Como solucionar problemas em CCMs com Redes PROFIBUS

Vamos conversar um pouco sobre rede PROFIBUS trabalhando em CCMs. Mas primeiro vamos contextualizar o que é um CCM.

Um CCM ou centro de controle de motores é um conjunto de várias partidas de motores, ou seja, uma ou mais seções que são separadas por um barramento de energia comum e, principalmente, contém unidades de controle do motor. Dentro de um centro de controle de motores (CCM) nós podemos encontrar dispositivos como inversores de frequência, controladores programáveis (CLPs), relés inteligentes e dispositivos de medição que normalmente são utilizados para acionamento de motores de corrente alternada trifásicos em baixa tensão (220 a  440 volts). Porém existem centros de controle de motores de média tensão que acionam motores a uma tensão que variam de 2300 a 15000 volts.

Agora que sabemos o que vem a ser um CCM, vamos ver como a rede PROFIBUS se encaixa nessa história. Como já mencionei em artigos anteriores o protocolo PROFIBUS dentre as redes fieldbus seriais, é o protocolo mais utilizado no mundo, e podemos encontrá-lo aplicado nos mais diversos segmentos na indústria. Um setor que se destaca na utilização da rede PROFIBUS na automação em CCMs inteligentes é o segmento de papel e celulose. 

PROFIBUS em CCMs inteligentes

Mas por que utilizar uma rede como o PROFIBUS em CCMs inteligentes? 

Bem vamos lá, a utilização do PROFIBUS em CCMs inteligentes, vai nos assegurar uma série de benefícios e também garantir um ótimo desempenho graças a estarmos utilizando um protocolo de rede amplamente consolidado no mercado e suportado por diversos fabricantes.

Agora, como em qualquer aplicação, devemos ter alguns cuidados ao aplicar a rede PROFIBUS, e esses cuidados devem ser observados desde a elaboração do projeto, assim como também nas fases de instalação e posteriormente na fase de testes dos sistemas.

Caso esses cuidados não sejam observados, a rede PROFIBUS em CCMs pode apresentar alguns problemas de instabilidade de comunicação entre seus dispositivos. Esses problemas na maioria das vezes estarão diretamente relacionados a montagens incorretas nas instalações físicas da rede no interior dos CCMs. 

O grande problema em tudo isso é que essas falhas nas instalações vão ter como consequência interrupções no processo produtivo e aumento em custos de manutenção, algo que com certeza você não deseja para a sua empresa.

Falhas em instalações físicas da rede no interior dos CCMs

Em geral esses problemas de instalação são:

• Curvatura acentuada dos cabos acima do permitido pela norma. É muito comum abrir calhas em CCMs ou painéis em geral, e encontrar os cabos até mesmo dobrados dentro delas, quem trabalha com manutenção provavelmente já se deparou com essa situação em algum momento, muitas vezes isso ocorre por falta de conhecimento de quem faz a montagem ou manutenção da rede. A intenção é até boa, muitas vezes o que se busca é “esconder” sobras de cabo dentro das calhas para deixar tudo mais bonito. Porém as consequências serão muito ruins para o funcionamento da sua rede.

• Outro erro bem comum que encontramos em instalações de cabos de redes nas gavetas dos CCMs é a utilização de conexões em ‘T’ os chamados spur, que muitas vezes são feitos com bornes nos painéis dos CCMs, e que possuem o objetivo de criar um novo segmento de cabo para interligação muitas vezes de relés inteligentes como um Simocode ou um Tesys T nas gavetas por exemplo.Como consequência a essa instalação teremos um sinal de comunicação PROFIBUS distorcido devido a ruídos causados pela ligação em T através de bornes. Se devido à estrutura de montagem utilizada pelo fabricante do seu CCM, só for possível realizar as ligações da rede PROFIBUS nos relés de proteção através de ligações laterais via derivação em bornes, é recomendado que considere a utilização de repetidores PROFIBUS. A utilização de repetidores vai permitir que o seu CCM seja segmentado, com isolamento em cada coluna e minimizar muito os ruídos gerados pelas ligações laterais via bornes.

• Outro problema comum que podemos encontrar é a utilização de cabos inapropriados, fora dos padrões exigidos pelas normas de instalação de uma rede PROFIBUS. A utilização de cabos inapropriados pode gerar muitos problemas na comunicação do seu CCM. A alguns anos, tive a experiência com um maquinário Chinês que veio com cabos de instrumentação em diversos segmentos da rede PROFIBUS, incluindo CCMs e como consequências ocorriam diversas interrupções no processo produtivo devido à instabilidade na rede. Por isso recomendo que você sempre garanta que suas instalações possuem cabos PROFIBUS, dentro das especificações.

• Assim como cabos também podemos ter conectores inapropriados ou com conexões malfeitas que vão resultar-nos os mesmos problemas citados acima. Agora por experiência posso afirmar que o maior vilão para a rede PROFIBUS aplicada a CCM´s inteligentes é a passagem dos cabos da rede próximos a cabos de potência de inversores de frequências e motores. Com isso em mente, também devemos sempre garantir a equipotencialização do sistema de aterramento, minimizando assim as correntes de fuga.

• Uma recomendação é sempre limitar o tamanho dos cabos evitando comprimentos longos, com conexões sempre o menor possível, mesmo assim uma dica é nunca ter o cabo menor que 1m. Pois as instalações de cabos de rede PROFIBUS próximos a cabos de potência, vão afetar diretamente a qualidade do sinal de comunicação, levando as indesejadas paradas na sua produção. Também devemos sempre garantir a equipotencialização do sistema de aterramento, minimizando assim as correntes de fuga.

Analisar e identificar problemas em Redes PROFIBUS 

Agora que conhecemos os principais problemas em redes PROFIBUS aplicadas a CCMs inteligentes vamos analisar como podemos nos proteger a fim de, evitá-los.

Primeiramente uma inspeção visual é sempre o primeiro passo a ser tomado, pois com ela podemos identificar os problemas mais aparentes.

Porém, precisamos ter ferramentas adequadas para que possamos dar confiabilidade as nossas instalações.

Uma ferramenta muito eficiente para ajudá-lo a manter a “saúde” da sua rede PROFIBUS em CCMs é o TS Analisador PROFIBUS PRO da empresa Toledo e Souza.

Em um artigo anterior já mencionei outras ferramentas da TS como o TS Monitor PROFIBUS, por exemplo, mas hoje gostaria falar dessa ferramenta de análise, por julgar ser extremamente relevante a ocasião.

Para exemplificar a importância da separação dos cabos de rede PROFIBUS dos cabos de potência e como esse cenário deteriora a qualidade do sinal de comunicação, compartilho com vocês uma análise de sinal de uma rede PROFIBUS em uma indústria de Celulose utilizando a função de osciloscópio de um TS Analisador PROFIBUS PRO. Observe como a qualidade do sinal é fortemente prejudica da pela interferência eletromagnética induzida pelos cabos de energia.

A instalação correta e o encaminhamento dos cabos observando sempre a separação entre cabos de rede e de potência asseguram imunidade às interferências do sistema de potência, resultando em redes PROFIBUS estáveis e confiáveis.

Veja agora outro exemplo utilizando a função de osciloscópio de um TS Analisador PROFIBUS PRO em um nó sem interferência eletromagnética causada por esse problema. Observe a estabilidade do sinal.

Um ponto que quero destacar nessa análise é que essa rede operava a uma velocidade de 187,5 Kbps, se considerarmos que quanto maior a velocidade mais susceptível a rede fica a ruídos, imagine como estaria esse sinal se tal rede operasse a 1,5 Mbps que é um valor bem comum de se encontrar por ai. Pois quanto maior o baud rate, menor será o Tbit. De tal sorte que os ruídos por menores que sejam passam a poder afetar a comunicação…

A ferramenta TS Analisador PROFIBUS PRO ainda possui outros recursos que são muito úteis para identificar esse e outros problemas como, por exemplo, a sua Live liste que demostra de forma simplificada e intuitiva o estado dos dispositivos na sua rede.

Assim como o recurso de Gráfico de barras que te permite ter uma visão da amplitude das tensões dos dispositivos da sua rede.

Enfim, podemos concluir que ter a ferramenta adequada para análise das nossas redes PROFIBUS, desde o comissionamento e até mesmo no dia a dia de operação dos nossos CCM’s e equipamentos em geral é fundamental para evitar prejuízos decorrentes de atrasos em projetos, retrabalhos e perdas de produção.

Links para conhecer mais sobre o meu trabalho

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