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Soluções integradas em
automação industrial:
de Cabos a Switches
Ricardo Avena &
Guilherme Normanton
© 2013 Belden Inc. | belden.com | @BeldenInc 2
Industrial IT Q3
Nossa transição: De Fornecedor de Cabos para Fornecedor
Global de Soluções Industriais em Transmissão de Sinais
Belden Business System
Strategy, Culture and Values
2009 2010 2011 201220062005 2007
Industrial
ConnectivityQ2
Industrial IT Q1
Broadcast Q4
Broadcast Q4
Industrial IT Q4
Industrial IT Q3
Broadcast Q1
Broadcast Q4
Broadcast Q3
Communication ProductsIndustrial
ConnectivityQ2
2014
Broadcast Q1
z
Uma infraestrutura de comunicações compreende switches, cabos e conectores.
Os usuários destes componentes devem ter em conta todo o sistema de comunicação
de uma rede para entender onde há maior probabilidade que se produza falhas, assim
como os custos de substituição envolvidos.
Porque o cabo é importante?
Guia de Seleção para Cabos e Patch Cords
5 passos para a escolha adequada dos cabos
z
Produtos para instalação fixa: são adequados para armários, centrais de comando, salas de
telecomunicação, ambientes fechados com incidência limitada de vibrações.
Nestas aplicações a escolha certa são condutores sólidos, com alta durabilidades e oferecem
alta capacidade de largura de banda.
Produtos para instalação semipermanente ou de flexibilidade moderada: são adequados
para áreas de produção e para áreas de trabalho com alta ocorrência de vibrações onde os
cabos estão expostos ao óleo, produtos químicos, ou seja ambientes agressivos. Podem estar
expostos a abrasão, radiação ultravioleta, variações de temperatura e interferencias
eletromagnéticas (EMI e RFI).
Produtos para alta flexibilidade: projetados para uso direto na máquina onde vibração e
temperatura ocorrem de forma muito elevada e necessita também cabos muito resistentes a
tração e torção, além de alta proteção contra umidade (uso com conectores M12 IP67).
Passo 1: Tipo de aplicação
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Passo 2: Velocidades de transmissão requeridas
Taxa de trasmissão de dados Até 100 Mb/s Até 1 Gb/s Até 10 Gb/s
Classe de canal ISO/IEC 11801 Classe D Classe D Classe E
Categoria de cabo recomendada pela Belden Cat 5e (2 pr) Cat 5e (4 pr) Cat 7
Categoria de patch cord recomendade por Belden Cat 5e (2 pr) Cat 5e (4 pr) Cat 6A
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Passo 3: Tipo de capa ou cobertura
Função PVC FRNC (LSZH) TPE PUR
Resistência ao óleo
Resistência à abrasão
Flexão contínua
Características específicas
Uso geral, boa resistência
mecânica
Resistente as chamas,
baixa emissão de fumaça
Excelente para aplicações
de alta flexibilidade,
resistente a óleo e
fluidos de arrefecimento
Excelente resistência à
abrasão, grande
flexibilidade e alta
resistência a solventes
Custos de instalação $ $$ $$$ $$$
Instalação permanente Instalação permanente Alta Flexibilidade Flexibilidade moderada
Flexibilidade moderada Flexibilidade moderada Alta Flexibilidade
Legenda: normal, Bom, Excelente, Extraordinário
Tipo de aplicação
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Passo 4: Com Blindagem ou sem Blindagem
Função Cabo sem Blindagem Cabo com Blindagem
Proteção em ambientes de alto ruído (EMI) Reduzida Alta
Facilidade de instalação Alta Reduzida
Custos de instalação Reduzidos Altos
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Passo 5: Par Colado vs Par Trançado (Par Trançado convencional)
Função Par Colado Par trançado
Desempenho após a dobra, puxões e torções,
inerentes ao processo de instalaçãoAlta Baixa
Estabilidade elétrica Alta Baixa
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Nonbonded-Pair Par Colado
Par convencional Par colado
Par Colado pode ser
manipulado sem
causar perda de
performance causada
pelo espaçamento dos
condutores
A perda da
concentricidade
condutor -a-condutor
causado pelo
afastamento dos fios
A separação causa desvio da impedância resultando em reflexão do sinal,
aumentando o Cross Talk.
Passo 5: Par Colado vs Par Trançado (par trançado convencional)
• Cat 6 compliant – Atenção que CAT6 e CAT6A possuem
condutores 23 AWG
• Instalação simples (não são necessárias ferramentas especiais)
• Indicado para cabeamentos em instalações industriais, edifícios de escritórios e centros de dados.
• Corpo robusto zinco niquelado
• Faixa de temperatura -40⁰C para 70⁰C
• Folha de instruções incluído em cada plugue
• Compatível com tomadas padrão IP20
Não esquecer dos conectores!
Simples instalação - 3 passos
Simples instalação - 3 passos
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Cabos e conectores industriais escolhidos…
…agora só conectar aos switches industriais!
Temperatura e umidade
• Hardware de automação industrial
típico é de 0˚ a + 60˚C... nosso padrão
mínimo
• A maioria dos Switches Hirschmann
oferecem -40˚ até +70˚C (+85˚C está
disponível)
• IP 20/IP30/IP67
Hotspot: 63,4°C
Hirschmann Competitor
Tolerância à Vibração
• Vibração em relação a contatos e
articulações de solda enquanto choque
afeta a integridade geral
• Dispositivos da Hirschmann podem ser
encontrados dentro de trens, navios e
máquinas de alto impacto
O que torna o switch “Industrial”?
