Quando o termo “Ethernet” é citado, a primeira imagem que vem à nossa mente é o cabo clássico com conector RJ45 que você pluga em um computador, em uma impressora ou até mesmo em um CLP no painel e, rapidamente, tudo já está se comunicando na rede sem grandes dificuldades. Essa é a experiência fluida e instantânea que nos acostumamos a vivenciar no escritório ou nos níveis de TI. Mas, e no chão de fábrica? Se você atua na manutenção ou na engenharia de campo, sabe bem que a realidade é, na maioria das vezes, outra. Enquanto a TI voava, o nível de campo é um pouco mais moroso com as topologias tradicionais 4-20 mA ou de redes de campo mais lentas, que podem exigir um esforço maior para comissionamento, diagnóstico e comunicação. Ao mesmo tempo que a prioridade do chão de fábrica é manter a operação rodando com eficiência temos também a necessidade e desejo de preparar as instalações para Indústria 4.0. Isso nos leva para uma realidade orientada por dados e focada na mobilidade e conectividade, em que utilizar equipamentos que apenas informam os seus devidos dados de processo da variável, mas não conectam a sua operação a um nível mais inteligente e preditivo, pode se tornar um gargalo para a produtividade. Isso limita o alcance e a transparência do que realmente está acontecendo na sua planta.

É exatamente para quebrar essa barreira que o Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) surge como o divisor de águas definitivo da Indústria 4.0. O desenvolvimento dessa tecnologia busca trazer esse mesmo nível simplicidade de conexão que temos no nosso dia a dia para o nível industrial. Essa virada de jogo estende a comunicação IP direta até o instrumento final, mesmo nas áreas classificadas mais críticas (Zonas 0, 1 e 2). Tudo isso entregando energia e comunicação de dados com velocidade 10 Mbit/s, utilizando o mesmo e tradicional cabo de dois fios trançados que as instalações padrões de instrumentação estão habituados de Fieldbus tipo “A”.

E é nesse ponto que o Switch Ethernet APL representa um dispositivo essencial para a transição de topologias legadas para uma arquitetura inovadora e flexível para que sua planta não se adapte a nova infraestrutura e sim o APL se adaptando a sua realidade.

Neste artigo, conheça alguns recursos estratégicos pelas quais este Switch Ethernet APL traz uma engenharia simplificada e uma estratégia de transição para novos e antigos projetos.

1. Aplicações em áreas seguras e áreas classificadas
Tenha apenas uma infraestrutura para a comunicação de todos os instrumentos do seu processo.

Os switches Ethernet-APL “ARS*” permitem a comunicação contínua e rápida do nível de campo (em áreas classificas até a Zona 0) até o sistema de controle de processos e a nuvem.  Isso reduz o esforço de gerenciamento para instrumentação do projeto até a configuração, o comissionamento e a operação.

2. WISE: 2 Wire Intrinsically Safe Ethernet
Conecte instrumentos em área classificada via uma comunicação Ethernet intrinsecamente segura de 2 fios padronizada e sem cálculos complexos.

Com o padrão 2-WISE adotado pelos switches da Pepperl+Fuchs, se o instrumento e o switch são certificados 2-WISE, a malha é intrinsecamente segura por padrão e cálculos como parâmetros de entidade e outros não são mais necessários.

3. Tecnologia Proxy Integrada para migração
Modernize a rede de controle e troca a instrumentação PA /FF por APL no seu próprio ritmo, sem perder o investimento existente.

A série de Field switches ARS1* da Pepperl+Fuchs na sua essência permite a conexão de instrumentos modernos que se comunicam no meio físico APL, como os instrumentos PROFINET-APL comportando-se como um switch que junta o pacote de informação dos instrumentos e retransmite.

Mas ele também possui um “Proxy” nativo. Isso permite plugar um instrumento legado PROFIBUS-PA ou FOUNDATION Fieldbus H1 diretamente no Switch APL que  detecta automaticamente o instrumento fieldbus e passa a se comportar como um gateway, convertendo o sinal e traduzindo para PROFINET.

4. Soluções em painéis montados e certificados
A Pepperl+Fuchs projeta e entrega painéis pré-montados e totalmente certificados para Zona 2/22 com invólucros em aço inox ou fibra de vidro. Projetos podem ser elaborados com redundância de fonte, bornes e proteção contra surtos integrados. Trata-se de uma solução pronta para instalação e operação em campo com certificação para áreas classificadas.

5. Diagnósticos de Camada Física em Tempo Real
A evolução de uma manutenção reativa cega para uma manutenção preditiva inteligente.

O Web Server integrado no switch permite monitorar a saúde do meio físico em tempo real (níveis de tensão, corrente, relação sinal-ruído e instabilidades) de cada porta individualmente. Além disso, se temos um instrumento Ethernet-APL conectado a porta do Switch, é possível acessar o IP individual de cada instrumento para obter informações e níveis de acessibilidade ainda mais avançadas e individualizando o ativo.

Os switches Ethernet-APL da Pepperl+Fuchs permitem a digitalização total de instrumentação reduzindo horas de engenharia e infraestrutura com alta acessibilidade de dados (Web Server, OPC UA, FDI) para aplicações inteligentes. O nível de campo ganhou o seu endereço IP.

Há mais de uma década, o IO-Link possibilitou um enorme avanço na inovação em automação industrial: desde então, sensores e atuadores inteligentes têm sido facilmente integrados a todos os ambientes de sistema, parametrizados de forma flexível e diagnosticados com confiabilidade. Essa tecnologia evoluiu para um poderoso padrão global, hoje essencial em ambientes de produção modernos.

Embora o IO-Link seja há muito tempo o estado da arte em automação, a demanda por soluções de segurança seguras, escaláveis ​​e altamente flexíveis, com tecnologia de sensores simples, aumentou simultaneamente. É exatamente nessa área que o IO-Link Safety se destaca, marcando mais um marco para a automação industrial como um todo. Desenvolvido para o uso industrial diário, o IO-Link Safety é o resultado de uma intensa colaboração entre diversas empresas e especialistas da comunidade IO-Link.

O objetivo era criar uma solução segura, universalmente utilizável, tecnicamente excelente e que funcionasse na automação do dia a dia — simples, robusta e aberta.

O IO-Link Safety atende ao Nível de Integridade de Segurança 3, cumprindo assim os elevados requisitos de engenharia mecânica e de plantas industriais, por exemplo. O protocolo de segurança é independente e universal, podendo ser mapeado para todos os outros protocolos de barramento de campo de segurança de nível superior. Com a especificação, os componentes certificados e a crescente aceitação no mercado global, o IO-Link Safety está pronto para uso generalizado.

Em conclusão: o futuro de tecnologias de sensores e atuadores mais simples e funcionalmente seguras está começando.

Desde robôs e máquinas de embalagem até sistemas intralogísticos e máquinas de trabalho móveis, os produtos com IO-Link Safety oferecem novos conceitos de segurança para máquinas e sistemas onde flexibilidade e segurança precisam coexistir. Por exemplo, sensores de distância básicos agora podem transmitir valores de processo seguros através do mesmo cabo padrão. A conexão a um sistema de controle voltado para segurança, como o Profisafe, também é possível e já foi implementada. IO-Link Safety é mais do que apenas um novo recurso; é o próximo passo lógico rumo a uma produção flexível, baseada em dados, totalmente conectada em rede e segura.

Seguindo os passos do padrão IO-Link, o IO-Link Safety trilhará o mesmo caminho de crescimento, possibilitando uma ampla variedade de produtos.

A comunidade IO-Link está ansiosa para acompanhar essa jornada e ver sua disseminação em diversas aplicações.

Frank Moritz,
Conselho Executivo da PROFIBUS Nutzerorganisation eV.

– Conteúdo original disponível no site da PI.

Resumo
Redes Ethernet industriais seguem liderando novas instalações e modernizações, com PROFINET concentrando grande parte dos projetos, especialmente onde disponibilidade e determinismo são mandatórios. Nesse contexto, a robustez de uma rede PROFINET não depende apenas de projeto e comissionamento, ela depende de evidência contínua de saúde operacional.

Na prática, falhas raramente surgem sem sinais prévios. Antes do alarme de comunicação, aparecem tendências mensuráveis, como crescimento de jitter, aumento de netload, ocorrências de cycle fault, overtakes e, por fim, dropped no tráfego cíclico RT. O problema comercial por trás disso é direto: quando a planta reage apenas no evento, o MTTR cresce, o risco de paradas não programadas aumenta e o custo de intervenção se torna maior do que o custo de prevenção.

Este artigo apresenta uma abordagem completa de monitoramento, combinando captura passiva, via sniffer com TAP, e diagnósticos ativos, via leitura de estatísticas, topologia e saúde de portas e dispositivos, por exemplo via SNMP. Ao final, descreve uma aplicação típica com o TS Monitor PROFINET SNIFFER, que consolida monitoramento passivo e ativo e suporta PROFINET S1 e S2 em um único hardware, ponto relevante para arquiteturas redundantes e plantas de alta disponibilidade.

