A descentralização na automação industrial é um pré-requisito essencial para os sistemas de automação em rede nas fábricas inteligentes. Ao detalhar os elementos descentralizados de máquinas, este artigo explica como essa descentralização do processamento de dados digitais, em conjunto com o design de plantas modulares, oferece uma maior flexibilidade e, assim, reduz significativamente o time-to-market de máquinas e produtos finais.
Além disso, o artigo apresenta critérios de decisão para a descentralização de uma planta e oferece uma visão abrangente de soluções de hardware e software para a implementação de máquinas e plantas modulares distribuídas.
Rede em vez de Pirâmide Vertical
Quando se tratava de estruturar processos de produção industrial cada vez mais complexos, a pirâmide clássica de automação forneceu orientações úteis durante muitos anos. Embora não tenha havido sempre um consenso relativamente aos termos e ao nível de detalhe, todos os modelos comparáveis têm algo em comum: a estrutura hierárquica de níveis individuais e separados.
O nível estratégico ou administrativo da empresa está no topo, enquanto o nível de campo, ou em publicações mais recentes, produtos e processos de produção, descreve o nível mais baixo da pirâmide. Sistemas como ERP, MES, SCADA e SPS, juntamente com suas funções, localizam-se nesses níveis. A estrutura baseia-se no hardware, a função de cada sistema está vinculada ao hardware e a comunicação ocorre de nível para nível.
Ativos em Rede
Há vários anos, os especialistas têm observado a dissolução da pirâmide clássica de automação. Eles referem-se, em particular, à capacidade funcional de nós de sistema individuais e às relações de comunicação entre os níveis. Se, por exemplo, um módulo de fieldbus compara diretamente informações com um registo de dados no sistema ERP processá-las num controlador, ele salta a sequência convencional de níveis. Da mesma forma, o modelo rígido da pirâmide também não se adequa bem a descrever a posição e a função de um módulo de I/O que realiza funções de controlo simples de forma autónoma. A comunicação bidirecional entre um sensor e a cloud seria um terceiro caso de uso que sugere a alteração das relações e a diminuição das fronteiras entre os níveis.
Atualmente, ativos descentralizados e interligados a nível de sistema, como máquinas ou componentes, complementam a estrutura hierárquica com os seus níveis lógicos. Nós de automação em áreas relacionadas com produtos desempenham tarefas que anteriormente ocorriam no sistema de controlo de produção e transmitem dados pré-processados (edge analytics) para o backbone. Está a surgir uma nova fronteira entre a edge e a cloud.
Fábrica do Futuro
O modelo futuro da fábrica inteligente oferece uma visão das potenciais arquiteturas de automação de amanhã. A investigação e o desenvolvimento perseguem o objetivo de conectar todas as máquinas, sistemas de armazenamento e recursos operacionais envolvidos no processo. Assim, um produto pode decidir o seu próprio processo de produção ou o sistema possa automaticamente fazer um novo pedido de materiais.
Para isso, unidades modulares inteligentes precisam ser capazes de tomar decisões descentralizadas na interação entre a IT e o mundo físico. Seja num sistema ciber-físico ou na IoT, uma rede tão integrada teria, portanto, o potencial de quebrar as hierarquias de comunicação estabelecidas. Nesse contexto, as funções distribuem-se por toda a rede, os participantes comunicam entre todos os níveis, e o produto torna-se uma parte integrante dessa rede.
Centralizado ou Descentralizado?
Ao comparar a pirâmide clássica de automação com uma arquitetura de rede flexível, encontramos dois extremos. O conceito de automação centralizada e o sistema de controlo descentralizado. O conceito de automação centralizada, que concentra o controlo, monitorização e avaliação no sistema de controlo, distribuindo as sub tarefas de acordo com a hierarquia. O sistema de controlo descentralizado, onde a inteligência se distribui pela rede e as unidades funcionais tomam decisões independentes ao nível de campo.
No entanto, essas descrições são modelos, pois a complexidade dos processos numa planta frequentemente exige soluções híbridas. Quando possível, certos processos seguem um conceito descentralizado, mas permanecem sob monitorização central. Da mesma forma, algumas operações lógicas complexas requerem capacidades de controlo centralizado, enquanto outras tarefas dentro do sistema são completamente autónomas.
