Embed Size (px)
Citation preview
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
1 MÁRCIO VENTURELLI
e-Paper
Márcio Venturelli
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de
Dados e Controle Industrial
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
2 MÁRCIO VENTURELLI
As necessidades na área de aquisição de dados e controle
industrial não se limitam ao local do controlador ou de um
operador de planta, as demandas da indústria desafiam, por
exemplo, as distâncias.
Uma planta industrial, normalmente tem setores que podem
operar a quilômetros de distância e em época de automação das
informações e elevação de rendimento operacional, se faz
necessário “trazer” estas informações para um local centralizado,
ou utilizar controles da planta principal, todavia, um sistema de
cabeamento seria inviável.
Os rádios de telecomunicação, para transmissão de dados no
ambiente industrial, cada vez mais são aplicados, afim de atingir
estes objetivos de ganhos operacionais e de segurança,
atendendo os requisitos de um sistema de automação
convencional, tais como, disponibilidade, integridade e segurança.
O objetivo deste texto é demonstrar de forma prática e direta a
aplicação destes rádios na indústria, demonstrando elementos
práticos e reais que são utilizados para especificar um sistema,
lembrando que não há intenção de esgotar o assunto e muito
menos de falar sobre telecomunicações, disciplina esta,
fundamental, para entendimento pleno na aplicação destes
projetos.
Para delimitar nosso tema, uma vez que há muita tecnologia e
demanda envolvida neste contexto, vamos falar sobre:
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
3 MÁRCIO VENTURELLI
Quais justificativas para utilização de RÁDIOS no Controle
Operacional;
Quais benefícios que os RÁDIOS levam para o Controle
Operacional junto com a Automação Industrial;
Quais tecnologias disponíveis e quais aplicações nos
sistemas de Controle e Automação;
Nesta mesma linha, temos alguns cenários propostos para nosso
campo demonstrativo no estudo:
É necessário estabelecer uma comunicação entre dois
controladores a uma distância de 8Km entre eles, mas é
inviável a utilização de mídia física;
Há um conjunto de dispositivos de comunicação móveis
dentro de uma área limitada, como estabelecer uma
comunicação entre eles;
Como intercomunicar diversos pontos em uma planta,
com protocolos diferentes, com objetivo de aquisitar
dados para uma sala de controle?
Os sistemas de telecomunicações estão em constante evolução,
para datarmos alguns pontos importantes, podemos falar sobre
Michael Faraday que, em 1831 descobriu a indução
eletromagnética, iniciando os primeiros estudos nesta área.
A partir daí, temos Hertz, Marconi, Tesla, diversos cientistas que
fizeram grandes descobertas neste campo, promovendo a
revolução na área das telecomunicações, atentamos ao fato das
tecnologias celulares 1G, 2G, 3G e 4G, relativamente novas em
nossa área, mas que provocaram grande impacto em nossa
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
4 MÁRCIO VENTURELLI
sociedade e estamos no limiar de uma grande evolução, que é a
tecnologia 5G, rompendo barreiras de velocidade, capacidade de
comunicação e banda de interconexão para IoT Internet das
Coisas.
Para aplicação de rádios de telecomunicações, alguns desafios
seguem em nosso campo, onde podemos descrevê-los:
Como especificar a faixa de frequência de trabalho em
função da distância e quantidade de dados;
Como calcular antenas, infraestrutura de repetição de
forma a equalizar o projeto de atenuação do sinal;
Como aplicar boas práticas para diminuição de
interferências e aumento de disponibilidade do rádio.
O conceito de funcionamento dos rádios se refere a um
transmissor de sinal (onda eletromagnética) e um receptor, onde
através de um arranjo de antenas, estas ondas se interceptam,
convertendo sinais eletromagnéticos (campo) em sinais elétricos e
vice-versa, sendo este o conceito de funcionamento.
Em tecnologia da telecomunicação, devemos entender o termo
rádio propagação, pois este dá forma a capacidade de enviar e
receber informações no espaço, sendo este termo:
A propagação de ondas eletromagnéticas no espaço
terrestre;
Uso de Transmissor e Receptor com Modulação e
Demodulação (MODEM);
Uso de Antenas para Ampliação de Sinais;
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
5 MÁRCIO VENTURELLI
Capacidade de comunicação dependente da Distância e
Link de Dados (device);
Os principais benefícios no uso de rádio, aplicados principalmente
na automação industrial, podemos descrever abaixo:
Aplicações Especiais
Mobilidade
Alcance
Flexibilidade
Confiabilidade
Implantação Rápida
Custo de Manutenção
Imunidade a Ruído
Custo Projeto / Instalação (viabilidade)
Diagnóstico de Operação, Manutenção e Segurança
O funcionamento dos rádios eletromagnéticos, se deu pelo
descobrimento de Hertz, físico alemão que em 1888, onde ele
compreendeu a geração de ondas eletromagnéticas através a
oscilação de um gerador de alta frequência.
As tecnologias e componentes que compõem basicamente um
sistema de rádio são (lembrando que nosso foco são aplicações
na automação industrial):
Rádio MODEM Transmissor / Receptor para Comunicação
do Dados;
Antena para Amplificação e Direcionamento do Sinal e
Link + acessórios;
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
6 MÁRCIO VENTURELLI
Controladores ou Devices para Produção ou Consumo de
Informações;
Um componente muito importante no sistema de rádio é a
antena, que permite o direcionamento do sinal, bem como sua
amplificação para transmissão e abertura da zona de recepção do
sinal, abaixo alguns tipos de antenas:
ANTENA YAGIS
o Fácil instalação
o Normalmente instalada para ponto a ponto
o Acima de 1,5 GHz
ANTENA SETORIAL
o Enlace ponto a ponto e multiponto
o O ganho depende do número de dipolos
o Podem ser verticais ou horizontais
ANTENA PARÁBOLA
o Antena (alimentador) ilumina o refletor
o Ganho elevado
o Usado em enlaces de grandes distâncias
ANTENA LOG-PERIÓDICA
o Grande largura de banda
o Ganhos menores que Yagis (comparadas)
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
7 MÁRCIO VENTURELLI
o Instalação vertical e horizontal
ANTENA OMNIDIRECIONAL
o Irradiação uniforme no ângulo de uso
o Vários dipolos instalados
o Ganho varia de acordo com num dipolos e
distância
Como objetivo de ser simples, não querendo ser simplista, pois
como dissemos esta disciplina refere-se a Telecomunicações,
muitas vezes não estudada na área de automação industrial,
queremos dar uma noção de grandeza, para aplicações em nossa
área.
Normalmente as aplicações de rádio dentro deste contexto,
operam em faixa de frequência de 900 MHz, 2,4 GHz e 5GHz,
sendo assim, na tabela da apresentação, demonstramos uma
ordem de grandeza, totalmente teórica em termos de aplicação,
podendo se expandir a depender do ambiente de aplicação e
tecnologia empregada, mas é um bom referencial inicial.
O circuito de telecomunicação, composto basicamente de rádio,
antena e acessórios, são elementos que influenciam a qualidade
de sinal, podendo provocar perdas ou ganhos, lembrando que o
ar, isto é, a distância entre as antenas, atenuam o sinal, a
composição das somas e subtrações deste circuito, definem a
capacidade de comunicação do sistema, veja no quadro o cálculo.
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
8 MÁRCIO VENTURELLI
Para cálculos de implantação de sistemas de rádio, é de boa
prática a aplicação de uma técnica chamada Site Survey, não é
escopo deste texto explicar esta técnica, todavia, abaixo
relacionamos os seus objetivos:
Analisar localização, distância, visada e frequências;
Definir quantidade de rádios base e repetidoras;
Especificar equipamentos de acordo com frequência e
Throughput (taxa de Transferência);
Questões legais e de regulamentação ANATEL;
Plano de frequências;
Teste e validação do Enlace de Dados.
Também, para a implantação de um sistema de enlace de dados,
mostramos alguns pontos básicos que devem ser levados em
consideração, o material serve de referência para estudo em
sequência, pois há muito material disponível na internet com
detalhes de uso:
Definia sua necessidade (foco na distância e quantidade
de dados de tráfego);
Faça um Site Survey teórico – para definir uma viabilidade
básica (visada) use o Google Earth;
Analise opções (viabilidades) de mercado de Rádios,
Antenas e Torres, se este for o caso;
Contrate um Site Survey profissional, faça o projeto de
especificação e implantação;
É muito importante entender alguns itens, afim de complementar
este estudo de referência:
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
9 MÁRCIO VENTURELLI
A capacidade de distância do Link depende da frequência
(quanto maior, menor a distância) e da quantidade de
dados (quanto maior, menor a distância);
Os rádios têm potência de transmissão (dBm/mW) que
atendem uma determinada velocidade e tem sensibilidade
na recepção;
O que define o Enlace, é o cálculo gradual dos ganhos
(antenas) e perdas (conexões e cabos).
Como dissemos, a área de telecomunicações está em franco
desenvolvimento, abaixo relacionamos as principais tendências
para os próximos anos:
Uso de Modens com VPN (Virtual Private Network) Segura
(Cibersegurança);
Tecnologia – NB-IoT NarrowBand IoT – LTE Long Term
Evolution;
Uso de Rádios como IaaS - (Infrasctruture as a Service).w
Concluímos que os Links de Rádios permitiram a expansão do
uso do comando e controle na automação industrial, viabilizando
comunicação entre sistemas, obtendo ganhos de performance
produtiva e segurança operacional.
RÁDIOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Como Aplicar Rádio Enlace em Sistemas de Aquisição de Dados e Controle Industrial
10 MÁRCIO VENTURELLI
SOBRE O AUTOR
• Márcio Venturelli trabalha no Mercado
de Automação Industrial há 25 anos, tendo trabalhado em departamentos, tais como, Assistência Técnica, Treinamentos, Engenharia e Negócios.
• Trabalhou em diversos Projetos de
Implantação de Sistemas e Automação e Controle Operacional de Plantas de Bioenergia, Transformação e Manufatura, no Brasil e no Exterior.
• Atualmente trabalha em Desenvolvimento
de Soluções e Tecnologias para Otimização e Convergência de Sistemas de Automação Industrial, como foco em Conectividade e Redes de Comunicação Industrial, desenhando Soluções que tenham Aderência para a Indústria 4.0.
• Professor Universitário de Pós-Graduação de
Automação Industrial e Gerenciamento de Projetos.
• Membro Sênior da ISA (Sociedade
Internacional de Automação), Diretor de Tecnologia da ISA Distrito 4 (Brasil) e Diretor de Tecnologia Safety Bus da PI (Profibus/Profinet Internacional).
• Graduado em Ciência da Computação, com
Especialização em Controle e Automação Industrial, Pós-Graduado em Gestão Industrial, Pós-Graduado em Tecnologia do Petróleo e Gás e Possui MBA em Estratégia de Negócios. Técnico nas Áreas de Eletrônica e Eletrotécnica.
ATUALIZADO DEZ/2016
