Redes Wireless - Aplicações Industriais 1

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Olá amigos...

Neste post será apresentada uma aplicação prática para uma rede wireless industrial, mais especificamente no segmento de mineração/siderurgia.

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e se quiser discutir um pouco mais este assunto, use o nosso grupo de discussões.

Vamos nessa....

O processo

Dentro do processo de extração e beneficiamento de minérios, existe um equipamento interessante que nos servirá de base para citar um exemplo de aplicação de um sistema wireless na indústria. Este equipamento é uma empilhadeira de minério, também conhecida pelo seu nome em inglês, stacker. A Figura 1 mostra um exemplo de uma empilhadeira de minério.

Figura 1 - Vista de uma empilhadeira de minério (imagem disponível no site da Takraf)

Esta máquina tem a função de receber o minério transportado por uma correia e formar uma "pilha" deste minério, seja para fins de estocagem do material, para secagem ou para homogeneização do mesmo. Este material empilhado será removido posteriormente com uma retomadora ou reclaimer, que é uma outra máquina do mesmo porte de uma empilhadeira. A Figura 2 mostra um exemplo de uma retomadora.

Figura 2 - Vista de uma retomadora em operação (Imagem disponível neste site)

Uma das características de uma empilhadeira de minério que indica a necessidade de aplicação de um sistema wireless é que se trata de uma máquina móvel, com percursos entre 100 metros a 1 quilômetro, geralmente.

Um detalhe importante a respeito desta máquina é que ela é alimentada eletricamente e, por ser móvel, conta com um aparato para enrolar e desenrolar o cabo de alimentação, de acordo com o movimento desta máquina. Um dispositivo enrolador de cabos é mostrado na Figura 3.

Figura 3 - Enrolador de cabos (imagem disponivel neste site)

Como existem máquinas deste tipo operando há mais de 20 anos, algumas delas não são providas nem de equipamentos modernos de automação, tais como PLCs. É claro que são minorias, mas em particular, já visitei pelo menos umas 10 máquinas deste tipo com automação feita completamente por painel de relés. É emocionante ver uma máquina tão grande operando com isso, mas não gostaria de estar perto quando desse algum problema, hehe.

Intertravamento entre correias

Uma das coisas mais importantes nestas máquinas é a questão das correias de transporte do minerio. Em uma empilhadeira, o minério é levado até a máquina através de uma correia transportadora. Na máquina, esta correia despeja o material em uma espécie de funil. O termo técnico para designar este equipamento é shoot ou hopper, porém, é comum o pessoal de campo chamá-lo de "chute".

Figura 4 - Vista das correias e do shoot de uma empilhadeira de minério
(imagem original disponível neste site)

É importante salientar que as correias mostradas na Figura 4 são controladas por PLCs diferentes, ou seja, a correia da máquina é controlada pelo PLC da empilhadeira e a correia do pátio é controlada por um outro PLC, que chamaremos de PLC do pátio, mesmo porque o motor que aciona esta correia não fica na máquina.

Também é possível perceber pela Figura 4 que existe a necessidade de um intertravamento (ou interlock) entre a correia do pátio e a correia da máquina. Neste caso, a correia do pátio não pode continuar funcionando se a correia da máquina parar, pois se existir material sendo transportato, o shoot irá entupir devido ao fato da correia da máquina estar parada e não retirar o material do shoot.

Em alguns casos, este intertravamento é realizado através de um meio físico (geralmente cabo de controle ou fibra óptica) entre os dois PLCs ou painéis de controle (pátio e máquina), e para viabilizar esta interligação, é necessário um outro enrolador para este cabo de controle ou fibra ótica.

Um fator agravante na utilização de um meio físico (fibra ou cabo) para este intertravamento é que a constante movimentação deste cabo ou fibra através do enrolador de cabo pode ocasionar o seu rompimento o que resulta em parada na operação.

A Figura 5 mostra a configuração de um sistema para interlock entre os sistemas de controle de uma máquina e do pátio.

Figura 5 - Exemplo de sistema de interlock via fibra ótica ou cabo.

No caso do interlock via cabo, se houver o rompimento do cabo, o PLC do pátio não terá como interpretar se houve a parada da correia da máquina ou se houve a interrupção do cabo. 

Já no caso do interlock via fibra ótica (que na verdade é o meio físico de alguma rede, como Ethernet ou Profibus, por exemplo), é possível implementar uma estratégia na programação dos PLCs de maneira que seja possível saber quando a fibra se rompeu (falha de comunicação) ou efetivamente a correia da máquina parou de funcionar por algum outro motivo (sobrecarga no motor, emergência pressionada, etc.).

Interlock via sistema wireless

Assim, a instalação de um sistema wireless para esta aplicação se torna uma alternativa muito interessante em relação à utilização de cabos, pois possibilita algumas vantagens, tais como:

• Custos e complexidade de instalação reduzidos.
• Custo de manutenção reduzido.
• Aumento da disponibilidade do sistema através de enlaces wireless redundantes.

A Figura 6 mostra a topologia de um sistema de intertravamento via sistema wireless.

Figura 6 - Topologia de um sistema de interlock via rádio.

É comum a prática de se estabelecer uma rotina de comunicação que possa detectar a falha do sistema wireless. Geralmente se utiliza uma técnica denominada de watchdog, que se resume a gerar algum tipo de sinal em um PLC (um contador de 0-100, incrementado a cada 1 segundo, ou um bit pulsante, por exemplo) que é enviado via sistema wireless para o outro PLC, que verifica se este sinal está ativo durante um tempo (contador variando ou bit pulsando). Qualquer falha neste sinal pode representar uma tomada de ação, no caso, o PLC do pátio poderia mandar parar a correia do pátio em caso de falha, para evitar o entupimento do shoot da máquina.

Recomendações importantes

Por fim, é sensato recomendar que para a implementação de um sistema wireless como o deste exemplo, são necessários alguns passos:

1. Execução de um site survey para verificar:
1. Características do local.
2. Existência de outros sistemas wireless.
3. Qual frequência ou faixa utilizar.
4. Qual tecnologia utilizar.
5. Dimensionamento do sistema irradiante (cabos de RF e antenas)
2. Estabelecer uma rotina estruturada no software dos PLCs para verificação de falhas, evitando indicações falsas e até mesmo gerar paradas desnecessárias do sistema.
3. Manter equipe de manutenção treinada para efetuar inspeções periódicas e manutenções corretivas

Até o próximo post!