SOLUÇÕES PARA INDÚSTRIA 4.0

Com a crescente busca das indústrias em soluções limpas e de baixo custo, tornou-se necessário a criação de ferramentas e produtos que possam aumentar o portfólio de aplicações que podem ser atendidas. Com este cenário a implementação de ferramentas wireless se tornou indispensável para as indústrias 4.0, pois reduzem o custo com mão de obra e infraestrutura, não sendo necessário o custo com cabeamentos lançados à longa distância, custo com manutenções tende a ser mais baixo e as informações podem ser imprescindíveis para alimentar os sistemas gerenciais da indústria, podendo ter suas informações acessadas através de big datas e também hospedadas em cloud.

Surge aqui uma nova revolução industrial, onde sensores de baixo custo e de rápida instalação, ganham projeção exponencial no cenário industrial. Estes se apresentam como o calcanhar de um sistema nervoso que levará informações para sistema de controle local, historiadores, softwares de analise chegando ao nível máximo a geração de uma densa rede de informações que poderão ser recombinadas a fim de criar analises de performance de maquinas e processos.

PROTOCOLOS WIRELESS

Hoje, o sistema wireless atendem todas as classes informadas acima. A solução Wireless se destina a monitoração, controle e segurança.

SEGURANÇA

Os protocolos wireless voltados para a indústria, vem atender requisitos de disponibilidade, robustez e agilidade para atender diversas aplicações. Esse protocolo (espinha dorsal do sistema) deve atender aplicações críticas para segurança e aplicações simples de monitoração para criação de grandes bancos de dados, permitindo ir muito além de simples analise de equipamentos, chegando ao nível de análise de desempenho de processos, obtendo KPIs em tempo real.

Estes protocolos permitem que os dados sejam trafegados à grandes distâncias, sem a necessidade de cabos ou fibras óticas, são protocolos robustos e não sofrem influências do meio, como: ruídos, intempéries climáticas, etc.

São exigências das indústrias 4.0 que estes protocolos sejam abertos e possam ser interoperáveis, podendo se comunicar com diferentes fornecedores que utilizam o mesmo protocolo. Superando as barreiras de protocolos, o IIOT necessita que sensores entreguem valores a uma grande base dados.

PROTOCOLO ISA100 – CONSTRUÍDO PELA INDÚSTRIA, PARA A INDÚSTRIA.

Protocolo de comunicação wireless que surgiu nos anos 2000 e tem um comitê que gere todas suas ações e normas. Este comitê é formado pelos maiores players do mercado de instrumentação ao redor do mundo e clientes dos mais diversos segmentos industriais.

Todos este tem por foco garantir um protocolo aberto, interoperavel, robustos.
O protocolo ISA100 pode encapsular os demais protocolos e encaminhar suas informações sem fio para os gerenciadores de campo e também os gateways. Estas disponibilizam as informações sem fio para os supervisórios ou sistemas de controle e segurança.

O protocolo ISA100 visa garantir o desempenho e escalabilidade com monitoramento dos espectros de comunicação e gerenciamento do dispositivo.

ROBUSTEZ

Os usuários devem ter uma rede interoperável que não sacrifica o desempenho, mesmo que outras soluções sem fio já estejam instaladas.

É por isso que o ISA100 foi projetado com a coexistência em mente, proporcionando o melhor desempenho na presença de outras redes sem fio.

Fig.1 – Coexistência com outras redes.

REDE INDUSTRIAL WIRELESS UNIVERSAL

ISA100 wireless é uma estrutura aberta e flexível que acomoda uma gama de aplicações, independente do protocolo, protegendo assim os investimentos em aplicações do usuário final.

OS OBJETIVOS DA REDE ISA100

O protocolo ISA100 wireless pode acomodar vários protocolos, todos dentro de uma única rede interoperável através do modelo de aplicação orientado a objetos. Alguns exemplos disponíveis aplicados hoje, incluem:
– Monitores de Vibração, transmissores de pressão, transmissores de temperatura, PHmetro (Yokogawa);
– Detectores de gases (Draeger)
– Monitores de corrosão (Cosasco)
– Adaptadores para conversão do protocolo HART em ISA100 (Yokogawa).

