Boletim de Tecnologia da HARTING

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1 17 Boletim de Tecnologia da HARTING Automation IT Artigo de convidado por Prof. Dr. Steusloff Engenharia da Automação Tecnologia da informação a serviço da humanidade O switch é a solução

2 tec.news 17: Editorial 2 harting tec.news 17 (2009)

3 Philip Harting Harmonia perfeita crescendo! Soluções de sistemas integrados e empresas com uma cultura de aprendizagem inata são as forças que vão moldar o futuro. As empresas do HARTING Technology Group fazem suas contribuições específicas dentro da estrutura de uma organização altamente afinada, assim como os diversos instrumentos de uma orquestra sinfônica. Para entregar o nível de desempenho que é necessário para alcançar e manter o sucesso, as empresas têm que evoluir para sistemas adaptativos. Há boas razões pelas quais grandes conjuntos como a Orquestra Sinfônica de Berlim e a Orquestra Sinfônica de Londres preservaram suas distintas reputações musicais durante tantos anos. Músicos excelentes, os melhores maestros do mundo, repertórios atraentes e coordenação detalhada entre todos os participantes são parte da história. O outro fator chave é a constante regeneração destas orquestras, que aprendem com suas experiências e continuam evoluindo. Este nível de harmonia é resultado de um longo processo de desenvolvimento que envolve o contínuo refinamento de cada elemento individual. A meta é assegurar que uma mudança em qualquer dos elementos desencadeie mudanças no sistema inteiro. Estes sistemas tem o mais alto nível de desempenho, porque o sucesso global depende do sucesso de suas partes constituintes. Quando um se beneficia, todo mundo se beneficia. Uma empresa de alta tecnologia como a HARTING não é diferente. Em outras palavras, a criatividade não é o resultado do caos. Ao invés disso, ela resulta da organização perfeita e de sistemas adaptativos que continuam melhorando porque querem melhorar. As empresas de tecnologia de hoje operam em um ambiente que muda rapidamente, e estas próprias empresas contribuem para a dinâmica do mercado desenvolvendo novas soluções, aplicações, abordagens e tecnologias. Empresas como a HARTING ampliaram rapidamente suas competências básicas e continuaram desenvolvendo extensões ló- gicas de suas linhas. São elas que definem o ritmo, e elas são igualmente adeptas da reação rápida e habilidosa ao que acontece no ambiente. A expansão de nossa experiência e know-how não é um processo linear. Ela segue uma curva de aprendizagem lógica, mas complexa. A experiência da empresa inteira aumenta a cada nova solução que a HARTING desenvolve internamente. Cada nova aplicação, cada novo requisito que conseguimos atender e cada nova abordagem que adotamos estimula o desenvolvimento de novas idéias e soluções potenciais para outras aplicações nas quais a HARTING também está trabalhando ativamente. Esta é a base da história de sucesso da HARTING, e foi ela que também nos deu o conhecimento básico que nos permite abordar e atender requisitos de cliente altamente complexos. Atualmente a HARTING tem clientes no setor de engenharia mecânica e no setor industrial inteiro, incluindo produtores de sistemas automotivos, médicos e de energia. A HARTING está envolvida no espectro inteiro da tecnologia de produção, e suas tecnologias de comunicação, conectividade e produção são intimamente relacionadas e totalmente compatíveis. Para voltar à metáfora musical, estas tecnologias soam um acorde harmonioso. Na música, uma melodia harmoniosa equivale a uma organização altamente afinada e bem coordenada em uma empresa de tecnologia. 3 3

4 tec.news 17: Editorial O desenvolvimento conceitual no HARTING Technology Group tem um amplo horizonte, mas também tem uma sólida base pragmática. Nós criamos soluções que são feitas exatamente sob medida para atender as necessidades de clientes individuais, e nós sabemos como transformar o conceito em realidade (e se não soubermos, então vamos achar um jeito). O que aprendemos em um projeto é usado no próximo. A base tecnológica da história de sucesso da HARTING é nossa competência básica em tecnologia de conectividade, que está intimamente relacionada com nossa tecnologia e know-how em comunicações e controle, e que também é apoiada por nossa experiência na produção e fabricação de ferramentas. A HARTING usa um sistema comum para distribuição de sinais, comunicações e distribuição de energia, assegurando que o encaixe de cada componente seja perfeito, e que a quantidade de cabeamento e conectores possa ser minimizada. Os componentes ocupam menos espaço, e a instalação e manutenção são menos complexas. Os sistemas são mais amigáveis ao usuário, e mais fáceis de operar e manter Nada disto seria possível sem uma estrutura corporativa integrada, que atua como uma plataforma comum para promover a troca de informações e fazer da mudança uma instituição permanente. Nós temos todo o direito de chamar isto de um acorde musical que, no sentido figurado do termo crescendo, vem desempenhando um papel cada vez mais vital harting tec.news 17 (2009)

