O novo padrão na comunicação industrial: universal até o campo

Padrões de comunicação industriais

Um para tudo, tudo para um

Um novo padrão de comunicação independente do fabricante para a automação.

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    Single Pair Ethernet

    A Phoenix Contact é seu parceiro-chave para a integração da Single Pair Ethernet desde a interface de equipamento, até os componentes de rede ativos, passando pelo cabeamento, desde os sensores no campo até o PC no escritório.

Em muitos organismos e projetos de padronização existe de momento a estrutura básica para o futuro da tecnologia industrial de comunicação. Os novos padrões de comunicação como OPC UA, TSN, SPE e 5G ganham vantagem sobre os sistemas existentes até agora em termos de custos, taxa de transferência de dados, latência e comportamento determinístico. Como líder tecnológico com mais de 30 anos de experiência no setor da tecnologia industrial de comunicação, a Phoenix Contact está envolvida em todos os organismos de padronização mais importantes. Aí ajudamos a criar para você um novo padrão de comunicação independente do fabricante para a automatização.

Um resumo da comunicação do futuro

Ao passo que anteriormente somente poucos equipamentos eram ligados em rede através da Ethernet, hoje já cresceram grandes redes. No âmbito da digitalização e Indústria 4.0 ou IIoT serão no futuro ligados muitos mais equipamentos de campo. Além dos dados de controle poderá também transferir dados orientados para as necessidades para diferentes fins para a rede e para a Cloud. Para controlar estes volumes de dados e poder continuar a utilizar aplicativos críticos em tempo real, são necessárias novas tecnologias:

Locais de aplicação dos novos padrões de comunicação na rede  

As novas tecnologias TSN, SPE/APL, 5G e também OPC UA não devem ser vistas independentemente umas das outras, pois juntas formam a comunicação do futuro

O padrão de comunicação OPC UA já está estabelecido em camadas de comunicação superiores. Agora este padrão está sendo aperfeiçoado para a comunicação de campo direta, de forma a que seja possível uma comunicação contínua e independente do fabricante. Em combinação com o Time Sensitive Networking (TSN), o OPC UA permite uma comunicação convergente e apta para tempo real até o campo ou entre controladores.

Ao mesmo tempo também se trabalha na física de transmissão. O Single Pair Ethernet (SPE) permite no futuro uma transmissão de Ethernet através de apenas dois fios para a ligação de Ethernet até o sensor. Com 5G é especificado um novo padrão de rede móvel que é claramente mais confiável e com mais alto desempenho – para uma ligação confiável das aplicações móveis crescentes. Em todos estes projetos deve ser considerado o tema da Cyber Security, que tem de ser adaptado continuamente aos novos sistemas e perigos. Todos os padrões existentes de momento formam em conjunto a estrutura básica para o futuro da tecnologia industrial de comunicação.

Nossa oportunidade: um padrão comum para a automação

Para implementar as visões da Indústria 4.0 e da IIoT é necessária uma interligação completa do sensor através da máquina e dos sistemas hierarquicamente superiores até a Cloud. Contudo até agora esta interligação universal dificilmente era possível, pois em diferentes organizações de bus de campo existem sistemas e perfis de bus de campo incompatíveis para equipamentos de automação como p. ex. Safety Control e Motion Control. Atualmente são com frequência necessários gateways como interface.

Para alterar esse aspecto, a Phoenix Contact se empenha em grande medida se envolvendo em todos os grupos de trabalho importantes para definir um padrão de comunicação do futuro, universal e independente do fabricante. É com satisfação que já definimos grandes progressos em diferentes projetos.

OPC UA – o padrão de comunicação uniforme no campo

OPC UA é a escolha favorita  

Com o aperfeiçoamento para o nível de campo, o OPC UA passa a ser o padrão de comunicação da indústria

O OPC UA funciona hoje em dia como padrão de comunicação hierarquicamente superior em instalações. Agora, o OPC UA é ampliado com perfis de aplicação padronizados no campo, p. ex. para I/O, Safety ou Motion.

Além disso, os modelos de equipamentos normalizados são definidos na rede para uma configuração uniforme e um diagnóstico uniforme dos equipamentos. Também são descritos os testes de conformidade necessários para uma elevada compatibilidade. No conjunto, é assim possível no futuro uma ligação extensiva de equipamentos de campo à Cloud e assim uma ligação consistente de TI e TO.

