Nos EUA, alguns começam a achar que o Ethernet Industrial é o líder em plantas de manufatura; outros, que as redes de campo têm mais base instalada e utilidade e devem permanecer por mais tempo na liderança. Mas ainda paira a dúvida e pesquisas estão para serem finalizadas sobre o assunto. E por aqui? Parece que Ethernet é o líder para comunicação entre PLCs e em redes de controle nos SDCDs, mas não como rede de campo...

A rede Ethernet é um meio físico e uma camada de enlace - camada que regula a comunicação entre dois nós conectados no mesmo segmento Ethernet (Hub ou switch) – onde podem trafegar vários protocolos. “É como numa conversa entre várias pessoas: o ar é o meio físico, a bocas e os músculos são a camada de enlace, que permite que a voz saia, e as linguagens são os diferentes protocolos - que não interagem. A ajuda que o Ethernet dá na integração de negócios vem do fato dele tornar a conversa mais barata e mais rápida, pois não se tem mais que converter de uma rede para outra, é só traduzir a linguagem. Fora isso não existe uma integração garantida por ser Ethernet”, resume o diretor de sistemas da Emerson Process Management, Cláudio Fayad.

Essa questão - Ethernet no chão de fábrica - parece reacender a discussão da guerra dos buses, quando se buscava um único protocolo para automação. O resultado foi o surgimento de inúmeros protocolos. Mas o usuário foi levado pela evolução da Tecnologia da Informação (TI) e Tecnologia da Automação (TA), bem como pela natural convergência entre as duas, para uma situação em que no nível corporativo domina o Ethernet – interligando todos os computadores de vendas, logística, administração, planejamento; no “chão de fábrica” dominam diferentes tipos de padrões de comunicação.

O usuário continua querendo que seu processo seja totalmente integrado ao sistema corporativo, então começou a questionar por que não utilizar Ethernet também no chão de fabrica. Se fosse possível, bastaria conectar o cabinho azul do escritório na fábrica, eliminando a parafernália necessária para “traduzir” os protocolos e tudo seria muito mais simples. A resposta imediata dos fornecedores de TA foi que o Ethernet usado no escritório não possuía as características de determinismo necessárias para as tarefas de controle e automação. Mas a pressão dos usuários continuou aumentando em paralelo à evolução da TI.

Marcos Giorjiani, diretor da Beckhoff no Brasil, lembra que surgiram propostas para levar o Ethernet para o chão de fábrica, mas o que foi feito até agora foi um encapsulamento: “várias propostas de protocolos encapsulados em Ethernet, propostas que não atendem totalmente a necessidade dos usuários em termos de desempenho, flexibilidade e facilidade de integração com TI. O EtherCAT é a melhor proposta de Ethernet para o chão de fábrica que surgiu recentemente, pois é a rede mais rápida existente, apresenta topologia livre - o que não existe em muitas das outras propostas de Ethernet Industrial - e é diretamente integrada aos sistemas de TI, o que significa uma redução significativa nos custos de engenharia e instalação de um sistema de TA”.

Cesar Cassiolato, diretor da Smar e presidente da Associação Profibus no Brasil, lembra que quando se fala de Ethernet tem-se que levar em conta a comunicação já disponível no nível H2 – a que interliga os sistemas de controle  SDCD e PLCs e as estações de operação , manutenção e engenharia -; mas quando se fala de Ethernet no campo, o problema é que os instrumentos - transmissores, posicionadores de válvulas, etc - precisam ainda de corrente mais alta que o Ethernet pode enviar. “Por este motivo é que todos os fabricantes estão desenvolvendo circuitos eletrônicos de consumo ainda mais baixo. Algumas previsões apontam para daqui a 5 ou 7 anos o lançamento de instrumentos de campo que consumam pouca corrente, o que vai ajudar o Ethernet a chegar no nível de campo (H1)”.

