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Linhas de vida para o SmartFactory



Ralf Moebus
Por Ralf Moebus, Gerente de Automação de Produto
U.I. LAPP, Alemanha


 
Acima de tudo, a fábrica inteligente e a descentralização associada de sistemas inteligentes requerem uma rede de dados de ponta a ponta que esteja sempre disponível. Fábricas inteligentes não podem ser implementadas sem comunicação de alto desempenho. É a comunicação de dados de ponta a ponta, desde a produção até o sistema de gerenciamento de estoque, e a conexão global de parceiros internos e externos, em particular, que permitem novos modelos de negócios e um enorme aumento de produtividade.

Vários fatores devem ser levados em conta na fábrica Smart: um número cada vez maior de membros da rede no ambiente de produção resulta em quantidades crescentes de dados. Sistemas inteligentes de sensores, como câmeras industriais para inspeções de qualidade ou leitores RFID, que reportam o progresso da produção de bens de produção diretamente ao sistema de controle de produção, são usados cada vez mais frequentemente na produção. Além disso, sistemas de acionamento descentralizados, nos quais o controle do inversor e, às vezes, até mesmo a função PLC, formam uma unidade, juntamente com o motor, querem receber dados da rede.

Atualmente, as chamadas redes baseadas em IP (Internet Protocol) são a tecnologia dominante para redes. Esta é a mesma tecnologia que é conhecida da área de tecnologia da informação para redes de escritório e da Internet. Uma enorme quantidade de desenvolvimento tem ocorrido aqui nos últimos anos. As taxas de dados estão aumentando e o uso dessa tecnologia se tornou muito mais simples. Esse tipo de rede está se estabelecendo em todo o mundo em todas as áreas, de redes domésticas a ferrovias, ônibus e carros de passageiros. Na automação de produção e processo, as redes baseadas em IP estão se alinhando para substituir os fieldbuses estabelecidos. 

As redes baseadas em IP incluem várias tecnologias. Ethernet é uma rede em cabo baseada em condutores de cobre ou cabos de fibra ótica. WLAN é o padrão, permitindo a comunicação por rádio. O GSM, isto é, as redes de comunicações móveis, permitem que os pacotes de dados sejam enviados a longas distâncias. O DSL permite a transmissão de dados usando linhas telefônicas simples de dois fios. A principal vantagem: Todas essas tecnologias podem ser combinadas de forma que os pacotes de dados possam ser transmitidos de um caminho de transmissão para outro sem muito esforço.
 
Cabeamento de Energia
Soluções de cabeamento Ethernet geralmente é a
escolha de número um para fábricas inteligente
s


Os tipos de comunicação devem ser coordenados para uso industrial, dependendo da aplicação. A Ethernet baseada em cobre é atualmente o meio padrão para todas as instalações fixas. A vantagem disso é que a instalação de condutores de cobre é fácil e rápida e o cabo fornece comunicação altamente confiável e estável. Uma distinção é feita entre cabos Ethernet de 2 e 4 pares. As vantagens dos cabos de 2 pares são os custos mais baixos e o gasto reduzido de conexão. No entanto, se forem necessárias taxas de dados acima de 100 Mbit/s, serão necessárias linhas de 4 pares. A divisão em categorias possibilita classificar as possíveis taxas de transmissão: Cat. 5 é até um máximo de 100 Mbit/s. Até 10 Gbit/s são possíveis com o Cat. 6A. Em geral, é necessário garantir uma boa blindagem quando os cabos de rede de dados de cobre são selecionados para uso industrial. Recomenda-se um grau de cobertura de blindagem trançada de mais de 85% para evitar a interferência de EMC, por exemplo, de conversores de frequência. Para garantir a operação durável do cabo, ele deve ser adequado para o tipo de instalação planejada: Cabos com condutores sólidos são adequados para instalações fixas em conduítes de cabos. Tranças de 7 fios podem ser usadas para conectar peças flexíveis ocasionais da máquina. Cabos com estrutura especial e geralmente tranças de 19 fios são necessários para uso na corrente de arrasto. Não menos importante, as influências ambientais, como a mídia química ou a temperatura ambiente, desempenham um papel importante na seleção do material correto da bainha externa.

