Rádio em vez de Cabo na Comunicação Industrial: menor custo por mais eficiência

Rádio em vez de Cabo na Comunicação Industrial: menor custo por mais eficiência
Desde há 35 anos, a Schildknecht AG é fabricante de sistemas de rádio industrial. O core-business do seu negócio é fornecer comunicações de rádio seguras e robustas, que podem ser encontradas nas mais variadas aplicações, tais como na operação de guindastes, ou nas indústrias da água, cimento ou papel, em ferramentas de elevação, em elevadores e teleféricos ou em veículos guiados autonomamente.
Para atender a indústrias e desafios de tal exigência, a Schildknecht teria que desenvolver um produto de inegável eficiência e fiabilidade: num mundo habituado à “segurança e robustez” da comunicação por cabo, a chegada de um produto wireless tinha necessariamente que enfrentar um período alargado de grande resistência por parte do mercado e, cada falha que ocorresse, poderia adiar por mais alguns anos a sua adoção. Não bastava ter um produto mais barato e igualmente ou ainda mais eficiente: era imperioso demonstrá-lo ao mercado.
Foi com esta situação em mente que a empresa desenvolveu, desde 1993, a família de produtos DATAEAGLE para aplicações de rádio industriais que aplicam tecnologias de rádio disponíveis, como Bluetooth ou WLAN.
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Estas soluções exclusivas para PROFIBUS e PROFINET sem fios são registadas por patente e também oferecem certificação ATEX sem fio e à prova de explosão PROFIsafe. Como fabricantes de sistemas para manutenção remota, telemetria e M2M, a Schildknecht – conjuntamente com a IndustrialSYS em Portugal – projeta modelos de negócios individuais no contexto da IoT e Indústria 4.0 com os clientes e para os clientes.
Rádio versus Cabo

O Estado da Arte

Atualmente, são já vários os modelos de rádio DATAEAGLE no mercado, com as classes de proteção IP20 e IP65, bem como configurações opcionais e funções de diagnóstico, tais como o DATAEAGLE Compact, adequado para instalação em armários de controlo. Devido ao seu design compacto, as necessidades ao nível de espaço são muito reduzidas.
O DATAEAGLE Classic, também indicado para a instalação em armários de controlo. O visor e o painel de controlo integrados permitem opções de configuração e diagnóstico.

O DATAEAGLE X-Treme, adequado para instalações no interior e exterior. A sua inegável robustez permite-lhe operar em condições envolventes extremamente adversas.

Transmissão de Informação PROFIBUS e PROFINET

Os DATAEAGLE 3000 e 4000 foram desenvolvidos especialmente para transmissões transparentes de PROFIBUS DP e PROFINET IO, respetivamente, utilizando variadas tecnologias de rádio. Todos os dispositivos com interface PROFIBUS DP ou PROFINET IO podem ser operados via rádio com o DATAEAGLE.

– A tecnologia de filtro patenteada permite uma alta fiabilidade e uma ligação via rádio “fail-safe”.
– Detém um modo PROFISafe para todos os dispositivos com PROFIBUS DP e PROFINET IO.
– Tecnologia “Plug and Play”.
– Alcance de até 3 km, dependendo da tecnologia rádio e condições envolventes.
– Velocidade de transmissão até 1.5Mbit/segundo.

Pode obter mais informação sobre os produtos DataEagle aqui.

Caso o sinal esteja ausente por um intervalo de tempo de 500 ms, é imediatamente interpretado como uma paragem de emergência, e a cabine é automaticamente interrompida. A função de pré-processamento DATAEAGLE foi definida para 600 ms e, portanto, subordinada à função PROFIsafe. Este filtro de tempo ajustável evita paragens de emergência no trajeto, que podem ser causadas por interferência externa e comunicação de rádio interrompida.

Ligação por cabo – Funcionalidade

Ligação convencional por cabo
Os pacotes de dados são enviados entre o PLC e os Módulos de I/O. As comunicações na máquina, entre o PLC, sensores e atuadores, são efetuadas com sistemas fieldbus padronizados, como o PROFIBUS DP, PROFINET IO ou CAN. Normalmente, todos os telegramas de milissegundos são trocados através do fieldbus.
Quantos metros de cabo?
Na maioria das vezes, existe mais de um módulo I/O conectado ao PLC na máquina. Além disso, as máquinas móveis exigem muito de uma conexão a cabo ou até, por vezes, impossibilitam a utilização de cabos.
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Sistema de transmissão de rádio – princípios

