Profinet
Provavelmente, já deve ter ouvido o termo ‘Cabo PROFINET’, mas o que é que significa de facto?
O chão de fábrica, onde as redes PROFINET são normalmente utilizadas, é um ambiente agreste, com condições envolventes bastante desafiantes. Neste tipo de ambientes, os cabos Ethernet mais comuns – como aqueles que possivelmente encontra no seu escritório ou casa, podem partir-se ou danificar-se facilmente. Por essa razão, os cabos Ethernet Industriais são a escolha mais apropriada.
No limite, Ethernet Industrial é… Ethernet. Porém, a Ethernet Industrial caracteriza-se pelo seu hardware robusto, e a sua fiação é protegida com revestimento e blindagem, que protegem a comunicação cotra ruído e interferências eletromagnéticas.
Muitas empresas oferecem soluções de Ethernet Industrial, e algumas produzem cabos especificamente para a PROFINET, que são comummente denominados cabos PROFINET. Estes cabos vêm normalmente com um revestimento verde, e cumprem com especificações de robustez que foram normalizadas pela PROFIBUS e PROFINET International (PI).
Os cabos nas Redes PROFINET têm duas versões: Cobre e Fibra Ótica. Os cabos de cobre PROFINET são compostos por 4 fios revestidos, têm geralmente uma cor verde, capacidade de suportar 1000 Mbps de Ethernet a uma distância de 100 metros, com transmissão ‘full-duplex’, o que significa que a informação pode ser emitida bidireccionalmente através de um cabo, de forma simultânea.
Para distâncias maiores que 100 metros, é necessário a instalação de um node (nó), tal como um switch, a cada 100 metros. É similar a segmentos de cabo como fator limitativo em fieldbus tradicionais. Por exemplo, nas redes PROFIBUS, teria de implementar repetidores PROFIBUS entre os componentes para atingir distâncias maiores.
O cabo de 4 fios pode ser feito em dois pares entrelaçados ou em formato ‘straight’. Os pares entrelaçados contribuem para reduzir as correntes induzidas e a comunicações cruzadas, fenómeno também conhecido como cross-talk em comunicações a alta frequência. Os cabos em “estrela” têm a vantagem de serem mais fáceis de instalar.
A estrutura dos fios nos cabos de cobre pode variar: eles podem ter um núcleo sólido ou multifilar, e variações no material e revestimento. Cabos de cobre entrelaçados, por exemplo, são mais flexíveis. São adequados para aplicações indoor onde a torção ou dobragem pode ocorrer. Diferentes materiais de revestimento podem providenciar diferentes tipos de resistência (ex. maior resistência ao fogo, químicos, temperaturas muito elevadas, etc), Os cabos costumam vir em cores diferentes para ajudar na identificação do tipo de resistência do cabo e indicação para que tipo são mais adequados (ex. amarelo tem maior resistência ao fogo, azul a químicos, etc. …).
Tipo A – cabos desenhados para instalações fixas. Estes cabos não devem ser movidos após colocação no local
Tipo B – Cabos desenhados para ambientes onde a flexão pode estar presente. Estes cabos suportam vibrações ou movimentos ocasionais
Tipo R – cabos para aplicações robóticas e, consequentemente, desenhados para este fim específico.
Tipo C – cabos desenhados para outras aplicações especializadas. Resistem a movimento e ambientes dinâmicos, como por exemplo, máquinas rotativas.
Existem ainda outras classes de cabo para aplicações específicas, tais como cabos enterrados para comunicação subterrânea, cabos anti corrosão e antifogo, cabos de arrasto para partes móveis, entre muitos outros.
Uma questão bastante comum relativamente aos cabos de cobre em aplicações PROFINET é se é possível utilizar cabos CAT 5, 5E, CAT 6, 6E, ou CAT 7 em redes PROFINET.
A resposta curta é “sim”, é possível utilizar estes cabos. Porém, as categorias apenas especificam a performance do cabo como a frequência atingível, velocidade, crosstalk e a relação sinal-ruído. Será sempre necessário verificar as especificações de cada cabo.
Alguns cabos CAT 5 mais antigos, por exemplo, não se adequam, dado terem uma capacidade de velocidade de 10Mbps, que se encontra abaixo dos 100 Mbps requeridos pela PROFINET. Dito isto, CAT 5E é a mais comum, dado conseguir atingir os 100 Mbps. Os cabos CAT 6A e CAT 7 providenciam velocidades até 10 Gbps . Estas taxas tão altas podem parecer desnecessárias baseadas nos valores de transmissão atuais, mas muitos utilizadores optam por elas para preparar as suas redes para o futuro.
