Fazendo totalização de vazão utilizando WirelessHART

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Fazendo totalização de vazão utilizando WirelessHART.

Você tem comunicação wireless na sua planta? Caso não tenha, não se preocupe! Você não é o único. 🙂

Eu particularmente sou um grande fã da comunicação sem fio e acredito que é possível ousar bastante com essa tecnologia.

Hoje em dia, os dispositivos disponíveis no mercado oferecem uma taxa de atualização em segundos e uma boa vida útil da bateria, dependendo do equipamento,  dura até mais de 1 ano.

Em sua grande maioria, as aplicações onde são encontrados wireless estão ligadas ao monitoramento de variáveis e não ao controle de processos.



No entanto, é possível fazer controle com wireless, pois já existem transmissores com entradas e saídas discretas para ligar ou desligar um equipamento no campo.

Além disso, você pode encontrar PID específico criado pela Emerson Automation Solutions e doado para FieldCom Group (Antiga HART FOUNDATION) para aplicações wireless.

História do WirelessHART.

O protocolo de comunicação WirelessHART é um protocolo sem fio desenvolvido em cima do protocolo HART ( Highway Addressable Remote Transducer Protocol).

O protocolo WirelessHART é aberto e suporta diversos fabricantes, sendo utilizados em instrumentos de campos em área não classificadas e classificadas também.

A discussão para criação desse padrão de comunicação sem fio teve início em 2004. Onde 27 membros da HART Foundation, hoje conhecida como FieldComm Group se juntaram.

Essas empresas formaram a WiTECK, uma organização sem fio lucrativos e aberta com missão de desenvolver soluções neutras para aplicações wireless.

O primeiro instrumento wireless foi produzido em setembro de 2008 pela empresa Emerson Automation Solutions.

Em abril de 2010, o WirelessHART foi aprovado com um padrão na IEC (International Electrotechnical Commision) criando o primeira norma wireless IEC 62591.

Aplicação com Wireless

Inicialmente as aplicações com tecnologia WirelessHART eram para monitoramento remote ou monitoramento na própria planta.

Sua aplicação bastante limitada, se dava a limitação dos primeiros instrumentos. Limitações relacionadas a distância de comunicação, tempo de vida da bateria e tempo de atualização das informações.

Hoje em dia, com evolução dos instrumentos wirelessHART é possível realizar controle on-off e alguns tipos de controles avançados.

Isto é possível, por conta do tempo de atualização dos instrumentos cada vez menor e com menor impacto no tempo de vida de bateria. Além de controles PIDs dedicados para aplicação wireless.

Como wirelessHART Funciona?

O protocolo WirelessHART é trabalha utilizando uma arquitetura de malha sincronizada, auto-organizada e auto-curável.

Sua operação é realizada em 2.4GHz ISM band utilizando o padrão de rádio IEEE 802.15.4

O protocolo como já mencionado, foi desenvolvido em cima do protocolo HART. Com isso, é possível ter uma adaptação transparente com instrumentos HART.



Além disso, sua integração com sistema de controle utiliza padrões abertos e já bastante utilizados na indústria.

Uma rede wirelessHART é composta por instrumentos, que podem ou não ter a comunicação wireless já integrada em sua eletrônica.

Quando o instrumento não é nativo wirelessHART, é possível utilizar adaptadores wireless para alimentar ou apenas fazer comunicação sem fio do instrumento convencionalmente só HART.

Além disso, temos as Gateways responsáveis pelo gerenciamento da rede de campo. Essas Gateways, fazem a ligação dos instrumentos de campo com sistema de controle.

Você pode encontrar no mercado gateways com pouca capacidade de instrumentos, voltadas para aplicações menores e gateways com capacidade de mais de 200 instrumentos.

A comunicação das gateways com sistema de controle é feita através de diferentes padrões de comunicações, tais como OPC, Modbus RS485, Ethernet/IP, HART-IP, Modbus TCP-IP, etc.

A arquitetura dos instrumentos de campo é MESH, onde instrumento encontra melhor caminho automaticamente para envio da informação, além de rotas alternativas caso algo faça o bloqueio do sinal, sendo bastante confiável, oferecer redundância de caminhos e alta disponibilidade.

Segurança da rede WirelessHART

Está uma questão ainda bastante levantada quando falamos sobre comunicação wireless na indústria.

Também essa questão não é atoa, recentemente tivemos problema com protocolo WPA2, não conhece esse protocolo?

Sim, você conhece muito bem, esse protocolo também é conhecido como Wi-Fi e teve uma falha de segurança crítica descoberta em 2017.

O protocolo WirelessHART não foi afetado com isso, mas muitos roteadores Wi-Fi na indústria tanto para internet como para comunicação de equipamentos sofreram com isso. Esta é uma falha no protocolo.

Os dados da rede WirelessHART são encriptografados utilizando o modelo AES128 que foi validado pelo NIST relacionado a privacidade.

Traduzindo, isso quer dizer que a mensagem transmitida só poderá ser lida pelo receptor da mensagem, pois só ele tem chave para interpretar os dados.

Além disso, a rede tem o modo CCM para fazer a autenticação dos dados recebidos.

Além destes pontos, cada instrumento recebe uma chave para ter permissão de entrar na rede e em algumas aplicações essa chave é modificada de tempos em tempos.

Características da rede WirelessHART

Vou listar algumas caraterística deste protocolo para melhor entendimento

  • Taxa de comunicação: 250Kb/s em 2.4GHz
  • Canais de comunicação: 16 canais de rádio disponível
  • Modulação: O wirelessHART tem uma modulação digital baseada em DSSS.
  • Bateria: Instrumentos nativos WirelessHART possuem baixo consumo de energia
  • Rede dos bons vizinhos: Ouvir antes de falar para acesso ao canal CSMA-CA
  • Configuração amigável e transparente
  • Aplicação: Monitoramento, controle On-Off e controle não crítico.
  • Encriptação: Modo AES128 bits
  • Modo CCM para autenticadas dos dados

Falando sobre o Cartoon

Este cartoon traz uma situação que vi em algumas aplicações para monitoramento de energia.

Neste tipo de aplicação você quer fazer monitoramento do consumo de água, gás, vapor, etc. e tudo que está sendo consumido é importante.

Como você vai ter um medidor de vazão atualizando a cada 8 segundos e ter uma indicação precisa de consumo?

E os 8 segundos que medidor não tava medindo, o que acontece com essa informação?

Qual a melhor solução?

Uma medição constante com medidor ligado a todo momento é a melhor solução.

Desta forma, ao invés de coletar os dados de vazão do medidor, o sistema irá coletar via HART os valores de totalização do instrumento, evitando assim ter um monitoramento pobre das variáveis de processo.

Entretanto, caso você queira um simples monitoramento onde é necessário apenas ter uma ideia do consumo. O monitoramento com atualização de 8, 16 ou 20 segundos será mais que suficiente.

O que você acha do monitoramento de vazão utilizando transmissores wirelessHART ou ISA100?

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Fabrício Andrade

Tenho 10 anos de experiência no mundo da Automação industrial, comecei minha carreira na JAT Instrumentação, depois trabalhei na Emerson Automation Solutions e Endress+Hauser. Tive a chance de implementar projetos, ministrar treinamentos e resolver problemas em diversas empresas no Brasil e Latina América. Hoje, moro e trabalho na Alemanha desenvolvendo uma plataforma digital para mundo da Automação industrial. Além disso, sou cartunista e baterista nas minhas horas de folga.

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