Redes Wi-Fi na Automação Industrial

Com o crescente uso da TI (Tecnologia da Informação) unida a TO (Tecnologia da Operação), onde chamamos de Convergência Industrial, as Redes de Comunicação Sem Fio também vem ganhando espaço no ambiente industrial de fábrica.

Usaremos o termo TO ao invés de TA (Tecnologia da Automação), que é a própria evolução da tecnologia, que significa TO=TA+MES ou MOM, ou seja, é a união da Automação Industrial com a Gestão Industrial (Sistema de Gerenciamento de Produção ou Operação).

Todos nós conhecemos as Redes Wi-Fi normalmente em nosso dia-a-dia, em nossas casas, em um aeroporto ou shopping, onde conectamos nosso smartphone para acesso a serviços de internet, dado a facilidade de uso e grande padronização da comunicação em geral.

Com a popularização, padronização e novas demandas na indústria, a Rede Wi-Fi, passou também a ser aplicada no chão-de-fábrica, logo temos a intenção neste texto, ainda que de forma simples e rápida, passar uma visão geral de como esta tecnologia vem evoluindo, para isso vamos ver:

• O que é uma Rede Wi-Fi e sua Tecnologia
• Como a Rede Wi-Fi está sendo Aplicada no Chão de Fábrica
• Quais das Diretrizes para PROJETOS e IMPLANTAÇÃO de Redes Wi-Fi na Indústria

Para delimitar nosso tema, vamos analisar esta tecnologia dentro de alguns cenários comuns de aplicação das Redes Wi-Fi:

• Preciso interconectar dispositivos de automação da fábrica para troca de informações e análise de dados
• Como especificar equipamentos Wi-Fi para aplicações no Chão-de-Fábrica, o que devo saber
• Como analisar os Protocolos, Segurança e Disponibilidade na Rede Industrial Wi-Fi

Como dissemos as Redes Sem Fio é a própria evolução tecnológica do meio, agora sendo aplicados no chão-de-fábrica, principalmente quando pensamos na adoção das Redes Ethernet na Automação Industrial, também a evolução de protocolos industriais, desde o advento do sinal analógico 4-20mA.

As Redes Wi-Fi estão posicionadas no mundo das redes WLAN, que são as Wireless Local Area Network, estas redes são projetadas para pequenas áreas, algo em torno de 50 metros na unidade transmissora, fora os arranjos, com um bom tráfego de dados disponível no meio.

As Redes Wi-Fi são fáceis de usar, todavia é importante entender o que se justifica para sua aplicação, podemos abaixo eleger algumas características, que por si só encaixam as aplicações na fábrica:

• Interconexão Ethernet convencional (fiação) quando não é possível
• Segregação de uma rede de comando e controle com uma de informação para gestão
• Facilidade de manutenção e monitoramento (acesso remoto)
• Disponibilidade da informação em múltiplos locais
• Baixo Investimento em Infraestrutura para informações de planta

No uso das Redes Wi-Fi também temos diversos benefícios, podemos listar alguns principais abaixo:

• Baixo Custo
• Aplicações Especiais
• Mobilidade
• Alcance
• Flexibilidade
• Confiabilidade
• Implantação Rápida
• Custo de Manutenção
• Imunidade a Ruído
• Custo Projeto / Instalação (viabilidade)
• Diagnóstico de Operação, Manutenção e Segurança

Conhecendo estes elementos da rede, podemos então pontuar as principais características das Redes Wi-Fi, lembrando mais uma vez que nosso texto é voltado para aplicação na indústria:

• É uma Rede de Classificação WLAN (Local)
• Wi-Fi é Marca Registrada da Alliance
• Está baseada no Padrão IEEE 802.11
• Protocolos Industriais baseado em Ethernet são Aderentes a Tecnologia

Por princípio de funcionamento da comunicação Wi-Fi, é através da propagação das ondas eletromagnéticas, há um arranjo eletrônico nos dispositivos, onde as informações são trocadas através das antenas dos equipamentos, por esta propagação eletromagnética, originada pela onda elétrica (movimento dos elétrons), trafegam informações devidamente codificadas e interpretadas entre os dispositivos, formando a rede de comunicação, através de seus protocolos e serviços.

A comunicação das redes Wi-Fi, é padronizada pelo IEEE 802, especificamente pela parte 11, que trata das redes LAN, redes Locais.

O padrão em evoluindo desde sua criação e é identificado por letras após a parte, por exemplo, IEEE 802.11a,b,g.

Normalmente os padrões identificam a frequências de trabalho, a modulação e a velocidade dos dados da tecnologia suportada, já temos cinco gerações de padrões e é constante a evolução, na apresentação mostramos os gráficos e tabelas, onde dispensam nossos comentários textuais.

Quais as principais diferenças do Wi-Fi convencional do Industrial?

Abaixo listamos o que realmente é importante, uma vez que a tecnologia da comunicação é a mesma, todavia aplicações no campo requerem características de equipamentos diferenciados:

• Aplicação em Ambientes Severos (Hardware)
• Temperatura 75º C a -35º C (exemplo)
• Proteção Mecânica Especial
• IP (Grau de Proteção Alto)
• Suportar Vibração e Impacto
• Alta Imunidade a Ruídos (EMI)
• Arranjos de Alta Disponibilidade (Redundâncias)

Os equipamentos que estabelecem comunicação no ambiente Wi-Fi são chamados de AP Access Point, eles tem características de configuração e serviços que permitem uma série de arranjos e funcionalidades.

Abaixo listamos as principais, sugerimos que vejam o vídeo e a apresentação, pois facilitará o entendimento, uma vez que seria desnecessário descrever em texto, onde o vídeo facilita o entendimento.

• AP – Access Point – Ponto do Acesso ao Wi-Fi
• Roteador – Conecta o Ambiente Wireless a Serviços (Ex. Internet)
• AP Client – Ponto que Recebe o Wi-Fi e converte em Cabo RJ
• Gateway – Distribui em Sinais Secundários – Diversos Pontos Wi-Fi
• Repeter – É um repetidor da rede Wi-Fi, amplificando o Sinal
• Bridge – é uma Ponte, passa de uma Entrada para uma Saída de forma Transparente
• WDS – função que coloca um conjunto de AP em uma única rede
• Roaming – Função de conectar um AP de forma móvel em outras conexões
• Mesh – Protocolo que dá capacidade de elaborar arranjos móveis e dinâmicos, onde o módulo AP recebe e transmite sinais.

As Redes Wi-Fi são de fácil detecção no ambiente, logo estão sujeitas a ataques de intrusão ou até mesmo perda de integridade de informação, para isso é importante o entendimento que é necessário uma criptografia e autenticação de dados que trafegam pelo sistema.

De acordo com a segurança da rede industrial, existem três aspectos que devem ser considerados: confidencialidade, integridade e disponibilidade.

• Confidencialidade: Garantia da informação somente para usuário autorizado
• Integridade: Informação somente pode ser modificada por usuário autorizado
• Disponibilidade: Acesso permanente as informação pelos usuários autorizados

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