Por que o Ethernet Industrial é a escolha definitiva para redes de automação de PLCs
Índice
Este artigo oferece uma análise completa de três abordagens principais para redes de PLCs: comunicação serial genérica tradicional, fieldbuses proprietários fechados e Ethernet Industrial aberta e de alta velocidade.
Rede PLC
Com o aprofundamento da automação industrial, o modelo autônomo CLP O modelo já não é suficiente para atender às exigências dos procedimentos de produção da fábrica.
Uma rede de interação estável e eficiente é crucial, seja para a sincronização de dados entre PLCs ou para o trabalho conjunto entre PLCs e sistemas host (como IHM e SCADA), e dispositivos inteligentes (como robótica e regularidade variável) unidades).
Uma opção de rede robusta é particularmente crucial em tarefas de grande escala com pontos de controle dispersos e necessidade de operação e manutenção remotas.
Atualmente, as principais inovações em redes de PLCs podem ser divididas em três grandes grupos: aquelas baseadas em portas seriais genéricas, barramentos de campo proprietários e Ethernet Industrial padrão. Cada estratégia tem seu contexto histórico e cenários de aplicação específicos, mas a direção do desenvolvimento tecnológico é bastante clara.
1. As limitações da comunicação serial genérica
A comunicação baseada em portas seriais genéricas, como RS-232 ou RS-485, foi uma das primeiras abordagens de rede. Ela conecta vários PLCs a um sistema de computador host por meio do componente de comunicação serial do PLC, funcionando de forma semelhante a uma conexão de computador.
VantagensÉ simples de implementar e tem baixo custo, tornando-se uma solução eficaz para sistemas de controle ponto a ponto ou de pequeno porte e curta distância.
DesvantagensAs desvantagens dessa abordagem são evidentes. Primeiro, ela oferece baixa velocidade; a taxa do RS-232 é tipicamente inferior a 115,2 kbps e, embora o RS-485 seja ligeiramente mais rápido, está longe de ser suficiente para as enormes demandas de transmissão de informações do setor atual. Segundo, seu alcance de transmissão é curto, com o alcance efetivo do RS-232 sendo de apenas cerca de 15 metros. Por fim, apresenta fraca capacidade anti-interferência e rede complexa, principalmente à medida que o número de nós aumenta. Isso exige programas e configurações trabalhosos e torna a rede suscetível a interferências eletromagnéticas em ambientes industriais.
Consequentemente, a comunicação serial genérica é hoje utilizada principalmente para conectar dispositivos auxiliares simples com baixos requisitos de tempo real.
2. Barreiras de Fornecedores: A Era dos Fieldbus Proprietários
Para superar as desvantagens da comunicação serial, os principais fabricantes de PLCs, como Siemens e Rockwell Automation, introduziram seus próprios protocolos exclusivos de barramento de campo, como PROFIBUS, DeviceNet e CC-Link.
VantagensDesenvolvidos para determinados ambientes comerciais, os barramentos proprietários oferecem alta segurança e determinismo em tempo real, garantindo a entrega confiável de informações em frações de segundo. Isso os torna altamente adequados para aplicações de controle em malha fechada com rigorosas necessidades de tempo real, como o controle de movimento em alta velocidade.
DesvantagensOs seus maiores pontos fracos são a sua natureza exclusiva e o elevado custo. Os protocolos de barramento de diferentes fornecedores são incompatíveis, criando uma "dependência de fornecedor". Assim que uma determinada marca de PLC é escolhida, os dispositivos de desenvolvimento subsequentes (como inversores e componentes de E/S) têm de ser da mesma marca ou utilizar um protocolo compatível. Isto não só restringe a escolha individual, como também aumenta substancialmente o custo total do sistema e a dificuldade de manutenção. Além disso, a integração de fieldbuses com redes de TI empresariais é complexa, dificultando o fluxo contínuo de dados de produção para o nível de gestão.
3. O Padrão do Futuro: A Ascensão do Ethernet Industrial
Com a profunda convergência entre Tecnologia da Informação (TI) e Tecnologia Operacional (TO), surgiu o Ethernet Industrial, baseado na tecnologia Ethernet padrão. Os métodos utilizados incluem PROFINET, EtherNet/IP e Modbus TCP. Essa inovação utiliza a infraestrutura completa do protocolo TCP/IP, adaptada a ambientes industriais, criando uma plataforma de comunicação aberta, de alta velocidade e escalável.
Arquitetura do sistemaUm sistema Ethernet industrial típico é geralmente dividido em três camadas: a camada superior consiste em uma estação de monitoramento com PCs ou servidores industriais; a camada intermediária é a infraestrutura de rede, composta por switches industriais e cabos de par trançado ou fibra óptica; a camada inferior é a estação de controle, que conecta os PLCs (Controladores Lógicos Programáveis), sensorese atuadores.
Principais vantagens
Alta velocidade e grande largura de bandaA Ethernet industrial proporciona transferência de dados rápida, a velocidades de 100 Mbps, 1 Gbps ou até superiores, com a capacidade de transportar diferentes tipos de dados, incluindo sinais de controle, informações de diagnóstico e fluxos de vídeo.
Abertura e interoperabilidadeCom base em critérios Ethernet globalmente aceitos, dispositivos de diversos fabricantes podem alcançar interoperabilidade desde que sigam o mesmo procedimento Ethernet Industrial, eliminando as barreiras de barramentos exclusivos.
Convergência perfeita de TI/TOA utilização do protocolo TCP/IP permite que a rede da fábrica se integre nativamente com a rede do escritório corporativo (sistemas ERP e MES), o que é fundamental para a implementação da Internet Industrial das Coisas (IIoT) e da manufatura inteligente.
Flexibilidade e EscalabilidadeEla suporta diversas topologias de rede adaptáveis, como estrela, anel e linha, facilitando a preparação da rede e o crescimento futuro.
Poderosas capacidades de diagnósticoOferece uma vasta gama de dispositivos de diagnóstico de rede que podem localizar rapidamente pontos de falha, melhorando a capacidade de manutenção do sistema.
Embora conectar dispositivos seriais tradicionais a uma rede Ethernet possa inicialmente exigir conversores de procedimento e envolver algum custo de hardware, os benefícios duradouros e a compatibilidade futura superam em muito esse investimento financeiro inicial.
Métodos Essenciais de Redes: Uma Análise Comparativa
Para destacar com mais clareza as diferenças entre os 3 métodos de rede PLC, a tabela a seguir fornece uma comparação abrangente:
| Recurso | Serial genérico (ex.: RS-485) | Barramento de campo proprietário (ex.: PROFIBUS DP) | Ethernet industrial (ex.: PROFINET/EtherNet/IP) |
|---|---|---|---|
| Velocidade de comunicação | Baixa (normalmente < 10 Mbps) | Média (até 12 Mbps) | Muito alta (100 Mbps / 1 Gbps / superior) |
| Distância de transmissão | Médio (Até aproximadamente 1200 metros) | Longo (Depende da velocidade e do cabo) | Muito longo (100 m com cobre, dezenas de quilômetros com fibra) |
| Abertura | Bom | Ruim (dependência do fornecedor) | Excelente (Baseado em Ethernet padrão e TCP/IP) |
| Custo de rede | Baixo | Alto | Médio (os custos de hardware continuam a diminuir) |
| Capacidade de integração de TI | Ruim, requer portais | Ruim, requer gateways complexos | Excelente integração perfeita. |
| Determinismo em tempo real | Pobre | Excelente | Excelente (Via tecnologias como RT/IRT) |
| Flexibilidade Topológica | Limitado (Ônibus) | Limitado (Ônibus) | Excelente (Estrela, Anel, Linha, etc.) |
| Aplicações típicas | Conexões de dispositivos simples e de pequena escala | Controle de linha de produção com altos requisitos de tempo real | Automação em toda a fábrica, manufatura inteligente, aplicações com uso intensivo de dados |
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Conclusão
A análise demonstra claramente que, embora as tecnologias seriais genéricas e os barramentos de campo proprietários tenham desempenhado papéis importantes em períodos históricos e contextos de aplicação específicos, suas limitações estão cada vez mais evidentes na nova revolução industrial.
A Ethernet Industrial, com sua taxa de transferência excepcional, visibilidade, versatilidade e poderosa capacidade de integração com TI, tornou-se a principal opção para redes de automação de CLPs. Ela não apenas atende às complexas demandas de controle atuais, como também prepara o terreno para que as empresas façam a transição para a Internet Industrial das Coisas (IIoT), análise de big data e aplicações em nuvem. Optar pela Ethernet Industrial significa escolher um projeto de automação mais eficiente, escalável e preparado para o futuro.
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