A decisão de optar por uma comunicação sem fios se resume ao fato de que os benefícios superam os desafios
A comunicação wireless realizada através dos nossos dispositivos móveis se tornou tão comum que é difícil lembrar da época em que esse recurso não existia. Por outro lado, esse tipo de conectividade ainda não domina o espaço reservado às fábricas e seus equipamentos. No entanto, com o crescimento da IoT, esta poderá ser – muito em breve – uma nova realidade.
Durante várias décadas, as válvulas solenoides pneumáticas foram controladas através de um cabeamento discreto, sendo que cada válvula estava individualmente conectada a um cabo comum, como é o caso do conector D-sub de 25 pinos. Porém, não tardou para que se evoluísse para um sistema Fieldbus, que permitiu não só a redução do tempo de instalação e dos erros de ligação, como também possibilitou um feedback de diagnóstico de cada unidade.
As vantagens da utilização de um sistema sem fios
A tecnologia wireless da SMC permite que um CLP se comunique com um terminal de válvulas remoto através de uma rede sem fios. É importante lembrar que os terminais de válvulas precisam estar conectados apenas a uma fonte de energia elétrica por meio de cabos.
Em relação às vantagens imediatas, esta tecnologia possibilita uma redução de custos com cabos e, também, melhor organização dos cabos existentes em sua fábrica ou equipamento.
Além disso, a utilização de um sistema wireless remove a exposição dos cabos de comunicação ao ruído elétrico dos cabos de energia, quando estes se encontram presentes no mesmo local. Isso propicia a integridade da comunicação, assim como a maior flexibilidade no momento de alocação do espaço da máquina dentro da fábrica.
Veja alguns exemplos de aplicação Wireless
Braços robóticos
Uma vez que estes equipamentos operam em alta velocidade, com o objetivo de aumentar a produtividade e o rendimento, existe maior probabilidade de desgaste de todos os seus componentes, inclusive dos cabos. Devido ao seu rápido e constante movimento, eles estão sujeitos ao atrito, tensão, torção e flexão – dentro ou fora do braço do robô – tornando essa escolha um fator determinante para melhor desempenho da máquina e longevidade dos seus componentes.
Com a eliminação dos cabos de comunicação, é possível economizar espaço dentro do braço do robô, facilitando a sua construção e reduzindo o tempo de instalação e manutenção. Além disso, a resolução de problemas torna-se mais fácil, pois não haverá mais diagnósticos de falha relacionados aos cabos de comunicação, minimizando o tempo de parada.
Máquinas multiuso
Atualmente, equipamentos de produção vêm transitando de máquinas de uso único para máquinas multiuso, pois estas últimas oferecem maior versatilidade e maior nível de personalização. Nesse caso, uma das soluções viáveis é a utilização de trocas de ferramentas automáticas.
Os terminais de válvulas wireless irão eliminar trocas de cabos de comunicação que são vulneráveis à flexão e quebra, pois estes se encontram constantemente sujeitos a operações de conectar e desconectar. Por isso, simplificar a ferramenta, necessitando apenas da conexão de energia elétrica e ar comprimido, é a melhor opção, pois irá aumentar a vida útil do sistema.
Indexadores ou mesas rotativas giram uma mesa para um ângulo específico, ficando imóvel por um período de tempo, até que o trabalho seja concluído. Após este processo, a rotação continua até a próxima parada. Geralmente, são acionados por motores elétricos, posicionados por encoders e sensores e montados com válvulas pneumáticas e atuadores.
Utilizando fios, a transmissão de sinais elétricos e pneumáticos para a parte móvel da mesa pode ser algo bastante complicado e custoso, necessitando de peças customizadas, como os anéis deslizantes que farão essa transmissão. Para isso, os terminais de válvulas wireless eliminam boa parte dos fios e permitem especificar anéis deslizantes mais simples, que irão fornecer apenas a alimentação elétrica com mais espaço para componentes pneumáticos. Como os terminais de válvulas wireless são instalados mais próximos aos atuadores, o tempo de resposta dos mesmos será menor, reduzindo assim os tempos de ciclo. Além disso, possibilitam uma redução do consumo de ar comprimido devido ao menor comprimento da tubulação entre a válvula e os atuadores, consumindo assim menos energia elétrica no compressor.
Banda de Frequência Dedicada e Salto de Frequência
A comunicação wireless dentro de um espaço fechado, com muitas máquinas e cercado por ruídos elétricos, cria desafios para uma transmissão rápida, ininterrupta e confiável de dados para controle, operação e monitoramento seguro dos equipamentos de produção. Já a comunicação por cabo, por mais cara e volumosa que seja, provou ser segura e protegida. Isso posto, por que se deve optar pela tecnologia sem fio? Pesquisas e testes para automação de fábricas sem fio identificaram e desenvolveram soluções viáveis para eliminar de uma vez por todas as incertezas em torno dessa tecnologia.