Glossário prático: métricas que serão abordadas.
Antes de entrar nos detalhes, seguem os termos que serão usados ao longo do texto:
– IO Cycle: tempo de atualização cíclica por IO Device (base do desempenho do controle).
– Jitter: variação do tempo de chegada dos telegramas em relação ao ciclo nominal; principal indicador de tendência.
– Dropped: perda efetiva no ciclo cíclico de I/O (impacto direto no controle).
– Overtake: telegramas fora de ordem (sinal de anomalia; exige investigação dirigida).
– Cycle fault: pacotes atrasados acima de um limite (por exemplo, jitter > 100% do ciclo).
– Netload: carga de rede e sua composição (controle vs tráfego externo).

1 – O que realmente degrada uma rede PROFINET
Em campo, é comum atribuir falhas de rede a explicações genéricas (“partida de motor”, “interferência”, “mudança de carga”). Para a rede PROFINET, essas hipóteses só fazem sentido quando são comprovadas por evidências de camada física e de switch: erros de porta, eventos de link, descartes, crescimento de jitter e perdas no tráfego cíclico. Sem medição, o diagnóstico vira tentativa e erro.

A degradação costuma aparecer em três frentes:
1.1 Degradação por camada física e montagem
A origem mais frequente está em detalhes “simples”, porém críticos: conectores mal montados, blindagem inadequada, raio de curvatura excedido, danos mecânicos, umidade/ingresso de água ou componentes fora de especificação. O efeito típico é gradual e observável:
– Aumento de erros/descartes em portas;
– Perdas intermitentes;}
– Jitter crescente (instabilidade do ciclo);
– Link flaps (oscilações de link).

Em redes PROFINET, pequenos desvios na camada física tendem a se traduzir primeiro em instabilidade temporal (jitter) e, em seguida, em perdas efetivas de pacotes.

1.2 Degradação por tráfego e filas de switch
PROFINET cíclico (RT) depende de previsibilidade. Quando a rede opera perto do limite, ou quando surgem microcongestionamentos, aumenta a variação de latência — observada como jitter. Se o problema continuar, o próximo degrau é o packet dropping nos buffers dos switches.

Aqui está o ponto de valor do monitoramento: tendência de jitter/netload permite avaliação de risco e risco e planejamento de ação antes do evento afetar o processo.

1.3 Degradação por configuração, topologia e manutenção
A terceira frente é menos “visível” e costuma consumir mais tempo de equipe: mudanças de topologia, comportamento inesperado de redundância (MRP/MRPD), inconsistências de engenharia, velocidade/duplex, anomalias em broadcast/multicast (ARP/DCP), entre outras. Nesse conjunto, o monitoramento ativo é decisivo: ele aponta onde o problema está (porta/dispositivo/topologia), enquanto o passivo mostra como isso se manifesta nos pacotes e quem está sendo impactado.

2 – Detectar tendência é melhor do que “pegar a falha”
O erro estratégico em manutenção de redes industriais é esperar um evento “catastrófico” para agir. Em muitos casos, ocorre a falha, busca o analisador e vai para campo realizar análise de falha. O caminho tecnicamente consistente é monitorar tendência e tratar degradação como fenômeno progressivo. Uma sequência típica em incidentes reais é:
– Netload sobe ao longo de semanas (novos nós/serviços, tráfego indevido, mudanças de engenharia);
– Jitter cresce (primeiro sintoma mensurável);
– Surgem cycle faults e overtakes em condições específicas;
– Aparece dropped e, finalmente, perda de conexão/alarme de comunicação.
Ou seja: quando “a rede cai”, normalmente ela já estava “avisando” — desde que alguém estivesse medindo.

3 – Monitoramento completo: passivo + ativo
3.1 Monitoramento passivo — por que TAP é a escolha robusta
Monitoramento passivo é observar fluxos sem gerar tráfego adicional, sem alterar o comportamento da rede e o melhor, sem depender da resposta de dispositivos sobrecarregados. Há duas abordagens comuns:
a) Espelhamento de porta (port mirroring / SPAN)
É prático e útil, especialmente para troubleshooting. Porém, tem limitações estruturais que o tornam frágil como “sensor” permanente:
– A porta espelho tem limite de taxa: TX+RX da porta monitorada pode exceder a capacidade do espelho → perda da cópia e até falha no switch;
– Switches podem ter rate-limit ou descartar tráfego espelhado em picos;
– Dependendo do equipamento, pode haver variação significativa de temporização na cópia, reduzindo confiabilidade para análises finas (por exemplo, jitter).
Por isso, espelhamento é indicado para testes pontuais, não como base de monitoramento contínuo quando se busca precisão e cobertura total.

b) TAP (Test Access Point)
O TAP, inserido no link, entrega uma cópia fidedigna do tráfego e tipicamente com robustez superior para observação contínua:
– Melhor confiabilidade para captura permanente;
– Visibilidade consistente de fluxos críticos de controle;
– Base adequada para auditoria técnica e correlação temporal (tendência/ocorrência);
– Opções a prova de falha.

É nesse desenho que o TS Monitor PROFINET SNIFFER se encaixa: ele captura e interpreta pacotes de controle de forma passiva (sniffer/TAP) e calcula as métricas como jitter, dropped, overtake e netload.

3.2 Monitoramento ativo — o que o passivo não substitui
Monitoramento ativo é consultar componentes (switches e dispositivos) para extrair diagnósticos, estado e contadores. Ele é indispensável para reduzir MTTR porque aponta onde investigar primeiro, por exemplo:
– Portas com erros/descartes e mudanças de estado;
– Consistência de topologia (vizinhança) e eventos de rede;
– Saúde de protocolos de redundância (por exemplo, estado de anel);
– Crescimento de contadores “silenciosos” (a rede ainda comunica, mas já está degradando).
Além disso, indicadores quantitativos como pacotes perdidos obtidos via SNMP entregam evidência rastreável por porta — ideal para correlação objetiva com jitter, netload e eventos.

4 – Indicadores que realmente “enxergam” degradação
4.1 Netload
Netload é o “termômetro” da ocupação da rede. Aumentos sustentados ou picos recorrentes indicam risco de congestionamento. O ideal é separar PNIO vs. não-PNIO e enxergar IN/OUT, porque isso mostra se a pressão vem do tráfego de controle ou de tráfego externo (TI, serviços diversos, varreduras, etc.).

4.2 Perda de pacotes (via SNMP)
Em redes PROFINET, perda de pacotes deve ser tratado como métrica quantitativa, obtida preferencialmente por contadores de porta lidos via SNMP em switches gerenciáveis. O valor mais útil é o incremento, pois permite:
– Medir severidade;
– Correlacionar com horários de instabilidade e intervenções;
– Comparar segmentos e portas para localizar o foco.
Na prática, a perda de pacotes detectada por SNMP representa perdas/descartes no nível Ethernet (por exemplo, quadros com erro e descartes por fila), conforme o fabricante expõe os contadores. Por isso, o ganho está em padronizar baseline e regras de alarme — e usar o indicador como evidência para planejamento de ações.

4.3 Dropped (no ciclo RT)
Em PROFINET cíclico, dropped é o indicador mais “duro”: significa que um pacote não chegou. Dropped tem ligação direta com desempenho do controle e deve disparar ação imediata (mitigar causa, reduzir tráfego indevido, corrigir infraestrutura, isolar origem).

4.4 Jitter
Jitter é a variação do tempo real entre telegramas consecutivos em relação ao ciclo configurado. É o melhor indicador de tendência porque cresce quando:
– A rede se aproxima do limite (filas variam);
– Há microcongestionamentos;
– Surgem instabilidades físicas e de switching.
Interpretação prática:
– Netload alto + Jitter alto → risco de congestionamento e degradação progressiva.
– Jitter alto sem Netload alto → investigar instabilidade física, priorização/filas, topologia e portas degradadas.
– Dropped após jitter → rede entrou em regime de falha (ação imediata).

4.5 Overtake
– Overtake indica pacotes fora de ordem. Em redes industriais, é um gatilho útil para investigação dirigida (fenômenos de fila/caminho/condições anormais).

4.6 Cycle fault
– Cycle fault classifica pacotes atrasados acima de um limite (por exemplo, jitter > 100% do ciclo) e funciona como ponte entre tendência (jitter) e falha (dropped).

5 – Infraestrutura: por que cabeamento pronto, injetado e certificado reduz risco
A camada física é onde mais se “economiza errado”. Cabos montados em campo exigem ferramental, treinamento e controle de qualidade. Em contraste, cabos pré-montados/injetados e certificados de fábrica reduzem:
– Erros de montagem de conector;
– Problemas de blindagem e continuidade;
– Variabilidade por instalador;
– Retrabalho e falhas intermitentes difíceis de reproduzir.
Em PROFINET, isso tem impacto direto porque instabilidades pequenas viram jitter e, depois, dropped — e o custo do downtime tende a superar o custo marginal de padronização.
Obs: switches fazem parte importante e, neste contexto, switches PROFINET com diagnóstico, interfaces Gigabit e gerenciáveis podem ser a diferença entre o sucesso e o fracasso no diagnóstico e robustez.

