INTERFERÊNCIA ELETROMAGNETICA NA COMUNICAÇÃO EM

INTERFERÊNCIA ELETROMAGNETICA NA
COMUNICAÇÃO EM REDES INDUSTRIAIS
Fábio José Santos Pinto1
Flávio Batista da Silva2
1,2
Acadêmico do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Automação e Controle Industrial do
Centro Universitário de Lins-Unilins, Lins-SP, Brasil.
Eps. Everaldo Silva de Freitas (Orientador)2
Eps. José Alberto Coretti (Orientador)3
2,3
Docente do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Automação e Controle Industriais do Centro
Universitário de Lins - Unilins, Lins-SP, Brasil.
Resumo
Essa pesquisa tem como Objetivo o estudo da
interferência eletromagnética na comunicação
em redes, tecnologia fundamental para
automação industrial e controle de processo.
Que conta com aquisições de sinais por
sensores e equipamentos eletrônicos cada vez
mais inteligentes, que se comunicam através
de pulsos elétricos (bits) para manter o
processo sob controle. Segundo a pesquisa
verificou-se que o movimento de campos
magnético gera tensão e corrente elétrica em
todo circuito elétrico ou eletrônico atingido
por ele e todo circuito gera campos
eletromagnético, no chaveamento (liga ou
desliga) provocam centelhas, estas geram
pulsos de tensão (ruídos), que podem
prejudicar o desempenho dos dispositivos
eletroeletrônico ou alterar dados da
comunicação. Danos provocados por esse
fenômeno esta diretamente interligada a sua
frequência. Havendo a necessidade de aplicar
métodos para amenizar esse fenômeno onde,
normas nacionais e internacionais determinam
limites para que possam dividir o mesmo
ambiente
com
uma
compatibilidade
eletromagnética.
Palavras chave: Interferência eletromagnética,
compatibilidade eletromagnética, comunicação
em rede, campo eletromagnético.
Abstract
This research has as objective the study of
electromagnetic
interference
in
communication networks, key technology for
industrial automation and process control. This
has signs of acquisitions by sensors and
electronic equipment increasingly intelligent,
which communicate through electrical pulses
(bits) to keep the process under control.
According to the survey it was found that the
motion of magnetic field generates voltage and
electric current with all electrical or electronic
circuit hit by him and the whole circuit
generates electromagnetic fields, switching (on
or off) cause sparks, which generate voltage
pulses (noise), may adversely affect the
performance of electronics devices and change
the communication data, damages caused by
this phenomenon is directly linked to its
frequency. There is the need to implement
methods to mitigate this phenomenon where,
national and international regulations set limits
so that they can share the same environment
with electromagnetic compatibility.
Keywords: electromagnetic Interference,
electromagnetic
compatibility,
network
communication, electromagnetic Field.
1 Introdução
Segundo Cassiolato (2013) descreve que
Automação industrial, nos dias de hoje tornouse, uma necessidade na maioria das indústrias.
Com a introdução da computação em
processos industriais possibilitou envio e
recebimento de dados, que até então somente
poderiam ser enviados ou recebidos de forma
analógica utilizando loop de corrente, fato que
tornou possível o desenvolvimento das redes
de comunicação industrial, possibilitando o
envio de informações do processo monitorado
a pontos distantes do local onde são gerados,
garantido confiabilidade e rapidez nas
transmissões.
Em um ambiente hostil, como o chão de
fábrica, essa troca de informação está sujeita a
interferência eletromagnética (campo gerado
por onda elétrica ou magnética), fenômeno que
podem interferir, ou danificar equipamentos
atingidos por ele, de forma radiada ( pelo ar),
conduzidas (por condutores), e induzida
(acima de 30MHz), ou todas ao mesmo tempo
e tornar essa tarefa não confiável. Nota-se
muito em transmissões de rádio ou tv quando
há descarga de raios.
ser induzido por uma corrente elétrica.
(TIPLER, 2000)
Neste contexto, o projeto visou a pesquisa das
medidas, que possam minimizar ou neutralizar
essa interferência, garantido confiabilidade e
rapidez nas transmissões.
2 Metodologia
Para desenvolver este projeto, foi realizada
uma revisão bibliográfica, referente aos danos
causados pela interferência eletromagnética
sobre a comunicação em redes industriais, foi
necessária a compreensão da comunicação em
redes, dos campos elétricos, magnéticos e seus
efeitos, nos meios de transmissões,
equipamentos eletrônicos, pra que se possam
tomar medidas preventivas, corretas.
3 Comunicações em redes
Goleniewski, (2002) e Diamantino (2007),
citado por Filho e Ribeiro (2007), os sinais
digitais são pulsos elétricos interpretados