5 tec.news 17: Indíce Conteúdo Editorial: Harmonia perfeita crescendo! _02 Artigo de convidado Engenharia da Automação _06 Prêmio _78 Calendário de feiras HARTING _79 Transmissão profissional Aventure-se no novo Mundo da TV _16 Refletores nas Estrelas _42 Aplicações Nuas _49 Automation IT O switch é a solução _10 Notícias móveis _26 Resistente a choques _30 O Senhor dos Anéis _46 _58 Energia eólica Olhos luminosos _18 Novas fontes de energia para uma nação altamente energética _37 Conectores de segurança _54 HARTING Technology Group Conectores para todos os ambientes _22 Padrão global no fornecimento de energia _35 Soluções sempre concretas _40 Sem bola de cristal _50 Operações em rede (networking) A PICMG desenvolve padrões de interface abertos _56 O melhor desempenho _60 Teste prático _64 Caleidoscópio Saudações da fada do dente _44 Conhecimento é bom, mais conhecimento é melhor ainda _66 Bom Apetite! _70 Aplicação especial construção _72 Energia indiana _75 Detalhes da Publicação. Publicado por: harting KGaA, M. Harting, P.O. Box 1133, Espelkamp (Germany), Tel , Fax: , Internet: Editor Chefe: A. Bentfeld Vice-Editor-Chefe: Dr. H. Peuler Coordenação geral: Departamento de Comunicação e Relações Públicas, A. Bentfeld Projeto e Layout: Contrapunkt Visuelle Kommunikation GmbH, Berlin Produção e impressão: Druckerei Meyer GmbH, Osnabrück Circulação: cópias em todo o mundo (Alemão, Inglês e 11 outros idiomas) Fonte: Se você estiver interessado em obter este boletim de forma regular e gratuita, entre em contato com sua filial harting mais próxima, seu parceiro de vendas harting ou um dos distribuidores locais harting. Você também pode solicitar Novidades técnicas online em Reimpressões: Reimpressões completas e trechos de contribuições estão sujeitos a aprovação por escrito do Editor. Isto também se aplica a contribuições com bases de dados eletrônicas e reprodução em mídia eletrônica (p.ex. CD-ROM e Internet). Todas as designações de produto utilizadas são marcas registradas ou nomes de produtos pertencentes à harting KGaA ou outras empresas. Apesar da cuidadosa edição, não é possível eliminar completamente os erros de impressão ou fazer alterações às especificações de produto mediante notificação de curto prazo. Por este motivo, a harting KGaA só é vinculada pelos detalhes no catálogo apropriado. Impresso por método ecologicamente correto em papel alvejado totalmente com cloro e com alta proporção de papel reciclado by harting KGaA, Espelkamp. Todos os direitos reservados. 5

6 tec.news 17: Artigo de convidado Prof. Dr. Hartwig Steusloff Engenharia da Automação Tecnologia da informação a serviço da humanidade Havia algo muito chato em relação à máquina a vapor. Assim que o fogo era atiçado sob a caldeira, a máquina começava a funcionar mais rapidamente. Se um torno adicional fosse conectado à máquina a vapor através de uma correia, a máquina reduzia sua velocidade, e junto com ela todo o maquinário ligado a ela. No século XIX, James Watt teve a idéia de usar um regulador centrífugo preso à válvula de vapor para ajustar mecanicamente o motor, de forma que a velocidade permanecesse relativamente constante apesar das flutuações de carga (Fig. 1). James Watt baseou sua idéia no princípio de controle da reação que já era conhecido desde a antiguidade, no qual um sensor (pesos centrífugos) e um mecanismo de controle (alavanca e válvula) produziam o efeito desejado sobre um processo técnico (fluxo de vapor movendo um pistão). Processamento da informação Este é um dos primeiros exemplos do processamento da informação. Informações derivadas de dados do sensor em um sistema de reação são usadas para iniciar uma série de ações que asseguram que uma função desejada pré-definida seja alcançada e mantida. É exatamente isso que os sistemas de automação altamente complexos de hoje fazem, utilizando moderna tecnologia eletrônica e de processamento de informações. As demandas por desempenho, segurança, confiabilidade e precisão em tempo real aumentaram significativamente, e a complexidade dos sistemas de hoje resulta da necessidade de administrar simultaneamente um grande número de circuitos. Os sistemas devem ser projetados para lidar com (virtualmente) qualquer tipo de falha, e os engenheiros precisam garantir que o sistema como um todo permaneça estável. Qual é a relação entre a informação, os objetivos desejados e as ações? A figura 2 mostra como informações derivadas de dados em um contexto bem definido, e apoiadas em uma estrutura satisfatória, são transformadas em conhecimento. A competência desenvolvida com este conhecimento desencadeia as ações assim que forem necessárias. Os efeitos, que acontecem como resultado destas ações, se refletem nas mudanças que são detectadas pelos subsistemas de aquisição de dados, fechando o ciclo de realimentação. Cada categoria mostrada na Figura 2 desempenha um papel essencial nos sistemas de automação. As informações têm que representar da forma mais completa possível, em modelos dinâmicos, a diversidade de características e comportamentos 6 harting tec.news 17 (2009)

