Com a evolução da Indústria 4.0 (também conhecida como “fábrica inteligente”), a tecnologia digital tornou-se uma prioridade para a indústria manufatureira nas últimas décadas. Essa mudança oferece visibilidade e conectividade aprimoradas entre os sensores no chão de fábrica e o backbone da fábrica, permitindo que os dados se movam em alta velocidade e estejam disponíveis onde for necessário para serviços de valor agregado, como análise de dados.
Nesses tipos de sistemas altamente automatizados, a comunicação em tempo real é essencial e às vezes vital. Imagine um carro autônomo hesitando em frear para um pedestre em seu caminho ou robôs em uma linha de montagem recebendo instruções atrasadas do computador que está sincronizando seus movimentos.
Várias tecnologias de comunicação em tempo real, incluindo EtherCAT, PROFINET IRT e Sercos III, são usadas para garantir comunicações oportunas. No entanto, eles também têm problemas de compatibilidade e oferecem suporte limitado (se houver) para alavancar diretamente aprimoramentos contínuos e futuros de tecnologia Ethernet IEEE 802 básica, como maior largura de banda.
Mas, o que é TSN?
As Redes TSN (Time-Sensitive Networking) ou Redes Sensíveis ao Tempo, compreendem um conjunto de padrões do IEEE 802 que definem mecanismos para a transmissão de dados sensível ao tempo em redes ethernet determinísticas.
Essas redes, permitem a incorporação de Protocolos (OPC-UA, IEC61850, Profinet e outros) e é compatível com o padrão existente, além de permitir a convergência de dados (TO+TI+IIoT) em um único padrão, comunicação em alta velocidade (microssegundos), e também baixa latência, e em tempo real.
Como funciona?
O TSN permite que as redes transmitam tráfego em segundo plano de prioridade mais baixa de uma maneira que não afete o tráfego de tempo crítico.
Um exemplo de tráfego de tempo crítico é usado no controle de malha fechada: os sensores reagem com base nos dados de controle recebidos dos CPs e depois retornam seu feedback para os CPs, fechando o circuito. Ao mesmo tempo, os dados gerados por sensores no nível de campo que não são sensíveis ao tempo são transmitidos na mesma infraestrutura de rede e são agregados na nuvem de automação local e submetidos à análise de big data.
Este processo é a implementação do sensor para a visão em nuvem. As redes de automação começam no sensor que está diretamente conectado ao processo de fabricação primário e, em sua variante mais complexa, terminam em um serviço de infraestrutura em nuvem no backbone da fábrica ou mesmo em uma nuvem remota para otimização ou análise global. As mensagens nessas redes variam em importância: vão desde o tráfego de missão crítica, passando pelo menos urgente, até o tráfego puro em segundo plano. O tráfego de controle de missão crítica é usado para controlar o processo de fabricação e geralmente possui requisitos rigorosos para pontualidade de entrega e robustez. Dados de sensores menos urgentes são usados para analisar e otimizar os processos e geralmente não vêm com requisitos de tempo ou garantia de entrega.
Com o TSN, todos os dados trafegam pela mesma autoestrada da informação com alta prioridade para os dados urgentes. É como uma faixa de veículos de emergência ou uma faixa de ônibus em uma rodovia, exceto que a TSN não reserva faixas de tráfego distintas, porque isso criaria ineficiências quando nenhum tráfego crítico estivesse presente. O TSN direciona o tráfego para maximizar o uso da largura de banda disponível e controla estritamente o acesso ao meio da rede.
Exemplificando como o TSN beneficia Redes de Automação
Devido à sua capacidade de separar o tráfego em redes de automação, o TSN permite a convergência de várias redes pequenas e desconectadas em uma estrutura de rede unificada.
