Quando falamos de automação industrial, beirando as aplicações para a Indústria 4.0, precisamos também falar dos protocolos de redes industriais e suas aplicações. Para entender tudo sobre os tipos de redes industriais, primeiro é preciso compreender o que são essas redes e quais são as suas aplicações nos dias de hoje.
Elas servem para controlar a distribuição de dados que seguem em toda a planta industrial e ajudar a gerenciar inúmeros processos de automação por meio de uma ágil e precisa troca de informações, comumente realizada entre sensores, computadores, posicionadores, atuadores, etc. Tudo acontece de forma orientada, considerando o ambiente industrial em que está sendo utilizada, para garantir a entrega na conexão dos dados.
A evolução das redes industriais passou pelo avanço de possibilidades de topologias, velocidades de comunicação, aumento de throughput, redução de latência e, para o caso de tecnologias baseadas em Ethernet, as garantias de envio e recebimento de dados.
Existem diversos tipos de redes industriais, porque cada uma delas conta com regras específicas que regem a transferência de dados.
Sabemos que um dos principais desafios para aplicação de redes industriais é a defesa dos projetos frente liderança técnica. Para ler um pouco mais sobre isso, sugerimos o texto onde falamos sobre “Redes Industriais, vamos olhar para isso novamente”.
Clássicas Redes Industriais baseadas em FieldBus
Hoje, há vários tipos de redes industriais disponíveis no mercado. É preciso realizar uma análise profunda para compreender qual é a mais adequada para as suas necessidades. As redes Fieldbus, também chamadas de redes de campo, ainda podem ser uma boa escolha para seu projeto, mesmo que sua empresa ainda não tenha iniciado a utilização de redes industriais. Conheça um pouco mais sobre elas a seguir:
DeviceNet
Ideal para a troca de dados entre dispositivos de controle, a DeviceNet é um protocolo de rede aberto bastante utilizado nos dias atuais e baseado na rede CAN. Oferece até 64 nós de conexão em topologia do tipo tronco/derivação: os módulos DeviceNet podem ser conectados com cabo tronco, que oferece maior distância e velocidade, ou um cabo fino (toda a transmissão de dados e alimentação é feita pelo mesmo cabo, por isso é importante ponderar antes de escolher uma opção).
Um dos focos dessa rede é a preocupação com a velocidade de transmissão de dados – pode também operar com diversos dispositivos, incluindo os analógicos. Além disso, os módulos utilizados nela podem ser trocados enquanto a rede está ligada e operando.
Você conhecerá mais sobre CanOpen clicando aqui.
Profibus
Também é um dos mais comuns tipos de redes industriais, com mais de 10 milhões de nós instalados em todo o mundo. Existem três versões diferentes atualmente e elas são atualizadas e comercializadas pela PROFIBUS International, uma organização sem fins lucrativos.
Um dos tipos de redes industriais que mais evoluiu nos últimos anos, a Profibus tem uma abrangência muito grande e diversas ramificações, como a Profibus DP, ótima opção de rede para máquinas e equipamentos de médio e grande porte. O Profibus PA é mais voltado para a instrumentação de máquinas e equipamentos da Indústria de Processos Contínuos, transmitindo dados de componentes como temperatura ou conversores de sinal.
O Profibus FMS é uma solução de comunicação que atende as tarefas mais complexas de equipamentos descentralizados e permite a troca de dados entre equipamentos de controle de diferentes padrões. Por último, o Profibus ASi, já citado acima.
Saiba mais sobre Profibus lendo um artigo especial sobre este tipo de rede industrial
AS-Interface
Apesar de não ser muito utilizada nos dias de hoje, a AS-Interface é um dos tipos de redes industriais mais simples e práticos, desenvolvida no início dos anos 90 por um grupo de trabalho de diversas empresas. Seu objetivo maior era oferecer BUS de Dados (forma de barrar os dados e garantir a conexão entre as diversas partes de um sistema, como microprocessadores e portas de entrada e saída) para os processos de automação industrial.
Essa rede, considerada uma rede industrial de entrada, é ideal para ser utilizada em máquinas de pequeno porte, onde a conexão digital de sensores e atuadores representa boa parte das instalações elétricas da aplicação e suporta uma boa quantidade de endereços, de acordo com a versão e configuração utilizadas.
