Soluções Wireless para ambiente Industrial

Transcrição

1 Soluções Wireless para ambiente Industrial Integrando Controle e Informação Ricardo Afonso Engenharia de Produto Divisão de Automação

2 Sistemas Wireless para Ambiente Industrial Equipamentos (Industrias) Equipamentos (Residências/Escritórios) Tecnologia a/b/g/n (Industrial) Tecnologia a/b/g/n (Residências/Escritórios) *Safety: Não existe uma NBR que certifique equipamentos Wireless *Motion: O tempo de sincronismo está na ordemde µs

3 Por quê Wireless?

4 Integração de controle e informação Já imaginaram os Smartphones sem conexão wireless e 3G? Qual seria a função dos aplicativos?

5 Integração de controle e informação

6 Integração de controle e informação IOT- Internet das coisas IOE Internet de todas as coisas

7 Integração de controle e informação + + Alarmes IHM Modem 3G Gerenciador de Alarmes

8 Vocação dos sistemas wireless Dificuldades relacionadas à distância Distâncias onde o uso de cabo é impraticável Sistemas de tratamento de água e esgoto ETE/ETA Gasodutos, oleodutos Sistemas de distribuição de energia elétrica Distâncias em áreas onde não haja infraestrutura para a passagem de cabos Captação de água em poços nas imediações da fábrica Instalação de novos sistemas de controle de energia elétrica (Power Monitor) Interligação entre galpões para fins de controle e supervisão Através de ruas, avenidas, lagos, etc

9 Vocação dos sistemas wireless Dificuldades relacionadas à mobilidade Situações onde o cabo pode romper-se, ou ficar muito longo Pontes Rolantes Empilhadeiras, retomadoras, coquerias e outras máquinas móveis AGVs Transportadores Automotivos Desejo de monitoração/programação remota de equipamentos Rede de Manutenção Acesso aos PLCs, IHMs, Superviórios etc Áreas perigosas ou pouco confortáveis CFTV Monitora dados de produção OEE em IHMs e Portais Web (Vantage Point) Outras situações Eliminação de cabos devido a vandalismo ou roubo Diminuição do tempo de instalação da rede industrial (Cabo ou Fibra) Diminuição do custo de infraestrutura de rede Leitura de barcodes Exemplo: Cognex Wifi

10 Tecnologias Wireless

11 Conceitos sobre rádio-frequência A capacidade de um sinal atravessar obstáculos é diretamente proporcional ao comprimento de onda Portanto, quanto menor a frequência, maior o alcance Em contra-partida, quanto maior a frequência, maior a banda disponível Portanto, maior frequência, maior velocidade Então, o que é melhor: alta ou baixa frequência???

12 O que é IEEE a/b/g/n? 5 GHz Band 5 GHz Band 2.4 GHz Band a n OFDM OFDM n b g OFDM DSSS OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, & 54 Mbps 3º Geração 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, & 300 Mbps FAST ROAMING 4º Geração 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, & 300 Mbps FAST ROAMING 4º Geração 5 & 11 Mbps 1º Geração 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, & 54 Mbps 2º Geração

13 Tecnologias de RF DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Protocolo de rádio aberto (802.11b) Compatível com dispositivos de terceiros: Notebooks, SmartPhones Velocidade alta 11Mbps Eficiência de aprox. 4-5Mbps Boa imunidade contra RFI/EMI Suficiente para boa parte das aplicações industriais, pois radios industriais possuem antenas auxiliaries cancelar ruídos externos Frequência de operação: 2.4GHz

14 Tecnologias de RF OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Permite a transmissão de múltiplas portadoras de sinal na mesma banda, sem que haja interferência entre as mesmas, apesar da sobreposição de canais Utiliza as mesmas técnicas da transmissão de TV digital Protocolo de rádio aberto (802.11a/g/n / Wi-Fi) Alta velocidade (300 Mbps) Boa imunidade, porém alcance mais curto Frequência(s) de operação: 2.4GHz, 5.8 GHz

15 Tecnologias de transmissão Single Input, Single Output a/b/g Single Input, Multiple Output a/b/g Multiple Input, Single Output a/b/g Multiple Input, Multiple Output a/g/n

16 802.11n: Indo além dos 54Mbps MIMO: Multiple Input, Multiple Output Dois fluxos de sinal independentes, que trafegam em caminhos diferentes porém próximos Permite caminho redundante