A escolha entre uma estrutura de automação centralizada ou descentralizada não depende de convicções pessoais, mas sim dos requisitos específicos ou dos benefícios diretos para a aplicação em questão.
Critérios de decisão
Lauber e Göhner concluem: “Tão descentralizado quanto possível, tão centralizado quanto necessário”, referindo-se a uma divisão tripla das estruturas de automação:
- Processo técnico: O processo é uma unidade autónoma ou é composto por vários sub processos?
- Estrutura local: os dispositivos de automação estão localizados centralmente (por exemplo, numa sala de controlo) ou estão distribuídos perto do processo, no campo?
- Estruturas eficazes: as funções de automação para sub processos são controladas centralmente e de forma sequencial, ou por dispositivos descentralizados, como um PLC (micro controlador)?
Esta distinção é particularmente útil ao avaliar sistemas de máquinas e plantas existentes. Assim que se inicia o planeamento de um novo conceito de automação ou de uma atualização, incorporam-se uma série de outros fatores de avaliação nas decisões de investimento: segurança, usabilidade, disponibilidade, fiabilidade, flexibilidade do sistema, aspetos comerciais e taxas de transmissão.
Pré-requisitos
Certos pré-requisitos na infraestrutura da planta, podem facilitar significativamente a implementação de conceitos de automação descentralizados. Um dos principais impulsionadores é o Ethernet Industrial como tecnologia de comunicação, pois permite a total interligação do sistema e promove uma maior integração entre as tecnologias de IT e OT. Isso significa que a informação tanto do nível de produção quanto do nível empresarial pode ser processada numa rede partilhada.
O processamento de dados digitais é, assim, fundamental para processos de máquinas e plantas inteligentes. Num sistema, isso exige um fluxo de informações bidirecional e contínuo que se estenda até o nível de sensores e atuadores. As principais tecnologias utilizadas, nesse caso, incluem a interface universal IO-Link e a transmissão de dados sem contacto, utilizando tecnologias como NFC, Bluetooth ou RFID, nas quais uma cabeça de leitura/gravação e um tag trocam informações.
Outro ponto importante é a padronização. Também neste artigo, será possível compreender até que ponto a modularização e a descentralização são mutuamente dependentes. Neste contexto, fica claro que os padrões de comunicação independentes de fabricantes ou plataformas e os formatos padronizados para troca de dados são indispensáveis para a rentabilidade dos conceitos modulares ou para a integração de componentes descentralizados. Protocolos estabelecidos, bem como desenvolvimentos como OPC UA ou AutomationML, podem simplificar consideravelmente a integração de máquinas em interfaces já existentes.
Indústrias Pioneiras
A transição para aplicações descentralizadas (parciais) está a ocorrer mais rapidamente em alguns setores. A logística, por exemplo, está a apostar cada vez mais em máquinas modulares – especialmente para controlar o fluxo interno de materiais e mercadorias. Isto está ligado ao objetivo de acelerar a integração ou o comissionamento de sistemas de transporte ou possibilitar a expansão da gestão de armazéns. Da mesma forma, muitas empresas farmacêuticas e de biotecnologia estão a investir cada vez mais em estruturas de plantas descentralizadas, pois colocam-nas em operação de forma mais rápida, o que aumenta diretamente os lucros nestas indústrias. As empresas também instalam ou convertem novas máquinas de maneira rápida e simples. Outras empresas que adotam cada vez mais abordagens descentralizadas incluem as da indústria de embalagens e da indústria madeireira.
Modularização – Do Hardware ao Software
No contexto da automação descentralizada, a modularidade assume um papel fundamental. A ideia central da engenharia mecânica modular é dividir plantas complexas em segmentos individuais. Assim como no princípio dos blocos de construção, os módulos devem ser combinados de forma individual e flexível. Para isso, cada módulo deve operar de forma tão descentralizada e autónoma quanto possível. Isso demonstra como é importante considerar não apenas o hardware de automação, mas também o software e os padrões de comunicação.
