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Fibra óptica nas aplicações industriais implementam confiabilidade, estabilidade, segurança e velocidade na transmissão de dados
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- Alto grau de confiabilidade
- Imunidade às interferências eletromagnéticas
- Alcance de dezenas de metros até quilômetros
- Integração com redes de automação existentes
Aplicabilidade de Redes Ópticas Passivas no Ambiente Industrial
Aplicações industriais apresentam demandas elevadas em termos de confiabilidade, segurança e estabilidade e, portanto, esses requisitos também são exigidos das redes ópticas. A disseminação das redes de comunicações industriais vem exigindo estruturas que garantam, não só a segurança na transmissão dos dados, mas também maior velocidade de transmissão
Um sistema de automação industrial baseia-se em duas premissas básicas: a total distribuição do processamento e a concentração das informações de processo. O conjunto dos equipamentos de automação, formado pelos atuadores, controladores e sensores espalhados pela planta industrial, controlando bombas, sistemas de refrigeração e aquecimento, elevadores, segurança, etc., interligados aos computadores dos diversos sistemas, através da rede de comunicação em um centro de controle caracterizam essa estrutura (Figura 1).
O cabeamento deve ser estruturado de forma a ser capaz de suportar a telemetria exigida entre os equipamentos terminais remotos e as estações de controle (PINHEIRO, 2005).
Figura 1 - Exemplo de comunicação e controle em redes industriais
Figura 2 – Hierarquia de gerenciamento em rede industrial típica
Figura 3 – Exemplo de rede óptica passiva na indústria
O objetivo é reduzir despesas e melhorar a disponibilidade e confiabilidade das redes locais industriais.
1.2. ARQUITETURA DE REDES OPTICAS PASSIVAS
Redes ópticas passivas utilizam arquitetura, padrão e protocolos diferentes das redes locais típicas. Existem diferentes oportunidades de mercado para redes de acesso (KEISER, 2006). Aplica-se às redes locais corporativas internas, interligação de áreas externas e ambientes industriais, entre outros.
Este conceito de rede local está baseado na centralização do gerenciamento em um único ponto a partir do qual se faz a distribuição das conexões por meio de cabo óptico e divisores ópticos. Diferentes terminais de usuário possibilitam integrar além da comunicação de voz dados e vídeo e imagem, os sistemas de segurança e automação da planta.
Assim, uma rede óptica passiva apresenta três componentes fundamentais (Figura 4): OLT, ONT e ODN. O OLT e a ONT contêm componentes ópticos e eletrônicos ativos, enquanto a ODN inclui os componentes passivos:
Figura 4 - Elementos de uma rede óptica passiva
O modo como as diferentes ONTs estão interligadas à OLT define a arquitetura da componente óptica da rede de acesso (ODN). O sinal óptico transmitido pela OLT é repartido pelas diferentes ONTs usando um divisor óptico passivo (PIRES, 2006).
2. CapEX e OpEX
A solução de redes ópticas passivas deve possibilitar a redução de investimentos na operação e manutenção de redes locais industriais. A redução de investimentos é possível porque se eliminam ativos de rede intermediários como roteadores e equipamentos de borda, além de reduzir os gastos com energia e pessoal para manutenção e operação, em razão da centralização dos ativos da rede em um único ponto. Dois valores devem ser considerados nos investimentos financeiros destinados ao projeto de redes ópticas passivas: CapEX e OpEX.
O primeiro, CapEX (Capital Expenditure), representa toda e qualquer despesa de capital ou investimento em bens de capital de uma empresa. Refere-se a todo montante financeiro despendido na aquisição (ou introdução de melhorias) de bens de capital de uma determinada empresa
Já o OpEX (Operational Expenditure) refere-se ao custo associado à manutenção dos equipamentos e aos gastos de consumíveis e outras despesas operacionais, necessários à produção e à manutenção em funcionamento do negócio ou sistema (ABDI, 2011).
Assim as redes ópticas passivas reduzem significativamente os investimentos em CapEX e OpEX, tanto no que se refere ao cabeamento propriamente dito, quanto nos equipamentos, além dos custos operacionais relativos à instalação e gerência, além do tempo de execução de projeto.
3. SOLUÇÃO VERDE
Soluções de sistemas industriais preocupados com o impacto da tecnologia no meio ambiente é uma tendência que cresce ao nível mundial. A preocupação está desde a utilização mais eficiente de energia, recursos e insumos na produção, uso de matéria prima e substâncias menos tóxicas na fabricação. Abrange os recursos tecnológicos que consumam menos energia, que não agridam o meio ambiente na sua utilização e operação e por fim não proporcione (ou minimize) os impactos no descarte, permitindo reciclagem e reutilização.