7 de sistemas técnicos ou sociais, criando sistemas de automação que sejam verdadeiramente autônomos no sentido estrito do termo. Essa base de conhecimentos essenciais também inclui uma ambiente de sistema compreensão ampla das perturbações esperadas que podem afetar o sistema. A administração destas perturbações, juntamente com a conformidade com características e parâmetros Dados dados online interface-homemsistema online Ação de qualidade predefinidos, é a própria essência da automação. Contexto Razão Não importa que tipo de perturbação interna (por exemplo, um curto-circuito) ou externa (um raio) aconteça, o sistema Informações online Competência Classificação Relações online/ offline explícitas tácitas Conhecimentos Experiência Objetivos Fig. 2: O ciclo de automação Fig. 1: Regulador centrífugo tem que permanecer estável dentro de limites operacionais seguros, ou ser interrompido de forma segura. Automação Porém, o que acontece se a inteligência incorporada a um sistema técnico não for suficiente para iniciar automaticamente as ações apropriadas em uma situação particular? Neste caso, conhecimentos adicionais devem ser alimentados no sistema, freqüentemente em tempo real, para que o sistema possa reagir a tempo. Normalmente, seres humanos fornecem este conhecimento. A competência humana criativa e situacional, que não é menos aumentada pelo conhecimento tácito (inconsciente), é capaz de lidar com situações inesperadas que não foram previstas pelos projetistas de sistemas e armazenadas na forma de conhecimento explícito. Para que seres humanos intervenham de forma rápida e correta nestas situações, todo sistema de automação necessita de uma interface adequada de dados e de informações, geralmente conhecida como interface homem-máquina (HMI). Este cenário, incluindo o fator humano, é a essência da automação tal como definida em um modelo de referência pela VDI/VDE Measurement and Automation Technology Association (Fig. 3). O ciclo interno de realimentação que consiste na aquisição de informações, no processamento das informações, e na intervenção iniciada pelas informações, é complementado por uma infra-estrutura de logística da informação junto com elementos essenciais de planejamento e projeto de sistemas (engenharia). O sistema como um todo existe dentro de uma estrutura legal e econômica, que determina sua implementação e operação. Agora vamos dar uma olhada mais de perto em alguns destes aspectos. O processo técnico Vamos começar com o processo técnico. Em termos simples, um processo é caracterizado pelo número das assim chamadas variáveis de estado, que descrevem o armazenamento de energia ou matéria ou informações, cujos conteúdos mudam durante o curso do processo. A máquina a vapor de Watt tinha apenas algumas variáveis de estado, por exemplo, o nível de energia da caldeira ou do volante. Porém, as centrais elétricas de hoje podem ter ou até mais de variáveis de estado, se incluirmos as operações auxiliares que são neces- 3 7

8 tec.news 17: Artigo de convidado requisitos-restrições Processo Aquisição de informação efeitos da informação Processamento da informação comunicação homemprocesso logística da informação/ Comunicação Metodologias e ferramentas CAE fundamentos e metodologias Fig. 3: Elementos básicos da tecnologia de instrumentação, controle e automação sárias para proteger o meio ambiente. Os sistemas de automação e os seres humanos precisam de informações sobre estas variáveis de estado, que são constantemente atualizadas. Os sistemas de aquisição de informações fazem uma contribuição crucial a todas as funções de automação. Os sensores devem capturar um conjunto completo de dados em todos os estados do processo, e isto inclui especificamente a detecção de situações excepcionais. A pressão dos custos, ou simplesmente não pensar sobre isto, freqüentemente restringe o investimento nos- assim-chamados- sistemas básicos de sensores para todo um conjunto de variáveis de estado aparentemente simples. Situações aparentemente simples não recebem atenção suficiente durante o treinamento do operador, porque todo mundo sabe por experiência que nada pode dar errado. O acidente com o reator de Three Mile Island é um exemplo clássico. Uma falha de projeto em combinação com deficiências de treinamento causou uma catástrofe: Nenhuma informação do estado ABERTO/FECHADO foi fornecida para indicar o estado da válvula de alívio ativa no sistema de arrefecimento primário. Apesar de outras indicações indiretas não terem sido decifradas corretamente, ninguém notou que a água estava escapando do sistema de arrefecimento primário quando a válvula de alívio ficou travada aberta. Horas depois, houve a fusão do núcleo. Os projetistas e operadores da planta aparentemente não tinham previsto que uma válvula de alívio poderia ficar travada na posição aberta, e que uma válvula de alívio ativa pudesse exibir um comportamento excepcional. Com os métodos de engenharia que foram introduzidos desde então (por exemplo FMEA), esta falha provavelmente teria sido notada. Interface de comunicação homem-máquina A interface de comunicação homem-máquina em sistemas de automação deve assegurar que os seres humanos sejam sempre capazes de entender completamente e corretamente o estado do sistema, para que eles caso necessário, modifique os estados designados (Fig. 2), usando as informações e os atuadores disponíveis mantendo o sistema pelo qual são responsáveis em um estado desejado ou válido. Os seres humanos também usam os dados/informações que adquirem com seus sensores naturais (olfato, tato, audição), juntamente com o conhecimento disponível (explícito) e interno (freqüentemente tácito) para determinar que novas ações devem ser adotadas. É 8 harting tec.news 17 (2009)