6 – Redundância PROFINET S2: por que monitorar fica mais complexo
Em arquiteturas com Redudância de Sistema S2, o dispositivo mantém relação ativa com um controlador e relação de backup em standby, habilitando troca quase sem interrupção quando há falha no IO Controller ou do caminho/controlador ativo. Isso eleva disponibilidade, mas torna o diagnóstico mais sofisticado: é necessário enxergar tráfego, eventos e tendências associados aos dois caminhos e às transições.

O TS Monitor PROFINET SNIFFER atende PROFINET S2 em um único hardware, evitando múltiplas ferramentas e permitindo visibilidade contínua — ponto relevante em plantas que requerem alta disponibilidade.

7 – Aplicação típica com o TS Monitor PROFINET SNIFFER
7.1 Objetivo
Implementar monitoramento contínuo para:
– Criar baseline do comportamento normal (por segmento/célula/controlador);
– Detectar tendência antes de falha (jitter/netload/pacotes perdidos);
– Reduzir mttr quando a falha ocorre (evidência objetiva e localização mais rápida);
– Produzir evidência técnica (relatórios/eventos) para gestão e auditoria.

7.2 Arquitetura recomendada (passivo + ativo)
Inserir o TS Monitor PROFINET SNIFFER no mesmo painel do IO Controller e conectar os cabos PROFINET passando pelo TAP do equipamento. Em outro ponto conectar o cabo para a comunicação ativa do sistema de monitoramento. A figura abaixo mostra a conexão em sistema S2.

Pontos importantes:
– Monitor ao ponto de observação passiva para captura integral de pacotes de controle.
– Habilitar diagnósticos ativos em switches e dispositivos (quando aplicável) para coletar contadores, topologia e status.

7.3 O que o TS Monitor entrega “a mais” na prática
O ganho não é “ver pacotes”: é reduzir o ciclo suspeita → tentativa → erro e migrar para um modelo orientado a evidência:
– Preditivo: baseline + tendência (jitter/netload) antes do evento.
– Quantitativo: pacotes perdidos via SNMP com valor rastreável por janela.
– Direto no controle: dropped/cycle fault ligados ao PN-IO (impacto real).
– Completo: passivo (pacotes) + ativo (topologia/estatísticas/estado).
– Alta disponibilidade: suporte a S2 em um único equipamento, simplificando o monitoramento em redes redundantes.

Conclusão
Monitorar PROFINET de forma consistente significa abandonar diagnóstico puramente reativo e adotar um modelo técnico e mensurável: medir tendência, jitter e netload, quantificar perdas por porta via contadores, detectar perda efetiva no ciclo RT, dropped, correlacionar com saúde de rede em diagnósticos ativos e garantir visibilidade de fluxos por captura passiva com TAP.

O TS Monitor PROFINET SNIFFER operacionaliza esse modelo ao consolidar leitura passiva de telegramas de controle e diagnósticos ativos, com suporte a PROFINET S2 em um único hardware, diferencial para plantas que exigem previsibilidade e alta disponibilidade.

Essa novidade estará disponível a partir de junho de 2026. Agende uma demonstração online para validar, com dados da sua própria planta, como baseline de netload e jitter pode antecipar degradação, reduzir MTTR e sustentar decisões de correção com evidência.

Telefone: +55 (16) 3419 1577
E-mail: vendas@toledoesouza.com 

Referências:

1. HMS NETWORKS. Industrial Network Study. Halmstad: HMS Networks, 2023.
2. PROFIBUS NUTZERORGANISATION E.V. (PNO). PROFINET Commissioning Guideline. Karlsruhe: PNO, 2022. Order No. 8.082, Version 1.53.
3. PROFIBUS NUTZERORGANISATION E.V. (PNO). PROFINET Design Guideline. Karlsruhe: PNO, 2022. Order No. 8.062, Version 1.53.
4. PROFIBUS NUTZERORGANISATION E.V. (PNO). PROFINET Assembling Guideline. Karlsruhe: PNO, 2022. Order No. 8.072, Version 2.12.
5. PROFIBUS NUTZERORGANISATION E.V. (PNO). PROFINET Planning Redundancy. Karlsruhe: PNO, 2023. Order No. 8.132, Version 1.00.
6. CISCO SYSTEMS. SPAN/RSPAN/ERSPAN Configuration Guide. San Jose: Cisco Systems, 2012.
7. TS REDES INDUSTRIAIS. Guia do usuário TS Monitor PROFINET PRO SN. Versão 1.0.1. [S.l.]: TS Redes Industriais, s.d.

O impacto do Ethernet-APL nos medidores de vazão: a evolução que está transformando o campo

A chegada do Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) representa uma das maiores revoluções tecnológicas para o nível de campo na automação de processos. Para os medidores de vazão, sua adoção redefine padrões de conectividade, desempenho, diagnóstico e eficiência operacional.

Mais do que uma simples camada física, o Ethernet-APL abre caminho para plantas totalmente digitais, com dados mais acessíveis, instalação simplificada e integração direta com sistemas de automação modernos — tudo isso mantendo compatibilidade com áreas classificadas.

Alguns tópicos que trazem essa inovação:
1- Conectividade total: dados ricos, rápidos e sem conversões
Tradicionalmente, os medidores de vazão dependiam de protocolos como 4-20 mA + HART ou fieldbus, que apresentam limitações como baixa velocidade, diagnósticos restritos e necessidade de conversão de sinal.

Com o Ethernet APL, os dados passam a ser 100% digitais, com comunicação full-duplex em 10 Mbit/s, permitindo:
– Aquisição de dados em alta velocidade.
– Comunicação contínua e rica para diagnósticos avançados.
– Acesso remoto direto ao servidor web do instrumento.
– Eliminação de gateways e conversões de protocolo.

Essas capacidades são destacadas em materiais da Endress+Hauser que mostram o acesso facilitado ao webserver, parametrização remota e download de arquivos de dispositivo diretamente pelo IP do instrumento.

2- Instalação mais simples: dois fios, energia e dados juntos
Uma das grandes barreiras da Ethernet tradicional em campo sempre foi o cabeamento.
O Ethernet-APL resolve isso ao permitir energia e dados no mesmo par de fios, mantendo:
– Comprimentos de cabo de até 1.000 metros
– Instalação segura em áreas classificadas (Ex i)
– Insensibilidade à polaridade
– Compatibilidade com topologias flexíveis e redundantes

Apresentações técnicas internas reforçam que essa simplificação reduz riscos, tempo de engenharia e complexidade, além de possibilitar expansões mais rápidas.

3- Velocidade que muda o jogo: downloads 98% mais rápidos
Um dado impressionante comprovado em testes mostra que um download que antes levava cerca de 8 minutos em tecnologia analógica ou 3 minutos no Fieldbus, agora é concluído em apenas 10 segundos com o Ethernet-APL. Ao escalar para uma planta com 200 dispositivos, isso significa:

– HART: 26h40min
– Fieldbus: 10h
– Ethernet-APL: 33min

Uma economia de tempo que pode chegar a 98%.

Essa velocidade muda o padrão para manutenção, comissionamento e atualização de firmware.

4- Diagnósticos avançados: heartbeat e monitoramento contínuo
Medidores de vazão equipados com Heartbeat Technology já eram referência em diagnósticos avançados, mas com Ethernet-APL o salto é ainda maior:
– Integração completa de diagnósticos em tempo real
– Verificação e monitoramento contínuos
– Possibilidade de automação da avaliação diretamente no DCS
– Detecção mais rápida de anomalias, como incrustação em medidores Coriolis.

Esse uso já é demonstrado em slides internos que mostram como o APL permite detecções mais sensíveis e automatizadas no monitoramento de vibração e amortecimento.

5- Plantas mais disponíveis e na era da digitalização
Com Ethernet-APL, os medidores de vazão deixam de ser apenas “pontos de medição” para se tornarem fontes inteligentes contínuas de informação, integradas a aplicações:
– IIoT
– Indústria 4.0
– Otimização contínua de processos
– Estratégias preditivas de manutenção
– Acesso remoto seguro e rápido

O conteúdo interno reforça que esta camada física avançada permite uma planta totalmente conectada, com dados centralizados e maior disponibilidade operacional.

6- Prontidão de mercado: portfólio já amplamente disponível
A tecnologia não é mais futuro: ela já está presente.
A Endress+Hauser, por exemplo, já disponibiliza medidores de vazão Promag, Promass e Prowirl com eletrônica 300/500 preparados para Ethernet-APL — inclusive com produção local no Brasil.

Além disso:
– Switches APL, sensores e infraestrutura já estão amplamente disponíveis.
– Testes massivos com dezenas de dispositivos em múltiplos DCS já demonstraram robustez e maturidade da solução.

7- O futuro: uma única tecnologia de rede para todo o nível de campo
Se antes a instrumentação dependia de múltiplas tecnologias (HART, fieldbus, 4-20 mA), o Ethernet-APL inaugura uma nova era: uma única camada de rede para toda a automação de processos.

Essa evolução elimina barreiras entre TI e TO e simplifica todo o ciclo de vida da instrumentação — do projeto à operação.

Conclusão
O Ethernet-APL representa um divisor de águas para os medidores de vazão.
Ele entrega velocidade, simplicidade, segurança e uma capacidade de diagnóstico e integração nunca vistas antes no nível de campo.

