Caminhando de forma segura em direcção à conectividade de campo do IIOT

A Internet Industrial das Coisas (IIOT) está-se convertendo rapidamente na pedra angular da automação. Apesar de que os progressos do IIOT numa grande quantidade de indústrias se realizem a todo o vapor – dirigindo novas capacidades para conseguir informação e mudando a forma com a qual interagimos com máquinas e serviços – nem sempre é uma viagem sem percalços. Há pedras no caminho para a implementação do IIOT.

Redes heterogéneas, diferentes protocolos e múltiplos dispositivos fazem do IIOT algo complexo e fragmentado. Muitas vezes, gerir redes heterogéneas em campo leva os operadores de sistemas a um ponto de frustração e agonia, visto que conseguir conectar as “coisas” à Internet é mais fácil de dizer do que de fazer. O truque está em juntar todas as peças de forma a que a sua estratégia de IIoT possa promover as suas operações.

Relativamente ao propósito deste artigo, o nosso objectivo é dar-lhe conselhos em primeira mão para facilitar o seu primeiro passo até à conectividade de campo do IIOT. Por tanto, estudamos o problema desde dentro de forma a assinalar os pontos-chave que necessita comprovar no momento em que der o seu primeiro passo até ao IIOT.

Gerir redes heterogéneas a nível de campo

Recolher dados de dispositivos de campos em aplicações de automação industrial sempre foi importante. Ainda que introduzir dados numa rede suponha um grande desafio, tem também um grande potencial para a análise de dados. Podem-se utilizar dados de temperatura, velocidade do motor, estado activo/inactivo e gravação em vídeo para obter novos conhecimentos que nos ajudem em futuras operações de restruturação e afinação – incrementando a competitividade. Por exemplo, pode determinar como optimizar o uso da energia, o rendimento da linha de produção e inclusive quando realizar manutenção preventiva para reduzir o tempo em modo desligado. Contudo, estes dispositivos falam habitualmente em diferentes línguas: alguns utilizam protocolos proprietários, enquanto que os outros utilizam padrões abertos. Em qualquer caso, será necessário encontrar uma forma eficiente de converter um ou mais protocolos.

Obviamente que poupar dinheiro e tempo sempre é algo a ter em conta. Assim que o melhor é abordar o problema da interoperatividade de uma das seguintes três formas. As suas necessidades deveriam determinar a solução mais adequada para a sua operação.

Escolher os protocolos adequados

Utilizam-se protocolos diferentes em vários dispositivos de campo. Por exemplo, o protocolo Modbus RTU/ASCII é simples, fácil de utilizar e eficaz em custos. Se necessita unicamente de recolher dados a cada poucos segundos ou mais, então Modbus é mais que suficiente para realizar a tarefa. Mas se preferir intercambiar dados a cada 10 milisegundos, então PROFIBUS será a melhor solução. É mais caro de implementar, mas é extremamente preciso em aplicações de controlo de tempo. Como agora a Ethernet está bem estabelecida em aplicações de automação, os protocolos baseados na mesma estão sendo utilizados com mais frequência em campo. A maioria dos protocolos baseados na Ethernet são padrões abertos, como Modbus/TCP, Profinet, OPC UA em automatização ou ONVIF em vídeo. Quando criar um novo sistema ou melhorar um existente, certifique-se de que os seus dispositivos de campo suportam protocolos de padrão aberto para que possam interagir com dispositivos de outros fabricantes.

Integrar diferentes protocolos e meios de transmissão de forma efectiva

Em campo, a rede inteira está separada entre uma camada de campo, camada de controlo e camada de supervisão. Cada camada tem um tempo de resposta diferente e lida com os seus próprios factores ambientais. Não é necessário referir que pode encontrar uma grande quantidade de protocolos que cumpram com os requisitos para cada uma das três camadas já mencionadas. Após eleger o protocolo adequado, o seguinte passo é obter informação útil destes dispositivos com diferentes protocolos. Um protocolo de saída é normalmente a melhor solução para este tipo de integração. Por exemplo, pode converter um protocolo de camada de campo (Modbus RTU master) num protocolo de camada de controlo (como Ethernet/IP o PROFINET PLC) (MGate Series).

Para cumprir com os requisitos de ambiente industrial, podem utilizar-se diferentes formas de transmissão de informação para construir sistemas de comunicações mais fiáveis. Como por exemplo, um cabo de fibra óptica utiliza-se para comunicações Modbus RTU porque pode estender-se por uma grande distância. Em casos de ruído electromagnético excessivo, um cabo de fibra óptica também é a melhor opção. Assim que quando planifica o seu sistema, é muito importante certificar-se de que os vendedores podem oferecer uma solução fácil de manipular no que se refere a qualquer problema de comunicações. Isto inclui as diferentes interfaces de dispositivos (RS-232/RS-485, E/S remotas), diferentes interfaces de rede (fibra óptica, Ethernet, sem fios) e suporte para diferentes protocolos (fieldbus, DPC UA, ONVIF). Lembre-se: Uma solução completa pode poupar um tempo muito valioso durante a fase de integração do sistema.

Gerir protocolos proprietários

Já falámos consideravelmente acerca dos protocolos padrão. Mesmo assim, uma grande quantidade de dispositivos existentes, desde medidores de potência até leitores de códigos de barras, usa protocolos proprietários que operam através uma interface série. No entanto, por alguma razão, o Modbus RTU ou DF1, que são muito populares no mercado de dispositivos série, não se utilizam. Para conectar estes dispositivos a uma rede Ethernet, pode usar um conversor Serie-Ethernet (NPort Series), o qual, no mundo da indústria, se designa como servidor de dispositivo serie. Suportam-se duas interfaces: uma interface série num extremo e uma interface Ethernet no outro. Os dispositivos série suportam portas COM virtuais que trabalham como portas COM tradicionais no seu sistema SCADA, permitindo-lhe utilizar o sistema SCADA existente sem nenhum tipo de renovação. Os servidores de dispositivo série suportam também o conhecido modo socket raw (conexão pura) que converte dados em formato série em paquetes TCP ou UDP de forma transparente. A maioria dos servidores SCADA e OPC suportam drivers e bibliotecas para trabalhar com servidores de dispositivos série de forma a receber protocolos proprietários. Contudo, deve gerir o protocolo de forma manual como antes, mas os servidores de dispositivo série podem ajudá-lo a transmitir os dados a uma rede Ethernet.