como onda quadrada, métodos que garantem a
confiabilidade da transmissão.
Figura 1- Sinal digital
Para Cetinkunt (2008), a eletricidade
produz dois tipos de campos: elétricos (gerado
por cargas estáticas) e os magnéticos (gerados
por cargas em movimento), também
denominados de campos eletromagnéticos. O
deslocamento de elétrons (corrente elétrica)
produz o campo magnético.
Nos anos de 1830, Faraday e Henry,
descobriram independentemente que um
campo magnético em movimento induz uma
corrente em um condutor. As tensões e
correntes provocadas por esse campo são
denominadas tensões induzidas e correntes
induzidas. Quando um circuito, percorrido por
corrente elétrica é aberto, cessa a corrente
elétrica, ha produção de centelhas causada pela
queda brusca do campo magnético gerado pela
corrente,
essa
variação
no
campo
eletromagnético, produz uma tensão que tende
manter a corrente, quando o campo magnético
chega à zero cessa a variação e a tensão zera.
Da mesma forma um campo magnético pode
Fonte: Artigos técnicos SMAR (2012)
Os dados podem ser classificados quanto à
Temporização:
Síncronos (bits transmitidos em blocos com
períodos definidos, sincronismo através do
sinal de clock, alta velocidade)
Assíncronos (bits enviados um a um sem
controle de tempo entre as sequencia de bits,
baixa quantidade de dados e baixa velocidade
de transmissão). Quantidade de bits enviados:
Serial (bits enviados um a um através de um
par de condutores, mais lenta que a paralela)
Visível (luz), Infravermelho, Microondas,
Radio.
Paralela (bits enviados por vários condutores
ao mesmo tempo, mais rápidos porem mais
cara, pois necessita de maior numero de
condutores uma desvantagem para longa
distancia)
Propaga-se
em
forma
de
ondas
eletromagnéticas na velocidade da luz. A
distância entre os picos da onda define a
frequência da radiação eletromagnética.
Sistemas eletrônicos produzem ondas entre
300GHz a 300MHz (osciladores).
Segundo Forouzan (2007), são as trocas de
dados, conjuntos de bts denominado código,
entre dispositivos, por um meio de
transmissão, e devem ser parte de um sistema,
formado por hardware (equipamentos físicos)
e software (programas).
Figura 3 – Propagação em forma de Onda
4 CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS
Para Moraes, E. C.; Fiorio, P. R. (2002), a
energia Eletromagnética, é emitida por Todo
corpo por com temperatura acima de zero
absoluto (0K).
Teoria Ondulatória: Acima de dessa
temperatura (0K), partícula com carga elétrica
vibram e geram dois campos oscilantes
(ondas), um campo elétrico e um campo
magnético, que atuam em suas proximidades,
são perpendiculares entre si e ao sentido do
deslocamento da onda. Esse fenômeno
denomina-se radiação eletromagnética (REM).
Figura 2- Direção de Propagação
Fonte: Fundamentos Sensoriamentos
Remotos (2002).
O espectro eletromagnético compreende todas
as variações de frequência pode se dividir em
regiões: Raios gamas, Raios X, Ultravioleta,
Fonte: Fundamentos Sensoriamentos
Remotos (2002).
5 Interferência Eletromagnética (EMI).
O convívio de equipamentos e tecnologia
diferentes, mais a deficiência nas instalações
propicia a emissão de energia eletromagnética,
que pode causar respostas indesejáveis em
equipamentos, pode ser provocados por
centelhamentos gerados nos acionamentos e
nas enterropições de corrente elétrica (escova
de motores elétricos), acionamentos de cargas
indutivas (reles), acionamentos de cargas
resistivas
(aquecedores),
descargas
atmosféricas, descargas eletrostáticas (homem
maquina), equipamento de micro-ondas,
equipamento
de
comunicação
móvel
(celulares) etc.
Podendo causar sobretensão, sobtensão, picos
e transientes, que podem causar impactos em
uma rede de comunicação, sendo comum nas
indústrias e fabricas com o uso frequente de
maquinas (de solda) e motores (CCMs) no
mesmo ambiente das redes digitais e
computadores.
O controle dos ruídos nos sistemas
automatizados e de suma importância, pois
causam distorções que podem alterar os dados
e provocar erros na aquisição desses dados e
na atuação diminuindo drasticamente a
confiabilidade do processo monitorado.
Figura 4 - Fonte de Distúrbio.
Fatores que podem provocar variações nos
sinais são: flutuação de tensão, harmônicas de
correntes, RF conduzidas e radiadas,
transitórios (radiados ou conduzidos), campos
eletrostáticos, campos magnéticos, reflexões,
crosstalk, atenuações, jitter (ruídos de fase).
(MECATRÔNICA ATUAL ANO 10- Nº55)
5.1 As principais causas e consequências de
interferência
Suas consequências podem ser classificadas
em categorias, que depende do seu nível de
interferência.
Alguns danos causados pelo efeito
interferência eletromagnética podem ser:
Fonte: Mecatrônica Atual (Ano10 – Nº 55)