Não se trata apenas de “mais um padrão de comunicação”, mas sim de uma tecnologia que prepara as plantas para a digitalização real, reduz custos, melhora a confiabilidade e impulsiona a eficiência operacional.

O futuro dos medidores de vazão — e da instrumentação como um todo — é claramente Ethernet-APL.

autoria:
Thomas Schildknecht (*)

tradução:
Paolo Capecchi (*)

Os sistemas de transmissão de dados wireless são essenciais para muitas aplicações industriais. O link de rádio deve ser estável e altamente disponível, a fim de evitar paradas indesejadas em máquinas e processos — e, ao mesmo tempo, seguro o suficiente para ser usado em aplicações de missão crítica, como sistemas de parada de emergência com protocolo PROFIsafe.

Este artigo descreve as tecnologias patenteadas que garantem uma comunicação de dados segura e sem falhas, além de explicar por que, hoje, já é possível substituir o cabo por um link de rádio com total segurança em suas aplicações. 

Desafios
Os ganhos econômicos e operacionais dessas aplicações dependem de um equilíbrio entre disponibilidade, confiabilidade e segurança na operação diária. Em aplicações com /*movimentação de cargas (como guindastes, pontes rolantes, shiploaders etc.), é necessário atender a normas de segurança rigorosas — um desafio não apenas para os sistemas de acionamento e controle, mas também para as redes de comunicação de dados wireless.

Embora seja impossível eliminar completamente as fontes de interferência em sistemas complexos de rádio, é possível impedir que essas perturbações afetem o controle e, consequentemente, a disponibilidade da planta. Duas medidas principais contribuem para isso:

1. O projeto do link de rádio — especialmente a escolha da tecnologia wireless — deve considerar todas as influências ambientais da aplicação;
2. Os módulos de rádio devem ser inteligentes o suficiente para detectar, interpretar e neutralizar interferências a tempo, evitando impactos na comunicação entre o controlador e os dispositivos remotos. Esses módulos devem atuar como filtros inteligentes entre o controlador e os dispositivos conectados na outra extremidade do link.

Essas funções são especialmente importantes em sistemas de intertravamento de segurança via rádio.

A tecnologia de conexão wireless segura para redes PROFIBUS DP foi desenvolvida pela Schildknecht AG há muitos anos e é totalmente compatível com o protocolo PROFIsafe. Presente em todos os rádios DATAEAGLE, essa tecnologia combina hardware específico e firmware proprietário, incluindo um bloco de função (Function Block – FB) patenteado pela Schildknecht. 

Conexão via Cabo 

Princípio de funcionamento – conexão convencional
Em máquinas e equipamentos, a comunicação entre CLP, sensores e atuadores se dá por redes padronizadas como PROFIBUS DP, PROFINET IO ou CAN. Nelas, pacotes de dados (telegramas) são trocados entre o CLP e os módulos de E/S — normalmente a cada milissegundo. 

Quantos metros de cabo?
Em geral, mais de um módulo de E/S está conectado ao CLP. E, em máquinas com partes móveis, os cabos estão sujeitos a desgaste mecânico intenso — podendo, em certos casos, inviabilizar o uso da solução cabeada. 

Link de Rádio 

Princípio da transmissão de dados – tempo de resposta dentro da tolerância
A comunicação via redes wireless pode ser feita com tecnologias como WLAN ou Bluetooth. O cabo é substituído por dois módulos de rádio. Para que a rede PROFIBUS DP funcione corretamente, o tempo de resposta predefinido (geralmente entre 16 ms e 128 ms) precisa ser respeitado. 

Tempo de resposta acima da tolerância
Se o tempo de resposta for excedido — por exemplo, devido a uma interferência eletromagnética, os pacotes serão perdidos e o CLP e os módulos de E/S entrarão em estado de erro de barramento, levando à parada do processo e a prejuízos operacionais. 

Redes Wireless com rádios convencionais 

Sem pré-processamento inteligente
Rádios convencionais transmitem os pacotes de dados sem analisar seu conteúdo. Com isso, todos os pacotes precisam ser enviados, o que pode facilmente sobrecarregar o link de rádio. 

Perda ou atraso de pacotes
Pacotes perdidos, incompletos ou atrasados — causados por interferências — provocam erros de barramento e a parada da máquina. O CLP continuará enviando novos pacotes a cada 16 a 128 ms, sobrecarregando ainda mais o sistema. 

Redes Wireless com pré-processamento inteligente

Smart Radio – transmissão inteligente de dados
O sistema Smart Radio DATAEAGLE faz o pré-processamento dos dados diretamente no módulo de rádio. Algoritmos patenteados verificam conteúdo, timestamp e redundância dos pacotes, analisando os dados em blocos menores. Quando necessário, os pacotes são armazenados temporariamente. A porta PROFIBUS DP e o módulo de RF operam de forma totalmente independente, garantindo comunicação sem falhas — com um novo pacote podendo ser processado a cada milissegundo. 

Processamento de dados confiável
O pré-processamento assegura disponibilidade contínua da máquina. Com a tecnologia Smart Radio, telegramas incompletos são reconstruídos, pacotes atrasados são substituídos e a comunicação em tempo real é superior à dos sistemas convencionais — mesmo sob interferências eletromagnéticas. 

Smart Wireless 

Benefícios e vantagens 

Otimização do tráfego de dados
O pré-processamento reduz o uso do link de rádio e desacopla a porta PROFIBUS DP da rede wireless. Os telegramas são armazenados temporariamente e analisados por participante, o que permite operar com taxas de até 1,5 Mbps sem alterar a configuração do mestre PROFIBUS. 

Filtro de tempo configurável
Um filtro de tempo ajustável permite manter a comunicação estável mesmo durante breves interferências. Isso evita erros de barramento e paradas do sistema. Em caso de falha prolongada do link, o erro é sinalizado ao CLP, que ativa os procedimentos de segurança. O tempo do filtro pode ser ajustado entre 20 ms e 20 s. 

Firewall inteligente
O mestre PROFIBUS envia dados cíclicos com tempo de ciclo inferior a 1 ms a 1,5 Mbps — mesmo que os dados não mudem. O Smart Radio reconhece telegramas repetidos e os filtra, reduzindo o tráfego no link de rádio. Apenas telegramas com dados efetivamente alterados são transmitidos. O tempo de atualização após o link é de cerca de 20 ms.

Autor:
(*) Thomas Schildknecht, CEO da Schildknecht AG. 

Tradução:
(*) Paolo Capecchi, diretor da Westcon Instrumentação Industrial Ltda.

Introdução

Em plantas de produção de biocombustíveis, como etanol de segunda geração, biodiesel ou diesel verde (HVO), a medição precisa do nível em tanques de processo é essencial para garantir a segurança, o controle de inventário e a eficiência operacional. No entanto, um desafio frequente nessas aplicações é a variação da densidade dos fluidos, que pode comprometer a exatidão das medições de nível quando se utiliza transmissores que se baseiam apenas em pressão diferencial.

O transmissor de nível VDL10 da Vivace Process Instruments foi desenvolvido para superar essas limitações, oferecendo compensação ativa da densidade, resultando em medições mais precisas, mesmo em ambientes com condições de processo variáveis. Disponível com protocolos de comunicação HART/4-20mA e PROFIBUS PA e, ainda, com garantia de fábrica vitalícia. 

Desafios em medições de nível em biocombustíveis

Nas plantas de biocombustíveis, diversos fatores afetam diretamente a densidade dos fluidos:

• Temperatura do processo, especialmente em tanques de fermentação, hidrólise ou craqueamento térmico;
• Composição variável, em misturas com diferentes óleos vegetais, gorduras ou resíduos agrícolas;
• Reações químicas e processos enzimáticos, que alteram a concentração dos produtos intermediários;
• Presença de sólidos ou separações parciais de fases.

Essas variações impactam diretamente a medição de nível quando se utilizam transmissores convencionais baseados apenas na pressão hidrostática, pois a pressão medida depende da altura da coluna líquida multiplicada pela densidade instantânea do fluido.

Solução com o Transmissor VDL10
O VDL10 é um transmissor de pressão de alta precisão, com selo eletrônico e que incorpora tecnologia de medição capacitiva e algoritmos de compensação dinâmica da densidade do fluido. Ele mede diretamente a densidade do líquido no tanque e utiliza esse dado para corrigir a leitura de nível, oferecendo um valor real de altura de líquido, independente das variações da massa específica.

Principais benefícios em plantas de biocombustíveis:

1. Precisão em processos térmicos e enzimáticos, onde a densidade varia com a composição e temperatura;
2. Eliminação de erros comuns de medições/leituras em tanques com misturas complexas;
3. Maior controle de inventário e rastreabilidade em sistemas integrados de automação;
4. Evita a instalação de sistemas complementares de medição de densidade, reduzindo custos e complexidade de engenharia;
5. Maior segurança operacional, ao garantir níveis reais em tanques críticos, evitando transbordamentos ou operação fora dos limites. 