Então, é bom lembrar que o Ethernet Industrial não define um protocolo de comunicação completo para aplicações industriais, pois abrange apenas até a camada 2 do modelo OSI/ISO - chegando à camada 4 se acrescido do protocolo TCP/IP ou do protocolo ISO. Para ser um protocolo completo que permita a interoperabilidade de dispositivos de diversos fabricantes é necessário que um protocolo de comunicação possua a camada 7, de aplicação. Fieldbus e Profibus, por exemplo, adotaram Ethernet para suas redes de alta velocidade e aí, o nível físico - TCP/IP ou UDP – é preservado, mas a camada de aplicação é específica destes protocolos: HSE para FF e Profinet para Profibus. Todos os protocolos de comunicação baseados em Ethernet - Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, FF-HSE - usam alguma forma de Ethernet Industrial e uma camada de aplicação específica. Daí o aumento da adoção destes protocolos baseados em Ethernet – o que no fim implica no aumento do uso do Ethernet Industrial como tecnologia de comunicação na indústria!

Carlos Fernando Albuquerque, gerente regional de marketing para a América do Sul da Siemens, divisão sistemas de automação industrial, acredita que os protocolos Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, FF-HSE tendem, no médio prazo, a substituir os protocolos que lhes deram origem - Profibus, DeviceNet/ControlNet, Modbus, FF- e que não usam o Ethernet como meio físico/camada de ligação de dados. “Estes protocolos “ancestrais”, que ainda dominam o cenário de aplicação atual, geralmente são baseados no meio físico RS 485 / IEC61158-2, ou tecnologias similares”.

O Ethernet tem sido usado na área de automação de manufatura, principalmente na comunicação com e entre CNCs. Mas a comunicação dos CNCs com sensores e atuadores é feita através de redes CAN, Asi Bus, Interbus etc. As transações neste nível são com mensagens curtas e muito rápidas. Ethernet tem um overhead muito grande e é determinístico. Na comunicação entre os CNCs, a situação é diferente. As mensagens são complexas e um pouco de não determinismo é tolerado. Na área de controle de processo a situação é parecida e vários sistemas de controle adotaram Ethernet para comunicação entre controladores e estações de operação e engenharia, entre controladores e  remotas de entrada e saída e entre controladores. Só que o protocolo acima do TCP/IP ou UDP é proprietário. E chaves são usadas para diminuir o impacto do não determinismo.

Marcos Peluso, da Emerson Process Management, ressalta que o Ethernet Industrial está sendo normatizado e os principais avanços foram no nível físico, nos conectores, cabos, energia e sinal no mesmo cabo - mas não nos mesmos fios - etc. Ele conta que algumas experiências foram feitas com transmissores, mas ainda existem problemas... A energia necessária para rodar Ethernet ainda é maior do que nos buses disponíveis hoje, o que dificulta soluções para segurança intrínseca e prova de explosão. O custo de instalação é mais alto pois os cabos requerem mais fios do que os dois fios de hoje e a qualidade dos cabos também tem que ser maior. O não determinismo é um grande problema e, ainda que possa ser contornado com chaves, o custo cresce e a confiabilidade cai.

A velocidade mascara o problema do determinismo, criando um pseudo-determinismo. Mas a velocidade é inversamente proporcional ao máximo comprimento dos cabos. Mesmo na ordem de megabits os comprimentos não são práticos – pode-se adicionar chaves e hubs mas a complexidade aumenta e a confiabiliade cai. Sem chaves, existe o problema da colisão de mensagens: a eficiência da rede diminui com o número de nós...

“O Ethernet sozinho não resolve o problema, é preciso uma norma em nível de aplicação. Algo como HSE ou Profinet. Uma vantagem foi o aumento de velocidade, mas isso trouxe a limitação no comprimento dos cabos, que estão limitados a 100 m entre instrumentos e roteador ou chave para 10 MHz – o que não é prático em plantas industriais. E um probleminha que parece bobo: Fieldbus ou Profibus podem ser instalados por um técnico de instrumentação mas o Ethernet requer, teoricamente, alguém de TI. Nos EUA, isso cria problemas sérios. A boa novidade é que o WiFi, que é Ethernet sem fio, já esta provocando mudanças. Remotas podem ser conectadas ao sistema de controle por rádio. E os Gateways de WirelessHART ou SP100 podem se comunicar entre si e com o sistema de controle via WiFi. Isso mostra que a evolução das tecnologias e o mercado vão se ajustando”, finaliza Peluso.