9 importante que aumentemos nossa compreensão das características tanto físicas quanto humanas (capacidades sensoriais, comportamento), e nosso conhecimento pela educação e treinamento (vide, por exemplo, VDI/VDE 3546 Folha 1). Em um processo automatizado os operadores ficam ociosos durante a operação normal, mas eles devem intervir rapidamente e corretamente, caso ocorrá uma situação em que o sistema de automação seja incapaz de controlar. Esta situação causa uma significativa tensão psicológica nos operadores, o que recentemente desencadeou um debate sobre a ética do trabalho. Logística da informação A logística da informação oferece uma plataforma de informações para funções de automação. Assim como a logística de armazenagem, o familiar Rs se aplica igualmente à logística de informação. Informações com o nível certo de qualidade devem ser entregues ao usuário certo (autorizado) no lugar certo e no momento certo. A logística de informação envolve a distribuição ( comunicação ), o armazenamento e o acesso às informações. A atual logística de informação é baseada na digitalização do conjunto de dados inteiro em um processo técnico, junto com a garantia do desempenho da transferência dos dados em tempo real, e garantia da disponibilidade dos dados. A integridade das informações está se tornando um aspecto cada vez mais essencial (a questão da segurança é tratada, por exemplo, em VDI/VDE 2182 Folha 1). Sistemas padronizados de campo unificados (DIN EN 50170; IEC 61158) e plataformas de objeto padronizadas (p. ex. COR- BA, COM/DCOM e DOT.NET) estão disponíveis para apoiar estas metas. Sistemas sem fios (por exemplo WIFI baseado no IEEE ) estão sendo cada vez mais utilizados na redução do custo de aquisição de informações. O padrão ETHERNET, que é extensamente usado no ambiente de escritórios, estabeleceu uma posição segura no mundo da automação sob a forma da Ethernet Industrial Aberta. Com isso, a segurança da informação se tornou uma questão essencial. Sem sistemas de segurança de informação adequados, comunicações de dados sem fios podem ser interceptadas ou alteradas. A necessidade, pelo pessoal da planta, de acesso remoto a informações do processo está sendo atendida conectando-se o sistema de logística da informação à INTERNET, e isto aumenta à necessidade de se tornar a segurança de informação mais robusta. Sistemas de rede complexos Em sistemas conectados a redes complexas, freqüentemente os dados são usados em vários contextos diferentes. Os modelos de dados e informações precisam ser os mais formais e precisos possível. Vários padrões foram lançados recentemente (por exemplo, VDI/VDE 3682), que exploram completamente o conceito de objeto transmitido via rede. Esta camada de abstração suporta a formalização padronizada de dados, informações e até mesmo conhecimentos. A união deste tipo de padrão aos padrões da Web Semântica publicados pelo World Wide Web Consortium (http://www.w3.org /) deve permitir o planejamento e operação segura de sistemas de automação que estão firmemente enraizados no mundo das informações transmitidas em rede. Esta abordagem cria uma perspectiva e uma linguagem comuns para qualquer um que faça uma contribuição ativa ou passiva para a definição do ciclo de vida de sistemas complexos. A automação permeia cada fase deste ciclo de vida, incluindo processos de produção e entrega de serviços, e também dos próprios produtos. A tecnologia de informação contribui com mais de 30% do valor agregado de um carro moderno de passageiros, incluindo sistemas de automação essenciais para praticamente cada subsistema do veículo (trem de força, freios, segurança de condução, segurança em acidentes e muito mais). A aplicação da tecnologia de informação na forma de tecnologia de automação é uma bênção e uma maldição para muitos sistemas que desempenham um papel principal em nossas vidas. Nós dependemos destes sistemas: Sem um controle de atitude automático, um piloto humano teria grande dificuldade para manter um helicóptero em vôo estável, devido às influências da física que temos de aceitar. Porém não devemos permitir que a automação, que foi criada pela mão humana, atinja um nível de complexidade que os seres humanos não sejam mais capazes de controlar. Os métodos do mundo da engenharia nos ajudarão a ter sucesso. Prof. Dr. Hartwig Steusloff Universität Karlsruhe (TH), Fakultät für Informatik, Authorized Adviser, Fraunhofer Institute for Information and Data Processing (IITB), Karlsruhe 9

10 tec.news 17: Automation IT 10 harting tec.news 17 (2009)