OPC UA e TSN – redes convergentes

Convergência como necessidade para uma comunicação confiável entre TI e TO  

TSN permite redes convergentes

Para redes com aplicações divididas, urgentes, os mecanismos TSN adicionais permitem uma sincronização de data/hora e priorização dos fluxos de dados. TSN designa uma multiplicidade de padrões no IEEE 802.1, que devem tornar a Ethernet padrão apta para operação em tempo real. Isso é especialmente importante se vários responsáveis definirem fluxos de dados com várias ferramentas de desenvolvimento em uma rede convergente. Assim, cada um pode ter a certeza de que a sua solução parcial não prejudica outra comunicação, nem é prejudicada por ela. Isso aumenta ainda mais a confiabilidade e disponibilidade da sua rede.

Para assegurar uma interoperabilidade, são estabelecidas todas as camadas da comunicação em diferentes grupos de trabalho com base na TSN e OPC. Todas as definições dos grupos de trabalho são baseadas no perfil TSN para comunicação industrial (perfis TSN IA) executado no organismo de padronização IEC/IEEE 60802. A Phoenix Contact participa nos grupos de trabalho iniciados pela OPC Foundation com recursos financeiros e pessoais, definindo assim não menos do que o padrão de comunicação industrial do futuro.

SPE e APL – conexão Ethernet até o sensor

Cadeia de DNA  

No futuro, a tecnologia de dois fios SPE se estenderá pela rede como um DNA

Outra condição para interligação universal do sensor até a Cloud é a conexão simples de sensores e atuadores inteligentes na rede. Com Single Pair Ethernet (SPE) isto é possível não só de forma mais fácil, como consideravelmente mais compacta e mais econômica. Ao contrário de até agora em que a transmissão de dados era feita através de quatro pares de fios, com o SPE apenas é necessário um par de fios. Dentro do IEEE se trabalha em diferentes grupos de trabalho em padrões de transmissão de 10 MBit/s a 10 GBit/s e distâncias de transmissão de até 1000 m. A tecnologia de dois fios deve, além disso, permitir uma alimentação eficiente de equipamentos finais com dados e energia através de apenas um par de fios.

A tecnologia Advanced Physical Layer (APL) se baseia na tecnologia SPE. Ela foi especialmente desenvolvida para a utilização em áreas intrinsecamente seguras da tecnologia de processos. Isso permite uma comunicação baseada em IP até o sensor sem falhas de sistema e gateways. Os padrões necessários desta tecnologia são gerados em um projeto colaborativo de três organizações de bus de campo (Fieldcom Group, ODVA e PI) e onze parceiros industriais. Como um dos iniciadores deste projeto e como parceiro industrial, a Phoenix Contact participa com recursos financeiros e pessoais.

5G – telefonia móvel confiável para aplicações móveis

Além da comunicação conectada por cabos, a comunicação sem fios também é cada vez mais importante para uma produção moderna e flexível. Os desenvolvimentos no setor dos sistemas de transporte sem condutor (FTS), dos equipamentos finais móveis (dispositivos inteligentes) e da colaboração entre pessoa e robô requerem uma comunicação sem fio confiável. Os padrões de rede móvel existentes até agora não oferecem uma confiabilidade garantida, um diagnóstico da qualidade de ligação e variam de país para país.

Por isso, o 3GPP (3rd Generation Partnership Project) processa em diferentes grupos de trabalho as especificações do sistema para a próxima geração de telefonia móvel, geralmente designada de 5G. Com o objetivo de criar o 5G como compatível com a indústria desde o início e de o implementar na produção, foi fundada no início de 2018 na ZVEI a iniciativa global 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation). Como uma das pioneiras na utilização de tecnologias sem fio na tecnologia de automação, a Phoenix Contact participou na iniciação deste projeto e disponibiliza os recursos adequados nos grupos de trabalho.

Cyber Security – a base de toda a comunicação

O cadeado liga uns segmentos de rede aos outros  

No local onde todos podem comunicar com todos, os dados têm de ser muito bem protegidos

Uma comunicação contínua não é possível sem medidas de segurança adequadas. Pois seus dados têm de estar protegidos contra alterações indesejadas e roubo, especialmente em grandes sistemas abertos. Apesar de em teoria todos poderem falar com todos, apenas deve ser permitida a comunicação desejada.

Além da colaboração em inúmeros outros grupos de trabalho, a Phoenix Contact apoiou o projeto de investigação IUNO como o projeto nacional de referência sobre segurança de TI em Indústria 4.0. O objetivo era identificar ameaças e riscos para a fábrica inteligente do futuro e desenvolver medidas de segurança adequadas para tal. Em conjunto foram desenvolvidas e testadas soluções de uso geral para os desafios da segurança de TI em ambiente industrial. Estas podem agora ser consultadas como projeto para segurança de TI em Indústria 4.0. O projeto foi concluído com sucesso em setembro de 2018 e o relatório final foi entregue no Ministério da Educação e Investigação.

PHOENIX CONTACT
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