Hardware Descentralizado
A modularização consistente requer a realocação de diferentes funções de controlo para o módulo da máquina. Estas tarefas podem ser executadas tanto por um PLC compacto quanto em sistemas de I/O com controlador lógico integrado. Desta forma, os utilizadores têm várias opções para instalar hardware diretamente no ambiente de uma aplicação:
- Armários de controlo no campo: Módulos de I/O e controladores com classe de proteção IP20 podem ser alojados em caixas ou armários de controlo no ambiente da máquina. O principal objetivo aqui é reduzir ainda mais o tamanho desses armários de controlo compactos e, acima de tudo, aumentar a inteligência dos dispositivos instalados.
- Sistemas de I/O com IP67: Os sistemas de I/O com classe de proteção IP67 são a solução ideal se não se pretender alojar componentes de automação em caixas de controlo. Estes permitem a instalação direta no campo.
- Módulos de bloco com IP67: Módulos de I/O compactos ou controladores com classe de proteção IP67 são uma solução que economiza espaço para máquinas modulares mais pequenas. Eles também podem reduzir a pegada das máquinas, o que tem um impacto positivo nos custos e no tempo de instalação.
Uma Tecnologia, Várias Linguagens
A comunicação via Ethernet Industrial é a chave para interligar plantas completas e transferir grandes quantidades de dados. Os protocolos comuns TCP/IP permitem transmitir tanto dados em tempo real quanto dados de TI por meio de um canal partilhado, o que facilita a integração vertical ao longo dos níveis de automação, ao contrário dos sistemas fieldbus tradicionais.
No entanto, as diversas variantes de Ethernet, que os principais fabricantes de controladores introduziram ao longo do desenvolvimento do Ethernet de escritório para o padrão industrial, criam um desafio para a engenharia mecânica modular. O Ethernet ainda não conseguiu uniformizar os sistemas de comunicação industrial. Os únicos elementos comuns entre os diferentes padrões de protocolo são a tecnologia de transmissão (layer física) e o protocolo de acesso ao bus (data link layer). Surgiram vários protocolos nas últimas décadas, cada um com vantagens para aplicações específicas, embora nem todos possam ser listados aqui.
Os protocolos de Ethernet Industrial amplamente utilizados incluem, por exemplo:
- EtherNet/IP: Desenvolvido pela Rockwell Automation e pela Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), normalizado de acordo com a IEC 61158, com grande participação no mercado dos EUA.
- Profinet: Desenvolvido pela Siemens e pela Profibus User Organization (PNO), normalizado de acordo com as normas IEC 61158 e IEC 61784, predominante na Europa e no Médio Oriente, e amplamente utilizado na Ásia.
- Modbus TCP: Baseado no protocolo Modbus aberto, desenvolvido em 1979 pela Gould-Modicon (atualmente: Schneider Electric), considerado um padrão da indústria e parte da norma IEC 61158.
- EtherCAT: Desenvolvido pela Beckhoff Automation e pelo EtherCAT Technology Group (ETG), divulgado nas normas IEC 61158 e IEC 61784, normalizado na ISO 15745-4.
Cadeias de produção compostas por partes de plantas de diferentes fabricantes são a norma na produção. Empresas mais pequenas muitas vezes não têm outra opção ao escolher unidades de fornecimento, mas grandes corporações também. Por vezes, precisam de produzir em linhas de produção compostas por máquinas de diferentes fabricantes de controladores devido à sua estrutura internacional.
Por outro lado, os requisitos rigorosos de algumas grandes empresas também apresentam aos fornecedores mais pequenos o problema de terem de fornecer as suas máquinas juntamente com a comunicação necessária. Existem várias formas de simplificar a integração e operação de unidades modulares:
- Conversores de protocolo: Interfaces fieldbus, também conhecidas como gateways, são usadas para trocar dados entre duas redes diferentes. Esses conversores geralmente precisam ser montados no rail DIN, e é frequentemente necessário selecionar os protocolos a serem conectados com antecedência. Particularmente para conceitos de plantas modulares, os conversores de protocolo recomendados, são aqueles com classe de proteção IP67, compatibilidade integrada com várias redes e capacidade de se adaptarem ao respetivo master na rede.
