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COMUNICAÇÃO WIRELESS EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL INTRODUÇÃO
WIRELESS INDUSTRIAL
A transmissão de informação é a chave dos actuais e futuros modelos de negócio. Esta constatação também é válida para sistemas de fabrico, cuja troca de informação não é apenas horizontal mas também entre diferentes níveis da cadeia de valor. Por exemplo, é cada vez mais importante transferir informação entre o processo produtivo e os sistemas de gestão de fábrica de um modo contínuo e automático. A satisfação deste objectivo é garantido pela utilização de protocolos de comunicação industrial, tendo-se nestes últimos anos destacado a Ethernet com adaptação ao ambiente industrial. Tem-se vindo a observar que o protocolo Ethernet se apoia na fibra óptica e na transmissão via wireless. Este artigo apresenta metodologias de comunicação em sistemas de fabrico, com especial foco nas redes de comunicação wireless.
As redes wireless são caracterizadas por terem um elevado grau de flexibilidade e reduzido custo de instalação e operação. Um único ponto de acesso pode fornecer acesso à rede de comunicação a vários equipamentos sem necessidade de cablagem ou equipamentos extra (router, switch, entre outros). No meio industrial este protocolo de comunicação é bastante útil quando existem células de controlo distribuído, em que exista necessidade de comunicação entre elas. Devido a estas vantagens, as redes de comunicação wireless têm vindo a ser largamente utilizadas nas seguintes áreas: - Automação e controle de processos; - Comunicação entre máquinas; - Alimentação e bebidas; - Logística e armazenamento; - Transportes; - Sistemas elevatórios.
COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL As redes de comunicação industrial surgiram devido à necessidade de distribuir os equipamentos (sensores, actuadores e controladores) pelo sistema de fabrico. Esta filosofia foi alargada à utilização entre diversos tipos de equipamento e sistemas de controlo, tendo-se tornado essencial para alcançar o aumento de eficiência, flexibilidade e confiança dos sistemas produtivos. Os sistemas de transmissão de dados começaram de forma bastante simples, no entanto a necessidade de protocolos mais robustos e fiáveis levaram ao desenvolvimento de protocolos mais complexos. No início era comum o desenvolvimento de redes de comunicação proprietárias e adaptadas à utilização de arquitecturas de controlo de apenas um fabricante. No início da década de 90 começou a existir uma padronização dos protocolos de comunicação, pelo que se está a reduzir o numero de redes no mercado (com o desuso das redes proprietárias) e a concentrar a utilização em redes abertas. De notar que a padronização de uma rede é forte, consoante o número de fabricantes que a adoptam. Um ambiente industrial é geralmente, hostil, de forma que os dispositivos e equipamentos pertencentes a uma rede industrial devem ser fiáveis, rápidos e robustos. Devido à necessidade crescente de interligação entre a camada de fabrico e a camada de gestão empresarial, estão-se a destacar as redes de comunicação baseadas em Ethernet como meio de transmissão. As vantagens apresentadas são: - Rede virtualmente existente em todos os novos equipamentos informáticos; - Rede com equipamento barato; - Rede largamente testada; - Rede com melhorias permanentes de velocidade. Esta tendência é igualmente válida na comunicação entre dispositivos de campo. A utilização da Ethernet permitiu a criação de redes locais de comunicação, também conhecidas como LAN (do inglês “Local Area Network”). Esta rede tem a vantagem de especificar os mecanismos de interligação entre redes, podendo facilmente existir duas redes independentes com a capacidade de transmitir dados entre elas (como por exemplo, a Internet).
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Embora se possa utilizar comunicação sem fios em diversas situações, existem casos típicos: - Módulos de comunicação com objectos móveis, como por exemplo, veículos automáticos ou partes móveis de máquinas; - Transmissão de informação em longas distâncias; - Ambientes altamente dinâmicos. A inclusão destas redes nos sistemas de fabrico tendem a crescer com o aumento do custo do cabo e da mão de obra, no entanto existem potenciais problemas a resolver, nomeadamente: - Interferências devido ao ambiente altamente preenchido; - Garantia de transmissão de dados; - Determinismo na comunicação; - Problemas de segurança. O alcance e estabilidade do sinal de comunicação também é importante. Existem vários protocolos de comunicação e o alcance depende do protocolo, pelo que a correcta escolha está sempre dependente da aplicação. A Acontrol tem uma vasta experiência na incorporação de tecnologia de comunicação wireless em processos industriais, mitigando os problemas identificados em fase de projecto.
CASO DE ESTUDO A Acontrol já utilizou comunicação wireless em partes móveis de máquinas e na interligação de sistemas de controlo distribuído em processos industriais. Iremos apresentar um exemplo cuja utilização de comunicação wireless teve um resultado muito positivos e resultou num cliente plenamente satisfeito. No processo de fabrico de cimento existe a necessidade actual de préhomogeneizar as matérias-primas extraídas da pedreira. Pretende-se obter uma mistura homogénea cuja composição química corresponda à procurada, para que a obtenção do produto final necessite do mínimo de correcções possível. O processo de homogeneização não será aqui
pode ser minorado através da introdução de passwords e criptografia na transmissão de dados.
CASO DE ESTUDO
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Um exemplo de grande sucesso desenvolvido pela Acontrol foi a criação de estações de dosagem de produtos químicos no processo de pasta de papel. Esta aplicação foi pedida por um cliente que controla estações de dosagem em processos em toda a região ibérica. A injecção de produto é dependente do estado das várias fases do processo de fabrico, e tem ainda a especificidade de se pretender dosear a mínima quantidade por tonelada produzida. Devido ao complexo processo de fabrico da pasta de papel é necessário uma constante monitorização de variáveis do processo e colocação de novos setpoints de quantidade de produto, tal como os operadores o fariam. Devido à impossibilidade de colocar uma equipa de operadores em cada central de produção, pensou-se numa resposta tecnológica ao problema. Começou-se por desenvolver uma estação de dosagem de produto constituído por tanque, bombas, autómato industrial, dispositivo de acesso por GSM/GPRS e aparelhagem de protecção eléctrica. Todos os equipamentos estão protegidos do ambiente industrial corrosivo dentro de um quadro de protecção elevada. O controlo automático de dosagem é executada através de 2 variáveis: (i) quantidade de pasta a produzir em cada momento e (ii) setpoint dependente de variáveis do processo (sujidade, matéria orgânica, entre outros). A primeira variável é retirada automaticamente do processo,
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enquanto a segunda é estabelecida pelos nossos clientes após a análise dos parâmetro das variáveis. Como será de esperar é inviável a deslocação recorrente aos centros de produção para introdução dos novos setpoints, pelo que se criou uma página web onde os novos setpoints são colocados (os valores das variáveis para estudo são enviadas pela fábrica por email). Esta solução tem uma grande vantagem económica para o cliente, para além de aumentar o tempo disponível para contactar com novos clientes, e angariar novos conhecimentos para melhor satisfazer e responder às solicitações dos mesmos. Concluindo, este sistema permitiu ao nosso cliente: - Controlo automático do processo; - Notificação de eventos ou incidentes, através de email ou SMS; - Gestão e acesso remoto ao sistema de controlo a qualquer momento; - Promoção da proactividade, permitindo corrigir variações nos parâmetros que influenciam a qualidade do serviço; - Melhor conhecimento do processo, através de informação em tempo real; - Melhor precisão no diagnóstico de avarias; - Monitorização de tendências de produção; - Redução do custo de manutenção; - Redução do número de incidentes/alarmes. No entanto este sistema poderá ser alargado a outras áreas como monitorização de variáveis ambientais ou controlo de abastecimentos.