Os inversores de frequência possuem circuitos
de comutação e podem provocar interferência
eletromagnética impactante nas frequências
entre 10MHz a 300MHz, que podem provocar
interferências nos equipamentos nas suas
proximidades. Mesmo com devidos cuidados
tomados pelos fabricantes na realização dos
projetos para minimizar, não e possível
eliminar por completo esse efeito. Novas
tecnologias na área de microprocessadores e
microcontroladores estão se tornado mais
eficientes e mais baratos, com o advento da
informação digital permite a coleta de
informações de diversos tipos e finalidades de
uma planta da própria sala de controle e ainda
com ferramentas baseadas em internet, a
qualquer hora e de qualquer lugar tornando o
processo mais econômico.

Sensores de efeito Hall que mede a tensão
proporcional ao campo magnético aplicado,
vem
sendo
muito
utilizados
no
desenvolvimento
de
posicionadores
inteligentes de válvulas ou atuadores. É a
combinação da eletrônica, software e
mecânica, em um ambiente hostil para tornar o
processo mais dinâmico. Existem técnicas de
layout como fiação, aterramento e blindagem
que auxiliam muito nesta minimização,
contribuindo com custos mais acessíveis
iniciais e solução de problemas de
funcionamento, possam acorrer em qualquer
sistema.

da
Falhas de itens de segurança em
maquinas e equipamentos
Funcionamento
irregular
do
equipamento, com múltiplas situações,
desde as imperceptíveis ate mais
graveis de um acidente.
Bloqueio de operação sem motivo
aparente
Figura 5 – Tipos de acoplamentos.
Fonte: Artigos técnicos SMAR (2012)
5.1.1 Acoplamento capacitivo.
E representado pela influencia mutua dos
campos elétricos entre condutores. Um
condutor instalado próximo à fonte de ruído
(perturbador) captura este ruído e o envia para
outro circuito (influenciado). É o efeito gerado
pela capacitância entre os corpos com cargas
elétricas, separados por um dielétrico,
denominado de efeito capacitância mútuo. A
capacitância
resultante
é
diretamente
proporcional à área em que atuam os campos
elétricos e inversamente proporcionais à
distância entre os circuitos. Assim,
aumentando-se a distância ou diminuindo a
área, a capacitância resultante será minimizada
e, como consequência, o acoplamento
capacitivo ira interferir menos no sinal. A
interferência do campo elétrico e dependente e
proporcional à frequência, seu nível de
perturbação depende da variação da corrente
induzida pela variação do campo magnético
(di/dt) e do valor da capacitância do
acoplamento.
Alguns fatores que podem aumentar
capacitância de acoplamento:




