Redes Industriais - Visão Geral

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Nesse post iniciaremos um assunto de uma área muito interessante que é a área de redes industriais. Algo que sempre comento com amigos e por onde passo é que dentro do conjunto de características interessantes para um profissional da área de Automação Industrial, está o conhecimento a respeito de redes, sobretudo
aquelas utilizadas no ambiente industrial.

Este é claramente um diferencial, pois programar um PLC não é uma tarefa muito difícil, especialmente se existe um descritivo funcional bem elaborado do sistema a ser automatizado e se o profissional tem algum conhecimento do equipamento que será programado. Essa habilidade ajudará o profissional a resolver cerca de 30% dos problemas que ocorrem durante um start-up de um sistema automatizado.

Os conhecimentos em elétrica também são muito importantes, pois por muitas vezes já vi ( e também já passei por isso) profissionais quebrando a cabeça revisando a lógica implementada que não estava funcionando, quando na verdade o problema era físico (um sensor ligado errado, um contato invertido ou algo parecido).

Assim, o conhecimento em redes industriais também é muito importante, sobretudo nos tempos atuais em que o sistema de automação não só controla um determinado processo ou equipamento, mas também pode alimentar todo um sistema gerencial de manutenção ou mesmo em relação ao negócio da empresa, com dados de produção, matérias primas consumidas, disponibilidade de equipamento, etc., atualizados em um curto espaço de tempo. Para que isso seja possível, as redes de comunicação são um forte aliado. E nas diversas experiências que tive já vi (e sofri) de tudo, desde ligações erradas a problemas de configuração que impediam a rede de funcionar.

Vamos nessa!

Contexto das redes industriais

Tomemos como base um sistema de automação hipotético onde um PLC comandará um motor através de um inversor de frequência. Esse último também abre espaço para diversos posts de explicações, mas basicamente, é um equipamento que possibilita o controle (acionamento, parada, reversão e variação de velocidade) de um motor de corrente alternada com menores perdas.

Um exemplo de inversor de frequência é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Vista de um inversor de frequência Altivar 61 Schneider
(Fonte: http://www.revistafator.com.br/imagens/fotos/inversor_schneider2)

No sistema em questão, o PLC está interligado a um inversor de frequência através de entradas e saídas digitais e analógicas, da seguinte maneira:

E/S no PLC	E/S no inversor	Função
SDX1 (Saída Digital 1)	ED1 (Entrada Digital 1)	Aciona motor á frente
SDX2 (Saída Digital 2)	ED2 (Entrada Digital 2)	Aciona motor reverso
EDX1 (Entrada Digital 1)	SD1 (Saída Digital 1)	Saída de Alarme Geral
SAX1 (Saída Analógica 1)	EA1 (Entrada Analógica 1)	Referência de velocidade para o motor (4mA=720RPM, 20mA=3600RPM)

Assim, se for necessário acionar o motor à frente com 50% da velocidade, o PLC deverá acionar a saída SDX1 e enviar 12mA pela saída analógica (veja esse post e saiba como fazer a correspondência entre as escalas de mA e RPM).

Se for necessário acionar o motor em reverso com a rotação mínima, o PLC deverá acionar a saída SDX2 (e desligar SDX1, se estiver ligada), e enviar 4mA pela saída analógica. Assim o motor girará a uma velocidade de 720RPM.

Se, por algum motivo, ocorrer uma falha no inversor ou no motor, como por exemplo, o superaquecimento do inversor ou uma sobrecarga no motor, o inversor entrará em modo de falha e desligará a saída SD1, que está ligada à entrada EDX1 do PLC. Assim, o PLC receberá a informação que o inversor está em falha (mas sem saber qual) e poderá alarmar e/ou tomar qualquer outra decisão baseado nessa entrada.

Até aí tudo bem, ok? Mas que relação isso tem com redes? Vamos prosseguir mais um pouco...

O Inversor em questão possui outras entradas e saídas não utilizadas, que são:

E/S do inversor	Função
ED3 (Entrada Digital 3)	Entrada programa para que, se acionada, o inversor desprezará a referência de velocidade recebida do PLC e fixará essa velocidade num valor progamado.
SA1 (Saída analógica 1)	Através dessa saída o inversor poderá informar o valor da corrente no motor (4mA=0A e 20mA=5A)
SD2 (Saída digital 2)	Saída programada para indicar se a velocidade do motor é maior que 3000RPM.

Logo, havendo outras entradas/saídas compatíveis com esses sinais disponíveis no PLC, estes outros sinais poderão ser também integrados ao sistema de automação. E só... Ou seja, se desejarmos saber o torque desenvolvido pelo motor, precisaremos reprogramar a SA1 (Saída Analógica 1) no inversor de frequência para exibir esse valor ao invés da corrente. Se desejarmos saber qual é o motivo do alarme no inversor, será impossível, pois temos um número limitado de saídas digitais e um inversor pode parar por diversos motivos, como: Aquecimento, sobrecorrente, sobretensão, subtensão, falhas na conexão com o motor, sobrecarga no motor, etc.

Assim, a interligação entre um PLC e um Inversor de Frequência (ou qualquer outro dispositivo) através de entradas e saídas (E/S ou I/O) fica limitada ao número de entradas e saídas disponíveis no PLC e/ou Inversor, limitando assim o número de informações que podem ser monitoradas e comandadas.

Por outro lado, se pensarmos em equipamentos complexos, com dezenas de motores comandados por inversores de frequência, imagine a quantidade de cabos de sinal que seriam necessários entre esses inversores e o PLC. Totalizando a quantidade de entradas e saídas necessárias para essa finalidade e considerando o custo dos cartões de I/O para um PLC mais todo o trabalho de interligação, identificação e teste de cada I/O, certamente encontraríamos uma relação custo/benefício não muito interessante.

Se ao invés de I/O fosse utilizada uma rede de comunicação, o cenário mudaria para uma situação mais favorável. No PLC, ao invés de vários cartões de I/O, seria necessário apenas um cartão para controle da comunicação (o PLC seria o Mestre da Rede). Provavelmente o custo de todos os cartões de I/O que seriam usados seriam iguais ou maiores do que o custo de um cartão de rede.

A interligação do PLC com todos os inversores de frequência do sistema seria feita através de um cabo blindado com 2 condutores, por exemplo. Isso simplificaria muito a montagem do sistema.

Cada inversor de frequência deve ter o seu próprio cartão ou interface de comunicação. Esse custo adicional certamente será compensado pela simplicidade das ligações e economia com todos os cabos de I/O antes necessários. Todo um conjunto de cabos foi resumido a dois fios.

E o mais interessante de tudo isso é que agora o volume de informações sobre cada inversor que o PLC tem acesso é muito maior. Por exemplo: pela rede de comunicação o PLC poderá monitorar além do bit de falha, uma palavra de status que indicará o código da falha. Sendo assim, o PLC poderá disparar um alarme no sistema supervisório ou IHM, indicando que o inversor está em falha e por qual motivo. Assim os operadores da planta poderão acionar a manutenção com um foco direcionado, por exemplo: “O inversor ABC está em falha por sobrecarga”. A partir dessa informação a manutenção poderá tomar medidas mais direcionadas para essa falha.

No próximo post entraremos em detalhes sobre as redes... não percam!

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