A recomendação geral é a utilização de cabos Ethernet industriais adequados no ambiente industrial, a fim de garantir uma operação confiável das máquinas e instalações. Os cabos LAN da instalação do edifício não pertencem a ambientes industriais adversos. Os cabos de fibra ótica usam luz em vez de sinais elétricos para transmitir dados. Em comparação com os condutores de cobre, isso os torna resistentes a interferências eletromagnéticas (EMC). Na indústria em particular, a carga de EMC é tão alta que muitas vezes só é possível obter transmissão confiável de dados usando cabos de fibra ótica. Por exemplo, este é o caso de robôs de soldagem na produção automotiva. Os cabos de fibra ótica também têm a vantagem de poder transpor longas distâncias. Distâncias de vários quilômetros podem ser preenchidas com fibras de vidro. Existem três tipos diferentes de fibra disponíveis para seleção de cabos de fibra ótica: POF (fibra ótica de polímero), PCF (Polymer Cladded Fiber) e GOF (Glass Optical Fiber). As fibras plásticas POF de baixo custo têm a vantagem considerável de poderem ser conectadas facilmente sem ferramentas especiais. No entanto, eles têm uma distância máxima de 60 metros e uma taxa de dados de 100 Mbit/s. O PCF estende esses limites para 300 metros, também com uma taxa de 100 Mbit/s. O melhor desempenho é fornecido pelo GOF, onde as fibras de vidro monomotor podem cobrir distâncias de mais de 80 km com uma taxa de vários Gbit/s. No entanto, isso requer uma instalação complicada que exige ferramentas especiais. Isso é frequentemente atribuído a montadores especialistas. Atualmente, os cabos de fibra ótica podem ser usados de maneira durável e robusta em aplicações industriais como cabos de cobre. Variantes estão disponíveis para correntes de arrasto ou movimentos de torção. Também é possível selecionar materiais robustos que garantam resistência a óleo, resistência a temperatura ou retardamento de chama. Como resultado, os cabos de fibra ótica representam um complemento sensato para as redes baseadas em cobre.
 
Fibra Ótica
Cabos de fibra ótica são especialmente adequados se houver uma alta carga de EMC
ou se os dados tiverem que ser transmitidos por longas distâncias


Se for necessário que dispositivos e máquinas sejam móveis, os sistemas de rádio proporcionam um complemento mais sensato às instalações de cabos fixos. Esse é especialmente o caso em áreas onde o cabo restringiria a mobilidade, como para sistemas de veículos guiados automatizados ou scanners de código DataMatrix portáteis. A tecnologia de rádio é vantajosa aqui. No entanto, o usuário também deve estar ciente dos limites da tecnologia. Por exemplo, com o atual padrão de WLAN IEEE 802.11ac, é possível um máximo de 540 Mbit/s com uma conexão de rádio ideal. Em comparação, com o atual Cat 6A Ethernet, 10 Gbit/s é possível, independentemente das distâncias ou a qualidade do caminho de transmissão. Com o mais recente Cat. 8 padrão, isso é tão alto quanto 40 Gbit/s. Isso significa que, onde é possível configurar redes de cabo, isso deve ser feito. Uma rede confiável e permanentemente disponível é especialmente importante em áreas onde os controles de processos precisam ser fornecidos com dados deterministicamente e a perda de dados resulta em interrupções de produção.

A seleção de um conector adequado também é um critério importante para redes confiáveis. O RJ45 e o M12 em particular estabeleceram-se para Ethernet industrial. Enquanto o RJ45 é usado no gabinete de controle, o M12 é uma solução robusta para uso no campo. Dependendo da taxa de dados, o M12 tem codificação diferente: são possíveis 100 Mbit/s com codificação D e 10 Gbit/s com conectores codificados com X. O conector M8 tornou-se recentemente disponível como a nova variante de economia de espaço. Os conectores RJ45 e M12 podem agora ser instalados no campo facilmente, sem ferramentas especiais, graças aos tipos de conexão de conexão rápida.

Resumindo, pode-se dizer que as redes baseadas em IP estão assumindo um papel dominante em aplicações industriais como resultado da tendência de fábrica inteligente. Combinar as tecnologias de transmissão disponíveis de maneira sensata permite estabelecer redes confiáveis, flexíveis e de alto desempenho. O Grupo LAPP possui uma gama de produtos end-to-end para a implementação destas redes e atende os clientes com a implementação de suas fábricas inteligentes.



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