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O Protocolo WirelessHART (Parte 3)

Olá amigos do blog Automação Industrial. Depois de falarmos sobre a arquitetura do WirelessHART no segundo artigo, desta vez vamos aprender um pouco sobre comissionamento, aplicações e algumas considerações importantes sobre o protocolo.

WirelessHART (03)

1. Comissionamento

Comissionar é estabelecer a missão do equipamento na planta. Consiste em dedicar um equipamento qualquer a um uso específico na aplicação industrial. Ou seja, comissionamento de um instrumento é o processo de assegurar que os sistemas e componentes de uma rede estejam projetados, instalados, testados, operados e mantidos de acordo com as necessidades e requisitos operacionais pré-estabelecidos.

Em uma rede WirelessHART esse processo é simples e é realizado através dos seguintes procedimentos: Inicialização e Conexão de um instrumento WirelessHART à rede.

1.1. Inicialização

Esse procedimento, o Gateway – deve ser o primeiro instrumento conectado à rede – recebe o identificador da rede wireless, a senha da rede e o nível de segurança. Em contra partida, o instrumento de campo deve ser configurado em bancada por um programador portátil onde é configurada a senha da rede, o identificador da rede e a taxa de atualização.

Inicialização dos equipamentos realizada na bancada:

Procedimento de inicialização (WirelessHART)
Figura 1 – Procedimento de inicialização

1.2. Conexão do instrumento de campo à rede Wireless

Logo após efetuar o procedimento de inicialização, o instrumento de campo já pode ser inserido ao processo onde ele realizará medição ou monitoramento. Utilizando-se ainda o programador portátil, passa-se ao procedimento de conexão do instrumento de campo à rede WirelessHART. No instante em que o gateway emite um anúncio, o instrumento de campo solicita uma conexão à rede, da qual necessita conter o identificador de rede (TAG) e a senha anteriormente configurados. Caso a autenticação seja positiva, o instrumento de campo é autorizado a conectar-se à rede, assim como chaves de segurança e informações respectivas ao agendamento e roteamento. Após esse procedimento, o instrumento de campo já está “comissionado” e pode enviar dados pela rede. Veja Figura 2:

Procedimento de conexão do instrumento de campo à rede (Wirelesshart)
Figura 2 – Procedimento de conexão do instrumento de campo à rede Wireless

Dependendo do tamanho da rede WirelessHART, por exemplo, com baixa quantidade de instrumentos de campo conectados, a topologia da rede pode ser do tipo estrela, que tem como característica a baixa latência e possui uma linha direta entre os instrumentos (devices) e o Gateway. Veja Figura 3:

Topologia estrela, baixa quantidade de instrumentos de campo (WirelessHART)
Figura 3 – Topologia estrela, baixa quantidade de instrumentos de campo

De forma que mais instrumentos sejam conectados à rede, a topologia tende de forma automática migrar para o tipo mesh, na qual terá possivelmente uma maior latência, contudo terá também maior robustez, confiabilidade e disponibilidade. Veja Figura 4:

Topologia mesh com uma quantidade maior de instrumentos de campo (WirelessHART)
Figura 4 – Topologia mesh com uma quantidade maior de instrumentos de campo

2. Aplicações

A tecnologia sem fio propicia um grande leque de aplicações, desde a adição de medidas que se encontravam fora do alcance físico ou econômico, até o monitoramento de toda a planta, tais como ativos e acompanhamento de pessoas, segurança e produtividade do funcionário. Entretanto, a equipe de especificação WirelessHART reconheceu que nenhuma tecnologia é capaz de atender todas as aplicações.

Sua abordagem foi se concentrar em funções básicas de automação de processos, onde não havia nenhum padrão wireless apropriado. Assim como a tecnologia HART com fios, WirelessHART, portanto, suporta a gama completa de aplicações de controle e acompanhamento de processos, incluindo:

  • Equipamentos e acompanhamento do processo;
  • Monitoramento ambiental, gestão de energia, de conformidade regulamentar;
  • Gestão de ativos, manutenção preventiva, diagnósticos avançados;
  • Circuito fechado de controle (quando apropriado).

3. Considerações

A rede sem fio, ao nível de instrumento, não pretende substituir 4 a 20 mA cabeado ou nenhuma outra rede de campo 100% digital. O WirelessHART foi desenvolvido para complementar redes cabeadas em situações onde a instalação é difícil e os custos são elevados ou quando uma segunda rede de manutenção é benéfica.

O desempenho dos dispositivos e das redes sem fio são insuficientes para as exigências de controle de processo crítico e de intertravamentos. Os instrumentos somente sem fio (à bateria) teriam uma qualidade limitada de energia disponível e consequentemente taxas de atualização do processo (embora variáveis) estão geralmente na faixa de 30 s ou vários minutos.

