Bruno Lupetti, Diretor de Tecnologia AS-i da PI Brasil.
Capítulo 02 – Critérios e Conceitos Adotados na Seleção de um sistema Fieldbus
Nos dias de hoje, é possível se deparar com uma diversidade considerável de redes industriais e sistemas fieldbus disponíveis no mercado. Ao selecionar qual sistema a ser utilizado, busca-se sempre a escolha da tecnologia que “melhor atenda a aplicação”, entretanto, quais critérios devem ser considerados para que a definição acima de “melhor atenda a aplicação” seja concretizada?
Neste capitulo poderá ser encontrado um resumo e um checklist de como selecionar um sistema fieldbus com base na resposta de algumas questões pré-definidas e o motivo da Rede AS-i ser considerada uma das melhores soluções para comunicação industrial no nível de campo.
Até pouco tempo atrás o conceito de pirâmide de automação era dado como premissa básica para composição de sistemas fieldbus. Todavia, com o desenvolvimento da tecnologia e o surgimento dos “componentes inteligentes”, cada vez mais será possível encontrar informações sobre a “Indústria 4.0 – quarta revolução industrial” e a “Internet das Coisas”, novos conceitos que, tendo em vista a evolução da comunicação industrial e a conectividade entre componentes, deverão alterar alguns paradigmas, principalmente sobre a forma de se observar os sistemas. De qualquer forma, tomando como base o que a humanidade já adota como padrão, é possível observar a existência de diferentes sistemas que buscam sanar diferentes necessidades.
Figura 1 – Mudança de Paradigma da Automação: Pirâmide vs Internet das Coisas.
Uma vez sendo conhecida a posição em que está situada a aplicação dentro da pirâmide da automação, torna-se mais fácil a análise e escolha de quais sistemas fieldbus são mais indicados, tendo em vista a necessidade de maior ou menor capacidade de dados, tempo de resposta, taxa de comunicação e diversidade de dispositivos.
Outro aspecto que pode levar à escolha de um sistema fieldbus em detrimento de outro é a topologia ou estrutura da rede e as possibilidades de cabeamento. Dependendo da flexibilidade que a aplicação demanda no que diz respeito à quantidade e posição dos dispositivos, bem como o painel de controle, esta interligação/conexão entre todos os elementos pode não ser possível em alguns sistemas fieldbus.
Abaixo podem ser observadas as principais estruturas utilizadas ao longo do tempo:
- Topologia em estrela;
- Topologia em anel;
- Topologia mesh;
- Topologia linear;
- Topologia árvore.
Figura 2 – Exemplos ilustrativos de topologias.
As condições do ambiente, processos que exijam limpeza (jatos de água pressurizados) bem como aplicações em atmosferas explosivas, devem ser levadas em consideração no momento de escolha do sistema fieldbus. Principalmente no nível de campo onde existem os elementos básicos como sensores e atuadores, a necessidade de soluções de interligação destes elementos na rede industrial, na maioria dos casos, demanda graus de proteção elevados, desde IP54 a soluções IP69K.
Aspectos adicionais que trancendem as características técnicas tais como custos de instalação, interoperabilidade, custos do componentes e necessidade de qualificação profissional para operar, configurar e manter o sistema fieldbus, com frequência influênciam na tomada de decisão sobre qual tecnologia adotar.
Em resumo, consolidando todos os aspectos mais relevantes abordados acima e outros aspectos de nível mais técnico, é possível conceber o checklist abaixo e relacionar os benefícios que a rede AS-i pode trazer quando em aplicações no nível de campo que demandam grande necessidade por flexibilidade, redução do tempo de instalação, diagnóstico e interoperabilidade com diversos componentes:
| Características | Rede AS-i |
| Aspectos Gerais | |
| Sistema Aberto | Sim |
| Interoperabilidade | Sim |
| Padrão Internacional | EN 50295; IEC 62026 |
| Nível na comunicação industrial | Campo – Sensores e Atuadores |
| Topologia | |
| Número máximo de participantes | 62 escravos por mestre |
| Máxima distância entre Mestre e Escravo | 100m; |
| 300m (utilizando repetidores) | |
| Máxima distância entre Escravo e Escravo | 100m; |
| 500m (utilizando repetidores) | |
| Estrutura de redes permitidas | Estrela, Árvore, Linear, Anel |
| Cabeamento de Comunicação | |
| Número de condutores para alimentação e dados | 2 (cabo amarelo) |
| Máxima fonte de alimentação para o sistema fieldbus | 24V DC, 8A |
| Tipo de cabo | par trançado-não |
| sem shield | |
| sem terminação | |
| Fonte de alimentação auxiliar | sim, via cabo chato preto |
| Condições do Ambiente | |
| Temperatura de operação (produtos standard) | -25°C…+70°C |
| Grau de proteção máximo | IP69K |
| Emissão EMC | até classe 8 |
| Comunicação | |
| Padrão | Mestre-Escravo, pooling cíclico |
| Taxa total de transmissão de dados | 167kbits/s |
| Tempo de resposta e Confiabilidade | |
| Atraso médio de input | 2,7ms (5,4ms) |
| Tolerância máxima de atraso de input | ±2,5ms (5ms) |
| Taxa de perda de dados (pi = 10-4) | <4*10-3 |
| Probabilidade de erro residual (pi = 10-4) | <10-4 |
| Segurança | |
| Transmissão de sinais safety | Sim; AS-i Safety at Work |
| Segurança elétrica | PELV (proteção de extra baixa tensão) |
Tabela 1 – Checklist para seleção de sistema Fieldbus (Informações sobre rede AS-i).
No capítulo seguinte será aprofundado no que diz respeito à tecnologia AS-i em si, formas de comunicação, sistemas de transmissão de dados, escravos, mestres, camada física, benefícios e limitações.
Fontes e material de apoio/consulta:
- AS-Interface – The Automation Solution (publicação de AS-International Association 2002). Autores: Rolf Becker, Dr. Bernhard Müller, Dr. Andreas Schiff, Tilman Schinke, Heinz Walker.
- http://www.as-interface.net/as-international
- http://www.sensing.net/asi-solutions
