Como lidar com a interoperabilidade no ambiente de automação industrial

Arquiteturas industriais típicas

Uma arquitetura típica de um sistema de automação industrial maior consiste em três camadas – uma camada de sensores e dispositivos simples (por exemplo, partidas de motor ou relés de sobrecarga eletrônica), uma camada de controle com CLPs, painéis do operador ou inversores de motor inteligentes, e uma camada de sistemas de informação.

Cada camada tem requisitos diferentes para o volume de dados de troca, velocidade e determinismo. A abordagem anterior atenderia a esses vários requisitos por meio de redes especializadas, especialmente no caso das duas camadas inferiores.

Além disso, cada fornecedor de tecnologia maior recomendava um método de integração, de acordo com a preferência do próprio fornecedor. Como resultado, podemos encontrar muitas redes de dados e protocolos diferentes em aplicações industriais existentes. A interoperabilidade e a expansibilidade dos sistemas assim projetados e implementados são, e serão por muito tempo, um pesadelo para todos os integradores de sistemas e proprietários dessas soluções.

A situação era insustentável mesmo antes do surgimento da Indústria 4.0 e da Internet das coisas industrial. Como lidar com esse problema?

Idealmente, queríamos ter uma solução semelhante à que já existia para sistemas de informação e escritório há anos – Ethernet. A própria Ethernet tem sido considerada um padrão (na verdade, uma família de padrões, conforme especificado abaixo), que não é adequada para o ambiente industrial devido às suas características (não determinística por definição, não suporta mensagens em tempo real, bastante cara etc.) por muito tempo.

No entanto, fatores como a introdução de novas tecnologias (em particular, switches inteligentes), mudanças na topologia de rede (de topologias em árvore para em estrela), uma comunicação full-duplex, taxas de transmissão mais altas e a redução geral do preço da tecnologia Ethernet ao longo do tempo tornaram a Ethernet uma solução interessante para ser usada também para a comunicação nas duas camadas inferiores de um sistema de automação industrial.

Ethernet, Ethernet não modificada, EtherNet/IP e interoperabilidade no ambiente industrial

Antes de falarmos sobre o uso da Ethernet em aplicações industriais, devemos explicar o que é a Ethernet.

Falando estritamente, a Ethernet é definida pelo padrão IEEE 802.3 e representa uma implementação de duas camadas inferiores (camadas física e de enlace de dados) do modelo de Interconexão de Sistemas Abertos (OSI). Na prática industrial, par trançado metálico ou links de fibra óptica são os mais usados como meio físico.

A Ethernet, em seu sentido mais amplo, é frequentemente entendida como a tecnologia que permite a conexão à Internet, incluindo todos os protocolos das camadas de rede e transporte, especialmente os protocolos IP, TCP e UDP. 

As razões pelas quais a Ethernet tem sido cada vez mais considerada no ambiente industrial já foram indicadas acima. No entanto, as principais deficiências da Ethernet para uso em automação industrial, ou seja, a falta de suporte à transmissão de dado em tempo real e o não determinismo, não foram totalmente resolvidas.

Três soluções

Portanto, foram buscadas soluções para satisfazer essas necessidades de aplicações industriais. Geralmente, temos três soluções desse tipo hoje. Devido ao espaço limitado, não podemos entrar em muitos detalhes, mas podemos começar dizendo que apenas uma solução, referida como “Ethernet não modificada” na literatura, é usada sem quaisquer modificações do padrão Ethernet e dos protocolos TCP/IP e UDP de camada superior.

As outras duas soluções exigem modificações e extensões de protocolos padrão ou até mesmo hardware.

Apenas os padrões para troca de dados no ambiente industrial, que são baseados em Ethernet não modificada, não exigem quaisquer mudanças de infraestrutura (ou seja, switches especiais, roteadores, etc.), podem simplesmente coexistir com outros protocolos existentes e, mais importante, em termos de Internet das coisas industrial, permitem uma integração e interoperabilidade suaves.

Um dos poucos padrões totalmente baseados nos princípios da Ethernet não modificada é o EtherNet/IPTM. O EtherNet/IPTM é um padrão aberto gerenciado pela ODVA.

Somos um membro fundador dessa associação e temos nos beneficiado do EtherNet/IPTM a longo prazo. Essa tecnologia também é uma pedra angular de nossa solução para a digitalização total da automação industrial chamada The Connected Enterprise®, que, também graças às vantagens do EtherNet/IPTM, é uma solução ideal de Internet das coisas industrial.