Introdução
Neste post será feita uma introdução sobre padronização de cabos de rede para utilização em sistemas de automação industrial. Julguei estas informações úteis principalmente pelos problemas vivenciados na prática, que poderiam ser evitados se o cabeamento fosse especificado corretamente ou se, durante a instalação, alguns fatos simples fossem observados. As dicas e informações aqui apresentadas poderão ser utilizadas em qualquer instalação de rede baseada em Ethernet TCP/IP, tais como Modbus TCP, Ethernet/IP e ProfiNET.
Características e influências em redes industriais
Considerando que a velocidade é uma característica de grande importância em qualquer rede de comunicação de dados, temos que esta está relacionada com a capacidade do canal de comunicação, que por sua vez é influenciada pelos fatores indicados na equação a seguir, que é a equação de Shannon-Hartley:
Onde:
é a capacidade do canal de dados em bits por segundo;
é a largura de banda do canal em hertz;
é a potência média do sinal recebido em watts;
é a potência média do ruído ou interferência percebidoa, emwatts; e
é a relação sinal ruído (signal-to-noise ratio SNR).
Assim, dentre estes fatores que influenciam a capacidade do canal de comunicação e, consequentemente a velocidade de comunicação em uma rede, aquele que certamente sofrerá maior influência no ambiente industrial é a relação sinal-ruído (SNR – Signal to Noise Ratio).
Em termos técnicos a relação sinal-ruído pode ser definida como “a razão entre a potência de um sinal e a potência do ruído sobreposto a este sinal”. De forma mais simplificada, a relação sinal-ruído pode ser definida como um “fator indicativo de quantas vezes o nível do sinal recebido é superior ao ruído de fundo observado”. Não é difícil notar que, quanto maior a relação sinal ruído, melhor, pois significa que o sinal desejado sobressai, ou é mais intenso em relação ao ruído.
Assim, as características do ambiente industrial, tais como a presença de grandes motores elétricos acionados por conversores de frequência, transformadores, o ligar e o desligar de máquinas potentes (como máquinas de solda, por exemplo), são somente alguns exemplos de grandes geradores de ruído eletromagnético e que certamente influenciarão no comportamento de sinais elétricos e redes de comunicação adjacentes, caso estas não estejam preparadas para este ambiente, reduzindo significativamente a SNR.
É justamente neste ponto que a especificação dos cabos de rede é fundamental, bem como dos conectores apropriados e da certificação do cabo. Estes itens serão introduzidos aqui e melhor explicados nas próximas postagens.
Especificação do cabo
A especificação do cabo de rede é um item primordial porque existem cabos apropriados para cada tipo de ambiente, desde casas e escritórios até para ambientes com interferências eletromagnéticas significativas presentes, esforços mecânicos envolvidos e mesmo fatores ambientais agressivos, e de uma forma bem lógica, os custos por metro de cabo acompanham a robustez e preparação de cada cabo. A figura a seguir mostra alguns exemplos de cabos (fonte da imagem).
Figura 01 – Alguns tipos de cabos para redes Ethernet TCP/IP
Assim, a categoria do cabo (Categoria 5e, 6, etc) a blindagem externa e dos pares e a preparação externa do cabo, precisam ser detalhadas para a correta especificação do mesmo e, para isso, o ambiente onde o cabo será instalado precisa ser estudado. Dependendo do ambiente, pode ser até melhor utilizar fibras ópticas ao invés de cabos.
Especificação de conectores
A especificação dos conectores que serão montados nos cabos também precisa ser coerente com o cabo especificado, pois, por exemplo, de que adianta especificar um cabo blindado se o conector a ser utilizado será plástico? Ou de que adianta utilizar um conector metálico em um cabo sem blindagem?
Dependendo do ambiente, além do material de fabricação do conector, outras características podem ser necessárias como proteção contra entrada de água, portanto, assim como o cabo, um conhecimento do ambiente também determinará o tipo de conector.
Certificação
Para finalizar esta postagem, a certificação do cabo é algo igualmente primordial, devido a questões de prevenção da indução eletromagnética entre condutores no interior do cabo, devido à crimpagem de cabos fora dos padrões. A Figura 2 mostra um exemplo de equipamento de certificação de cabos (mais informações sobre este equipamento aqui).
Figura 02 – Equipamento de certificação de cabos de rede
Este equipamento é capaz de medir ruídos, verificar curtos ou falhas no cabo, bem como verificar se a crimpagem do mesmo foi realizada corretamente.