a
O potencial do acoplamento capacitivo
aumenta proporcionalmente com o
aumento da frequência do acoplamento
capacitivo, e pode ser vista na fórmula:
XC = 1/2πfC).
O espaçamento entre os cabos fonte e
vítima e o comprimento dos cabos que
disposto em paralelo.
A alta impedância de entrada do
circuito vítima torna mais vulnerável.
O isolamento do cabo vítima,
principalmente para cabos paralelos
fortemente acoplados.

Aterramento uma das extremidades dos
Shields dos dois cabos

Reduza a frequência (dv/dt) do sinal
fonte, aumentando o tempo de subida
do sinal, sempre que possível.
Envolver dentro da possibilidade o condutor
ou equipamento com material metálico (gaiola
de Faraday). O ideal é cobrir totalmente a
parte a ser protegida e aterre esta blindagem a
fim de anular (drenando a terra pelo Shields,
sem afetar os níveis de sinais), a capacitância
parasita entre o condutor e a blindagem e esta
não atue como elemento de realimentação ou
de crosstalk.
Figura 7 - Blindagem
Fonte: Artigos técnicos (SMAR 2012)
Figura 6- Acoplamento capacitivo
5.1.3 Medidas para minimizar os efeitos das
Interferências eletrostáticas:



Fonte: Artigos técnicos (SMAR 2012)
5.1.2 Medidas para minimizar os efeitos do
acoplamento capacitivo.


Limite do comprimento dos cabos
instalados em paralelo.
Aumento da distância entre os cabos
em paralelo (fonte e vitima).
Blindagens e aterramentos
adequados
Isolação Ótica
Usar aterramentos em canaletas e
bandejamentos metálicos.
A influência pode ser amenizada usando-se o
shield que servirá como uma blindagem
(gaiola de Faraday). A blindagem deve ser
instalada entre os condutores capacitivamente
acoplados e aterrada apenas em um ponto, do
lado da fonte de sinal.
5.1.4 Acoplamento indutivo.
Depende da variação da corrente induzida
pela variação do campo magnético (di/dt) e da
indutância de acoplamento mutuo.
5.1.4.1 Alguns fatores que podem aumentar




A frequência: o acoplamento indutivo é
diretamente proporcional à frequência
(XL = 2πfL)
A distância entre os cabos fontes e
vítima e o comprimento dos cabos que
instalados em paralelo
A distância cabos em relação ao plano
de referência (solo)
A impedância de carga do cabo ou
circuito perturbador.


Usar cabos trançados.
Usar ferrites e filtros de EMI.
Figura 9 - Acoplamento indutivo entre cabo e
campo
Figura 8 - Acoplamento indutivo
Fonte: Artigos técnicos (SMAR 2012)
Fonte: Artigos técnicos (SMAR 2012)
5.1.4.2 Medidas para minimizar o efeito do
acoplamento indutivo.
5.1.4.4 Métodos para minimizar o efeito do
acoplamento indutivo entre cabo e loop de
terra