11 Andreas Huhmann & Stefan Korf O switch é a solução Chaveamento garante desempenho para a TI de Automação A TI de Automação causou um tremendo impacto no mercado porque concentrou as discussões sobre o uso da Ethernet pela indústria no fator mais importante os benefícios para o cliente. Os benefícios são gerados pelo uso consistente de redes Ethernet padrão IEEE Para a automação, o genuíno desempenho da automação, como o transporte de dados determinístico, é essencial. Como a atual tecnologia de chaveamento para o padrão Ethernet não pode alcançar isto, os benefícios da TI de Automação para o cliente só podem ser percebidos combinando o padrão Ethernet com a nova tecnologia de chaveamento. A) Comunicação em Aplicações Industriais: Ethernet As altas expectativas associadas à euforia do Ethernet ocorrida em 2000 incluíam, por exemplo, uma rede para todas as aplicações. Logo ficou claro que, embora o Ethernet fosse a tecnologia certa, ele não podia satisfazer completamente os requisitos de automação em termos de redes consistentes. Então, o que aconteceu? Quando aplicado à automação, o desempenho do Ethernet provou ainda não ser suficiente para substituir totalmente os sistemas de barramento de campo utilizados até o momento, e portanto, os esforços para desenvolver ainda mais o Ethernet foram significativamente aumentados. Isto levou a vários perfis industriais do Ethernet incompatíveis. O que muitos destes perfis tinham em comum era o fato de que, conforme o IEEE 802.3, eles haviam transformado o Ethernet em uma solução proprietária, significando incompatibilidade com os dispositivos e as aplicações que utilizavam o padrão Ethernet. O problema de desempenho foi resolvido mudando a camada 2 (Enlace) do modelo OSI. O desempenho destes perfis geralmente é bom. Em outras palavras, seu desempenho em termos de determinismo, velocidade, topologias e instalação é semelhante ao dos sistemas atuais de barramento de campo, e é este ponto de referência que o Ethernet precisa alcançar para o uso na automação. Porém, naquele momento, ainda não se sabia que havia uma alternativa à mudança do padrão Ethernet. Como resultado, hoje o ciclo de vida do Ethernet Industrial se desassociou do padrão Ethernet, e consequentemente, este momento também marcou o nascimento da TI de Automação. A abordagem visionária da TI de Automação aconteceu em 2006 para contrariar a divergência do padrão Ethernet, e assegurar uma plataforma de comunicação uniforme para a TI de escritório e Automação Industrial. Um Ethernet como padrão para a plataforma de comunicação. B) Plataforma para todas as aplicações: TI de Automação A TI de Automação é a plataforma de comunicação para todas as aplicações de uma empresa de produção industrial. O princípio é o seguinte: todas as aplicações são interligadas por uma rede Ethernet uniforme. Isto assegura uma comunicação direta entre as diversas aplicações que determinam o processo de negócio, por exemplo, ERP e MES. Evitando transições complexas e acelerando os processos. Os resultados são processos empresariais eficientes. Redes baseadas em TI de Automação oferecem múltiplos benefícios ao cliente: redução dos custos, simplificação da instalação e aumento da disponibilidade. C) a Principal Tecnologia da TI de Automação: Chaveamento Rápido Ao selecionar o padrão de comunicação, não há nenhuma alternativa porque o padrão já foi definido para a comunicação de MES e ERP. O Ethernet ficou estabelecido na TI de escritório em âmbito mundial. Em ambientes de TI de escritório, a comunicação depende da estrita observância da especificação Ethernet IEEE Consequentemente, as 3 11

12 tec.news 17: Automation IT plataformas de comunicação somente são possíveis dentro do padrão Ethernet IEEE Porém, como o desempenho apropriado também é necessário nas redes de automação, tecnologias satisfatórias sempre foram investigadas sob esta premissa. A inovação veio em 2008 quando a HARTING estabeleceu que alguns componentes podem oferecer à rede o desempenho da automação e o chaveamento é a tecnologia fundamental para isto. De fato, o Ethernet só pode ser aplicado à automação com esta tecnologia. Ela trabalha com protocolos Ethernet inalterados, reconhece os protocolos de automação e os acelera deterministicamente. μsec cut through in Fast Track Switching Store & Forward Switching Status Quo: Ethernet e a Tecnologia de Chaveamento O desempenho da tecnologia de chaveamento é consideralvelmente melhorado na utilização da tecnologia Cut- Through, ao invés da tecnologia Store-and-Forward (vide a Fig. 1). Porém, o determinismo não pode ser alcançado com tecnologia Store-and-Forward ou com a tecnologia Cut-Through, ou seja, seus resultados não são suficientes para a automação. A priorização de protocolos conforme IEEE 802.1q também é ineficaz porque os protocolos de automação competem com todos os protocolos de mesma prioridade e também, com os protocolos de prioridades mais altas. Por esta razão, há um atraso estatístico que consequentemente é inaceitável para automação. Os dois principais mecanismos de atraso são: Fig. 1: O efeito dos métodos de chaveamento sobre protocolos de automação μsec Fast Track Switching VoIP Store & Forward Switching Atrasos na porta de entrada: Se a fila de uma porta de entrada (memória) é saturada com tráfego de outros protocolos que tem a mesma prioridade ou prioridade mais alta que a dos protocolos de automação, então as mensagens de automação são atrasadas (vide a Fig. 2). Isto ocasiona atrasos imprevisíveis para os protocolos de automação. Fig. 2: O efeito de protocolos de prioridade mais alta ou de mesma prioridade sobre protocolos de automação Engarrafamento na porta de saída: Se a porta de saída de um switch estiver saturada de mensagens, os protocolos de automação de alta prioridade também têm que esperar pela liberação da porta (vide a Fig. 12 harting tec.news 17 (2009)

