PROFIBUS DP Wireless

Princípio de funcionamento do sistema Smart Radio

Autor:
Thomas Schildknecht
CEO da Schildknecht AG

Tradução: Paolo Capecchi
Diretor da Westcon Instrumentação Industrial Ltda


Desafios

Os benefícios econômicos e operacionais dessas aplicações dependem do equilíbrio entre os requisitos de disponibilidade, confiabilidade e segurança na operação diária. Nos casos específicos de movimentação de cargas (guindastes, pontes rolantes, shiploaders, etc.) é preciso atender normas rígidas de segurança, um desafio para a tecnologia de acionamento e controle e, mais particularmente, para as redes de comunicação de dados wireless.

Em princípio, não é possível evitar totalmente as fontes de interferência em sistemas complexos de links de rádio; no entanto, é possível impedir a influência dessas perturbações nos sistemas de controle e, consequentemente, na disponibilidade das plantas. São duas as principais medidas que ajudam a atingir este objetivo:

1) O projeto do link de rádio e, especialmente, a escolha da tecnologia Wireless, têm que ser adequados para a aplicação, isto é, levando em consideração todas as possíveis influências ambientais;

2) Os módulos de rádio utilizados devem ter a inteligência para detectar, interpretar e prevenir a tempo a interferência de rádio, a fim de evitar o seu efeito sobre a comunicação entre o controlador e os dispositivos. Os módulos de rádio devem, portanto, executar as funções de processamento e de filtro inteligente entre o controlador e os elementos remotos instalados na outra extremidade do link de rádio.

Obviamente, essas funções são particularmente importantes quando se usa links de rádio em sistemas de intertravamento de segurança.

A tecnologia para conexão wireless segura para uso em redes PROFIBUS DP foi desenvolvida há muitos anos pela empresa Schildknecht AG e é totalmente compatível com o protocolo PROFIsafe. Essa tecnologia está presente em todos os rádios DATAEAGLE por meio de hardware e firmware, sendo este último dotado de um bloco de função (Function Block – FB) específico e patenteado pela Schildknecht.

Conexão via Cabo
Princípio de funcionamento

Conexão através de cabo convencional

Em máquinas e equipamentos, a comunicação entre PLC, sensores e atuadores, são realizadas por meio de redes padronizadas, como PROFIBUS DP, PROFINET IO ou CAN. Pacotes de dados (telegramas) são trocados entre o PLC e os Módulos de E/S. Tipicamente, a cada milissegundo, telegramas de dados trafegam por essas redes.

Quantos metros de cabo?

Na maioria das vezes, há mais de um módulo de E/S conectado ao CLP na máquina. Além disso, os cabos são submetidos a grandes esforços mecânicos e desgaste em máquinas e equipamentos com partes móveis, podendo, em certos casos, até mesmo a impossibilitar o seu uso.

Link de Rádio
Princípio da Transmissão de Dados

Tempo de resposta via Rádio – dentro da tolerância

A transmissão de dados via redes wireless pode ser feita através dos padrões WLAN ou Bluetooth. O tradicional cabo de rede é substituido por dois módulos de rádio. Para que a rede PROFIBUS DP opere normalmente e sem falhas é preciso que o tempo de resposta predefinido (normalmente entre 16 ms e 128 ms) seja mantido.

Tempo de resposta via Rádio – acima da tolerância

Se o tempo de resposta for excedido – por exemplo, em decorrência de uma interferência eletromagnética externa – os pacotes de dados serão perdidos e o PLC e o Módulo de E/S irão para a condição bus error. O resultado disso são paradas da máquina ou do processo e, consequentemente, prejuízos para os usuários.

Redes Wireless com rádios convencionais
Rádios sem pré-processamento inteligente dos dados

Transmissão de pacotes de dados básica

Os sistemas de rádio convencionais transmitem os pacotes de dados sem analisar o seu conteúdo. A consequência é que todo pacote de dados deve ser transmitido. Isso leva facilmente à sobrecarga do link de rádio.

Pré-processamento inteligente de pacotes de dados

Pacotes de dados perdidos, incompletos ou atrasados, resultantes de algum tipo de interferência, levam a rede para condição de erro e provocam a parada da máquina. O PLC enviará novos pacotes de dados a cada 16 – 128 ms para os módulos de I/O.

Redes Wireless com pré-processamento inteligente
Smart Radio

Transmissão de dados com sistema Smart Radio

O sistema Smart Radio DATAEAGLE realiza um pré-processamento dos dados no próprio rádio. Os algoritmos patenteados verificam o conteúdo dos dados, o time stamp e a redundância e analisam os dados em pequenos blocos de informação e, se necessário, são armazenados temporariamente na memória. A porta PROFIBUS DP e o módulo de RF (rádio frequência) são totalmente independentes a fim de assegurar uma operação totalmente sem erros. A cada milissegundo, um novo pacote de dados pode ser processado.

Processamento de dados no sistema Smart Radio

O objetivo do pré-processamento de dados é assegurar 100% de disponibilidade das máquinas e equipamentos. Com a tecnologia Smart Radio, telegramas perdidos ou incompletos são reconstruídos, e pacotes atrasados são substituídos e validados. Como resultado, a capacidade de comunicação em tempo real é superior àquela dos sistemas de rádio convencionais. Esta tecnologia também permite evitar falhas causadas por interferências eletromagnéticas.

Smart Wireless
Benefícios e vantagens

Pré-Processamento e armazenamento temporário de telegramas

O objetivo do pré-processamento é ocupar o menos possível o link de rádio e desacoplar a porta do cabo PROFIBUS DP da rede wireless. Todos os telegramas PROFIBUS, ordenados de acordo com os participantes link de rádio, são armazenados temporariamente em um banco de dados e seu conteúdo e atributos são analisados. Este pré-processamento permite altas taxas de dados PROFIBUS de até 1,5 Mbps sem alterar a configuração do mestre PROFIBUS.

Configuração e monitoramento do filtro de tempo

Graças ao filtro de tempo ajustável, é possível manter normal a comunicação PROFIBUS, mesmo no caso de interferências de transmissão de curta duração. Isso ajuda a evitar erros de barramento e, consequentemente, paradas do sistema. Falhas do link de rádio com duração mais longa, de qualquer forma, são reconhecidas e transmitidas ao PLC. Neste caso, o controle reage com se fosse um cabo defeituoso e ativa todas as funções de segurança necessárias. O tempo do filtro pode ser ajustado entre 20mseg e 20seg.

Firewall Inteligente

O mestre PROFIBUS transfere dados cíclicos (tempo de ciclo inferior a 1 ms a uma velocidade de 1,5 Mbps) para os escravos, mesmo que o conteúdo dos pacotes de dados permaneça inalterado. O algoritmo do sistema Smart Radio reconhece que os dados desses pacotes são uma mera repetição de transmissão anterior e submete-os a um filtro para reduzir o tráfego no link de rádio.

Apenas os telegramas com dados que efetivamente foram alterados são transmitidos e enviados através do link de rádio. Aqui, o tempo de atualização após o link de rádio é de cerca de 20 ms.

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