Nos casos de velocidade de conexão para pontos analógicos, a ASi atua bem com pequenas quantidades dessa comunicação, mas em larga escala, não é indicada. Também é uma ótima opção para empresas que estão começando a utilizar redes industriais e pretendem aplicá-las em projetos menores e mais simples.
Entre os benefícios de escolher essa rede entre os tipos de redes industriais disponíveis estão: o baixo custo, em especial com a aplicação e instalação e velocidade adequada à atuação com dispositivos simples (o foco dessa rede são os sensores e atuadores digitais, por isso, o desempenho dela com máquinas e equipamentos de pequeno porte é acima da média).
Quer saber mais sobre Rede ASi? Acesse um artigo especial sobre o tema.
CANOpen
Também conhecida como rede CAN, está no mercado desde 1994 e é baseada na aplicação de sistemas real-time, com uso de mensagens geradas por um broadcast. Possibilita a comunicação de microcontroladores e dispositivos sem a necessidade de um computador host – é uma rede multimestre, capaz de fazer com que todos os agentes da rede possam fazer transmissões, sem um mestre definido. Assim, assume uma dinâmica cliente-consumidor.
Com a flexibilidade em seu desenvolvimento, é capaz de atender padrões altos de requisitos e de segurança de dados, aumentando a velocidade desses dados com um método: transfere informações somente quando há um evento novo na rede, o que diminui o tráfego. Por isso, é indicada em projetos mais exigentes, com uma comunicação mais complexa.
Outra vantagem é a boa relação com pontos analógicos – carrega uma quantidade considerável deles. E apresenta um custo-benefício compatível com o mercado ou até menor, sendo de fácil parametrização.
Saiba mais sobre esse protocolo aqui.
Modbus
Um dos mais antigos protocolos de comunicação é o Modbus, criado em 1979. Adequa-se a diversos meios físicos e é uma das mais baratas entre as redes de comunicação da atualidade, em especial porque é aberta e não necessita da aquisição de chips ou softwares. Hoje, existe o Modbus RTU e o Modbus/TCP.
A possibilidade de aplicações em baixo custo tornou o Modbus uma rede industrial capaz de ser utilizada também em aplicações não industriais. Hoje é encontrada em IHMs, sinalizadores, medidores, I/O Remotos, placas de comando simples, etc., que tenham como uma das opções a comunicação em Modbus.
Essa rede apoiou muitas aplicações que precisavam de um Fieldbus incorporado ao longo de uma instalação. Hoje, ela evoluiu e vem se adequando às necessidades atuais do mercado, tentando se igualar aos concorrentes mais aprimorados.
Interbus
Essa rede foi uma das primeiras Fieldbus a ganhar notoriedade e é muito encontrada em máquinas de montagem e solda, por exemplo. Algumas de suas características incluem o auto endereçamento, a velocidade, capacidade de diagnóstico e versatilidade.
A Interbus conta com um sistema diferente: cada nó escravo tem com dois conectores e enquanto um recebe os dados, o outro passa esses dados para o próximo escravo.
Sercos III
Essa rede industrial é voltada a aplicações para comunicação de servo acionamentos, e integração de componentes de segurança, ou seja, equipamentos e máquinas de movimento. Em especial: é capaz de sincronizar diversos tipos de servo acionamentos, com uma velocidade diferenciada: Fast-Ethernet Full Duples em 100Mbits/segundo.
As outras vantagens desse protocolo incluem redução do consumo de energia elétrica e de custos de aplicação, geração de uma biblioteca de configurações e substituição rápida de um módulo de rede.
Varan
O protocolo Varan surgiu com a promessa de resolver problemas ainda não solucionados pelas outras redes industriais – oferece uma evolução na escrita e leitura de dados, pois não utiliza apenas os Frames padrões da Ethernet, mas também há um barramento Varan para os pacotes menores. Tudo isso garante uma enorme resistência a interrupções de dados.
O processamento do protocolo de comunicação é realizado pelo Hardware Varan, o que proporciona um gerenciamento de dados otimizados.
Redes Industriais baseadas em Ethernet
Olhando pelas evoluções dos protocolos de comunicação fora do meio industrial, seria inevitável que a Ethernet também chegasse em nosso meio. Suas características fazem com que máquinas e diferentes dispositivos se conectem rapidamente e com precisão e troquem informações e dados com segurança – utilizando a mesma linha. Pelo formato apresentado, acaba sendo muito adotado pelo meio empresarial. É possível se conectar a cabos ou a nenhum, como a rede sem fio.
