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Efeitos do EMI sobre redes PROFIBUS

Você sabe o que vem a ser EMI (interferência eletromagnética) e o que ele pode causar nas redes de comunicação de suas máquinas e equipamentos?

Se o termo não parece familiar em um primeiro momento, deixe-me trazer dois exemplos de sua ação, que talvez possam despertar a sua memória.

emi-profibus-01A primeira vez que vi o EMI atuar (mesmo sem saber do que se tratava) foi quando era apenas um menino assistindo TV.

Naquela época ainda eram utilizados os saudosos televisores CRT (tubo de raios catódicos) que trabalhavam com emissões analógicas.

E algo me intrigava, todas as vezes que se ligava em casa um liquidificador ou até mesmo uma furadeira, percebia que isso causava uma interferência (chiadeira no som, perturbação na imagem com barras de ruído) na nossa TV. Isso já se tratava da ação do EMI através dos ruídos parasitas, provocados por esses pequenos eletrodomésticos que usam motores corrente alternada com rotor bobinado e sistemas de escovas para transportar a eletricidade para o motor.

Bem se você pegou essa época já teve com certeza uma experiência com o EMI mesmo sem saber.

Efeitos do EMI (interferência eletromagnética)

Trazendo agora para a realidade do ambiente industrial, talvez você já tenha passado pela seguinte situação:

Um determinado acionamento ou comando é realizado em uma máquina e então ocorrem falhas em sua rede de comunicação, como o PROFIBUS DP por exemplo. Pode ser o acionamento de um inversor de frequência, ou mesmo de um aquecedor.

Esse é mais um exemplo da ação do EMI, mas agora não em um simples televisor que não causa tantos problemas, mas sim em máquinas e equipamentos que podem levar a grandes prejuízos de produção e até mesmo afetar a segurança do equipamento e dos operadores.

O termo EMI significa interferência eletromagnética, que nada mais é do que um campo ou onda elétrica ou magnética que pode ou não alterar o funcionamento ou danificar um equipamento, dispositivo ou aparelho. A interferência pode ser proposital ou acidental e pode ser de origem natural ou artificial.

Instalações Elétricas

Ela pode ser radiada (via ar), conduzida (via condutores), induzida (normalmente acima de 30MHz) ou até mesmo a combinação das mesmas.

emi-profibus-03A convivência de equipamentos em diversas tecnologias diferentes somada à tão comum inadequação das instalações que encontramos em muitas fábricas, facilita a emissão de energia eletromagnética e com isto podemos ter problemas de compatibilidade eletromagnética (, que é a habilidade de um equipamento funcionar satisfatoriamente sem interferir eletromagneticamente nos equipamentos próximos e ser imune à interferência externa de outros equipamentos e do ambiente), onde o funcionamento de um equipamento pode afetar o outro. 

Infelizmente como mencionei acima este cenário é muito comum de se encontrar nas indústrias e fábricas, onde a EMI é muito frequente em função do maior uso de máquinas como por exemplo, máquinas de soldas e motores acionados por inversores de frequência e em redes digitais e de computadores próximas a essas áreas.

Algo muito ruim que devemos citar sobre o EMI é o fato de que ele aos poucos vai degradando os equipamentos e seus componentes. Ele pode ser responsável por falhas na comunicação entre dispositivos de uma rede de equipamentos, pode causar alarmes que são gerados sem explicação, pode provocar o acionamento de relés ou contactores sem haver comando para isto e também causar a queima de componentes ou circuitos eletrônicos. É muito comum a presença de ruídos na alimentação pelo mau aterramento e blindagem, ou mesmo erro de projeto.

Em minha experiência atuando em manutenção por diversas indústrias diferentes, muitas vezes encontrei cenários onde os cabos da rede PROFIBUS passavam junto de cabos de circuitos de potência ou de acionamentos de cargas indutivas e resistivas. Esse cenário leva a campos magnéticos induzindo correntes no cabo pelo que chamamos de acoplamento indutivo.

Paradas recorrentes de Redes

Esse é um erro grave que pode custar paradas recorrentes em uma linha de produção e também ter como consequência a queima de dispositivos eletrônicos como interfaces de CLP por exemplo.

interferencia eletromagnetica

Segundo a norma EN-50170-2, os cabos PROFIBUS devem estar devidamente protegidos e separados das fontes de EMI(interferência eletromagnética). 

Por isso, a norma recomenda que seja respeitado um espaçamento mínimo entre os cabos PROFIBUS e os cabos de força, mesmo quando roteados dentro de painéis. 

Se o espaço é insuficiente para manter uma distância mínima de 20cm para cabos de diferentes categorias, recomenda-se realizar o roteamento dos mesmos em calhas metálicas separadas. 

Nessa condição, as calhas devem manter a distância mínima de 10cm uma das outras.

emi

Quando lançados em uma única calha, as categorias devem ser separadas conforme a distância recomendada.  Quando separados por partições e tampas metálicas aterradas, podem-se aproximar os cabos de distintas categorias.

emi-03

Problema de Redes PROFIBUS

Então como posso identificar se o problema em minha rede PROFIBUS trata-se de interferência eletromagnética (EMI)?

Abrir todas as calhas para verificar se os cabos estão separados corretamente pode não ser uma solução muito adequada, ainda mais quando temos, por exemplo, esteiras transportadoras que cortam uma fábrica de uma ponta a outra.

O ideal é sempre ter as ferramentas adequadas em mãos a fim de se ter um diagnóstico rápido e preciso, evitando longos períodos de parada em sua linha de produção.

Para identificar essa falha podemos, por exemplo, utilizar um analisador de rede PROFIBUS que nós permitira analisar diversas informações das condições de nossa rede, inclusive as formas de onda de cada dispositivo utilizando o recurso de osciloscópio.

Uma ferramenta muito eficiente para realizar essa tarefa é o Analisador PROFIBUS PRO da Toledo e Souza.

Analisador profibus pro

Com eles em mãos podemos analisar as formas de ondas de cada um dos nossos dispositivos da rede e verificar se encontramos algum indicio de perturbação por EMI.

Uma onda característica de perturbação por EMI seria mais ou menos assim:

emi-profibus-07

Preste atenção nos picos irregulares do sinal, deformando o sinal PROFIBUS.

Agora notem a diferença de um sinal normal para um dispositivo sem problemas:

emi-profibus-08

Notem que você consegue ver nitidamente a forma de onda do sinal PROFIBUS.

Analisando esses dois cenários é possível observar que na primeira imagem o dispositivo esta sofrendo com a ação do EMI e isso vai gerar falhas de comunicação, causando problemas ao funcionamento do equipamento.

Análise de Rede

A partir dai você tem uma direção e saberá onde deve atuar de forma assertiva e será preciso verificar pelo menos 4 pontos para normalizar a sua rede: 

  1. Verificar se os cabos PROFIBUS desse equipamento estão passando junto a cabos de potência na calha.
  2. Verificar se as eletrocalhas estão aterradas. 
  3. Verificar se os cabos PROFIBUS estão aterrados.
  4. Verificar se os equipamentos PROFIBUS estão aterrados.

Bem então é isso, atuando dessa forma vamos conseguir mitigar as falhas causadas por EMI e livrar as nossas redes PROFIBUS desse problema.

Espero que tenham gostado desse artigo que foi feito em parceria com a empresa Toledo e Souza.


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