17 Como chegar a 300 Mbps? Roaming Multiple Input, Multiple Output

18 Resumo Tecnologias de MIMO São utilizadas canais na transmissão A/B/C, e três canais na recepção A/B/C, todas trabalhando simultaneamente A combinação da tecnologia OFDM com a MIMO permite elevar a eficiência do sistema sem-fio Protocolo de rádio aberto (802.11n) Altíssima velocidade (300 Mbps) Rádio Híbrido permite flexibilizar as aplicações Usar 2.4GHz nos links mais longos, e 5GHz nos mais curtos Frequência(s) de operação: 2.4GHz, 5GHz Alta velociada permite transmitir imagens e também dar mobilidade a sistemas móveis chamados ROAMING

19 Comportamento do sinal de RF Utiliza-se o máximo possível a visada direta Facilita os cálculos de perdas e ganhos Otimização do alcance do sinal Otimização da performance (velocidade) Quando não há visada direta Obstáculos diminuem alcance Obstáculos podem refletir os sinais, causando efeitos indesejáveis Obstáculos podem encaminhar o sinal através de reflexão Mais comum em ambientes fechados, mesmo sem visada direta Obstruções dependem do tipo de material Metal: altamente reflexivo Água: altamente reflexivo Vidro: comportamento similar a água (líquido em repouso)

20 Especificando sistemas wireless

21 Tópicos para sucesso de uma aplicação wireless: 1. Definição da necessidade APLICAÇÃO 2. Estudo teórico PWD ProSoft Wireless Designer(free) 3. Definição dos equipamentos e acessórios PWD ProSoft Wireless Designer (free) 4. Validação do estudo teórico em campo em casos específicos Site Survey 5. Revisão da lista de equipamentos acessórios - PWD ProSoft Wireless Designer (Free) 6. Instalação dos equipamentos e acessórios Guia Boas Práticas de Instalações 7. Startup e comissionamento do sistema ProSoft IHBrowser (free) 8. Medição dos sinais e ajustes de antenas ProSoft IHBrowser (free) 9. Utilização de Switches Gerenciáveis Stratix 5k7,5k4,8000 ou Segmentar a rede Ethernet através de Vlans WebBrowser Config (Free)

22 Software FREE - PWD

23 Informações necessárias Quanto aos dispositivos: Que dispositivos estão conectados: PLC, IHM, medidor, câmera, pocket PC? R: ETE: CompactLogix Sala de Controle: Supervisório FTView SE Qual o tipo de protocolo dos equipamentos: Serial RS-232, Ethernet, Serial RS-485, Serial RS-422? R: Ethernet Qual o protocolo: Ethernet/IP, Modbus TCP/IP, DF1, Mobbus RTU? R: Ethernet/IP Quanto a disposição física dos equipamentos: A aplicação é indoor (área fechada), outdoor (área aberta) ou mista? R: Outdoor Quais as distâncias entre os equipamentos? 2km R: Mínimo 600 metros / Máximo Existe LOS (ausência de obstáculos) entre todos os equipamentos? R: SIM. Visada Direta Uma vez posicionando as antenas de cada rádio em pontos que permitam a existência de LOS (linha de visada), qual a distância entre o ponto de instalação de cada rádio e sua respectiva antena. R: 10 metros Os equipamentos são fixos ou móveis?

24 Informações necessárias Quanto à aplicação: Qual o objetivo da aplicação Troca de dados entre os equipamentos R: Poucos Dados (Tensão,Corrente, Falhas da ETE) Programação remota dos equipamentos R: NÃO Quais os limites de atraso tolerados, em milissegundos? Os dados trafegados farão algum tipo de sincronismo entre os equipamentos? R: 5 Segundos sem Sincronismo Pretendo expandir a minha rede de rádios no futuro? R: SIM Quanto possíveis interferências: Existem outros sistemas de rádio na mesma área? R: NÃO

25 Informações necessárias Dado: Coordenadas de GPS Resultados: LOS (sim ou não) Altura das antenas Repetidores necessários (se necessários) Localidade sugerida dos repetidores Previsão de performance Estudo Teórico

26 Informações necessárias NOME DA ESTAÇÃO TIPO LATITUDE LONGITUDE ALTITUDE TORRE DE COQUE MASTER '30.36"S 47 7'33.48"O 609m TORRE DE COQUE MASTER '30.36"S 47 7'33.48"O 609m SALA (CO5) SLAVE '36.51"S 47 8'24.40"O 602m SALA (CO5) SLAVE '36.51"S 47 8'24.40"O 602m POOL SLAVE '31.69"S 47 8'45.04"O 603m CIA GLP SLAVE '17.37"S 47 8'28.85"O 603m TEFFER SLAVE '13.27"S 47 8'49.03"O 596m RUFF SLAVE '39.30"S 47 8'30.72"O 605m