Ao mesmo tempo em que visa melhorias no desempenho da rede de comunicação, a utilização de redes ópticas passivas permite a estruturação de uma rede com menor número de elementos ativos permitindo a redução do consumo de energia e também dos gastos com refrigeração e proteções elétricas, além de menor utilização de materiais como plástico, por exemplo. Por esta razão, redes ópticas passivas também podem ser consideradas uma tecnologia “verde” que contribui para o resultado financeiro da empresa, uma vez que se traduz em menores despesas operacionais e de remanejamento de recursos.
4. SIMPLIFICAÇÃO DO GERENCIAMENTO DA REDE
A utilização de redes ópticas passivas permite significativa simplificação nos processos de gerenciamento da planta, uma vez que o provisionamento e configurações podem ser realizados de forma unificada e entralizada (Figura 5). Emonsequência, ocorre uma expressiva redução do tempo de execução dos projetos de ampliação ou modernização da planta industrial.
A escolha da melhor arquitetura de rede óptica passiva depende de diferentes fatores nomeadamente, os serviços a oferecer, os cenários de operação, a infraestrutura existente, além do próprio modelo de exploração e a capacidade de, no futuro, poder migrar para novas tecnologias (PIRES, 2006).
Figura 5 – Simplificação na configuração e no gerenciamento
5. VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS E DESAFIOS
De modo geral, podem-se citar as seguintes vantagens técnicas e econômicas e os desafios para a aplicação de redes ópticas passivas no ambiente industrial:
5.1 VANTAGENS TÉCNICAS
5.2 VANTAGENS ECONÔMICAS
6. CONCLUSÃO
As redes ópticas passivas atualmente apresentam uma relação custo-benefício bastante atraente para aplicação nos ambientes industriais uma vez que possibilitam uma redução significativa de custos de projeto. Também permitem que sejam resolvidos problemas relacionados com restrição de espaço físico e encaminhamento de cabos devido à ampliação e ou modernização da planta industrial. Redes passivas permitem ainda a configuração e o gerenciamento mais eficiente dos ativos de rede, reduzindo o consumo de energia e recursos de refrigeração o que, em tempos de responsabilidade social, também se traduz em vantagem competitiva.
7. REFERÊNCIAS
ABDI. Introdução ao Private Equite e Venture Capital. Fundação Getúlio Vargas, 2011.
ALBUQUERQUE, P. U. B. de; ALEXANDRIA, A. R. de. Redes Industriais: Aplicações em Sistemas Digitais de Controle Distribuído. São Paulo: Ensino Profissional Editora, 2009.
FEY, A. F.; GAUER, R. R. Cabeamento Estruturado: Da Teoria à Prática. Caxias do Sul, 2013.
KEISER, G. FTTx Concepts and Applications. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
MORAES, C. C. de; CASTRUCCI, P. L. Engenharia de Automação Industrial. 2ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2007.
PINHEIRO, J. M. S. Cabeamento Óptico. Rio de Janeiro: Campus Elsevier, 2005.
PINHEIRO, J. M. S. Guia Completo de Cabeamento de Redes. Rio de Janeiro: Campus Elsevier, 2003.
PIRES, J. J. O. Sistemas e Redes de Telecomunicações. Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores / Instituto Superior Técnico. Lisboa, 2006.
RIBEIRO, M. A. Automação Industrial. 5ª ed., São Paulo: Tek Treinamento & Consultoria Ltda., 2005.
Aplicações industriais apresentam demandas elevadas em termos de confiabilidade, segurança e estabilidade e, portanto, esses requisitos também são exigidos das redes ópticas. A disseminação das redes de comunicações industriais vem exigindo estruturas que garantam, não só a segurança na transmissão dos dados, mas também maior velocidade de transmissão
Um sistema de automação industrial baseia-se em duas premissas básicas: a total distribuição do processamento e a concentração das informações de processo. O conjunto dos equipamentos de automação, formado pelos atuadores, controladores e sensores espalhados pela planta industrial, controlando bombas, sistemas de refrigeração e aquecimento, elevadores, segurança, etc., interligados aos computadores dos diversos sistemas, através da rede de comunicação em um centro de controle caracterizam essa estrutura (Figura 1).
O cabeamento deve ser estruturado de forma a ser capaz de suportar a telemetria exigida entre os equipamentos terminais remotos e as estações de controle (PINHEIRO, 2005).
Figura 1 - Exemplo de comunicação e controle em redes industriais
Figura 2 – Hierarquia de gerenciamento em rede industrial típica
1. REDES ÓPTICAS PASSIVAS
Redes Locais Industriais que utilizam cabeamento metálico possuem limitação na sua capacidade máxima de transmissão, bem como nas distâncias que atingem, além de possuírem uma vida útil dependente da infraestrutura onde estão inseridas. Como estratégia de evolução tecnológica, o cabo óptico pode se firmar como uma solução de grande potencial para as redes locais. Como ele não conduz eletricidade, o cabo de fibra óptica também pode ser útil em áreas onde grandes quantidades de interferências eletromagnéticas estão presentes, como em um chão de fábrica (ambiente industrial) (FEY e GAUER, 2013).
O acréscimo de serviços numa rede óptica passiva é simples. A principal vantagem da arquitetura está na redução dos custos de implantação e de manutenção, pela ampliação da largura de banda disponível sem a necessidade de aumento no número de componentes ativos na rede. Trata-se, pois, de uma solução que permite levar a fibra óptica monomodo até a sala de controle, chão de fábrica ou estação de trabalho com um custo inferior ao das redes locais tradicionais baseadas em cabeamento metálico. A Figura 3 apresenta um exemplo de aplicação no ambiente industrial, onde os diversos setores da empresa são interligados através de equipamentos ativos (OLT e ONT) e passivos (fibra óptica e divisores ópticos) distribuídos ao longo da planta facilitando a comunicação interna e os processos necessários à produção (KEISER, 2006).
Redes Locais Industriais que utilizam cabeamento metálico possuem limitação na sua capacidade máxima de transmissão, bem como nas distâncias que atingem, além de possuírem uma vida útil dependente da infraestrutura onde estão inseridas. Como estratégia de evolução tecnológica, o cabo óptico pode se firmar como uma solução de grande potencial para as redes locais. Como ele não conduz eletricidade, o cabo de fibra óptica também pode ser útil em áreas onde grandes quantidades de interferências eletromagnéticas estão presentes, como em um chão de fábrica (ambiente industrial) (FEY e GAUER, 2013).
O acréscimo de serviços numa rede óptica passiva é simples. A principal vantagem da arquitetura está na redução dos custos de implantação e de manutenção, pela ampliação da largura de banda disponível sem a necessidade de aumento no número de componentes ativos na rede. Trata-se, pois, de uma solução que permite levar a fibra óptica monomodo até a sala de controle, chão de fábrica ou estação de trabalho com um custo inferior ao das redes locais tradicionais baseadas em cabeamento metálico. A Figura 3 apresenta um exemplo de aplicação no ambiente industrial, onde os diversos setores da empresa são interligados através de equipamentos ativos (OLT e ONT) e passivos (fibra óptica e divisores ópticos) distribuídos ao longo da planta facilitando a comunicação interna e os processos necessários à produção (KEISER, 2006).
Figura 3 – Exemplo de rede óptica passiva na indústria
Aplicações de redes ópticas passivas representam uma alternativa para as redes locais de computadores, com menor custo de instalação e de manutenção. Trata-se do conceito aplicado às redes locais para comunicação utilizando a infraestrutura óptica passiva para tráfego de informações na rede local. Soluciona problemas de banda corporativa, uma vez que a tecnologia óptica possui uma capacidade infinitamente maior do que a de uma rede de cabeamento metálico padrão.
Como benefícios adicionais do emprego da tecnologia em ambientes industriais, pode- se citar a manutenção mais simples, os custos de operação mais baixos e a flexibilidade do gerenciamento quase ilimitada. A proteção do investimento, bem como o desembolso de manutenção, pode ser drasticamente reduzida. Além disso, simplifica a arquitetura das redes, desde o mapeamento até a lógica e distribuição, com gerenciamento simples e, ao mesmo tempo com recursos avançados.
Uma rede industrial utilizando cabeamento óptico passivo pode oferecer economia, tanto no que se refere ao tempo gasto, quanto aos custos envolvidos. As redes ópticas atendem às seguintes exigências:
Como benefícios adicionais do emprego da tecnologia em ambientes industriais, pode- se citar a manutenção mais simples, os custos de operação mais baixos e a flexibilidade do gerenciamento quase ilimitada. A proteção do investimento, bem como o desembolso de manutenção, pode ser drasticamente reduzida. Além disso, simplifica a arquitetura das redes, desde o mapeamento até a lógica e distribuição, com gerenciamento simples e, ao mesmo tempo com recursos avançados.
Uma rede industrial utilizando cabeamento óptico passivo pode oferecer economia, tanto no que se refere ao tempo gasto, quanto aos custos envolvidos. As redes ópticas atendem às seguintes exigências:
- Alto grau de confiabilidade;
- Imunidade às interferências eletromagnéticas;
- Alcance de dezenas de metros até alguns quilômetros.
- Integração com redes de automação e sistemas de controle existentes.
O objetivo é reduzir despesas e melhorar a disponibilidade e confiabilidade das redes locais industriais.
1.2. ARQUITETURA DE REDES OPTICAS PASSIVAS
Redes ópticas passivas utilizam arquitetura, padrão e protocolos diferentes das redes locais típicas. Existem diferentes oportunidades de mercado para redes de acesso (KEISER, 2006). Aplica-se às redes locais corporativas internas, interligação de áreas externas e ambientes industriais, entre outros.
Este conceito de rede local está baseado na centralização do gerenciamento em um único ponto a partir do qual se faz a distribuição das conexões por meio de cabo óptico e divisores ópticos. Diferentes terminais de usuário possibilitam integrar além da comunicação de voz dados e vídeo e imagem, os sistemas de segurança e automação da planta.
Assim, uma rede óptica passiva apresenta três componentes fundamentais (Figura 4): OLT, ONT e ODN. O OLT e a ONT contêm componentes ópticos e eletrônicos ativos, enquanto a ODN inclui os componentes passivos:
- Terminal de Linha Óptica (Optical Line Terminal - OLT) – localizado no ponto central da rede gerencia o funcionamento das unidades espalhadas pela planta. A OLT é a responsável pela transmissão do sinal óptico que será distribuído para os diversos usuários, através dos divisores ópticos passivos. Um OLT pode ser capaz de suportar distâncias de transmissão da ordem de 20 km através da rede de distribuição óptica (ODN). Além disso, toda a rede óptica é gerenciada pelo OLT;
- Terminal de Rede Óptica (Optical Network Terminal - ONT) – é responsável pela conversão do sinal óptico (proveniente do OLT) em sinal elétrico na comunicação com os dispositivos de campo como computadores, sensores, atuadores e outros equipamentos. A ONT concentra o tráfego até que o sinal possa ser transmitido para o OLT;
- Rede de Distribuição Óptica (Optical Distribution Network - ODN) - constitui a rede de distribuição passiva (fibra óptica, splitters, conectores ópticos, etc.).
Figura 4 - Elementos de uma rede óptica passiva
O modo como as diferentes ONTs estão interligadas à OLT define a arquitetura da componente óptica da rede de acesso (ODN). O sinal óptico transmitido pela OLT é repartido pelas diferentes ONTs usando um divisor óptico passivo (PIRES, 2006).
2. CapEX e OpEX
A solução de redes ópticas passivas deve possibilitar a redução de investimentos na operação e manutenção de redes locais industriais. A redução de investimentos é possível porque se eliminam ativos de rede intermediários como roteadores e equipamentos de borda, além de reduzir os gastos com energia e pessoal para manutenção e operação, em razão da centralização dos ativos da rede em um único ponto. Dois valores devem ser considerados nos investimentos financeiros destinados ao projeto de redes ópticas passivas: CapEX e OpEX.
O primeiro, CapEX (Capital Expenditure), representa toda e qualquer despesa de capital ou investimento em bens de capital de uma empresa. Refere-se a todo montante financeiro despendido na aquisição (ou introdução de melhorias) de bens de capital de uma determinada empresa
Já o OpEX (Operational Expenditure) refere-se ao custo associado à manutenção dos equipamentos e aos gastos de consumíveis e outras despesas operacionais, necessários à produção e à manutenção em funcionamento do negócio ou sistema (ABDI, 2011).
Assim as redes ópticas passivas reduzem significativamente os investimentos em CapEX e OpEX, tanto no que se refere ao cabeamento propriamente dito, quanto nos equipamentos, além dos custos operacionais relativos à instalação e gerência, além do tempo de execução de projeto.
3. SOLUÇÃO VERDE
Soluções de sistemas industriais preocupados com o impacto da tecnologia no meio ambiente é uma tendência que cresce ao nível mundial. A preocupação está desde a utilização mais eficiente de energia, recursos e insumos na produção, uso de matéria prima e substâncias menos tóxicas na fabricação. Abrange os recursos tecnológicos que consumam menos energia, que não agridam o meio ambiente na sua utilização e operação e por fim não proporcione (ou minimize) os impactos no descarte, permitindo reciclagem e reutilização.
