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Conceito claro para Indústria 4.0

Conceito Claro

Ralf Moebus

Tem havido intensa discussão pública sobre a realização da Indústria 4.0 há mais de quatro anos. O objetivo geral é usar a chamada "fábrica inteligente" para obter vantagens de produção. Os elementos-chave são adaptabilidade, eficiência de recursos, design ergonômico e integração de clientes e parceiros de negócios nos processos de negócios e de valor agregado. Essa mudança, que algumas pessoas chamam de quarta revolução industrial, pretende dar às empresas uma vantagem técnica na competição internacional.

Depois de tanta discussão, há um desejo cada vez maior de ver algo tangível. Em outras palavras, há demandas por conceitos claros e realizáveis. Como muitos outros fabricantes do setor de automação, a LAPP, localizada em São Paulo, fornecedora líder de soluções integradas e produtos de marca no setor de tecnologia de cabos e conexões, está enfrentando o desafio.

Vários projetos de pesquisa, incluindo o Smart FactoryKL, no qual a LAPP estava envolvida, estabeleceram que a produção futura será muito mais conectada em rede do que é hoje. Isso significa que, no futuro, mesmo componentes muito pequenos poderão fornecer dados na rede da empresa ou até mesmo na Internet. A Industria 4.0 baseia-se principalmente na rede abrangente de processos empresariais – desde o nível de ERP (Enterprise Resource Planning) até o nível de sensor/atuador. Essa é a única maneira de garantir que os dados das instalações de produção sejam fornecidos diretamente aos sistemas de controle de material, planejamento e produção. A comunicação entre máquinas e plantas permitirá que um sistema de produção autocontrolado e auto-otimizado seja alcançado.

Para facilitar a rede suave e completa de sistemas no ambiente de produção, há uma necessidade definitiva de padrões uniformes. Além dos protocolos de comunicação padronizados, a padronização em nível físico – cabos e conectores de rede de dados – também terá um papel crítico em seu sucesso.

A rede de produção confiável em todos os níveis só é possível com um conceito abrangente de cabeamento e conexão que permita a instalação padronizada. Embora a Ethernet tenha se estabelecido como uma tecnologia padronizada, diferentes aplicações têm requisitos muito diversos em termos de taxas de dados, robustez mecânica e especificações peculiares do sistema. De um modo geral, os cabos Ethernet usados em um ambiente de produção precisam ser mais robustos do que os cabos LAN usados em um ambiente de escritório.


Plantas devem ter um design modular
Onde máquinas inteiras e componentes da planta estão se comunicando uns com os outros e com o nível de ERP, uma taxa de dados adequada deve ser assegurada no backbone da planta. Isso evita gargalos e permite que os componentes da planta sejam atualizados ou expandidos em uma data posterior. Portanto, as plantas projetadas para a visão da Indústria 4.0 precisam ter um design modular muito mais consistente. Cabeamento em conformidade com o padrão Cat.6A é definitivamente à prova de futuro no backbone da planta, com taxas de dados de até 10 Gbit/s. Esse cabeamento de rede oferece reservas suficientes, garantindo assim a capacidade de expansão. Esses cabos de backbone são normalmente instalados em conduítes de cabos ou dutos de cabos. No entanto, para componentes de plantas móveis maiores, o backbone muitas vezes precisa ser roteado usando correntes de arrasto. Para atender a esses requisitos, a LAPP desenvolveu seu ETHERLINE® Cat.6A FD, adequado para uso em esteira porta-cabos, garantindo uma transmissão de dados confiável em vários milhões de ciclos de dobra. No entanto, Cat.6A não é apenas sobre o backbone. Sensores complexos, como câmeras industriais, também precisam desses tipos de conexões de rede, já que precisam transmitir taxas de dados mais altas. Para a conexão, é preciso também um conector que esteja em conformidade com o Cat. 6 padrão. Se a impermeabilização e a resistência à sujeira que atendem à IP67 também forem necessárias, os conectores M12 são a solução ideal. Para conhecer o Cat.6A, o conector M12 D-coded, bem conhecido, foi recentemente suplementado com uma versão X-Coded.


Quatro núcleos em vez de oito
Dentro de uma máquina ou célula de produção, os cabos 4-core Cat.5 são os produtos mais utilizados. Eles têm uma taxa de dados máxima de 100 MBit/s. Isso normalmente é suficiente para redes de sistemas IO descentralizados ou sistemas de visualização baseados em máquinas. Sistemas Ethernet industriais, como PROFINET, ETHERNET/IP e ETHERCAT, são frequentemente usados nesse nível. A principal vantagem de 100 MBit/s é que quatro núcleos são suficientes, em vez dos oito necessários para a transmissão Gigabit. Isso reduz significativamente os custos de conexão e os cabos são mais compactos.


Soluções que economizam espaço onde as coisas estão apertadas
A maioria das máquinas modernas tendem a ter pouco espaço disponível para o nível do sensor/atuador. Se quiser integrar sensores e pequenos sistemas de E/S descentralizados com esses espaços restritos na rede Ethernet, no manuseio de máquinas, por exemplo, isso pode causar problemas. Os cabos Ethernet Cat.5, que são comumente usados hoje em dia, geralmente precisam de muito espaço devido ao seu grande diâmetro externo e raios de curvatura. A máquina tem que ser construída maior ou o cabo deve ser instalado sem o raio de curvatura necessário especificado para instalação. Isso pode resultar em danos aos cabos e falhas.

A LAPP desenvolveu os cabos ETHERLINE® EC especialmente para essas aplicações. Os cabos Ethernet Cat.5E de 4 núcleos têm apenas 5 mm de espessura e permitem um raio de curvatura mínimo de apenas 16 mm. Isto significa que mesmo as correntes de arrasto podem ter dimensões muito pequenas, com um raio de curvatura mínimo de 40 mm. Isto é conseguido com uma estrutura estrela quadrante compacta e tranças finas AWG26. O design de estrela quadrante significa que os núcleos não são trançados em pares, como é normalmente com cabos de dados, mas todos os quatro núcleos são torcidos juntos. A robusta bainha externa PUR permite que o cabo seja usado com altas tensões mecânicas ou em ambientes oleosos. O conector M8 oferece outra maneira de economizar espaço. É consideravelmente menor que os conectores M12 normalmente usados na Ethernet Industrial. Os cabos compactos ETHERLINE® EC e os conectores M8 também estão disponíveis como um conjunto, que combina robustez e impermeabilidade em conformidade com IP67.

Os exemplos mostram que as soluções de cabeamento Ethernet graduadas podem ser usadas para obter uma rede personalizada. As plantas existentes já podem ser otimizadas para fornecer a taxa de dados necessária, a estabilidade mecânica e as condições ambientais que as tornam prontas para fazer parte da Fábrica Inteligente do futuro.


Ralf Moebus, chefe de gerenciamento de produtos, automação e redes da U.I. Lapp GmbH



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