Aplicações típicas

• Tanques de alimentação com matéria-prima variada (óleos vegetais, gordura animal, resíduos celulósicos);
• Tanques de digestão e fermentação, com variações térmicas e de composição;
• Unidades de refino e separação de fases;
• Armazenamento de produtos acabados com adição de aditivos (etanol anidro/hidratado, biodiesel etc.). 

Aplicações

Exemplos de sucesso de aplicações do VDL10

Aplicações comuns do VDL10 em usinas de açúcar e etanol
Os transmissores de nível com selos eletrônicos são comumente aplicados em usinas de açúcar e etanol nos seguintes processos:

• Pré-evaporadores;
• Evaporadores;
• Cozedores;
• Dornas de fermentação;
• Colunas de destilação.

A medição de nível em dornas de fermentação, pré-evaporadores, evaporadores, cozedores e colunas de destilação desempenha um papel crucial nas indústrias de açúcar e etanol. Esses processos exigem uma monitoração precisa para garantir a eficiência da produção, a qualidade do produto, a disponibilidade da planta e a segurança das operações.

Vantagens da utilização do selo eletrônico comparando com selos remotos e linhas de impulso

1. Transmissor multivariável: o VDL10 faz medições individuais do nível e da pressão interna do tanque, seja ela positiva ou negativa (vácuo), portanto, um só equipamento disponibiliza as duas variáveis de processo;
2. No caso do VDL10 com comunicação HART, usando um conversor HART para 4-20mA (VHC10 da Vivace, por exemplo) no loop, pode-se ter o nível como a variável primária (PV) e a pressão interna do tanque como a variável secundária (SV). Já o VDL10 com comunicação PROFIBUS PA fornece o nível e a pressão interna do tanque ocupando um só nó na rede e consumindo somente 12 mA;
3. Precisão: o VDL10 oferece alta precisão e confiabilidade, pois o selo eletrônico é imune à variação de temperatura ambiente, diferentemente dos selos remotos com capilares;
4. Eficiência: a instalação do VDL10 é mais rápida e simples em comparação com sistemas de selos remotos e linhas de impulso;
5. Redução de custos operacionais: a manutenção é mais simples e menos frequente, reduzindo os custos operacionais ao longo do tempo.

Conclusão
A medição de nível em ambientes industriais exige mais do que sensores robustos: exige inteligência embarcada e adaptação às variáveis do processo. O VDL10 da Vivace é a solução ideal para plantas de biocombustíveis, onde a densidade do fluido não é constante, mas a precisão e a confiabilidade das medições são inegociáveis.

Os transmissores de nível com selo eletrônico VDL10 representam uma solução avançada para o monitoramento e o controle de processos industriais. Suas vantagens de medições múltiplas com precisão, confiabilidade, além da redução de custos operacionais e de manutenção torna-os indispensáveis em aplicações como as medições de nível nos evaporadores e pré-evaporadores, cozedores, dornas de fermentação e colunas de destilação, entre outras.

Com o VDL10, é possível unir tecnologia nacional, robustez, facilidade de integração com sistemas de automação e o diferencial da compensação inteligente de densidade, tornando a planta mais segura, eficiente e preparada para os desafios da transição energética.

(*) César Cassiolato, presidente & CEO da Vivace Process Instruments.
(*) Evaristo Orellana Alves, diretor de Vendas da Vivace Process Instruments.

WESTCON (*)

No contexto atual de avanços rápidos em automação industrial, em que eficiência e segurança são primordiais, as tecnologias sem fio surgem como soluções essenciais para a mobilidade e flexibilidade de máquinas e equipamentos.

Embora as vantagens da comunicação wireless sejam evidentes, sua aplicação em sistemas críticos que exigem funções de segurança apresenta desafios únicos.

Nesse cenário, o protocolo PROFIsafe se destaca como uma norma internacional de segurança para redes industriais, oferecendo uma ponte confiável entre a inovação tecnológica e a integridade operacional.

Desde sua adoção em 2007, sob a norma IEC 61784-3-3, o PROFIsafe tem sido um pilar na implementação de comunicações seguras, tanto em redes tradicionais por cabo quanto em modernas arquiteturas wireless. Este artigo explora como o PROFIsafe consegue garantir a comunicação de dados segura e estável em aplicações wireless, delimitando os cuidados necessários e as técnicas empregadas para manter a segurança funcional sem comprometer a performance.

PROFIsafe: o mesmo protocolo para rádio e cabo
Seja para um sistema de controle de pontes rolantes ou guindastes, para comando de parada de emergência de uma máquina ou para outra comunicação relacionada a intertravamento de segurança, o PROFIsafe se consolidou como um padrão para comunicação segura e é uma norma internacional desde 2007, sob a designação IEC 61784-3-3.

O PROFIsafe é essencial para sistemas que requerem funcionalidades de segurança em automação. Ele é empregado para a troca de dados entre um controlador de segurança (F-Host) e dispositivos de campo de segurança (F-Device) como I/O Remoto, Drives etc., possibilitando a implementação de funções de segurança críticas, como paradas de emergência, monitoramento de portas de segurança etc. Com sua robusta estrutura de comunicação segura, o protocolo garante que os sinais de segurança sejam transmitidos com alta integridade, mesmo em redes sujeitas a interferências e ruídos.

O protocolo PROFIsafe é certificado para uso tanto em redes PROFIBUS quanto em redes PROFINET, facilitando a integração de sistemas de segurança diversificados.

O protocolo PROFIsafe é certificado pelo TÜV para uso em aplicações que requerem um alto nível de integridade de segurança. Ele é aprovado para aplicações até o Nível de Integridade de Segurança 3 (SIL3), segundo a norma IEC 61508/61511, e até a Categoria 4 (Cat4), de acordo com a norma EN ISO 13849-1.

Essas certificações indicam que o PROFIsafe pode ser utilizado em sistemas de segurança críticos, oferecendo a confiabilidade necessária para ambientes industriais que demandam alto grau de proteção e prevenção de falhas, independentemente do meio físico da rede.

O protocolo PROFIsafe foi projetado para ser utilizado em conjunto com o protocolo PROFIBUS, assim como com o PROFINET, sem causar ou sofrer interferência. O PROFIsafe funciona como uma camada adicional de segurança que pode ser integrada sobre os protocolos de comunicação existentes (PROFIBUS e PROFINET), garantindo a transmissão segura de dados de segurança críticos sem afetar a integridade ou o desempenho da rede principal.

Essa capacidade de operar simultaneamente com os outros protocolos permite que sistemas existentes sejam atualizados ou expandidos com funcionalidades de segurança avançadas, sem a necessidade de substituir a infraestrutura de comunicação já instalada. Isso proporciona uma solução eficiente e econômica para melhorar a segurança em sistemas de automação industrial.

O conceito de Black Channel é fundamental no contexto dos protocolos de comunicação de segurança como o PROFIsafe. Ele se refere à abordagem pela qual os dados de segurança são transmitidos por meio de uma rede ou meio de comunicação (o “canal”) que trata a comunicação de forma independente do barramento de campo “fieldbus”. Isto é, os dados de segurança são encapsulados e protegidos de forma que as propriedades específicas do canal de transmissão não afetem a integridade ou a validade desses dados.

No caso do PROFIsafe, o Black Channel permite que o protocolo funcione de forma segura e eficaz sobre diferentes meios de comunicação, como redes PROFIBUS e PROFINET, sem ser afetado por erros comuns de transmissão ou interferências que podem ocorrer no canal. Isso é alcançado por meio de técnicas como:

• Encapsulamento de dados de segurança: os dados de segurança são encapsulados dentro do quadro de dados normal, isolando-os das camadas inferiores de comunicação;
• Verificação de integridade: mecanismos de verificação como CRC (Cyclic Redundancy Check) são usados para garantir que os dados não sejam alterados ou corrompidos durante a transmissão;
• Validação de sequência e tempo: são implementados controles para garantir que os dados de segurança sejam recebidos na sequência correta e dentro de um período de tempo aceitável, evitando ações baseadas em informações desatualizadas ou fora de ordem;
• Essas características tornam o Black Channel uma técnica poderosa para implementar comunicações de segurança em sistemas de automação industrial, permitindo que os protocolos de segurança, como o PROFIsafe, sejam robustos e confiáveis mesmo sobre infraestruturas de rede que não são originalmente projetadas para suportar funcionalidades de segurança.

Onde é utilizado o PROFIsafe?
Amplamente utilizado em diversos setores da indústria, incluindo automotivo, químico, e manufatura, o PROFIsafe é particularmente valorizado onde a falha nos sistemas de segurança pode resultar em danos significativos ou situações perigosas para pessoas e meio ambiente. Ele é implementado em sistemas que variam desde simples módulos de entrada/saída de segurança até complexos sistemas de controle de movimento.

O PROFIsafe não apenas minimiza os riscos de acidentes, mas também contribui para a eficiência e confiabilidade dos processos industriais.

Transmissão segura de dados por rádio: o princípio do Black Channel em detalhes
O uso de tecnologias wireless também é possível, segundo as definições que constam na norma. Tanto o controlador de segurança quanto o sistema IO remoto devem ser certificados pelo TÜV e devem suportar o protocolo PROFIsafe.