É o caso da banda de frequência 2,4-GHz ISM (Industrial, Científica e Médica), que é mais fácil de implementar, por não necessitar de nenhuma licença (apenas homologação na ANATEL). Além disso, esta banda é globalmente reconhecida e regida pela FCC, CFR 47, Parte 15. Outra clara vantagem é o fato desta banda isolar a frequência acima das fontes mais comuns de ruído industrial como, por exemplo, áreas de solda ou partidas de motores. Alguns exemplos mais comuns de dispositivos que incluem uma frequência de 2,4 GHz são o Bluetooth, LAN sem fios e vários outros dispositivos RFID.
Mas por que optar por 2,4 GHz se a 5,8 GHz é menos comum e possui menor chance de interferência?
Alguns mercados exigem uma licença para operar equipamentos a 5,8 GHz. No entanto, em termos práticos, um sinal de 2,4 GHz é capaz de difundir-se melhor em torno de objetos sólidos e possui maior alcance quando transmitido com a mesma potência. Mas caso a sua preocupação seja a ocorrência de interferências, pode se recorrer à utilização de um protocolo proprietário dentro da banda ISM de 2,4-GHz, assim como a um salto de frequência, também conhecido como frequência hopping, entre as frequências disponíveis nos 79 canais existentes em nossa tecnologia.
O espectro de difusão em frequência variável (FHSS) consiste em um método de transmissão de sinal de rádio através da rápida substituição de um canal de dados entre diversos canais de frequência, utilizando uma sequência conhecida tanto pelo emissor como pelo receptor. Dessa forma, o canal de dados é alterado automaticamente em intervalos de tempo pré-determinados (por exemplo, a cada 5ms), de modo a evitar interferências com outros dispositivos. Além disso, como a maioria dos outros dispositivos ISM utiliza uma só frequência fixa, a interferência tem um impacto mínimo na transmissão de dados, uma vez que um canal diferente será pulado e ligado novamente dentro de 5ms.
Outra medida adicional para se salvaguardar das interferências consiste em uma unidade base restabelecer automaticamente a ligação às unidades remotas, até que a comunicação sem fio seja restabelecida. Se após 31 tentativas a conectividade não for retomada, será emitido um som de alarme. Uma vez eliminada qualquer interferência presente, a unidade restabelecerá automaticamente sua comunicação. Além disso, a limitação do raio da distância de comunicação (por exemplo, 10 metros) entre o módulo principal e as unidades remotas, ajudará a eliminar as interferências nas vias aéreas, atenuando o efeito de múltiplos caminhos e também os atrasos na transmissão de dados.
Exemplos de comunicações sem fio seguras
A proteção contra ataques deliberados, cuja intenção é perturbar as comunicações, é uma das principais preocupações para qualquer instalação produtiva. Mas como podem as fábricas salvaguardar violações involuntárias ou intencionais?
As práticas recomendadas na integração de terminais de válvulas sem fios incluem:
- Limitar a distância entre o módulo principal e as unidades remotas a 10 metros através da utilização de um transmissor de baixa potência, para que nenhum sinal não autorizado possa interferir no tráfego da rede.
- Criar códigos únicos de identificação de produtos para todas as unidades visando garantir uma comunicação exclusiva entre esses equipamentos.
- Utilização de um protocolo/algoritmo de comunicação entre as unidades com encriptação de 128 bits.
- Utilização de um salto de frequência a 2,4 GHz ISM em 79 canais a intervalos de 5 metros.
Aspirar a um sistema de comunicação sem fios 100% seguro do ponto de vista operacional é inexequível. Sempre que novos produtos forem integrados em processos existentes, todos os decisores e partes interessadas devem exercer a devida diligência, ponderando os ganhos, os riscos e as contrapartidas relativos à adoção de terminais de válvulas com essa tecnologia. Isso irá reduzir consideravelmente o tempo gasto na resolução de problemas e ajudará a eliminar a velha discussão entre eletricistas e mecânicos: trata-se de um problema eletrônico ou de um problema de fluxo de ar e pressão?
Algumas destas máquinas irão na realidade se autodiagnosticar e apontar na direção correta, eliminando as perdas de produção. Vale lembrar que é sempre mais rentável projetar confiabilidade ao invés de instalar esses componentes posteriormente na máquina, ou seja, depois de já estarem em funcionamento.