Alto MTBF (Mean Time Between Failure)
• Hirschmann minimiza os pontos de falha
• Design sem ventilador (Fan-less), exceto para série
MACH4000
• Componentes de alto desempenho/qualidade
• Alimentação redundante
• Caminhos de dados redundantes
• MTBF de 20 até > 100 anos (dispositivos do office
podem atingir 3 anos em ambientes semelhantes)
Baixo MTTR (Mean Time To Replace/Repair)
• Adaptador de recuperação de firmware e configuração
automático (ACA)
• Compatível com todos os dispositivos
Hirschmann gerenciáveis
O que torna o switch “Industrial”?
ACA
Requisitos Elétricos
• Todos os hardwares da Hirschmann
estão em conformidade com rigorosa normas
Certificatições
• cUL508 A mais básica e comum padrão
de segurança para equipamentos de controle industrial
• cUL1604 O padrão para a classe I, divisão 2, locais perigosos
• IEC 61850-3 O padrão para redes de automação de subestação elétrica
• IEEE 1613 Padrão para dispositivos de redes de comunicações em subestações
eléctricas
• EN50155 Uma especificação européia para aplicações em trens.
• EN50121-4 Uma especificação europeia para aplicações ferroviárias.
• ATEX100A, ZONE 2 Um padrão que é necessário para ambientes perigosos/explosivos.
É semelhante, mas não é compatível com cUL1604 classe I/Div 2
• GL (Germanisher Lloyd), DNV (Det Norske Veritas) e ABS (American Bureau of
Shipping) oferecem aceitação global para Marinha (navio, petróleo offshore, etc.), e
indústrias eólicas.
O que torna o switch “Industrial”?
Exemplo de testes “Industriais”
Choque
Exemplo de testes “Industriais”
Vibração
Comparativo entre requisitos Industriais x Corporativos
Parâmetro Ambiente Industrial Ambiente Corporativo
Tensão de Operação 24V CC 115 / 230V CA
InstalaçãoTrilho DIN, Montagem de
parede, Rack de 19“
Montagem sobre escritorio, de
parede, Rack de 19“
Temp. de Operação0°C a + 60°C
-40°C a + 85°C+5°C a + 40°C
Sistema de
Ventilação
Convencional Natural (sem
ventilador)
Convencional Forçada (com
ventilador)
Vibração e
Impactos durante
Operação
IEC 60068-2-27 impacto
IEC 60068-2-6 vibraçãoN/A
Tipo de Proteção IP20 / IP30 / IP40 / IP67 IP20 / IP30
Proteção Contra Poeira, óleos, água, etc. Poeira
Aprovações
EN60950 (Segurança)
EN50081-2 (EMC, Industria)
EN50082-2 (EMC, Industria)
EN60950 (Segurança)
EN50081-1 (EMC, Escritório)
EN50082-1 (EMC, Escritório)
Tempo de
Restabelecimento< 0.5 sec > 30 sec (aceitável)
Dois estágios da Redundância
• Qualquer que seja o método de redundância utilizado, há duas fases :
– Reestabelecimento físico da conexão
– Reestabelecimento lógico da conexão
Reestabelecimento físico da comunicação
A
B E
C D
PC1
PC2
Reestabelecimento lógico da comunicação
A
B E
C D
PC1
PC2
Device Path
Port 1PC1
Port 1
PC1 Port 2
Learned Address
Table
Switch “D”
Comparação de Protocolos de Redundância - IEC62439
(1) pre-standard Hiper Ring since 1998, MRP since 2007(2) pre-standard Fast Hiper Ring since 2007
Standard Typical re-config time Remark
Available
since
STP Spanning Tree IEEE802.1 30sany topology / mesh,
diameter limited1990
RSTP Rapid Spanning Tree IEEE802.1 2sany topology / mesh,
diameter limited2001 / 2004
CRP Cross Network Protocol IEC 62439-20081 s worst case for 512
end nodes
any topology / duplicated
networks
BRP Beacon Redundancy Protocol IEC 62439-20084,8 ms worst case for
500 end nodes
Two top switches with star,
line or ring -
DRP Distributed Redundancy Protocol Future release of IEC 62439100 ms worst case for 50
switchesring, double ring -
MRP Media Redundancy Protocol IEC 62439-2008 200ms 50 switches ring1998 (1) /
2007
Fast MRP Media Redundancy Protocol IEC 62439-2 (2010)30ms (50 switches)
10ms (15 switches)ring 2007(2)
PRP Parallel Redundancy Protocol IEC 62439-2008 0msany topology / duplicated
networks2008
Optimized RSTP Rapid Spanning Tree IEC 62439-1 (2010) 5..20ms per hoplimited to special config
set2008
HSR High Available Seamless Ring IEC 62439-3 (2010) 0ms ring -
Protocol
Extensão de Anéis: Ring Coupling
Conexão Redundante entre Anéis
que permite o acoplamento
redundante entre anéis
redundantes e segmentos de
redes. Dois anéis / segmentos de
rede são conectados através de
dois caminhos distintos.
Vantagens:
– Recovery times previsíveis
– 250ms em média
– Implementação simples
– Aumento no número de falhas
possíveis
Desvantagens:
– Proprietário
Software para Gerenciamento de Rede
Industrial HiVision
• Software de visualização de rede
• Acesso remoto aos diagnósticso de rede
• Detecção de perda de link
• Monitoramento da largura de banda usada
• Integração com OPC server
• Criação da topologia automaticamente
• MultiConfig™
• Geração de relatórios
• ActiveX client
• HiMobile
Energia
Exemplo de Subetação:
Recovery time de 5ms
Perda de aproximadamente
20 amostra de valores por sensor
Afeta os algorítmos de proteção
Automação
Exemplo de drives sincronizados
Os tempos de ciclo na faixa de µs,
Recovery times não são toleráveis
Aumento nos requisitos: nenhuma perda de pacote
RICARDO AVENA
GUILHERME NORMANTON
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