13 3). Uma mensagem de baixa prioridade com um comprimento de 1500 bytes deixa a porta de saída. A mensagem de automação de alta prioridade tem que esperar até 125 μsegundos pela liberação da porta. Se o tráfego na rede estiver muito baixo, então só a taxa de transmissão Ethernet, o comprimento da mensagem e os μsec Fast Track Switching Store & Forward Switching Fig. 3: O efeito de um protocolo de baixa prioridade na porta de saída sobre protocolos de automação períodos de latência do switch determinam o atraso de transição da mensagem. Neste exemplo, os atrasos mínimos de transição da mensagem são de aprox. 160 μsegundos. Se a carga na rede Ethernet aumentar, isto resulta em atrasos nas portas de entrada e também em engarrafamentos nas portas de saída dos switches. Se uma mensagem muito longa deixar uma porta de saída na rota acima, e se uma mensagem de automação de alta prioridade precisar deixar o switch na mesma porta, a mensagem de automação tem que esperar pela liberação da porta. Estatisticamente, este efeito pode ser repetido na rota e culminar em vários milissegundos. Em uma linha, basta que isso aconteça em um switch enquanto ambas as mensagens percorrem a rota: A mensagem de automação sempre segue a mensagem longa, e sempre tem que esperar até ela deixar as portas; ela não pode mais ultrapassá-la ao longo da rota. A probabilidade deste efeito indesejável aumenta conforme a carga na rede. Com apenas 16 switches, há atrasos de transição de mensagem de vários milissegundos. colos de TI causam atrasos nos protocolos de automação. Estes atrasos se acumulam em topologias de linha. Ethernet Determinística com Chaveamento O princípio do chaveamento rápido oferece uma solução para este problema. O switch Fast Tracking detecta protocolos de automação de alta prioridade para passá-los adiante de todos os outros protocolos. Deste modo, ele dá à automação prioridade sobre outras aplicações na Ethernet. O switch Fast Tracking acelera todas as mensagens de automação detectadas utilizando o método Cut-Through integrado, evitando atrasos. Além disso, com o chaveamento rápido, as mensagens de automação podem ultrapassar as outras mensagens se estas estiverem ocupando a porta requisitada. Isto significa que não há mais nenhum tempo de espera. Se uma mensagem de TI estiver sendo enviada e a porta estiver ocupada por uma mensagem de automação, o encaminhamento da mensagem de TI é encerrado de maneira controlada para que a mensagem de automação possa ser encaminhada diretamente, de acordo com o método Cut-Through. Em seguida, a mensagem de TI armazenada em um buffer é então repassada. O chaveamento garante um desempenho melhor nos atrasos de transição de mensagem do que os atuais sistemas de barramento de campo. Comparação das tecnologias de chaveamento O chaveamento também tem que se estabelecer no ambiente tecnológico. O chaveamento Store-and-Forward estabelecida atualmente é o ponto de referência em termos de universalidade. No mundo inteiro, há um imenso número de dispositivos com interfaces Ethernet. Todos estes dispositivos podem ser conectados através do método de chaveamento Store-and-Forward. Nem todos estes dispositivos são relevantes para a automação. Porém, geralmente as inovações em automação são incentivadas por novas tecnologias que são integradas a novos dispositivos. Deste modo, os tópicos de visão e RFID não são derivados da automação clássica. Os dispositivos geralmente não suportam tecnologias específicas de automação. Porém, por via de regra eles têm uma interface Ethernet. Consequentemente, a abertura ao padrão Ethernet também significa abertura para inovações. Assim, o determinismo requerido pela automação não é garantido pela atual tecnologia de chaveamento. Os proto- 3 13

14 tec.news 17: Automation IT TI de Automação a base para cada aplicação Nível do Núcleo Telefone IP Switch de Núcleo Switch de Núcleo Nível de controle e transição SCADA SCADA Telefone IP Leitor de RFID HMI Nível de Campo PLC I/O I/O Ponto de I/O Acesso WLAN Câmera Unidade industrial Grade leve Fig. 4: O cenário do sistema de TI de Automação Outro efeito é que o chaveamento também pode ser utilizada em todos os perfis de automação que suportam comunicação Ethernet padrão. Como por exemplo, o Ethernet/IP e PROFINET RT. Isto não apenas facilita o projeto de dispositivos, mas também permite que usuários, como engenheiros mecânicos que precisam dar suportar há diferentes perfis de automação, utilizem componentes de análise de tráfego e projetos uniformes na criação de redes. Além disso, o chaveamento Store-and-Forward só oferece alto desempenho em hierarquias planas de escritório, pois o QoS (Quality of Service) não garante que as mensagens de alta prioridade ultrapassem as de prioridade mais baixa. Porém, este efeito influência essencialmente o desempenho das topologias de linha, e é consideravelmente influenciado pela utilização da capacidade de rede. Este efeito pode ser evitado utilizando o chaveamento. Somente processos especiais oferecem um desempenho comparável. 14 harting tec.news 17 (2009)

15 O chaveamento combina então, vantagens dos atuais métodos de TI com processos especiais. O ciclo de vida separado da tecnologia das soluções Ethernet de automação industrial é novamente unido ao ciclo de vida do Ethernet uniforme oferecendo vantagens adicionais. Com o desenvolvimento dinâmico da tecnologia Ethernet, a aplicação na automação pode participar de todos novos desenvolvimentos, por exemplo, no campo da largura de banda ou na segurança. Com um ciclo de vida separado, a discussão sobre a substituição dos sistemas de barramento de campo seria retomada no prazo de cinco a dez anos, embora em um novo nível. O cenário do sistema de TI de Automação A TI de Automação está diretamente relacionada à convergência de redes. A TI de rede e a atual rede de automação são redes separadas, cada uma com uma infra-estrutura própria. Estas duas redes são interconectadas. Consequentemente, o conceito de plataforma tem uma correspondência com a estrutura da própria rede. Redundâncias desnecessárias são dispensáveis. Isto é mostrado no cenário do sistema de TI de Automação (vide a Fig. 4), que opera em todos os níveis de redes com tecnologia Ethernet padrão. Assim, todos os dispositivos com interface Ethernet podem ser integrados. O chaveamento aumenta significativamente o desempenho dos perfis de automação que são compatíveis com Ethernet. Uma plataforma de comunicação Ethernet para TI de Automação já está disponível para todas as aplicações à nível de campo, desde segurança até comunicação de E/S. Com o chaveamento, os efeitos negativos da TI de comunicação e das topologias de linha sobre o desempenho da automação são eliminados. Os usuários então, se beneficiam de máxima liberdade ao utilizar topologias adaptadas à respectiva aplicação. Regras rígidas para segmentar áreas da rede, e também o planejamento dedicado do desempenho de transmissão não são mais necessários. Agora a comunicação via Ethernet já pode ser implementada até o nível de campo, porque o chaveamento garante o determinismo. Aplicativos de automação e TI utilizam uma plataforma de comunicação comum, e portanto, uma infra-estrutura de rede uniforme. A TI de Automação é uma realidade. andreas Huhmann Inhouse Consultant Strategy CN, Germany HARTING Technology Group Stefan Korf Product Manager, Germany HARTING Technology Group 15