- Tecnologia I/O adaptável a protocolo: Controladores compactos e módulos de I/O que suportam mais de um protocolo Ethernet permitem a instalação de módulos de máquinas (descentralizados) em diferentes cenários de sistema. Para um fabricante de módulos de plantas, como os Pharma-Skids, a probabilidade de conseguir instalar a sua máquina no local do cliente sem problemas aumenta.
Tecnologia de segurança nas proximidades diretas da máquina
Nos últimos anos, observa-se, portanto, uma crescente necessidade de mover as funções de segurança para I/Os compactos ou controladores na periferia.
Esse cenário explica-se, principalmente, pelo grande número de sinais relevantes para a segurança em determinadas áreas da planta, como barreiras de luz, botões de paragem de emergência ou portas de proteção, que, em estruturas modulares, são recolhidos diretamente na máquina. Nesse contexto, os requisitos para a transmissão em tempo real tornam-se, assim, essenciais.
Além disso, em aplicações com controladores de segurança centralizados, é necessário considerar tempos de resposta elevados devido aos tempos de ciclo do bus.
Isso ocorre porque a transmissão de dados do sensor para o controlador, seguida pelo processamento e a posterior transmissão de retorno, requer um tempo de execução específico.
Na prática, isso significaria planear maiores distâncias entre a fonte de perigo e o dispositivo de proteção, de modo que a máquina se desligue a tempo para proteger os colaboradores.
Outro fator a considerar é a fase de comissionamento, pois com módulos de I/O descentralizados, os construtores de máquinas podem testar as funções de segurança em aplicações completas com antecedência. Isso facilita a instalação no local do cliente e garante a segurança funcional durante todo o ciclo de vida da máquina, conforme exigido pelas normas.
Os conceitos de segurança descentralizados podem ser diferenciados conforme as funções de controlo estejam localizadas de forma central ou movidas para a periferia com o módulo de I/O.
Cablagem Descentralizada – Controlo Centralizado
Módulos de I/O com classe de proteção IP67 recolhem sinais de segurança diretamente no campo e enviam-nos para um controlador de segurança através de fieldbus de segurança ou protocolo Ethernet seguro. No entanto, o controlo central das funções de segurança pode levar a tempos de resposta mais elevados, tendo em conta os tempos de ciclo do bus e as mensagens concatenadas.
Cablagem Descentralizada – Controlo Descentralizado
Módulos de I/O seguros com classe de proteção IP67, de fabricantes individuais, também podem controlar as funções de segurança diretamente no módulo, no campo. Nesta versão, ao nível da máquina, os tempos de ciclo são consideravelmente mais curtos. Apesar da funcionalidade de segurança descentralizada, os módulos conseguem comunicar com um controlador de nível superior, por exemplo, para transmitir dados de diagnóstico.
A Importância do Software
A importância do software para a tecnologia de automação tem aumentado constantemente com os desenvolvimentos relacionados à Indústria 4.0. Para projetos de plantas com módulos descentralizados, realoca-se a inteligência para o field, o que se reflete na engenharia do lado do software.
O software, assim, maximiza o desempenho dos dispositivos fieldbus, acelera a fase de comissionamento e utiliza a capacidade de computação nos locais adequados, em vez de concentrá-la num ponto.
Atribuem-se aos controladores centrais da máquina tarefas principais específicas, enquanto os dados não diretamente relacionados com o controlo são enviados diretamente para o sistema adequado.
Inteligência distribuída
Distribuir a inteligência de automação para os módulos individuais da planta ou para os dispositivos fieldbus instalados localmente reduz o tráfego de dados com os sistemas de nível superior. Isto é particularmente benéfico em aplicações que exigem tempos de ciclo curtos.
Na intralogística, por exemplo, quando duas caixas de transporte se aproximam demasiado e é preciso parar a correia transportadora imediatamente, é essencial tomar decisões e transmitir os sinais rapidamente. Em redes com vários participantes e apenas um PLC central, é necessário aumentar a distância entre os pacotes ou reduzir a velocidade da correia. Em vez disso, o módulo pode filtrar os dados antecipadamente, permitindo uma comunicação mais eficiente e direcionada com um controlador de nível superior.