Apesar de existirem outras tecnologias Wireless como Infrared, Bluetooth e ZigBee, o WirelessHART é o mais adequado para ser instalado em ambientes industriais, pois ele é apenas a junção das tecnologias que já existiam. O que houve foi a junção do HART + Wireless, tecnologias consolidadas, padronizadas e difundidas em seus respectivos ambientes, fato esse que propicia mais confiabilidade e segurança para adoção do WirelessHART no meio industrial. O WirelessHART é também uma tecnologia flexível, pois pode ser instalada com alimentação via bateria (menor autonomia na atualização de dados) ou com alimentação convencional. Opcional com adaptador Wireless externo (disponível em diversos modelos e de diferentes fabricantes), para aproveitar os equipamentos já instalados, ou com novos equipamentos que possuem o Wireless embarcado. Atua em controle simples ou complexos (rede mesh, mais segura). Todo device é um roteador. Possui a capacidade de organizar-se e recuperar-se de uma falha, automaticamente. WirelessHART possui 16 canais.

A comunicação entre os devices é criptografada, por tanto segura, com senhas individuais ou comuns. O equipamento é identificado na rede pelo TAG (32 caracteres).

3.1 Baterias

Perguntas que devem ser feitas referente a bateria para especificação de um processo:

  • Qual é a temperatura ambiente que o device será submetido?
  • Quantos vizinhos cada device tem ou terá interoperabilidade?
  • De quanto em quanto tempo a informação do processo será atualizada?

Concluindo, as redes sem fio para instrumentação têm seu lugar ao lado das versões cabeadas e devem ser consideras com certos cuidados.

Referências

Gareth Johnston, 2010, Liberando as informações deixadas de lado A evolução do adaptador WirelessHART da ABB. C&I Controle & Instrumentação. São Paulo, Brasil, pp.51-56.

Lellis do Amaral Campos Junior, 2009, WirelessHART – Tecnologia Wireless Aplicada a instrumentos de campo. C&I Controle & Instrumentação. São Paulo, Brasil, pp.74-78.

Jianping Song, Song Han, Aloysius K. Mok “et al”. WirelessHART: Applying Wireless Technology in Real-Time Industrial Process Control. IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium. 1080-1812/08  © 2008 IEEE DOI 10.1109/RTAS.2008.15.

Wireless HART Technology. Disponível em:http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_technology.html. Acessado em: 11 de jun. de 2011.

Wireless HART – How it works. Disponível em:http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_how_it_works.html. Acessado em: 11 de jun. de 2011.

Wireless HART Applications. Disponível em:http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_applications.html. Acessado em: 11 de jun. de 2011.

The Components of WirelessHART technology. Disponível em: http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_components.html. Acessado em: 11 de jun. de 2011.

Getting Started. Disponível em: http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_getting_started.html. Acessado em: 11 de jun. de 2011.

WirelessHART Training Resources. Disponível em: http://www.hartcomm.org/protocol/training/training_resources_wihart.html. Acessado em: 11 de jun. de 2011.

César Cassiolato. WirelessHART. Disponível em: http://www.smar.com/newsletter/marketing/index98.html. Acessado em: 01 de jun. de 2011.

Wireless Applications. Disponível em: http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_applications.html. Acessado em: 06 de jun. de 2011.

WirelessHART – Rede de comunicação HART sem fios Pepperl + Fuchs!. Disponível em: http://www.ffonseca.com/artigo.aspx?lang=pt&id_object=33674&name=WirelessHART-TM—Rede-decomunicacao-HART-sem-fios-Pepperl-+-Fuchs. Acessado em: 01 de jun. de 2011.

About HART – Part 1. Disponível em: http://www.analogservices.com/about_part1.htm. Acessado em: 01 de jun. de 2011.

Alex Ginatto – Eng. de Desenvolvimento Eletrônico Smar.

Evandro Raphaloski – Eng. de Desenvolvimento  Eletrônico Smar.

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5 Comentários
  1. José Luiz Lemos Alves Diz

    Gostei muito do assunto, sou formado em proc. de dados pela UniFOA-VR/RJ-1995 e de 2011 até hoje tenho investido em cursos treinamentos em Instrumentação e Automação, terminei um curso téc. de Automação(CREA-2013), estou entrando em uma empresa para trabalhar como instrumentista, gostei do que vi, parabéns.

  2. Evanir Araújo Diz

    Olá José Luiz, muito obrigada!!! Fico feliz em saber que gostou.
    Abraço!

  3. Sidnei Mendanha Rodrigues - Manaus - Amazonas Diz

    Após esta preciosa contribuição a nós presenteada pela competente e bela Engenheira Evanir. somente nos resta acreditar que ainda este pais se erguerá e ocupará um lugar de maior destaque neste mundo confuso e globalizado. Grato pela ajuda.

  4. Evanir Araújo Diz

    Sidnei, muito obrigada!
    Imagine! E Imagine all the people sharing all the world and living life in peace.

    Abraço.

    1. Guilherme Santos Diz

      😛