16 tec.news 17: Transmissão profissional Peter Hannon & Gavin Stoppel Aventure-se no novo Mundo da TV A televisão do Reino Unido está passando por uma grande reforma. Todo o sistema de transmissão terrestre será convertido em tecnologia digital. A conversão afetará 25 milhões de residências no Reino Unido, além de toda a infra-estrutura até A transmissão começará em larga escala neste ano. A HARTING fornecerá o sub-rack 4-U para os sistemas de comando remoto baseados em telemetria. Em 1999, o governo britânico tomou a decisão de fazer a mudança da transmissão de TV de analógico para digital. A implementação concreta começou com o plano de ação digital. A indústria, o governo e os consumidores se reuniram para apresentar a melhor estratégia de conversão. A Digital UK é a organização de serviço público por trás deste gigantesco programa. Foi estabelecida por emissoras de TV e diversas operadoras para coordenar o projeto e 16 harting tec.news 17 (2009)

17 manter o público informado sobre como as coisas são progredindo. Além de tomar a liderança, na medida em que são feitas mudanças massivas à infra-estrutura, a organização fornecerá informações a 25 milhões de residências com TV no Reino Unido. Mudança cria oportunidades Por que o Reino Unido está alterando seu sistema de TV de analógico para digital? A conversão cria vários benefícios potenciais aos telespectadores, emissoras de TV, redes de TV e fabricantes de equipamentos. A transmissão digital é muito mais eficiente. Quando a conversão ocorrer, novas bandas de freqüência serão disponibilizadas para os serviços, inclusive TV móvel e TV de alta definição. As freqüências de rádio que não forem mais necessárias serão leiloadas a quem oferecer mais, e os fornecedores serão capazes de oferecer serviços adicionais, tais como TV de alta definição, programas de rádio digital e serviços de banda larga sem fio, incluindo HSPA e WiMax móvel. A TV digital dará aos telespectadores acesso a mais serviços e uma maior variedade de programação. Por oferecer essas vantagens, os serviços digitais vêm sendo muito bem recebidos em áreas onde, atualmente, não estão disponíveis. Entretanto, cerca de um quarto das residências do Reino Unido ainda estão sem TV digital. Antes da conversão final para o sistema apenas digital, os serviços digitais terão que ser disponibilizados a todos os consumidores. A programação A conversão foi iniciada em novembro de 2007, em Whitehaven, Cumbria, afetando cerca de residências. O processo, neste ano, prosseguirá em âmbito nacional. Conforme o plano de ação definido passo a passo que é dividido por região de TV, todos os 25 milhões de residências terão acesso a TV digital até Isto obviamente significa que toda a infra-estrutura terrestre da TV, que vem evoluindo por mais de 30 anos, terá que ser desmanchada e substituída em apenas cinco anos. Este é um projeto gigantesco e ambicioso. Cerca de sistemas de transmissão analógica em locais terão que ser removidos e descartados. Os sistemas analógicos serão substituídos por transmissores de TV digitais. O trabalho deverá ser executado de forma rápida, eficiente e cuidadosa; devido ao fato de as torres de transmissão e distribuição também serem utilizadas por estações de rádio, serviços de chamada de emergência e operadoras de rede de telefone celular. HARTING A HARTING é uma parceira da SciSys UK Ltd, que é responsável pelo planejamento e implementação da telemetria remota e sistemas operacionais na rede de transmissão durante a conversão. Os sistemas fornecidos pela SciSys serão instalados em estações de transmissão/relé do Reino Unido no curso dos próximos quatro anos. A meta é dispor um sistema de transmissão digital terrestre livre de defeitos (DDT) que transmita um sinal de TV livre de interferências para 25 milhões de residências com TV na Grã-Bretanha. A HARTING está envolvida em dois estágios no projeto. A tarefa inicial foi especificar e viabilizar a chaveamento da 10-port econ 3000 Industrial Ethernet, que oferece a combinação ideal de funcionalidade e tamanho. A HARTING HIS, Northampton, foi então contemplada como o contrato para configurar e montar os 4 sub-racks. O rack é então entregue à empresa infra-estrutura de transmissão que realiza a instalação no local. A experiência da HARTING em conjunto com a tecnologia de conectividade e soluções integradas foi o fator decisivo na seleção da empresa como um prestador de um dos mais importantes projetos no Reino Unido.. Peter Hannon Managing Director, United Kingdom HARTING Technology Group Gavin Stoppel ICPN Southern Region Sales Manager, United Kingdom HARTING Technology Group 17