Nalgumas aplicações, não há necessidade de controlar processos relativamente menos complexos e independentes por um PLC – por exemplo, a interação entre uma tag RFID, um temporizador e uma luz de sinalização. Em vez disso, um módulo de I/O com função lógica seria capaz de executar esta tarefa no local. Isso demonstra a importância de soluções de software que aproveitem toda a capacidade de desempenho de um módulo de I/O e proporcionem aos utilizadores um ambiente de programação. O módulo também poderia enviar um intervalo específico dos dados recolhidos para o sistema de controlo, apesar da sua gestão autónoma. Assim, seria possível rastrear, por exemplo, qual a tag que foi registada em qual local e em que momento.
Comunicação módulo a módulo
Como sistema autónomo, os módulos da máquina processam as entradas dos módulos vizinhos e determinam as suas próximas ações com base nessas informações. Dependendo da complexidade de um módulo, isso é alcançado com componentes de I/O com funções lógicas ou com controladores de field. Apenas a informação necessária para o módulo adjacente é transferida através da interface entre os dois módulos da máquina.
Codesys
A ferramenta de programação Codesys Development System (IEC-61131-3) oferece uma solução para a configuração de aplicações de automação, utilizada por dezenas de milhares de utilizadores em todo o mundo. Na automação, utiliza-se o software open source de forma padronizada por diversos fornecedores de tecnologia de controlo. Isso permite que empresas de automação independentes coloquem rapidamente no mercado plataformas de controlo e, ao mesmo tempo, integrem-se na rede existente dos seus clientes. Além disso, a integração direta de protocolos padronizados, como Profinet ou EtherNet/IP, permite a interligação com controladores dependentes de fabricantes, incluindo a troca de dados necessária. Desta forma, é possível criar ativos descentralizados, além dos sistemas de automação existentes, e influenciar o mínimo possível os processos em execução.
Inteligência de segurança descentralizada
Com a ajuda de software de fabricantes, é possível instalar funções relevantes para a segurança em sistemas de segurança de I/O de forma descentralizada. Isso oferece aos utilizadores a oportunidade de pré-configurar aplicações de segurança num módulo I/O IP67, por exemplo, onde o software verifica primeiro os erros lógicos nas configurações. A lógica de segurança descentralizada remove o perigo de forma muito rápida e envia todas as informações ao controlador padrão. Alternativamente, também pode ser integrada num controlador de segurança de nível superior como um I/O de segurança.
A Caminho de uma Maior Padronização: OPC UA, AutomationML, MTP e PackML
A crescente relevância do software de automação industrial traz consigo problemas de compatibilidade de interfaces. Ferramentas de engenharia específicas de cada fabricante dificultam a integração de módulos de máquinas quando ocorrem interrupções de sistema dentro de uma planta, afetando tanto a conectividade quanto a comunicação. A padronização é, sem dúvida, a chave para estruturas de automação flexíveis e abertas. Os fabricantes precisam de armazenar os parâmetros dos dispositivos das suas máquinas numa linguagem uniforme ou com regras linguísticas padronizadas, o que permite a posterior tradução desses dados para os formatos proprietários dos sistemas dos clientes.
No contexto da padronização, destacamos duas tecnologias:
OPC UA
Já incluída no nome Open Platform Communications Unified Architecture, a OPC UA é mais uma arquitetura do que um protocolo. A série de normas multiplataforma e de vários fabricantes (IEC 62541) está a estabelecer-se cada vez mais como um padrão para a comunicação entre máquinas (M2M) e para a comunicação vertical até à cloud. O primeiro requisito é uma rede baseada num protocolo de Internet. Por fim, as “Companion Specifications” são decisivas para a padronização e interoperabilidade. Estes modelos de informação especificam a forma como as máquinas fornecem determinadas informações.
AutomationML
A Automation Markup Language é um formato de dados aberto baseado em XML para a troca de dados de engenharia. Como uma espécie de contentor de dados, a AML deve ajudar a acoplar ferramentas, apesar de paisagens de ferramentas de engenharia heterogéneas. Consiste em CAEX (Computer Aided Engineering Exchange), PLCopen XML e Collada, para transportar muito mais do que apenas atributos, como formatos de geometria ou cinemática, por exemplo. Desde o início, a série de normas IEC 62714 AutomationML foi também discutida em conjunto com a OPC UA para criar sinergias. A Companion Specification AutomationML para OPC UA existe desde 2016. A OPC UA define como ocorre a troca de dados, enquanto a AML fornece o conteúdo.
Os primeiros setores já estão a explorar as vantagens do OPC UA e do AutomationML, ou de uma combinação de ambos os desenvolvimentos. Um exemplo é o desenvolvimento do Module Type Package (MTP) na indústria de processos, enquanto outro é a Packaging Machine Language (PackML), projetada para simplificar a integração de máquinas de embalagem.
Module Type Package (MTP)
No contexto de ciclos de vida de produtos mais curtos e da necessidade urgente de lançar novos produtos no mercado, a indústria de processos está, portanto, a pressionar por uma maior flexibilidade nas suas plantas, através da integração simplificada de componentes modulares.
Com base no método DIMA (inteligência descentralizada para sistemas modulares), que foi desenvolvido numa cooperação entre a Wago, a TU Dresden e a Helmut Schmidt University, de Hamburgo, membros da Namur e da ZVEI começaram, em 2015, a desenvolver um contentor de dados neutro, chamado Module Type Package (MTP).
O MTP baseia-se no AutomationML e é, por vezes, comparado a um “driver” de impressora no mundo da TI de escritório. Os fabricantes exportam dados, informações e serviços dos seus módulos de processos no software de engenharia. Utilizam contentores MTP, que depois carregam no sistema de engenharia de um sistema de controlo, independentemente do fabricante. Isso facilita a rápida integração de módulos de engenharia de processos, especialmente em plantas nas indústrias de alimentos, farmacêutica ou de produtos químicos finos.
Packaging Machine Language (PackML)
O padrão internacional de comunicação PackML é o resultado de uma colaboração entre a International Society of Automation (ISA) e a Organization for Machine Automation and Control (OMAC). Com foco na indústria de embalagem, os construtores de máquinas e utilizadores devem beneficiar da padronização em vários aspetos. Isso diz respeito tanto à interoperabilidade funcional quanto à interface de utilizador de diferentes máquinas dentro de uma linha de produção. Com o PackML, os módulos da planta conseguem transmitir o seu estado operacional numa linguagem padronizada, por exemplo. Dessa forma, harmoniza-se a comunicação não apenas entre as máquinas (M2M), mas também verticalmente entre o nível da máquina e os sistemas de nível superior. Desde 2018, as empresas também podem usar a OPC UA PackML Companion Specification para combinar as forças de ambos os padrões.
Quatro Razões para Fazer a Mudança
Deve-se sempre considerar cuidadosamente o design concreto de uma planta industrial, especialmente no que toca à sua modularidade e à inteligência de automação descentralizada das máquinas. Existem quatro argumentos a favor de uma orientação estratégica em direção a conceitos de máquinas modulares e descentralizadas:
- Comissionamento mais rápido e redução do time-to-market
- Maior flexibilidade
- Maior disponibilidade da planta
- Redução de custos
Comissionamento mais rápido e redução do Time-to-Market
As empresas podem reduzir significativamente o tempo entre o desenvolvimento de um produto e a sua colocação no mercado se acelerarem dois processos. Sendo eles: a instalação de uma nova planta ou a expansão de uma planta existente.
- Fora do armário de controlo: A realocação da inteligência de automação para as proximidades diretas das máquinas é particularmente vantajosa quando os controladores e sistemas de I/O têm classe de proteção IP67. Isso significa que os utilizadores deixam de depender da tecnologia fieldbus no armário de controlo ou podem reduzi-la. Isso também inclui uma menor necessidade de fiação para comunicação e fornecimento de energia, bem como uma fiação rápida e sem erros através da tecnologia de conexão por plug-in.