Essa nova rede pode acomodar os requisitos de comunicação em tempo real em uma escala maior, ao mesmo tempo em que oferece os benefícios da convergência de rede: visibilidade de ativos e dados. Isso é verdade para muitos mercados diferentes de redes de automação:
Automação na fábrica
Na automação de fábrica, a convergência de rede permite o controle distribuído em tempo real. Grandes máquinas e vários robôs podem interagir uns com os outros de forma mais precisa e flexível do que antes. As organizações podem habilitar aplicativos, como manutenção preditiva, que exigem a análise de quantidades substanciais de dados de sensores. Uma rede convergente da nuvem para o sensor também permite acesso remoto seguro da Internet ao maquinário de produção para realizar manutenção e outras tarefas remotamente
Automação de Energia
Na automação de energia – por exemplo, em subestações elétricas – o TSN pode ser usado para permitir que dados de missão crítica, como valores amostrados de tensão e corrente, trafeguem pela rede até o equipamento de proteção elétrica. O TSN também pode ser usado para melhorar o desempenho de notificações de eventos importantes, Generic Object-Oriented Substation Events (GOOSE), quando o protocolo GOOSE usa a mesma infraestrutura de rede usada, por exemplo, para dados de sensores ou vigilância de rede por meio de um sistema SCADA.
Aplicativos de transporte
No transporte – por exemplo, em redes de trens – aplicativos de conveniência, como entretenimento de passageiros, podem compartilhar uma rede com outros aplicativos, como informações de passageiros ou funções de controle que não são relevantes para a segurança. Por sua vez, as funções de segurança podem ser combinadas com outras funções de controle menos críticas em redes de controle dedicadas.
Como principais benefícios que o TSN (Time-Sensive Networking) fornece, podemos destacar três principais:
- Comunicação confiável em tempo real e transmissão sem feedback de tráfego crítico e não crítico na mesma rede.
- Largura de banda alta para acomodar a grande quantidade de dados de sensor e de segundo plano que fluem pelas redes de automação que são dimensionadas à medida que a Ethernet se desenvolve.
- Compatibilidade com o dispositivo Ethernet padrão.
- Artigo traduzido e adaptado, redigido originalmente por Oliver Kleineberg, diretor técnico e de segurança industrial/wireless gerente de produto da Belden.
Para informações sobre como utilizar melhor o TSN em sua rede, consulte a Baumier Automation, distribuidora autorizada de soluções para redes de comunicação industriais, Indústria 4.0, cybersecurity e IoT.
A Internet Industrial das Coisas (IIoT) está revolucionando a manufatura e exigindo maior produtividade. À medida que as empresas competem para colocar seus produtos no mercado de forma mais rápida e barata, elas precisam de soluções simples para permitir agilidade em suas operações – tudo em um estalar de dedos.
Sem tempo a perder com orçamentos e mão de obra muitas vezes acima do esperado, os fabricantes de máquinas precisam de produtos fáceis de usar, instalar e manter. Essa necessidade de agilidade e facilidade, está impulsionando uma tendência na automação industrial chamada “plug-and-produce”.
Mas o que isso significa, e como impacta as fábricas inteligentes?
Você provavelmente já deve ter ouvido o termo plug and play. Como o próprio nome sugere, o dispositivo pode simplesmente ser conectado e ligado – e começa a funcionar. Ele traz uma expectativa de facilidade de uso e operação confiável e infalível. A extensão prática dos produtos plug-and-play, quando você os aplica em toda uma instalação industrial, deu lugar ao termo plug-and-produce.
Muitas empresas de rede e conectividade estão desenvolvendo seus produtos para seguir os princípios de plug-and-produce. Com uma nova gama de produtos e soluções potenciais ao seu alcance, os fabricantes de máquinas verão muitos benefícios diretos.
Um desses produtos são os módulos universais de entrada/saída (E/S). Os módulos de E/S universais são essenciais para a construção de redes que operam no novo mundo de plug-and-produce. Isso não apenas facilita a vida dos construtores de máquinas, mas também tem um impacto direto no resultado final. É especialmente valioso para fabricantes de máquinas que enfrentam restrições de espaço e orçamento, ou maiores requisitos de potência e desempenho.
Ok, entendido isso, você deve estar se perguntando – Como a instalação de tais módulos de I/O ou E/S, beneficia minha fábrica?
Se você quiser tornar a visão de plug-and-produce uma realidade, você precisará desses módulos de E/S universais para que isso aconteça, e elencamos 5 razões para que você faça isso:
1- Menos Complexidade - Ele permite o uso de projetos de máquinas atuais ou antigos, ao mesmo tempo em que facilita uma atualização futura. Os módulos de E/S universais não precisam de entradas ou saídas específicas. A capacidade de comprar um módulo com quantas entradas ou saídas você precisar – em vez de ficar restrito às 8 entradas e 8 saídas típicas – significa que você pode adaptar o módulo às suas necessidades, e não o contrário. Além disso, um módulo de E/S pronto para plug-and-produce virá com adaptadores adicionais. Isso permite que os fabricantes de máquinas não apenas comprem módulos com as acomodações de que precisam, mas também mudem o curso e acomodem aplicações variadas sem fazer novos furos de montagem.
2- Inventário aprimorado - Escolher um módulo de E/S universal pode ajudá-lo a estocar menos tipos e variedades de produtos e, por fim, agilizar trabalho com seus fornecedores. Os fabricantes de máquinas podem manter um módulo na prateleira e adaptá-lo para todas as aplicações. O módulo de E/S correto possui mapeamento de bits entre as portas físicas do módulo e a representação lógica. Isso significa que o comprimento do mapeamento pode ser configurado de qualquer maneira necessária para ser intercambiável com qualquer módulo usado na máquina. E, com menos tipos de dispositivos em estoque, menos espaço de armazenamento é necessário para peças de reposição.
3- Uso global - Os módulos de E/S universais devem atender a vários protocolos da indústria para uso global e regional, incluindo PROFINET e EtherNet/IP. Sem esse recurso, os fabricantes de máquinas que atendem vários países diferentes ficam presos, substituindo os módulos de E/S nas máquinas para atender aos requisitos específicos de cada país ou protocolo. Isso envolve inúmeras variantes de produtos e uma ampla e complexa cadeia de fornecedores. Mas com o módulo de E/S certo que atende a muitos protocolos diferentes do setor, a operação global é perfeita.
4- Maior impacto no resultado final - Módulos de E/S mais adaptáveis e fáceis de personalizar significam que seus clientes não precisam gastar tempo e dinheiro treinando a equipe em novos módulos. Com menos peças para treinar, substituições de módulos mais fáceis e menos tempo de inatividade, os fabricantes de máquinas podem ajudar seus clientes a obter maior eficiência geral e economia de custos.
5- Faça mais com menos- juntando todos os benefícios já citados, encontrando os módulos E/S certos para cada aplicação, você poderá simplificar as operações e economizar dinheiro, fazendo mais com menos.
Além disso, a capacidade de usar um módulo para várias aplicações, em vez de comprar novos constantemente para atender às necessidades em evolução, impacta positivamente o resultado final.
Esses benefícios mostram que os módulos de E/S universais são a chave para operar no novo ambiente de construção de máquinas plug-and-produce.
Para quem procura adaptação para uma rede plug-and-produce, a família de módulos E/S da Lumberg Automation que inclui módulos de E/S ativos, hubs de E/S, unidades de controle distribuídas (DCUs), switches Ethernet, conectores e cabos, é uma excelente opção.
Os módulos de E/S da família de dispositivos LioN-Power não apenas oferecem os benefícios que descrevemos, mas também suportam os protocolos PROFINET e EtherNet/IP e diferentes componentes de potência. Sua capacidade multiprotocolo reduz o número de itens de estoque ou peças sobressalentes. No geral, os recursos deste produto o tornam econômico, fácil de manusear e flexível.
Você enfrentou algum desafio para realizar essa adaptação? Onde você está em sua transição para uma infraestrutura plug-and-produce?
Contate o departamento de engenharia de aplicação e vendas da Baumier Automation para maiores informações sobre essa solução que vai gerar melhor rentabilidade para sua fábrica inteligente.