18 tec.news 17: Energia eólica 18 harting tec.news 17 (2009)

19 Jens Grunwald Olhos luminosos Solução de iluminação para turbinas eólicas A Enercon é a 4º maior fabricante mundial de sistemas de energia eólica, e é a líder de mercado incontestável na Alemanha. A Enercon vem cooperando com o HARTING Technology Group desde O mais recente projeto no âmbito desta parceria bem estabelecida é o desenvolvimento de sistemas de iluminação interna baseados em LED para torres de turbinas eólicas. Por razões de segurança, uma iluminação confiável que ilumine completamente o interior da torre deve estar disponível nas turbinas eólicas. Lâmpadas fluorescentes padrão com um dispositivo de iluminação de emergência foram usadas no passado, mas elas têm algumas desvantagens. A instalação das lâmpadas nas torres requer muito tempo e esforço. Os intervalos de manutenção de lâmpadas fluorescentes são relativamente curtos, e as lâmpadas têm uma vida útil curta. Em comparação, os LEDs (diodos emissores de luz) tem vantagens definidas que resultam em maior confiabilidade e segurança profissional. O custo de propriedade também é mais baixo. Em 2006, a Enercon começou a procurar uma nova solução de iluminação interna baseada em LEDs para as torres de suas turbinas eólicas E70/E82 (2 MW). LEDs funcionam do mesmo modo que diodos semicondutores, e emitem luz quando recebem polarização direta. As lâmpadas LED têm uma vida útil muito longa. Elas não requerem manutenção e são altamente versáteis. Os LEDs também podem ser passados rapidamente do modo de iluminação para o modo de não iluminação. O feixe de luz pode ser ajustado para velocidades até a faixa de MHz. A vida útil esperada é de > de horas, o que ultrapassa a vida útil esperada das lâmpadas fluorescentes por uma ampla margem. 3 19

20 tec.news 17: Energia eólica Alta exigência na carcaça Porém, para assegurar que os LEDs continuem funcionando corretamente e durem muito tempo, as lâmpadas precisam ser mantidas secas. O desafio da HARTING era achar um alojamento que oferecesse boa proteção (IP 65), fosse robusto o bastante para resistir à manipulação severa, pudesse ser montado em um dispositivo de ventilação (ou já tivesse um incorporado) e tivesse um ângulo de feixe que não produzisse um clarão irritante quando a lâmpada es- A história da Enercon começou em 1984, quando uma pequena equipe de engenheiros sob a liderança do fundador da empresa Aloys Wobben desenvolveu a primeira Enercon (E-15/16), que gerava 55 kw. A Enercon fez a transição para a tecnologia sem engrenagens em 1992, quando produziu a E-40/500 kw. Esta tecnologia reduz a tensão mecânica, os custos operacionais e de manutenção, e é a base do sucesso da empresa. Ela também aumenta significativamente a vida útil do sistema. Atualmente a Enercon fabrica sistemas de geração de energia de até 6 megawatts, e instalou aproximadamente 2800 megawatts em tivesse montada na torre. O alojamento HARTING moldado em alumínio para fontes de alimentação foi o escolhido. Este alojamento atende todos os requisitos da nova aplicação de iluminação de torres por LEDs. A HARTING juntou forças com a TWE (Trade Wind Energy) para desenvolver uma nova lâmpada LED para a iluminação interna da torre. Esta lâmpada é comercializada exclusivamente pela Enercon como NL24. A TWE é o parceiro responsável pela montagem da lâmpada. A HARTING fornece o alojamento da lâmpada LED IP 65, a presilha de montagem para instalação na torre, e o sistema de cabeamento (VAB) para a TWE. A TWE fabrica as lentes Plexiglas truled e os PCBs LED. Ela, então, instala estes itens junto com o cabeamento no alojamento da fonte de alimentação, executa testes funcionais e inspeção final, e entrega a iluminação interna da torre para a Enercon em uma embalagem especial (engradado de madeira com divisórias). Em 1985, a HARTING foi selecionada como fornecedora estratégica da interface elétrica e produtos de conectividade. D-Sub DIN 41652, SEK 18/19 DIN 41651, Han (conectores industriais), conectores PushPull, dispositivos ICPN, produtos em fibra óptica (transmissão de dados, caixas divisoras, conversores, etc.) e um alto grau de integração dos produtos HARTING às soluções da Enercon se tornaram uma característica integrante de todo sistema de geração de energia da Enercon. Fig. 1: Lâmpada LED NL24 da Enercon A lâmpada LED NL24 da iluminação interna da torre tem uma vida útil de pelo menos 10 anos a temperaturas ambientes entre -50 e +70 graus Celsius. A voltagem operacional é de 24V, a corrente de repouso é de 0 A, e o atual consumo operacional é de 350 ma. O ângulo de visão fica paralelo à torre (parede), e o LED emite luz branca. O NL24 atende os requisitos de iluminação de emergência definidos na IEC : modificado em A1: 20 harting tec.news 17 (2009)

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