é feita pelo OPC-UA, permitindo que OPC-Client e FDI-Client acesse dados do servidor, utilizado em aplicativos de manutenção, monitoração, gestão (ERP, MES) e outros

As arquiteturas dos sistemas de automação em rede, permite a conexão com o FDI, onde instala-se os drives de cada equipamento/fabricante, suportando diversos protocolos, já compatíveis no mercado.

Na operação, temos os servidores FDI, servindo dados para os Clientes, que poderão executar manutenção, operação, monitoração, engenharia, configuração, otimização e comissionamento com os equipamentos do sistema.

A aplicação de destaque do FDI está no Gerenciamento de Ativos, o sistema de automação, montado em uma rede industrial, agora com destaque a diversos padrões e protocolos, utilizando OPC-UA, pode-se executar todas as rotinas já descritas.

Com o FDI e a Indústria 4.0, o Gerenciamento de Ativos passa para um outro patamar de aplicação, incorporando novas ferramentas, podemos destacar as principais funções de um sistema atual e digitalizado:

  • Parametrização de equipamentos e dispositivos
  • Análise on-line de status de funcionamento
  • Controle de acesso de usuários
  • Registro de alterações – rastreabilidade
  • Avaliação de performance – Índice
  • Otimização de processo
  • Gerencia dados para Cloud Computing
  • Emite prognóstico usando Machine Learning

Como continuidade na evolução da tecnologia, podemos destacar algumas tendências:

  • Serviços gerenciamento de dispositivos via FDI serem via Cloud com suporte do fabricante
  • Equipamentos com OPC-UA Server incorporados, comunicando diretamente no Cloud FDI
  • Protocolos e dispositivos de IoT (industrial), incorporarem a tecnologia FDI para gerenciamento

Conclusão

Concluímos que o gerenciamento de dispositivos industriais (ativos) é uma realidade na indústria moderna, sua evolução está orientada na predição e prognóstico, via Cloud Computing, usando ferramentas de Machine Learning, para isso, a tecnologia FDI permite a interconexão entre dispositivos e sistemas, de forma simples e universal, aderente a Indústria 4.0.

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