EthernetIP
Um dos protocolos de rede mais jovens e modernos disponíveis no mercado. Conta com incrível capacidade de conexão no chão de fábrica a ainda oferece soluções em nível corporativo, o que mostra a versatilidade. Os dispositivos da Ethernet TCP/IP podem ser conectados à Ethernet IP, como impressoras e computadores, o que concede funcionalidade à rede.
Com os estudos e aprimoramentos dedicados a ele, foi possível desenvolver uma rede com maior velocidade de comunicação e transmissão de informação. Ela ainda encontra alguns desafios ao adotar sua utilização como falta de profissionais de TI especializados/conhecedores dela e de dispositivos e componentes preparados para adotá-la no chão de fábrica.
Profinet
Baseada no padrão de Ethernet Industrial, a PROFINET proporciona comunicação em tempo real, segurança integrada, integração com a web e alguns dos padrões de Fieldbus, aplicações realizadas de forma completa e com bom custo-benefício, facilidade de instalação e utilização (o padrão da rede é Ethernet TCP/IP). É a evolução da rede Profibus, muito utilizada nos anos 90 e início dos anos 2000. O protocolo Profinet surgiu, entre outros motivos, da necessidade de conectar o chão de fábrica ao sistema de gestão e programação de produção.
Algumas das suas versões/ramificações são: Profinet IO, Profinet IRT, Profinet Energy e Profinet Safe.
Powerlink Ethernet
Essa rede foi escolhida para manter o Powerlink alinhado com as exigências e evoluções do mercado, além de proporcionar um baixo custo (não demanda investimento em chipset específico para ser utilizada). É praticamente uma evolução do protocolo CANopen, agora baseado em Ethernet, voltado ao meio industrial (segunda geração de FieldBuses).
Entre as vantagens do Powerlink estão: diagnósticos claros, com visão amplificada do tráfego de rede e largura de banda para diagnóstico, potência máxima no desempenho com tempo de ciclo de até 100 microsegundos, cross-traffic direto, ultra-precisão de temporização, multiplexação, dentre outros. É focada, essencialmente, em conectar o chão de fábrica à inteligência de negócios em uma indústria ou instalação de grande porte.
Além de todos os benefícios, possui grande capacidade de maior desenvolvimento e evolução.
EtherCAT
A EtherCAT é um bom exemplo de BUS industrial, que oferece inúmeras vantagens para a automação industrial e é preparada para um cenário em que os dados que trafegam em um BUS de dados são cada vez maiores e as aplicações que exigem essa troca de dados e informações, assim como a integração de outros agentes na rede, por exemplo, também cresce.
Entre as vantagens de adotar esse protocolo, estão a velocidade de comunicação, empacotamento de dados (a EtherCAT interpreta os frames Ethernet continuamente, sem uma pausa – dessa forma, cada agente na rede retém a informação correta atribuída a ele), tamanho praticamente ilimitado de rede, porque não utiliza os padrões exigidos pelas redes industriais, conexões simplificadas, entre outros.
I/O Link conectado à Indústria 4.0
Conheça mais sobre o I/O Link, padrão desenvolvido pela indústria da automação e que se tornou uma grande aposta da indústria 4.0.
O que é I/O Link
É um protocolo de comunicação de dados abertos, serial ponto a ponto. Ele é utilizado para estabelecer a comunicação entre sensores, atuadores e outros componentes preparados para este padrão (possibilita que dados de processo, de serviço e de eventos sejam trocados entre eles). Permite que seja realizado o setup, diagnóstico, teste ou comunicação de sinais digitais (204Vdc) ou de referência analógica, como medidores, entre o I/O Remoto (ou distribuidores ativos) e o componente IO-Link utilizando um cabo comum, sem a necessidade de intervenção humana.
Entre os benefícios do I/O Link estão a redução no tempo de setup em componentes de campo, aumento de capacidade de diagnóstico de falhas elétricas, comunicação universal e flexível na troca de dados e informações dos dispositivos, possibilidade de conexão de diversos dispositivos inteligentes na rede a um único endereço específico, dentre outros. Utiliza uma rede padrão, que pode ser expandida além de sua capacidade, pela simplicidade oferecida.
Nosso compromisso é te ajudar a escolher o melhor tipo de rede industrial…
…mas, para isso, sugerimos fazer contato com um dos nossos especialistas sobre o assunto. O que acha de fazer contato agora com o nosso time?