Graças ao Black Channel, não é necessária nenhuma certificação de segurança para o dispositivo wireless, pois ele é tratado como outro componente qualquer da infraestrutura, como switches ou cabos, que não interfere na função de segurança. Não é preciso recalcular o nível de segurança da função de segurança (SIF – Safety Instrumented Function) em que o rádio está inserido. 

Imagem: Schildknecht AG 

Segurança funcional wireless
Qualquer tecnologia wireless (WiFi, Bluetooth, 4G e 5G) pode ser utilizada para a transmissão de dados PROFIsafe.

Fatores como a taxa de transmissão de dados e a detecção de erros não afetam a integridade da segurança. Para garantir a segurança funcional wireless, o PROFIsafe usa vários recursos e funcionalidades específicas que fazem parte integrante do protocolo. Por exemplo:

• As mensagens F são numeradas; assim, o receptor pode verificar se as mensagens foram recebidas completamente e sem erros de sequência;
• Os tempos limite, até que uma mensagem seja confirmada, são registrados e uma autenticação exclusiva do remetente e do receptor garante que não haja possibilidade de manipulação da comunicação;
• O PROFIsafe também usa uma verificação de bloco cíclico para integridade dos dados.

Com esses mecanismos abrangentes, os aplicativos PROFIsafe podem atender aos parâmetros de segurança até SIL3, de acordo com a norma IEC 61508/511, ou Performance Level e (PLe), de acordo com a norma EN ISO 13849-1.7.

Requisitos especiais para sistemas wireless relacionados a segurança
Em princípio, o procedimento para implantar uma aplicação com PROFIsafe, seja por meio de conexão via cabo ou wireless, não apresenta grandes diferenças. No entanto, existem aspectos essenciais que devem ser considerados para garantir uma comunicação wireless segura em ambientes industriais.

Ao comparar com a transmissão de dados via cabo, é essencial considerar que, nas soluções wireless, devemos lidar com uma taxa de transmissão mais baixa e tempos de latência variáveis. Se optarmos por manter o intervalo de atualização padrão de 1ms, típico na comunicação PROFINET com fio, os links de rádio podem rapidamente se sobrecarregar, levando à perda de telegramas e, eventualmente, a erros de barramento, resultando no desligamento e paralisação do sistema.

Ao aumentar o tempo de atualização, podemos compensar as limitações de taxa de dados mais baixas e as latências variáveis. Contudo, isso pode tornar toda a aplicação mais lenta, o que se torna problemático em funções de segurança para equipamentos ou máquinas em que o tempo de resposta é crucial. Por exemplo, nos controles de pontes rolantes ou guindastes, o tempo máximo de monitoramento não deve exceder 500 ms.

Smart Radio: tecnologia patenteada de pré-processamento aumenta a velocidade e a estabilidade da rede wireless
Para enfrentar esses desafios, a tecnologia patenteada DATAEAGLE Smart Radio para comunicação wireless em ambientes industriais surge como a solução ideal.

Essa tecnologia compensa a taxa de dados mais baixa e a latência variável da comunicação por rádio, emulando o comportamento típico da comunicação via cabo. Além disso, faz o pré-processamento dos telegramas, filtrando as informações e omitindo as redundantes.

Isso reduz o volume de dados transmitidos, permitindo que o controlador opere com o menor tempo de atualização possível, mesmo em modo wireless. O intervalo de transmissão é ajustado de forma flexível à qualidade da conexão de rádio, transmitindo apenas as porções de dados que sofreram alterações, enquanto os dados que permanecem inalterados são excluídos da transmissão.

Conclusão
Em resumo, estas são as principais considerações para a correta implantação de um sistema de intertravamento de segurança wireless com PROFIsafe e rádios DATAEAGLE:

• O protocolo PROFIsafe pode ser utilizado com soluções de rádio – o princípio do Black Channel garante que o nível de integridade de segurança (SIL) não é afetado pelo meio de transmissão;
• Deve-se levar em conta a taxa mais baixa de transmissão de dados e a variação dos tempos de latência da tecnologia wireless em comparação com o cabo;
• A tecnologia patenteada Smart Radio dos rádios DATAEAGLE faz o pré-processamento dos dados, que se traduz em menor quantidade de dados trafegando pela rede e maior estabilidade do link;
• Milhares de rádios DATAEGLE estão instalados em todo o mundo, nos mais diferentes tipos de aplicações críticas de segurança, com um histórico notável de operação ininterrupta, confiável e segura.

(*) A WESTCON Instrumentação Industrial é amplamente reconhecida por sua atuação pioneira na prestação de serviços de Análise, Diagnóstico, Troubleshooting e Certificação de Redes.

Introdução
Em redes de campo industriais, especialmente em PROFIBUS-PA, a confiabilidade da comunicação é vital para a operação segura e contínua dos processos. O que muitos profissionais não percebem é que pequenos problemas de isolação — frequentemente invisíveis a olho nu — podem ser a raiz de falhas graves de comunicação, levando a erros de pacotes, desconexões de dispositivos e até paradas completas de planta.

Este artigo explora os riscos associados à baixa isolação em redes PROFIBUS-PA, as causas mais comuns e boas práticas essenciais para evitar esses problemas.

Como a baixa isolação impacta a comunicação PROFIBUS-PA
O PROFIBUS-PA opera com sinais diferenciais de baixa amplitude, tipicamente da ordem de 1V. Essa característica torna o sistema extremamente sensível a qualquer tipo de fuga de corrente provocada por isolação comprometida. Pequenas perdas que seriam desprezíveis em sistemas de alta tensão são suficientes para:

• Distorcer o sinal de comunicação;
• Aumentar a susceptibilidade a ruídos;
• Induzir erros de transmissão (CRC, perda de telegramas etc.);
• Causar o desligamento de dispositivos;
• Provocar a perda total de controle de processo.

E o mais alarmante: problemas de isolação geralmente se desenvolvem silenciosamente, sem sintomas evidentes, até culminarem em falhas críticas.

Baixa isolação gerando vulnerabilidade a ruídos

Principais causas de baixa isolação em redes PROFIBUS-PA

• Infiltração de umidade: condensação, chuva ou lavagem industrial podem penetrar em conectores e caixas de passagem mal vedados;
• Cabos danificados: pequenos cortes, esmagamentos ou dobras excessivas no cabo degradam a isolação entre condutores;
• Envelhecimento natural dos materiais: exposição prolongada a UV, ozônio, produtos químicos ou temperatura elevada acelera a deterioração da isolação;
• Mau uso de prensa-cabos: seleção incorreta de prensa-cabos ou montagem inadequada permite a entrada de água;
• Conectores de baixo grau de proteção: conexões sem grau de proteção mínimo IP67 são pontos vulneráveis.

Boas Práticas para garantir a alta isolação

✅ Escolha cabos e componentes certificados para campo

• Utilize apenas cabos de rede PROFIBUS-PA com especificações industriais, blindagem 100% eficiente e dupla isolação;
• Prensa-cabos e conectores devem ter grau de proteção IP67 ou superior para ambientes agressivos.

✅ Instale correta e inteligentemente

• Sempre leve o cabo por baixo até o equipamento: isso cria um “gotejamento natural” e impede que a água escorra diretamente para os terminais;
• Evite deixar cabos em posição onde possam formar “bolsas” de água.

✅ Faça inspeções periódicas

• Teste a resistência de isolação da rede regularmente, principalmente em ambientes com alta umidade ou variações extremas de temperatura;
• Ferramentas como megômetros (testadores de isolação) são imprescindíveis. Siga as recomendações dos fabricantes quanto ao critério da megagem.

✅ Utilize analisadores de rede PROFIBUS

• Ferramentas de diagnóstico, como analisadores de rede, podem medir jitter, nível de sinal e taxa de erro;
• Detectar cedo anormalidades permite a intervenção antes que problemas se agravem.

Dicas práticas de campo

🔹 Ao especificar conectores, prefira modelos que têm selo de vedação dupla e terminais encapsulados;

🔹 Em instalações muito críticas, considere cabos com blindagem adicional contra interferências eletromagnéticas (EMI);

🔹 Em redes existentes, um bom programa de manutenção preventiva inclui:

• Inspeção visual dos cabos;
• Testes anuais de resistência de isolação;
• Análise semestral da qualidade de sinal.

✅ Checklist técnico: prevenção de baixa isolação em redes PROFIBUS-PA

1. Planejamento e instalação

• Utilizar cabos específicos para PROFIBUS-PA (blindagem 100% trançada e dupla isolação);
• Escolher prensa-cabos e conectores com grau de proteção mínimo IP67;
• Passar o cabo de forma que entre no equipamento por baixo, evitando acúmulo de água nos terminais;
• Evitar dobras excessivas nos cabos, respeitando o raio mínimo de curvatura recomendado pelo fabricante;
• Certificar a vedação de caixas de passagem e terminais, especialmente em áreas externas.