As redes PROFINET podem utilizar todos estes cabos, mas não é tudo. A cablagem que escolher deve também ser um “cabo PROFINET” e ir de encontro às especificações da PI para utilização em ambientes industriais. Os cabos Ethernet garantem desta forma alto desempenho. De forma a garantir a ausência de tempos de paragem não planeados e dispendiosos, é recomendável a instalação de uma de monitorização de redes Ethernet Industriais, tais como o Atlas e o Atlas2.
Para além dos cabos de cobre, o protocolo PROFINET permite também a utilização de cabos de fibra ótica.
Um cabo de fibra ótica PROFINET consiste em dois fios paralelos. Os fios estão prontos para a assemblagem direta dos conectores. As setas direcionais impressas no cabo ajudam o utilizador na colocação dos fios para transmitir e receber conexões. Os cabos de fibra ótica PROFINET têm velocidades até 100 Mbit/s e comunicação ‘full-duplex’ nos dois fios.
Os cabos de fibra oferecem benefícios em caso particulares: cobrem distâncias de quilómetros, e providenciam isolamento elétrico total entre as áreas da fábrica. Para além disso, os cabos de fibra são imunes à interferência eletromagnética.
Existem dois tipos de cabos de fibra ótica PROFINET. Tipo B e Tipo C. Os cabos Tipo B são feitos para utilização estacionária ou flexível. Os de Tipo C são desenhados para aplicações especiais, como por exemplo, o movimento permanente, vibração ou torção.
Podem ser utilizadas 4 classes de fibra ótica diferentes em cabos PROFINET. Essas 4 classes são: POF, fibra de vidro multimodo, fibra de vidro mono modo e fibra de vidro com revestimento plástico.
Distância: segmentos individuais de cobre são limitados a 100 m antes do sinal ter de ser obrigatoriamente atualizado com, por exemplo, um interruptor. Os cabos de fibra ótica cobrem distâncias mais longas por defeito: algumas ultrapassam os 100 km de comprimento.
Custo: o custo é um fator crucial na implementação de uma rede. Dado o custo dos cabos variar dependendo do tipo e funcionalidades gerais, é necessário criar um orçamento baseado em cada projeto. Para além disso, é necessário considerar despesas adicionais para além do custo do cabo por metro. Durante a instalação, cada cabo irá necessitar de equipamento de teste, conectores e adaptadores. Para além disso, diferentes cabos podem requerer uma formação para a sua instalação.
Ambiente: quer o cobre como a fibra têm múltiplos tipos de cabos disponíveis para diferentes condições. Escolha sempre o tipo adequado dependendo do ambiente: instalação fixa, flexível ou dinâmica. Outro aspeto a ter em conta é a integração em arquiteturas mistas. A maioria das operações no futuro irão ter que lidar com arquiteturas de rede mais antigas juntamente com redes Ethernet, trabalhando em simultâneo, pelo que, nestes casos, é premente utilizar uma ferramenta que permita efetuar a análise e diagnóstico nestas condições.
Interferência eletromagnética: como os cabos de cobre operam através de sinais elétricos, podem ser suscetíveis aos efeitos da interferência eletromagnética. É por isso que deve ser cuidadoso quando colocar cabos de energia e cabos de dados próximos entre si. Para além disso, os variadores de frequência e outros equipamentos industriais podem ser fontes significativas de interferência eletromagnética (EMI). Os cabos de fibra ótica não podem ser afetados por campos magnéticos dado serem imunes à EMI.
Disponibilidade: a maioria dos dispositivos numa rede industrial têm conexões que suportam transmissões em cobre. É possível instalar um conversor extra para a fibra , mas é um passo extra a ter em conta.
A necessidade e o ambiente envolvente do chão de fábrica são determinantes para escolher a melhor opção, e devem ser analisados, invariavelmente, caso a caso. Existem casos onde, de facto, se torna muito complicado a instalação de cablagem, por diversos fatores, estrutura e planta da fábrica, dimensão, custo de implementação. Nestas situações, poderá considerar a implementação de uma solução wireless – pode obter mais informação sobre esta solução aqui, e consultar um caso prático de implementação deste tipo de solução numa empresa, aqui.
Numa instalação de cablagem, pode utilizar um cabo Ethernet standard de cobre ou fibra nas conexões PROFINET. A utilização de cabos PROFINET são uma grande vantagem, dado serem ubíquos, acessíveis e versáteis. Os cabos de cobre e fibra têm diferentes tipos para indicar qual o grau de movimento que eles são concebidos para aguentar. E os fabricantes também oferecem cabos para aplicações particulares. Ao comissionar cabos de cobre ou fibra, lembre-se sempre de seguir as regras de instalação de um especialista.