27 Produtos e Aplicações

28 RádioLinx até 54Mbps RLX2-IHW-BR RLX2-IHG-BR Interface Ethernet POE Ethernet POE Serial Serial Tecnologia DSSS / OFDM DSSS / OFDM Velocidade 54 Mbps 54 Mbps Servidor OPC gratuito Integração com sistemas supervisório Aprovado para Classe I Div 2 Mestre / Escravo / Repetidor Frequência Alcance máx 2.4 Ghz 10km 2.4 Ghz & 5 GHz 5km Escravo+Repetidor na mesma unidade Diagnóstico remoto no mesmo software 3 anos de garantia Invólucro NEMA 1 NEMA 1

29 Transportadores de Pedras - Stacker / Reclaimer

30 Transportadores de Minério - Stacker / Reclaimer Stacker rotativo Reclaimers movem-se sobre trilhos on tracks

31 Plataforma 37 Master Redundante Sala de controle / Turret

32 802.11a/g/n Wireless até 300Mbps High speed n technology Up to 300 Mbps RF data rate 2.4 GHz & 5 GHz bands including DFS channels ProSoft Fast Roam Technology Less than 50 msec time between Access Points Full device bridging, wireless controller not required Advanced Management Tools IH Browser Utility, Web Server, OPC Server microsd automatically stores/loads configuration Industrial Hardened Extended operating temperature, high vibration/shock 12/24 VDC or Power Over Ethernet (PoE) microsd

33 Sistema de Monitoramento de Energia Área - 01 Área - 02 Área - 03 Área - 04 Estação - A Rádio Backbone Rádio Campo Sala de Controle (IT) Client FTV(1) Client FTV(2) WorkStation FTView SE Server FT Energy Metrix Portal Vantage Point Ethernet/IP Stratix 5k7 Layer 2

34 Fast Roaming em Transportadores Montagem Final EOM DESCARGA AP AP AP AP RAMAL MANUT. Pintura Final AP AP EOM CARGA

35 Fast Roaming emtransportadores VIDEO-1 VIDEO-2 PLCs + Rádios susbstituem os antigos sistemas chamados LJU e Tracoinsa

36 Wireless I/O to I/O e I/O to Protocolo Discrete Outputs Discrete Outputs Discrete Outputs Discrete Inputs Discrete Inputs Discrete Inputs Analog Outputs Analog Outputs Analog Outputs Discrete Outputs Discrete Inputs RF CIX6430 Remote Analog Inputs Analog Inputs Ethernet Or Serial RF CIX6430 Remote Analog Inputs Analog Outputs Analog Inputs CIX6430 Master RF Discrete Outputs CIX6435 Master RF Discrete Outputs Até 20km CIX6430 Remote Discrete Inputs Analog Outputs Analog Inputs Até 20km CIX6430 Remote Discrete Inputs Analog Outputs Analog Inputs Até 6km

37 Industrial Celular Gateway GSM 3G

38 Industrial Celular Gateway GSM 3G

39 Homologação Anatel Tecnologia Frequência (MHz) Velocidades Alcance Características $$$ Rádios Licenciados 200, kbps 50 Km Excelente alcance, mas muito lento Sim* Celular(3G) 850,900,1800, 1900, 2100 Até 1.2Mbps Global Boa cobertura, necessita serviço Sim** Frequency Hopping Spread Spectrum 900, Kbps 48 Km 24 Km Alta imunidade, tecnologia fechada Não Direct Sequence Spread Spectrum 2400 Até 5 (11) Mbps 24 Km Alta velocidade, tecnologia aberta Não Orthogonal Frequency Division Multiplexing 2400/5000 Até 30 (54) Mbps 8-12 Km 2400/5000 Até 300 Mbps 1,6-5 Km Menor alcance, alta exigência de visada (LOS) Alta performance, dados+imagem, QoS Não Não Bluetooth 2400 (720) kbps 10m custo caindo Não * Anatel ** Concessionária de celular

40 Ricardo Afonso Engenharia de Produtos Divisão de Automação R. 314 ricardoafonso@ladder.com.br Web: