A estruturação física do ambiente industrial já deve ser planejada para atender às exigências do desenvolvimento da automação. Por isso, integrar a arquitetura de controle com IO-Link é uma ótima aposta.
Você já deve saber que o IO-Link, apelidado de USB da indústria, é a tecnologia universal e padronizada para comunicação com sensores e atuadores, permitindo rápida comunicação, transparência de informação, diagnósticos, parametrização remota, entre diversas outras vantagens.
Da mesma maneira que todos os dispositivos USB podem ser conectados a qualquer porta USB, todos os dispositivos IO-Link podem ser utilizados com qualquer IO-Link Master. Ou seja: o IO-Link, nos moldes de USB, é uma interface padronizada para todos os dispositivos, com instalação simples e abrangência total de funções.
Sendo uma comunicação ponto a ponto, o IO-Link garante uma arquitetura independente, permitindo que os dispositivos possam ser rapidamente configurados usando simples comandos de gravação.
Além disso, é imune a interferências e é altamente resistente – inclusive em ambientes agressivos. Por ser tão versátil e eficiente, é a solução perfeita para levar mais agilidade e redução de custo no desenvolvimento de projetos.
Nesta matéria, vamos falar por que integrar arquitetura de controle com IO-Link vai proporcionar praticidade e eficiência na indústria, todas as facilidades, como fazer essa integração, além de cases e exemplos de sucesso.
Entendendo a arquitetura industrial
Os sistemas automatizados estão cada vez mais complexos, principalmente devido à necessidade de tais sistemas de fornecer cada vez mais análises para implementação de soluções.
E isso já deve ser pensado desde a concepção do projeto, afinal, a estruturação física deve permitir um bom desempenho funcional. Com isso em mente, projetistas e desenvolvedores devem estar atentos na escolha e definição de um sistema de controle e automação, garantindo que sejam atendidas as específicas demandas de tal indústria.
Atualmente, a tendência em aplicações conduz os projetos de automação em direção às arquiteturas distribuídas. Esse conceito de configuração modular garante uma configurabilidade do sistema – ou seja, permite boa flexibilidade.
O que é arquitetura de controle integrada ao IO-Link?
Quando falamos de arquitetura de controle integrada ao IO-Link, estamos falando da configuração física do sistema. Isso significa usar o IO-Link para montar uma solução descentralizada com pontos de IO’s convencionais.
Arquiteturas centralizadas e descentralizadas
Existem alguns tipos de arquitetura de controle, mas neste momento vamos explorar o contraste entre arquiteturas centralizadas e descentralizadas.
Arquiteturas centralizadas
Basicamente, as arquiteturas centralizadas, como o próprio nome diz, são aquelas em que os dispositivos de campo são centralizados individualmente em um único ponto, geralmente, no CLP (Controlador Lógico Programável). Para isso, todos os sinais de sensores e atuadores serão transmitidos por cabos individuais (alguns blindados), que geralmente passam por uma calha, vão para o painel, e lá, possuem uma série de componentes eletrônicos para comportar estes cabos, até chegar ao CLP.
Em sensores analógicos, por exemplo, o cabo é blindado e deve ser longo, passar por uma longa distância entre o campo e o painel elétrico e vai para diferentes cartões dentro de um CLP. Como o painel fica a alguns metros de distância, geralmente é um trabalho árduo de instalação e principalmente para manutenção no futuro, sabendo que o ambiente industrial é agressivo e hostil.
Mas então como simplificar este processo, visando otimizar o tempo de instalação, e reduzindo ao mesmo tempo o número de ativos/dispositivos?
Com uma arquitetura de controle descentralizada!
Arquiteturas descentralizadas
Por meio de uma rede industrial, o CLP se comunica com o Mestre IO-Link, que possui um número determinado de portas, e cada porta atua como um leque de possibilidades, permitindo a integração com hubs, conversores analógicos, terminais de válvulas e outros dispositivos smart.
Os hubs, por sua vez, possuem maior grau de proteção para trabalhar em campo, nos ambientes industriais agressivos, além de serem configuráveis tanto para entradas como para saídas digitais. Isso se conecta ao Mestre IO-Link de maneira simplificada, com um cabo padrão – o que torna toda a arquitetura muito mais otimizada.
Como aumentar a eficiência operacional com arquitetura de controles modulares?
O gerenciamento de operações está sempre buscando maneiras de melhorar a eficiência da produção no chão de fábrica. Afinal, são constantes os desafios de acompanhar o crescimento das vendas e entregar os sistemas no prazo, mas ainda mantendo a quantidade de recursos.
A arquitetura de controle, sendo parte integrante do sistema/máquina, geralmente não é considerada quando falamos de melhorias de processos – que demandam equipes multifuncionais. Nesse caso, então, a engenharia e a produção desempenham um papel importantíssimo para otimizar todos os processos possíveis em toda a fábrica.
Empregando o IO-Link para fazer a interface I/O do dispositivo de campo, os fabricantes de máquinas progressivas estão modernizando suas arquiteturas de controle para suportar o IIoT (Industrial Internet of Things) e o I4.0 (Industry 4.0), enquanto ao mesmo tempo economizam até 50% em relação aos projetos de sistema de controle tradicionais.
IO-Link é uma tecnologia de comunicação sensor-atuador aberta e padronizada de acordo com IEC 61131, que existe há mais de dez anos e é conhecido principalmente por simplificar a integração de sensores inteligentes. Isso porque a comunicação IO-Link para dispositivos de campo pode ser realizada em todas as redes industriais mais populares.
O que não é amplamente difundido, todavia, é que muitas empresas estão obtendo sucesso silenciosamente ao utilizar IO-Link como um facilitador para inovar arquiteturas de sistema de controle com economia de custos.
Quais as vantagens da integração com IO-Link a arquitetura de controle?
São inúmeras. De maneira geral, todas as máquinas passam por 5 estágios desde o desenvolvimento até a aplicação – são elas:
- Design
- Montagem
- Programação e comissionamento
- Instalação e inicialização
- Manutenção
Em cada uma dessas etapas, diversos processos e características podem ter uma significante redução de custo, conforme indicado a seguir.
Design
- I/O distribuída montada em máquina reduz ou elimina gabinetes de controle;
- A arquitetura de I/O distribuída permite um design de máquina modularizado mais rápido e eficiente;
- O número reduzido de nós de rede industrial reduz a sobrecarga e a carga do hardware de rede;
- A padronização da interface no nível do dispositivo em todas as redes industriais populares reduz o esforço de design;
- Habilitação de comunicação IIoT e Industry 4.0 por meio da arquitetura IO-Link;
- Ativação de recursos à prova de erros e rastreabilidade para melhorar a experiência do usuário;
- O tempo de design reduzido permite um tempo de lançamento no mercado mais rápido e libera a capacidade de design.
Montagem
- A montagem com conexões rápidas reduz as terminações de fiação demoradas;
- O uso de cabos de conexão rápida reduz a ocorrência de terminações de fiação/tempo de retrabalho inadequados;
- O design modular de I/O encurta a passagem de cabos de sensores para módulos de I/O, reduzindo o tempo de instalação;
- Cabos padronizados de conexão rápida simplificam o estoque de componentes e a logística de abastecimento;
- O tempo de construção geral mais curto libera a capacidade da planta para pedidos maiores ou construções de máquinas adicionais.
Programação e comissionamento
- Menos erros de montagem a serem localizados e corrigidos;
- Identificação e correção mais rápidas dos erros de montagem restantes;
- Solução de problemas mais rápida de falhas e defeitos de componentes por meio de diagnósticos em nível de ponto de rede;
- Refinamento mais rápido da lógica da máquina por meio de parametrização/configuração de dispositivo remoto;
- Lógica de máquina simplificada por meio da integração de sensores inteligentes para tarefas distribuídas e tratamento de erros.
Instalação e inicialização
- O design plug-n-play modular simplifica e reduz a desmontagem, envio e remontagem no local,
- Tempo de inicialização reduzido por meio de diagnósticos remotos e/ou diagnósticos aprimorados com IO-Link.
Manutenção
Tempo de inatividade não planejado reduzido por meio de:
- Rápida reconfiguração de dispositivos de campo com falha via parametrização automática sobre IO-Link;
- Redução do tempo de solução de problemas devido ao diagnóstico de nível de porta/dispositivo, incluindo detecção e relatórios de curto-circuito e sobrecorrente;
- Dados de monitoramento remoto/condição;
- Habilitação da manutenção preditiva por meio do registro de eventos dos dados do dispositivo de campo;
- Habilitação da melhoria contínua do processo por meio do registro de dados relacionados ao processo;
- Fácil expansão do sistema para lidar com dispositivos adicionais, atualizações de dispositivos e tipos de dispositivos.
Outras vantagens da integração com IO-Link
Além dos benefícios citados acima, podemos destacar:
Simplificação do processo de cotação de controles
É possível utilizar os mesmos componentes para I/O, independentemente da marca do PLC ou rede industrial selecionada. Dessa forma, pode-se padronizar as compras de material e equipamentos.
Eliminação do clutter e simplificação do armário de controles
O trabalho envolvido na fiação paralela de um coletor de válvulas ou para fazer a terminação de um conjunto de sensores discretos pode ser facilmente simplificado com o IO-Link.
Dispositivos analógicos podem ficar caros com custos de cabos blindados e cartões de entrada analógica de canal, especialmente quando há apenas uma entrada para canal analógico. I/O modular e distribuída reduz o trabalho de configuração do hardware e pode ser personalizado para reduzir os custos de hardware.
Maximização das peças
A maioria dos projetos iniciais inclui um conjunto de pontos de I/O sobressalentes para desenvolvimento ou modificações posteriores. Se o cliente quer adicionar alguns sensores discretos ao design ou não é necessário adicionar um único canal analógico à máquina, peças de reposição e acréscimos ao projeto podem adicionar um grande custo à lista de materiais. Com esta solução, poupar conexões pode ser ter um espaço reservado e flexível para qualquer tipo de I/O até que seja necessário.
Mais agilidade para o processo de montagem sem erros
Ao trabalhar com dispositivos inteligentes em ambientes industriais, eles normalmente requerem configuração. Garantir que todos os valores sejam programados corretamente, projeto a projeto, inclusive em casos de reutilização de peças de outros projetos de máquina, pode se tornar uma tarefa frustrante e demorada.
Utilizando uma arquitetura de I/O modular distribuída com IO-Link, a configuração do dispositivo pode ser armazenada ou gravada no código, baixado para o dispositivo e ninguém precisa programá-lo. Além disso, com o uso de cabeamento padrão, hardware de montagem ponto a ponto, a arquitetura de controle pode ser feita com o mínimo de experiência e tempo.
Como fazer essa integração?
Seguindo toda a proposta de facilidade e praticidade do IO-Link, sua montagem é simples – sendo análoga aos blocos LEGO. Isso porque a tecnologia é plug-n-play, é interoperável (trabalha com diferentes fabricantes) e, por fim, é universal e padronizada.
Ou seja, é necessário:
- Mestre IO-Link
- Cabo padrão 3 ou 4 vias
- Qualquer dispositivo IO-Link de qualquer fabricante
Mestre IO-Link
É o receptor, que se comunica com o CLP por meio das redes industriais. Por meio dele, quando integrado a determinados webservers, é possível obter visualização de status, diagnósticos, eventos e parametrização.
Esse dispositivo possui as portas IO-Link, com opções para 04, 08 e 16 portas. Estas são híbridas, podendo ser digital convencional (entrada ou saída) além do pino IO-Link, que se comunica com qualquer dispositivo IO-Link encontrado no mercado.
Cabo 3 ou 4 vias padrão
O sinal do IO-Link é digitalizado em 24 VDC. Sendo assim, possuí imunidade à interferência eletromagnética, dispensando o uso de cabo blindado.
Como é possível notar na imagem abaixo, o pino 04 é o pino IO-Link. Como a tecnologia é universal é padronizada, todo o dispositivo IO-Link encontrado no mercado vai se comunicar com o mestre através do pino 04.
Dispositivo IO-Link
Os cabos se conectam aos dispositivos, que podem ser:
- RFID
- Sensores IIoT
- Hubs digitais ou analógicos
- Conversores
- Sensores de visão
- Entre outros
Veja na prática: case de sucesso
Fori Automation, um importante fornecedor de automação de montagem em Shelby Twp, MI, empregou esse conceito dividindo sua linha de montagem em seções de 30-40 pés (tamanho transportável) equipadas com I/O de montagem de máquina.
Isso não apenas economizou tempo durante a fase de construção da máquina, mas também facilitou a desmontagem, transporte e remontagem no local do cliente de forma plug-n-play, sem absolutamente nenhuma necessidade de desconectar fios ou sensores.
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