Por que o Ethernet Industrial é a escolha definitiva para redes de automação de PLCs

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: