Monitoramento de Condição Sem Fio: Aumente a Produção e Reduza o Tempo de Inatividade

Falhas mecânicas em motores, acionamentos e outros equipamentos eletromecânicos são a causa mais comum de paradas de produção. Sistemas modernos de monitoramento de condição baseados em vibração detectam problemas antes que falhem, reduzindo paralisações caras e maximizando a produção.

Por Que Sem Fio?

Unidades de monitoramento de condição são tipicamente conectadas em rede a um computador central para análise de dados e anúncio de alarmes. Em muitas instalações, as máquinas estão em locais remotos ou móveis onde conectividade com fio é impraticável ou proibitivamente cara. A comunicação sem fio oferece custos de instalação mais baixos, implantação mais rápida e, em alguns casos, confiabilidade melhorada.

Desafios de Custo de Rede

Quando a infraestrutura de rede não está disponível, a despesa extra de cabeamento de fibra óptica, engenharia de condutos, escavação e linhas telefônicas alugadas pode empurrar o retorno sobre investimento além de limites aceitáveis. Por exemplo, o custo médio de instalação de cabo em uma fábrica química é de $40 por pé ($120 por metro), enquanto uma usina nuclear pode chegar a $2.000 por pé ($6.000 por metro). Alugar linhas telefônicas para locais a várias milhas de distância adiciona taxas de ativação e cobranças mensais que devem suportar fluxos contínuos de dados de vibração de alta velocidade.

Serviços celulares sem fio são às vezes usados para locais remotos, mas são limitados por cobertura e largura de banda, e custos de assinatura podem ser altos.

Opções de Tecnologia Sem Fio

A abordagem mais comum para Ethernet sem fio é transmissão RF nas bandas de 2,4 e 5,8 GHz livres de licença. Duas técnicas de espectro espalhado estão disponíveis: sequência direta e salto de frequência.

Sequência direta usa um canal largo para transmitir esquemas de modulação complexos, oferecendo as taxas de dados mais rápidas (até 54 Mbps com IEEE 802.11g). No entanto, a largura de banda larga é mais suscetível a interferência quando muitos sistemas operam em proximidade. Na maioria dos países, apenas três dos 13 canais disponíveis de 2,4 GHz não se sobrepõem, levando a potencial congestionamento.

Salto de frequência divide o espectro em muitos canais pequenos e salta rapidamente entre eles. Embora mais lento (tipicamente <1 Mbps) e com maior latência, oferece imunidade a ruído e confiabilidade superiores. Sistemas de salto de frequência são proprietários, permitindo que fabricantes implementem autenticação e criptografia únicas, e mantenham a rede industrial isolada da TI corporativa.

Integrando Sem Fio com Monitoramento de Condição

A maioria dos sistemas de monitoramento de condição usa Ethernet para conectividade. Ao implantar sem fio, dois fatores-chave devem ser considerados: taxa de dados (largura de banda) e latência. Para múltiplas máquinas remotas, uma rede RF dedicada ou sistemas RF separados podem ser necessários para manter o desempenho. Equipamentos RF industriais devem apresentar alta potência de saída, ampla faixa de temperatura, diagnósticos integrados, certificações para áreas perigosas e suporte de engenheiros experientes em redes industriais.

Aplicações Práticas

O monitoramento de condição sem fio beneficia virtualmente toda indústria que depende de equipamentos eletromecânicos. Casos de uso típicos incluem:

• Bombas de tratamento de águas residuais
• Acionamentos de plataformas de perfuração de petróleo/gás
• Acionamentos de linha de montagem automotiva
• Guindastes aéreos em usinas de metal quente
• Ventiladores de resfriamento de usinas de energia

Estudo de Caso: Ventiladores de Resfriamento de Usina de Energia

Uma usina termelétrica a carvão precisava monitorar ventiladores de resfriamento na base de suas torres de resfriamento. O ambiente hostil e a falta de infraestrutura Ethernet tornaram a instalação de fibra proibitiva — estimada em mais de $100.000 e cronograma de seis meses. Ao implantar uma solução Ethernet sem fio, a usina instalou o sistema em apenas três semanas e operou de forma confiável por mais de cinco anos.

Conclusão

Avanços na análise de vibração agora fornecem monitoramento de condição confiável em tempo real. Quando redes com fio são caras ou impraticáveis, tecnologias sem fio podem entregar os mesmos benefícios com menor investimento de capital e implantação mais rápida. Selecionar o método e equipamento sem fio apropriados é crítico para garantir confiabilidade e desempenho a longo prazo.

Figura 1. Forma de onda de sequência direta.

Figura 2. Canais de sequência direta 802.11b.

Figura 3. Canais 802.11b não sobrepostos.

Figura 4. Canais de salto de frequência.

Figura 5. Aplicação sem fio em torre de resfriamento.