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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:

1. Comunicação confiável em tempo real e transmissão sem feedback de tráfego crítico e não crítico na mesma rede.
2. 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.
3. 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.