FIG.2 – Adaptadores HART Yokogawa

INTEROPERABILIDADE

O Comitê que gere o protocolo ISA100 Wireless, fornece garantias de interoperabilidade através de testes de dispositivos e programas de teste de interoperabilidade. Isso garante que os produtos de qualquer fornecedor possam funcionar de forma segura e confiável “fora da caixa” na rede de qualquer outro fornecedor.

FIG.3 – Interoperabilidade de uma rede ISA100

COM O PROTOCOLO ISA100 WIRELESS

Muitas aplicações …
Muitos protocolos …
MAS APENAS
UMA tecnologia para aprender
UMA tecnologia para operar
UMA tecnologia para manter
UM sistema de segurança para gerenciar
UMA infra-estrutura wireless integrada em toda a planta

SOLUÇÕES EM VIBRAÇÃO PARA A INDÚSTRIA 4.0

Com tudo que vimos acima, o protocolo ISA100 está preparado para o crescimento da indústria 4.0. Como isso muitas soluções antes cabeadas, começam a surgir como aplicações sem fio.

Recentemente, foram lançados no mercado os monitores de vibração FN510 e LN01. Estes produtos atendem as mais exigentes aplicações do mercado, como Papel e Celulose, Siderúrgicas, Químicas, Refinarias, etc.

Esta nova solução abrange as mais críticas aplicações, como motores, bombas, etc.

Monitores de vibração
Com o protocolo wireless ISA100, os dispositivos de campo e os monitores de vibração são capazes de se comunicar, sem fio, com os sistemas de monitoramento e os controladores de segurança.

A crescente necessidade de melhorar a produtividade e aumentar a segurança através da recolha de mais informações e dados das operações da fábrica, está impulsionando a procura por dispositivos sem fio.

Os sensores de vibração são úteis para o monitoramento das condições de trabalho, de máquinas como: compressores, bombas e motores, criando dados para os setores de manutenção e confiabilidade das indústrias.

Com os monitores de vibração wireless, as rondas e patrulhas para coleta de dados se tornam cada vez menores, uma vez que a informações estarão online nos sistemas de gestão dos equipamentos.

Monitores de vibração wireless
Os principais componentes destes monitores de vibração wireless são os adaptadores multiprotocolo ISA100, modelo FN510 e os sensores de aceleração do tipo piezoelétrico LN01, que se comunicam através de uma gateway. O protocolo de comunicação ISA100 permite a troca de dados do sistema de vibração com os sistemas de segurança e controle. Os dados coletados com este sensor, permitem aos operadores da planta e pessoal de manutenção monitorar os níveis de vibração em tempo real.

Sendo estes a prova de explosão, podem ser instalados em qualquer equipamento que precise ser monitorado.

FIG.4 – Critério de Julgamento dos sensores de vibração.

CARACTERÍSTICAS DOS MONITORES DE VIBRAÇÃO

1. Atualizações rápidas de dados
O sensor pode ser configurado para atualizar dados tão rapidamente quanto a cada 10 segundos. Este tempo de atualização é ideal para monitorar os níveis de vibração nas instalações da fábrica.

2. Longa duração da bateria e fácil manutenção
Quando o sensor de vibração é configurado para atualizar dados uma vez por minuto, ele pode operar em um único conjunto de baterias por até 10 anos. Além de eliminar o custo de fornecer baterias de substituição, isso reduz a carga de trabalho de manutenção.

3. Sistema altamente confiável e versátil
Graças aos recursos do protocolo ISA100 Wireless, é possível criar uma rede wireless altamente confiável com comunicações totalmente redundantes que é capaz de enviar e receber diferentes tipos de sinais de sensores em longas distâncias.

PRINCIPAIS ESPECIFICAÇÕES

PRINCIPAIS MERCADOS-ALVO

Indústrias como petróleo, petroquímicos, produtos químicos, celulose e papel, produtos farmacêuticos, alimentos e ferro e aço.

SENSORES PIEZOELÉTRICOS

O acelerômetro é um transdutor de energia, isso significa que ele foi desenvolvido para transformar um tipo de energia em outro, neste caso, ele é capaz de decodificar uma energia mecânica em energia elétrica.

FIG.5 – Sensor Piezoelétrico

Referências:
Yokogawa – http://www.field-wireless.com/en/
ISA100 – http://www.isa100wci.org/

Por Eduardo Felipo de Moura
Especialista de Aplicações na Yokogawa América do Sul

e Cassius Magdo de Barro
Supervisor Eng. De Aplicações na Yokogawa América do Sul