Cabeamento Estruturado para Ambientes Críticos na Indústria de quarta e quinta geração.

Cabeamento Estruturado para Ambientes Críticos na Indústria de quarta e quinta geração.

por Juliano Heinzelmann Reinert

A Indústria 4.0 ou 5.0 representa uma transformação digital da manufatura, impulsionada por tecnologias como IoT, automação, big data e computação em nuvem. O modelo tradicional de produção deu lugar à personalização, exigindo maior conectividade entre sensores, máquinas e sistemas de gestão.

Tudo isso é impulsionado pela crescente demanda por customização, eficiência e conectividade, portanto exige uma infraestrutura de rede robusta e confiável. O paradigma da última Revolução Industrial conecta sensores, máquinas e sistemas de manufatura aos sistemas corporativos de gestão, visando inteligência, eficácia, produtividade, inovação e autonomia. Nesse contexto, o cabeamento estruturado emerge como um elemento crucial, especialmente em ambientes industriais críticos, onde as condições adversas representam desafios significativos.

A Necessidade de Conectividade na Indústria 4.0/5.0

A conectividade se tornou um pilar fundamental na indústria moderna, permitindo a interoperabilidade, descentralização, disponibilidade de informações em tempo real, modularização, digitalização de produtos e processos, e a computação em nuvem. A utilização de redes LAN baseadas no padrão Ethernet possibilita uma melhor integração entre o chão de fábrica e os sistemas corporativos, permitindo o monitoramento e controle dos dados de produção em tempo real, e a tomada de decisão mais rápida e eficiente.

A conectividade do chão de fábrica possibilita a utilização de um grande volume de dados por aplicações como IIoT (Industrial Internet of Things), Inteligência Artificial e Big Data Analytics, automatizando processos e facilitando a tomada de decisões mais assertivas.

Desafios dos Ambientes Industriais Críticos

Ao contrário dos ambientes de escritório, o chão de fábrica apresenta condições agressivas que podem comprometer a confiabilidade e a resiliência da rede de dados. Poeira, umidade, vibração, óleo, interferência eletromagnética e agentes químicos são fatores críticos que exigem soluções de cabeamento específicas. A falta de padronização e a heterogeneidade de sistemas, equipamentos e protocolos instalados também representam um desafio.

As "falhas" de comunicação podem trazer reprocessos, sucatas, prejuízos e riscos de vida às pessoas. A parada da rede nesse tipo de ambiente impacta em custos altíssimos e, além disso, pode implicar em falhas de segurança colocando em risco todo o processo fabril.

Arquitetura de Redes para Ambientes Industriais

O cabeamento estruturado industrial pode conter até 7 subsistemas:

• Entrada de Serviços (EF): Ponto de transição entre a rede externa e interna.

• Sala de Equipamentos (ER): Local para acomodação de equipamentos eletrônicos.

• Backbone: Ligação física entre a Sala de Equipamentos e a Sala/Armário de Telecomunicações.

• Sala/Armário de Telecomunicações (TR/TE): Ponto de transição entre o backbone e o cabeamento horizontal.

• Cabeamento Horizontal: Conecta a Sala de Telecomunicações com as Áreas de Trabalho ou Ilhas de Automação.

• Terminação ou Área de trabalho: Localização de dispositivos e equipamentos de terminação da rede.

• Ilha de Automação: Ambiente mais crítico com a conectividade entre CLPs (Controladores Lógicos Programáveis), sensores, motores, remotas, drivers e inversores, sistemas de visão, robôs, dispositivos IIoT, entre outros.

As topologias de redes de comunicação mais utilizadas nos ambientes industriais são a estrela, anel e barramento, ou uma combinação delas. A norma de Cabeamento de Comunicação TIA-1005 define uma estrutura hierárquica genérica para a disposição de Salas Técnicas e Armários ou Painéis de distribuição, e regras para essas disposições.

Normas Aplicáveis e Metodologia MICE

As normas ANSI/TIA 1005, ISO/IEC 11801-3 e ABNT NBR 16521:2016 especificam o cabeamento estruturado de telecomunicações que provê a conectividade e infraestrutura de rede para atender aos dispositivos industriais.

A metodologia MICE (Mechanical, Ingress, Chemical/Climatic e Eletromagnetic) é recomendada pelas normas de cabeamento estruturado industrial para medir e classificar a criticidade do ambiente e fornecer subsídio para a tomada de decisão sobre a necessidade de providenciar uma infraestrutura de redes mais robusta. Os ambientes classificados com nível MICE mais elevado consequentemente terão necessidade de uma infraestrutura física mais robusta para suportar vibração, lavagem com jatos d´água, limpeza com produtos químicos, interferência eletromagnética, temperaturas extremas, exposição a óleo, etc.

Classificação MICE e Proteção IP

O conceito MICE (Mecânico, Ingresso, Químico/Climático e Eletromagnético) avalia o nível de severidade do ambiente, determinando a necessidade de proteção reforçada para cabos e conectores. O grau de proteção IP (Ingress Protection) classifica resistência contra poeira e líquidos, sendo IP67 um dos mais utilizados para ambientes industriais severos.

Topologias de Redes

Topologia em Estrela: Cada nó se conecta a um ponto central, como um switch core. Pode ser implementada com Ethernet ou GPON (Gigabit Passive Optical Network), que utiliza fibra óptica e splitters ópticos para distribuição.

Topologia em Barramento/Cascata: Dispositivos conectados em sequência, com switches Ethernet interligados ou splitters ópticos distribuídos.

Topologia em Anel: Oferece redundância ao conectar dispositivos em um loop fechado, garantindo maior confiabilidade.

Soluções de Cabeamento para Ambientes Industriais

A escolha do material de capa do cabo é fundamental para garantir a proteção contra as condições adversas do ambiente. Existem diferentes tipos de material de capa para os cabos LAN e Ópticos que oferecem níveis variados de robustez. A blindagem dos cabos de cobre também é importante para proteger contra a interferência eletromagnética (EMI). Em locais com presença muito intensa de ruído EMI recomenda-se a utilização de cabos de fibra óptica pois, por sua tecnologia, são totalmente imunes à interferência eletromagnética.

Boas Práticas de Instalação

A instalação correta e seguindo as normas de cabeamento estruturado garante a longevidade e a confiabilidade do sistema de rede física. Alguns pontos importantes a serem considerados na instalação de cabos de cobre e ópticos são os tipos de infraestrutura (eletrocalhas, leitos aramados e tubulações), curvaturas, descidas e terminações. A identificação dos cabos de comunicação também é fundamental para facilitar a operação e a manutenção.

No caso de cabos de cobre, é importante considerar a carga de tração máxima aplicada durante o lançamento e os raios de curvatura mínimos.... Na conectorização de cabos de cobre, deve-se evitar ao máximo destrançar em excesso os pares. Para cabos ópticos, é importante considerar a carga de tração máxima aplicada aos cabos e o raio de curvatura mínimo permitido.

Conclusão

O cabeamento estruturado para ambientes industriais críticos exige uma abordagem cuidadosa, considerando os desafios específicos desses ambientes e as normas aplicáveis. A escolha de materiais e produtos adequados, juntamente com a adoção de boas práticas de instalação, é fundamental para garantir a confiabilidade, a resiliência e o desempenho da rede de dados, impulsionando a transformação digital na Indústria.