Ao mesmo tempo em que visa melhorias no desempenho da rede de comunicação, a utilização de redes ópticas passivas permite a estruturação de uma rede com menor número de elementos ativos permitindo a redução do consumo de energia e também dos gastos com refrigeração e proteções elétricas, além de menor utilização de materiais como plástico, por exemplo. Por esta razão, redes ópticas passivas também podem ser consideradas uma tecnologia “verde” que contribui para o resultado financeiro da empresa, uma vez que se traduz em menores despesas operacionais e de remanejamento de recursos.
4. SIMPLIFICAÇÃO DO GERENCIAMENTO DA REDE
A utilização de redes ópticas passivas permite significativa simplificação nos processos de gerenciamento da planta, uma vez que o provisionamento e configurações podem ser realizados de forma unificada e entralizada (Figura 5). Emonsequência, ocorre uma expressiva redução do tempo de execução dos projetos de ampliação ou modernização da planta industrial.
A escolha da melhor arquitetura de rede óptica passiva depende de diferentes fatores nomeadamente, os serviços a oferecer, os cenários de operação, a infraestrutura existente, além do próprio modelo de exploração e a capacidade de, no futuro, poder migrar para novas tecnologias (PIRES, 2006).
Figura 5 – Simplificação na configuração e no gerenciamento
5. VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS E DESAFIOS
De modo geral, podem-se citar as seguintes vantagens técnicas e econômicas e os desafios para a aplicação de redes ópticas passivas no ambiente industrial:
5.1 VANTAGENS TÉCNICAS
- Centralização de gerenciamento;
- Simplicidade de construção, operação e manutenção;
- Redução de custos com infraestrutura;
- Convergência IP;
- Disponibilidade;
- Facilidade de atualização da rede;
- Não é limitada pelas restrições de distância e largura de banda das redes metálicas tradicionais.
- Alto valor agregado (produtos e serviços).
5.2 VANTAGENS ECONÔMICAS
- Redução de ativos, armários e racks de conexão;
- Reduz drasticamente a necessidade de alimentação elétrica e infraestrutura de refrigeração;
- Elevada expectativa de duração do cabeamento;
- Redução do ciclo de atualização da infraestrutura de cabeamento (à medida que a tecnologia evolui, apenas os terminais ativos necessitam de atualização);
- Redução do número de vias de passagem para cabos e economia de espaço (cabos com menor diâmetro e mais leves).
6. CONCLUSÃO
As redes ópticas passivas atualmente apresentam uma relação custo-benefício bastante atraente para aplicação nos ambientes industriais uma vez que possibilitam uma redução significativa de custos de projeto. Também permitem que sejam resolvidos problemas relacionados com restrição de espaço físico e encaminhamento de cabos devido à ampliação e ou modernização da planta industrial. Redes passivas permitem ainda a configuração e o gerenciamento mais eficiente dos ativos de rede, reduzindo o consumo de energia e recursos de refrigeração o que, em tempos de responsabilidade social, também se traduz em vantagem competitiva.
7. REFERÊNCIAS
ABDI. Introdução ao Private Equite e Venture Capital. Fundação Getúlio Vargas, 2011.
ALBUQUERQUE, P. U. B. de; ALEXANDRIA, A. R. de. Redes Industriais: Aplicações em Sistemas Digitais de Controle Distribuído. São Paulo: Ensino Profissional Editora, 2009.
FEY, A. F.; GAUER, R. R. Cabeamento Estruturado: Da Teoria à Prática. Caxias do Sul, 2013.
KEISER, G. FTTx Concepts and Applications. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
MORAES, C. C. de; CASTRUCCI, P. L. Engenharia de Automação Industrial. 2ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2007.
PINHEIRO, J. M. S. Cabeamento Óptico. Rio de Janeiro: Campus Elsevier, 2005.
PINHEIRO, J. M. S. Guia Completo de Cabeamento de Redes. Rio de Janeiro: Campus Elsevier, 2003.
PIRES, J. J. O. Sistemas e Redes de Telecomunicações. Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores / Instituto Superior Técnico. Lisboa, 2006.
RIBEIRO, M. A. Automação Industrial. 5ª ed., São Paulo: Tek Treinamento & Consultoria Ltda., 2005.
José Maurício dos Santos Pinheiro
fonte: https://www.teleco.com.br/colaborador/jose_mauricio_pinheiro.asp
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fonte: https://www.teleco.com.br/colaborador/jose_mauricio_pinheiro.asp
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