2. Manutenção preventiva

• Inspecionar, visualmente, cabos, conectores e prensa-cabos quanto a sinais de:
  • Umidade;
  • Trincas ou cortes na isolação;
  • Danos mecânicos.
• Fazer teste de isolação elétrica dos cabos, anualmente:
  • Utilizar megômetro apropriado para cabos de baixa tensão (por exemplo, teste 500VDC, medindo entre condutores, malha/terra). Desconectar todos os dispositivos da rede antes do teste (testar apenas o cabo e conectores);
  • Aceitar apenas valores acima de  5 GΩ·km como seguros (ou conforme orientação do fabricante).
• Verificar o estado de aterramento da blindagem dos cabos: deve ser contínuo e efetivo.

3. Monitoramento da qualidade de comunicação

• Analisar periodicamente a rede com instrumentos, como analisadores de PROFIBUS:
  • Medir nível de sinal;
  • Avaliar jitter (variações de tempo de comunicação, não pode ser maior que 3.2 us no PROFIBUS-PA);
  • Identificar retransmissões e erros de telegrama.
• Registrar tendências de qualidade da rede para detectar degradações progressivas.

4. Boas práticas operacionais

• Evitar abrir conexões em dias úmidos ou ambientes molhados sem proteção adequada;
• Reapertar, periodicamente, conectores e prensa-cabos, evitando folgas que possam comprometer a vedação;
• Substituir, imediatamente, cabos ou conectores suspeitos de comprometimento de isolação.

5. Procedimentos em caso de falhas

• Se detectar erros de comunicação:
  • Priorizar a investigação de falhas de isolação antes de substituir dispositivos;
  • Fazer testes de resistência de isolação na rede.
• Em caso de baixa isolação confirmada:
  • Isolar o segmento afetado;
  • Substituir os cabos e conectores danificados.

Conclusão
Em PROFIBUS-PA, a baixa isolação é o inimigo silencioso que sabota a comunicação: cuide dos detalhes ou prepare-se para a próxima parada inesperada.
Em um ambiente industrial moderno, onde a confiabilidade é essencial, a negligência nos detalhes de isolação pode custar caro em paradas não planejadas, perda de produção e danos à reputação da planta.
Adotar uma abordagem preventiva e criteriosa na instalação e manutenção da rede é a melhor maneira de garantir comunicação estável e contínua em sistemas PROFIBUS-PA.

(*) César Cassiolato é presidente & CEO da Vivace Process Instruments

A confiabilidade das redes de comunicação industrial é fator essencial para o bom desempenho de qualquer planta automatizada. O PROFIBUS DP está entre os protocolos “chão de fábrica” mais utilizados, destacando-se pela robustez, simplicidade de configuração e ampla gama de soluções disponíveis. Sua adoção ocorre em diversos setores, como mineração, papel e celulose, alimentos e bebidas, indústria química e sucroalcooleira.

Neste artigo, vamos explorar uma metodologia para análise de redes PROFIBUS com os principais tópicos, baseada em boas práticas de campo e no uso de ferramentas especializadas, como as desenvolvidas pela TS.

Importante aqui já fazer um “disclaimer”: este documento não capacita o leitor para validação de rede, não isenta o executor de fazer os importantes treinamentos fornecidos pela PI e, tampouco, visa substituir os guias oficiais fornecidos pela PI, disponíveis aqui.

Por que fazer uma análise de rede PROFIBUS?
​A análise em rede PROFIBUS é fundamental para assegurar a eficiência, confiabilidade e disponibilidade dela e, por consequência, de processos industriais. Com o tempo, fatores como instalações inadequadas, interferências eletromagnéticas, conexões frouxas, desgaste de cabos e falhas de parametrização podem comprometer a comunicação na rede, resultando em paradas não programadas, reprocessos ou perdas de produção, diagnósticos imprecisos e dificuldades na identificação de falhas intermitentes. A análise sistemática permite identificar, corrigir e prevenir falhas, aumentando a disponibilidade da rede e otimizando a manutenção preditiva.​

Benefícios da análise preventiva em redes PROFIBUS:

1. Prevenção de falhas: rotinas bem estabelecidas (ou o monitoramento online) permitem detectar irregularidades antes que se tornem falhas graves, evitando paradas inesperadas na produção;
2. Redução de custos: ao antecipar problemas e otimizar a manutenção, há uma significativa redução nos gastos com reparos emergenciais com corretivas;
3. Eficiência operacional: com informações antecipadas e organizadas, as equipes de manutenção podem atuar de forma eficiente, com menor custo, mais precisão e menos estresse.

A análise sistemática, regular e estruturada permite identificar, corrigir e prevenir falhas, aumentando a disponibilidade da rede e otimizando a manutenção.

Metodologia de diagnóstico em redes PROFIBUS
Abaixo, uma estrutura geral que pode ser seguida, porém, todo especialista que executa esse trabalho deve ter conhecimento e ter em posse, no mínimo, o guia “PROFIBUS Commissioning Guideline, Version 1.23 – Date September 2022 Order No.: 8.032“. Esse documento traz informações claras de como se cria um teste de aceitação, técnicas para análise e resolução de problemas. Ainda, essas diretrizes fazem referência a uma série de outros documentos, como os guias de projeto, montagem e aterramento. Assim, é importante que o técnico executante tenha conhecimento e acesso a esses documentos disponíveis no site da própria PI.

A seguir, apresentamos uma abordagem resumida em 4 etapas, com base em experiências de campo, conforme aplicadas nos treinamentos técnicos da TS.

1. Inspeção visual da instalação
Antes de iniciar qualquer análise com analisadores, a primeira etapa essencial é a inspeção física da rede PROFIBUS. Trata-se de uma abordagem visual e manual que, embora simples, tem potencial para identificar boa parte dos problemas que causam falhas intermitentes ou quedas na comunicação.

• Qualidade dos itens usados na infraestrutura;
• Condição dos itens de infra, como cabos, conectores, HUBs, repetidores e terminadores;
• Aterramento e equipotencialização: podem ser mensurados, por exemplo, corrente na malha de blindagem, continuidade do aterramento na infra e em equipamentos, eficiência do aterramento etc.;
• Roteamento dos cabos e distâncias de segmentos;
• Identificar potenciais erros de instalação que possam causar interferências eletromagnéticas (cabos PROFIBUS próximos, cabos de potência, de motores, cabos sujeitos a descargas atmosféricas etc.);
• Detalhes: suporte para alívio de tensão em cabos, proteção contra fatores ambientais (exposição ao sol, produtos químicos etc.), proteção contra efeitos mecânicos (dobras, quinas afiadas, tensão excessiva etc);
• Conferência de alimentação 24Vdc de dispositivos, principalmente, de infra como repetidores, links de fibra ótica, HUBs e terminadores;
• Testes básicos de barramento:
  • Ausência de curto-circuito (entre A e B, A/B e malha);
  • Continuidade de A/B;
  • Continuidade da malha de blindagem;
  • Ausência de inversão dos condutores (troca de A por B);
  • Correta ligação dos terminadores.

Embora essa etapa não exija instrumentos avançados, sua importância é enorme e determinante. Costumamos citar como a base fundamental do bom funcionamento da rede. Boa parte das falhas em redes PROFIBUS estão diretamente ligadas a problemas de instalação física, como um terminador desligado, um cabo ou conector corrompido. Por isso, a inspeção física é considerada a primeira linha de ação contra falhas, sendo recomendada periodicamente como parte da manutenção preventiva da rede.

Essa etapa deve ser documentada com fotos e anotações, a fim de detalhar as condições atuais da instalação, facilitando futuras intervenções e permitindo comparações históricas ao longo do tempo.

2. Análise de protocolo: lógica e estatística
Após garantir que o meio físico está íntegro, o próximo passo é observar como a comunicação lógica entre os dispositivos está ocorrendo. Para isso, é necessário o uso de ferramentas dedicadas, como o TS Analisador PROFIBUS PRO. O apoio da inteligência desta ferramenta, o TS Expert, é um adianto considerável no trabalho (mas não, não isenta a análise humana e, tampouco, substitui nossas capacidades). A análise de protocolo deve ser feita, preferencialmente, junto ao mestre ou o mais próximo dele, a fim de que os analisadores “leiam” aquilo que é lido pelo mestre. Essa etapa não precisa, necessariamente, ser feita em outros pontos da rede.

Ferramentas dedicadas coletam, organizam e apresentam os dados em formato interpretável pela equipe de manutenção. Como exemplo, não seria possível fazer quaisquer medições semelhantes com um multímetro. Dentre os inúmeros parâmetros, podem ser lidos:

• Captura e decodificação de pacotes;
• Captura de LiveList;
• Diagnósticos padrão e estendidos (via GSD);
• Número de retransmissões;
• Ausência de telegramas;
• Erros de comunicação (falhas no slave, tempo de resposta etc.);
• Histórico de falhas com registro automático de eventos;
• Erro de parametrização.

Todos os dados, registros de log e informações capturadas devem ser exportados para compor os anexos do relatório de análise ou certificação, planejamento de manutenção ou auditorias. Essa análise é obrigatória e o mínimo a ser feito durante rotinas de preventiva.

3. Análise do meio físico com osciloscópio
A análise do meio físico é uma etapa essencial para garantir que os sinais elétricos transmitidos na rede PROFIBUS DP e PA estejam de acordo com as diretrizes. Com o uso de osciloscópios, é possível fazer uma leitura aprofundada da integridade elétrica da rede.