Tempo de resposta via Rádio – dentro da tolerância
As transmissões fieldbus podem ser realizadas com um link de rádio usando padrões sem fio, como WLAN ou Bluetooth, substituindo o cabo por dois módulos de rádio. O tempo de resposta predefinido, normalmente entre os 16 ms e os 128 ms, deve ser mantido para funcionar sem problemas e sem falhas.
Tempo de resposta via Rádio – tolerância excedida
Se o tempo de resposta for excedido (por ex. causada por uma interferência de rádio proveniente do ambiente envolvente), os pacotes de dados serão perdidos e o PLC e o Módulo I/O irão ser dirigidos para a condição de erro de barramento. Isto pode levar a interrupções demoradas da máquina e paragens na aplicação, por exemplo, um teleférico pode parar por 2 a 3 horas.
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Transmissão Wireless sem DATAEAGLE

Sistemas de Rádio convencionais sem pré-processamento de dados
Transmissão de Pacotes de Dados 1:1
Os sistemas de rádio convencionais transmitem pacotes de dados sem pré-processar ou analisar o conteúdo. A consequência deste processo é o facto de todo o pacote de dados tem de ser transmitido. Isto leva facilmente a sobrecargas na ligação de rádio.
Processamento de Pacotes de Dados 1:1
Pacotes de dados perdidos, corrompidos ou atrasados, causados por sobrecarga ou interferência de transmissão, levam a erros de fieldbus e tempos de inatividade da máquina. O PLC é capaz de enviar novos pacotes de dados a cada 16 – 128 ms e o módulo I/O processa ao mesmo ritmo.
Transmissão sem DATAEAGLE

Transmissão Wireless com DATAEAGLE

Transmissão de Dados
O sistema de rádio inteligente DATAEAGLE efetua um pré-processamento dos dados no próprio módulo. Os algoritmos patenteados verificam o conteúdo dos dados, os timestamps e a redundância e analisam os dados em pequenos blocos de informação e, se necessário, armazenam-nos temporariamente. A interface fieldbus e a temporização da transmissão sem fio são separadas, com o objetivo de obter uma operação sem erros. A cada milissegundo um novo pacote de dados pode ser processado.
Processamento de Dados
O objetivo do pré-processamento de dados é atingir 100% de disponibilidade das máquinas e instalações. Devido a este processo, telegramas perdidos ou corrompidos são reconstruídos, além disso, pacotes em delay são substituídos e validados. Como resultado, a capacidade em tempo real é melhor que nos sistemas de rádio convencionais. Além disso, falhas no sistema causadas por interferências podem ser prevenidas e evitadas.
Transmissão de dados com DATAEAGLE

Wireless inteligente

Pré-Processamento e Armazenamento Temporário de Telegramas
O objetivo do pré-processamento é ocupar o menos possível o canal wireless e desacoplar a interface do cabo da rede wireless. Todos os telegramas PROFIBUS e PROFINET, ordenados de acordo com os participantes do fieldbus da ligação de rádio, são armazenados temporariamente numa base de dados e o conteúdo e os atributos são analisados. Este pré-processamento permite altas taxas de dados PROFIBUS de até 1,5 Mbit sem alterar a configuração do PROFIBUS e utilizar os padrões de transmissão wireless standard.
Configuração e monitorização do Filter Time
Dentro de um Filter Time ajustável, é possível manter a comunicação PROFIBUS, mesmo no caso de interferências de transmissão curtas. Isto ajuda a evitar erros de barramento e, consequentemente, paragens do sistema. Falhas mais longas da ligação wireless, de qualquer forma, são reconhecidas e passadas para o PLC. Neste caso, o controlo reage como se registasse um cabo defeituoso e ativa todas as funções de segurança necessárias. O Filter Time pode ser ajustado entre 20 ms e 20 s.
Firewall Inteligente
O dispositivo master do fieldbus transfere dados cíclicos (tempo de ciclo inferior a 1 ms, a uma velocidade PROFIBUS de 1,5 Mbit/s) para as slaves, embora o conteúdo dos pacotes de dados permaneça o mesmo. Estes telegramas PROFIBUS ou PROFINET são reconhecidos como tal e filtrados para reduzir o tráfego na ligação de rádio. Apenas os telegramas em mudança são transmitidos e enviados através da ligação. Aqui, o tempo de atualização após a ligação é de cerca de 20 ms.
Wireless Inteligente
Menor custo de instalação e manutenção, a mesa eficiência e fiabilidade comparativamente aos sistemas tradicionais de cablagem. Os sistemas de comunicação via rádio são cada vez mais “a solução” para indústrias competitivas, modernas e com um grau máximo de exigência, onde a aplicação deste tipo de tecnologias se enquadra e justifica, seja pelo ambiente envolvente, grau de exigência ou outro fator.
Para obter mais informações acerca desta tecnologia, contacte-nos através do email info@industrialsys.pt ou do telefone +351 967 161 605.