- Pré-testes: O sistema de controlo descentralizado permite testar os módulos individualmente antes da entrega. Esse processo acelera, assim, o comissionamento para o cliente final e elimina problemas demorados durante a instalação e comissionamento.
- Princípio modular: Montam-se as máquinas modulares de várias formas, elas comunicam entre si e são testadas antes de serem conectadas ao sistema de controlo. Isso representa uma grande vantagem em comissionamentos com prazos críticos.
- Engenharia: O design modular da máquina permite que os módulos individuais sejam projetados ou parametrizados de forma independente. Isso simplifica o planeamento mecânico e elétrico de cada módulo.
- Desenvolvimento ágil de hardware e software: A estrutura descentralizada da máquina possibilita testes de hardware e software numa fase inicial de desenvolvimento, sem a necessidade de montagem completa. Dessa forma, integram-se os primeiros resultados no desenvolvimento ao nível do módulo, permitindo criar soluções de software personalizadas para a máquina.
Maior flexibilidade
Comparados aos sistemas monolíticos, os módulos controlados de forma descentralizada oferecem um elevado grau de flexibilidade em processos e formatos em constante mudança. Embora o princípio modular também seja utilizado aqui, fabricantes e clientes beneficiam de duas possibilidades:
- Substituição sem configuração: Ao substituir uma unidade defeituosa, é necessária pouca ou nenhuma configuração no local. Em vez de depender de processos manuais, o sistema automatiza a substituição. Durante o arranque de um novo módulo, ele importa automaticamente os parâmetros de todos os componentes.
- Alugar em vez de comprar: Máquinas modulares permitem modelos de negócios nos quais as empresas alugam o serviço, em vez de o comprar permanentemente. Por sua vez, as empresas que fornecem esses equipamentos aos seus clientes dependem da capacidade de construir rapidamente o equipamento noutro local e com uma nova configuração, se necessário. É aqui que entram as vantagens da tecnologia de conexão baseada em plug-in.
Maior disponibilidade da planta
Fatores de flexibilidade e rapidez em caso de substituição, contribuem para o funcionamento fiável de uma planta e para a sua duração a longo prazo. Além disso, o Factory Acceptance Test (FAT) de todas as aplicações modulares pode minimizar o risco de falhas na planta. Outras vantagens de uma estrutura descentralizada incluem:
- Manutenção de funções locais: Em caso de um evento imprevisto na planta, como uma quebra de cabo, unidades com inteligência descentralizada podem iniciar ou manter processos de forma independente. No caso de uma aplicação de segurança, por exemplo, isso significa que um módulo I/O seguro continua a garantir a funcionalidade de segurança nas áreas não afetadas.
- Monitorização de estado direcionada: Módulos interligados são fundamentais para a monitorização de condições e manutenção preditiva. Eles aumentam a probabilidade de detetar anomalias em componentes individuais da máquina numa fase inicial, de forma a corrigi-las ou localizar rapidamente uma falha. Para isso, os utilizadores podem usar a agregação de dados em sistemas de nível superior, como uma cloud, ou, alternativamente, ler a memória de um dispositivo descentralizado no local.
Redução de custos
Os três benefícios mencionados anteriormente têm um impacto direto nos custos. No lado do hardware, por exemplo, isso está relacionado com os custos mais baixos em relação à montagem de armários e cablagem, bem como às adaptações simples da planta, o que pode eliminar a necessidade de novas aquisições. O comissionamento mais simples tem um efeito positivo nas horas de trabalho, enquanto os tempos de inatividade mais curtos reduzem os custos de outras reparações.
Perspetiva
A descentralização é o próximo passo para a modernização dos sistemas automatizados. A interligação de ativos descentralizados com a infraestrutura existente cria novos modelos flexíveis para operar máquinas e plantas de forma mais eficiente. No decorrer da Indústria 4.0, a digitalização de máquinas e processos levará a uma maior distribuição de inteligência pela periferia. Os “sistemas ciber-físicos” representam um marco importante. Nesse ponto, todos os elementos conectados serão capazes de se comunicar. Eles tomarão decisões de forma autónoma e otimizarão subprocessos em tempo real, trocando e analisando dados entre si.
Fonte: Turck
