Wireless PROFINET no controle de uma gigantesca máquina perfuratriz de túneis

Autora: Elena Eberhardt
Business Development Manager da empresa Schildknecht AG

Tradução: Paolo Capecchi
Diretor da Westcon Instrumentação Industrial Ltda
Novembro de 2019


O projeto

As máquinas de perfuração de túneis (TBMs) são grandes “fábricas” móveis e altamente automatizadas, que podem executar todas as etapas da construção do túnel de uma só vez. A construção da máquina inclui a roda de corte com suas ferramentas de perfuração diretamente na frente da cabeça de perfuração. Dentro da cabeça de perfuração, existem elementos de acionamento e controle, seguidos de dispositivos mecânicos para processamento e remoção automáticos do material (rochas, terra e detritos) e o equipamento para montagem dos blocos de parede do túnel pré-fabricados. As maiores máquinas hoje alcançam um comprimento superior a 200m e um diâmetro de perfuração de até 18m!


Figura 1

Um desafio operacional em especial é a transmissão de dados relevantes do sensor da roda de corte giratória na cabeça da máquina para o controlador localizado mais atrás. Um dos principais players mundiais neste campo, a empresa chinesa CREG (China Railway Engineering Equipment Group Co., Ltd.) usou o PROFINET wireless para esse fim, em um projeto de túnel atualmente em curso que envolve uma máquina de escavação de túneis denominada “Super-large Slurry Shield Boring Machine” com diâmetro de perfuração de quase 15 metros.

Desafios e solução

Para uma operação eficiente e confiável de um processo de produção tão abrangente, são necessários um poderoso sistema de controle e tecnologia de sensores, principalmente para a roda de corte. O stress mecânico durante o processo de perfuração e seu movimento rotacional devem ser considerados na transmissão dos sinais dos sensores. Outro desafio é o espaço extremamente reduzido na cabeça de perfuração. Além disso, a transmissão correta do sinal dos sensores é decisiva para toda a operação da máquina: eles fornecem ao operador da máquina os dados para posicionamento e alinhamento corretos do túnel.

Roda de corte rotativa

Diante desses desafios, a CREG decidiu adotar a tecnologia PROFINET wireless e, para esse fim, instalou os rádios DATAEAGLE 4000 PROFINET da empresa Schildknecht AG. Os rádios Slave foram montados na roda de corte rotativa (Figura 2, na caixa cinza), enquanto o rádio Mestre, que está conectado ao controlador, foi instalado na parte estacionária da cabeça da máquina.


Figura 2

Apesar de estarem instalados em uma “gaiola” metálica e giratória, a tecnologia de rádio Bluetooth assegura um link de rádio estável e robusto, graças aos saltos de frequência, que a tornam menos vulnerável a reflexões. Além disso, a exclusiva tecnologia “Smart Radio” de processamento de dados do link de rádio, patenteada pela da Schildknecht, garante a comunicação wireless altamente segura e confiável, sendo ideal para aplicações críticas como a deste caso.


Figura 3

Conclusão

Num projeto crítico como este, a combinação das tecnologias de rádio (wireless) e PROFINET provou ser um “casamento perfeito”; isso ficou claro ao longo dos exaustivos testes realizados com a máquina TBM antes de seu uso final. A importância desses resultados vai muito além desta aplicação: “monitorar as partes rotativas de uma máquina, com sensores conectados a elas, e transferir os dados desses sensores para um controlador, de forma confiável, por meio de links de comunicação baseados em Ethernet, como o PROFINET.”

O sucesso deste de caso de IIoT pavimenta o caminho para inúmeras outras aplicações de Indústria 4.0.


Figura 4

* O texto original pode ser conferido em: https://bit.ly/2RSvjzr

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