Essas ferramentas permitem:

• Visualizar os sinais A, B e o sinal diferencial entre eles;
• Medir a amplitude do sinal e identificar ruído eletromagnético;
• Avaliar o jitter (variações no tempo de chegada dos sinais) e distorções que podem impactar na comunicação;
• Detectar curtos-circuitos, terminações incorretas ou atenuações excessivas;
• Verificar se os segmentos instalados estão adequados ao baud rate configurado.

Para essas análises, é imprescindível que o técnico tenha conhecimento claro do que é um segmento de rede PROFIBUS. Segmentos em PROFIBUS são definidos por um trecho de cabo com continuidade, onde as características elétricas sejam próximas – e diversidades ali ocorridas impactam todos os dispositivos conectados no trecho. Segmentos separados (como em HUBs, repetidores e links de fibra óptica) requerem mais análises de meio físico e podem “ocultar” defeitos nas partes isoladas.

O osciloscópio torna visível o que acontece “por dentro” da comunicação, ajudando a antecipar falhas e melhorar a confiabilidade da instalação.

4. Relatórios, recomendações e plano de ação
​A etapa final do processo de manutenção em redes PROFIBUS envolve a organização e análise dos dados coletados, culminando na elaboração de um relatório técnico detalhado. Esse documento deve conter:​

• Descrição das não conformidades identificadas: detalhamento dos problemas encontrados durante a análise da rede;
• Causas prováveis: hipóteses fundamentadas sobre as origens das falhas detectadas;
• Ações corretivas recomendadas: sugestões de medidas para solucionar os problemas identificados. ​

Além da identificação das falhas, é importante registrar os dispositivos com maior incidência de problemas, facilitando a priorização de ações corretivas. O relatório técnico deve incluir recomendações para ajustes físicos — como terminadores, conectores e aterramento — e boas práticas de manutenção preventiva, como a limpeza de conectores, reaperto de bornes e atualização de GSDs.

A manutenção de um histórico (ou o monitoramento online) permite rastrear tendências e indicadores de desempenho da rede, ajudando a evitar falhas. Relatórios bem elaborados permitirão controle técnico e de orçamento da manutenção.

Adotar um processo estruturado de relatórios e plano de ação contribui diretamente para a redução de custos e o aumento da confiabilidade das redes industriais.

Conheça agora a TS

A digitalização das redes de automação tornou-se mais acessível com a tecnologia Ethernet-APL (Advanced Physical Layer). Esse novo padrão, baseado na especificação 10BASE-T1L conforme IEEE 802.3cg, permite a aplicação de Ethernet de dois fios diretamente no campo, revolucionando o setor.

Com interoperabilidade e flexibilidade como principais vantagens, a Ethernet-APL oferece conexão contínua entre os níveis de aplicação e os dispositivos de campo, garantindo alta velocidade de transmissão de dados. Sua aplicação abrange desde redes compactas de curta distância até configurações mais amplas que exigem longas extensões de cabo. Além disso, é compatível com proteção intrinsecamente segura do tipo “i” nas Zonas Ex 0, 1 e 2.

A tecnologia possibilita a criação de redes de automação de alto desempenho, integrando milhares de dispositivos de campo, como sensores, posicionadores de válvulas e transmissores, de maneira eficiente. Apesar de a maioria dos dispositivos ainda operar com tecnologia 4-20mA e comunicação HART, a Ethernet-APL representa um avanço significativo para atender às demandas atuais do setor.

Adotada formalmente em 2021, a Ethernet-APL é um padrão Ethernet ponta a ponta que atende às necessidades específicas da indústria de processos, como transmissão de dados e alimentação combinadas em um único cabo de dois fios, além de taxas de transmissão de 10 Mbps – um avanço significativo em comparação com HART e outras tecnologias de redes de campo.

O padrão APL estabelece uma camada física Ethernet avançada, compatível com protocolos Ethernet nas camadas superiores. Isso viabiliza uma comunicação transparente entre redes de automação e corporativas, eliminando a necessidade de gateways onerosos e minimizando perdas de funcionalidades. Além disso, permite a integração de protocolos de automação, serviços web, OPC UA e conectividade em nuvem/edge, impulsionando a digitalização das plantas industriais.

Topologias de rede
Dada a diversidade de plantas industriais e seus requisitos, uma rede Ethernet-APL precisa ser expansível, redundante e capaz de operar em ambientes adversos, incluindo atmosferas explosivas. O Ethernet-APL Engineering Guideline apresenta várias topologias de rede que atendem a essas demandas.

Topologia 1 – Switches Ethernet APL de campo conectados à Ethernet Industrial
Nessa topologia, switches Ethernet APL de campo conectam-se diretamente a uma rede Ethernet Industrial padrão. O tipo de ambiente em campo define a forma de instalação, seja no painel de controle ou diretamente no campo (figura 1). Nesse caso, os switches APL são conectados diretamente à rede de automação com cabos Ethernet de cobre ou fibra óptica, com taxa de transmissão típica de 100 Mbps nessa seção da rede.

Figura 1. Na Topologia 1, os switches APL de campo são conectados diretamente a uma rede Ethernet Industrial padrão. As condições do ambiente determinam a forma como são instalados, ou seja, se são montados dentro do painel de controle ou diretamente em campo.

Topologia 2 – Switches Ethernet APL de campo em tronco APL
Essa topologia utiliza a tecnologia de tronco. Os APL Power switches são utilizados para converter Ethernet Industrial em Ethernet-APL e fornecer alimentação aos switches Ethernet APL e aos dispositivos de campo.

APL Power switches necessitam de alimentação externa para alimentar a rede Ethernet-APL. Já os switches Ethernet APL de campo não requerem uma fonte de alimentação externa adicional por receberem a alimentação via tronco.

Para instalações em ambientes ATEX, destaca-se o modelo de proteção intrinsecamente segura 2-WISE (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet), baseado no conceito FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept), amplamente testado e aprovado.

Figura 2. Na Topologia 2, a porta de saída do APL Power switch envia o sinal APL via tronco à entrada do primeiro switch APL de campo. A saída do primeiro switch APL de campo alimenta a entrada do próximo e assim sucessivamente. Com a tecnologia de tronco, switches APL de campo podem ser usados em áreas EX, Zona 1, desde que certificados para tal.

Estabilidade da rede
A estabilidade e confiabilidade da rede PROFINET em uma infraestrutura Ethernet-APL dependem do monitoramento contínuo da carga nos dispositivos. Controlar os picos de carga é essencial para evitar falhas esporádicas causadas por sobrecarga da rede, especialmente na transição de redes de 100 Mbps para 10 Mbps.

Para isso, o tráfego de dados de entrada e saída nas portas dos switches é limitado conforme os padrões do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), garantindo uma operação estável.

Como mencionado, a carga da rede é um fator crítico que deve ser gerenciado de forma eficaz. Por essa razão, os fabricantes desenvolveram switches Ethernet-APL específicos, projetados para estabelecer limites às taxas de carga da rede, assegurando uma operação confiável e sem sobrecargas. Esses switches suportam conexões por cobre e fibra óptica e são especialmente adequados para redes como a Topologia 1 citada anteriormente.

Uma solução para acelerar o desenvolvimento de novos dispositivos compatíveis com Ethernet-APL é o commModule APL, da Softing. Esse módulo eletrônico SMD oferece hardware e software necessários para implementar comunicação Ethernet-APL em dispositivos de campo. O módulo inclui um stack PROFINET pré-instalado e disponibiliza um Application Data Model configurável, além de funcionalidades de Command Mapping que permitem a migração de dispositivos HART e Modbus já existentes para Ethernet-APL, sem a necessidade de desenvolver um novo firmware. Os comandos HART e Modbus podem ser configurados de maneira prática, por meio da ferramenta commScripter.

A tecnologia APL limita-se a definir um novo padrão de troca de dados na camada mais baixa, garantindo a compatibilidade com quaisquer protocolos baseados em Ethernet nas camadas superiores.

A Ethernet-APL proporciona ampla flexibilidade e diversas opções para a criação de estruturas de rede customizadas. Com um alto nível de maturidade tecnológica, ela suporta a implementação de todos os protocolos e serviços de comunicação de alto nível, atuais e futuros, em ambientes de produção.

Entre os benefícios evidentes estão o ganho de velocidade, suficiente para atender a aplicações intensivas em dados, e a redução de custos com hardware. Isso é possível graças à eliminação da necessidade de gateways dedicados e das horas de engenharia requeridas para sua configuração e integração à infraestrutura Ethernet upstream.

No entanto, a implementação da Ethernet-APL deve ser cuidadosamente planejada e estruturada para maximizar os benefícios desse novo padrão.

A Ethernet-APL é uma solução que merece ser seriamente considerada em qualquer novo projeto.

(*) Westcon Instrumentação Industrial  

Fontes:
Ethernet-APL Engineering Guideline, v. 1.14, edição de 19 de setembro de 2022.
Ethernet-APL for Process Automation, Revista eletrônica INTECH, edição de abril 2024.