Limite do comprimento dos cabos
instalados em paralelo.
Aumento da distância entre os cabos
em paralelo (fonte e vitima).
Aterramento uma das extremidades dos
Shields dos dois cabos
Reduza o dv/dt da fonte perturbadora
retardando o tempo de subida do sinal, sempre
que possível (instalando resistores em série ou
resistores PTC no cabo fonte, anéis de ferrite
nos cabos fontes e / ou cabo vítima).
Diminuir a distancia entre o cabo e o solo,
diminuir
comprimento
do
cabo.
Se possível instale o cabo rente à superfície
metálica.
Usar
cabos
trançados,
em frequências altas aterrar o shield em dois
pontos (cuidado!) e em frequências baixas em
um ponto só.
Tabela 1 – Distâncias entre cabos de comunicação
digital e outros tipos de cabos para garantir a
proteção a EMI
5.1.4.3 Medidas para reduzir o efeito do
acoplamento indutivo entre cabo e campo.


Limite da altura h do cabo ao plano de
referencia (terra).
Instalar o cabo junto à superfície
metálica.
Fonte: Artigos técnicos (SMAR 2012)
Figura 10- Minimizar o efeito do acoplamento
indutivo
Condução por impedância comum: (quando
duas correntes de áreas diferentes passam pela
mesma impedância EX: aterramento). Sua
propagação e através de meio físico. E
necessárias interligações físicas Ex: linha de
transmissão. Envolve além da frequência, o
nível DC (corrente direta). Ocorre entre as
linhas de sinal e o terra. O ruído e gerado pela
resistência comum ao sinal e retorno.
(MECATRÔNICA ATUAL ANO 10 - Nº 55)
Fonte: Artigos técnicos SMAR (2012)
6 Meios de propagação
5.1.2 Modos de acoplamentos
EMI irradiada: se propaga a partir do
equipamento fonte para o equipamento
receptor (vitima), através do espaço.
Os pontos que merecem a atenção para
compreensão dos efeitos da EMI. São os
conceitos dos acoplamentos em modo
diferencial, modo comum, modo irradiado via
antena. Eles se empregam ao acoplamento
tanto nas emissões como nas interferências.
Figura 11-Interferência irradiada
5.1.2.1 Modo diferencial
O campo radiado se acopla a este sistema
induzindo qualquer interferência em modo
diferencial entre os fios do cabo. Dessa forma,
a corrente diferencial induz um campo radiado
próprio. O plano de terra não altera nenhuma
propriedade neste acoplamento.
5.1.2.2 Modo comum
O cabo de modo comum transporta correntes
em modo comum e no mesmo sentido. Estas
correntes muitas vezes são independentes das
correntes do sinal. Elas podem ser induzidas
pela ação de um campo externo entre o loop
do cabo, o plano de terra e as diferentes
impedâncias.
Devem-se levar em consideração as
capacitâncias
parasitas
e
indutâncias
associadas entre a fiação e gabinete de cada
equipamento também são partes integrantes do
acoplamento de modo comum, tendo um papel
importante na definição da distribuição da
amplitude e espectro das correntes de modo
comum. (ARTIGOS TÉCNICOS SMAR
2012)
Fonte: Instituto Newton C. Braga (2013)
EMI conduzida: desloca-se através de
condutores conectados à fonte e a vítima, e
pode se utilizar de qualquer cabo de
alimentação, aterramento de proteção e entrada
de sinal.
Figura 12 - Interferência por condução
Fonte: Instituto Newton C. Braga (2013)
EMI induzida: é gerada quando dois circuitos
são acoplados magneticamente. (MORAES, E.
C.; FIORIO, P. R. 2002)
Figura 13- EMI por Indução
Fonte: Artigos técnicos SMAR (2012)
As ocorrências mais comuns de EMI são
através da EMI conduzidas ou combinação de
irradiada e conduzida. A EMI induzida
depende, forma de acoplamento, frequência e
do comprimento da onda, tornando-a mais
difícil de ocorrer. Sabe-se que, as ondas baixas
frequências se propagam com muita facilidade
por meios condutivos (cabos), mas, encontram
dificuldades para se propagar pelo meio
irradiado (ar). Já as altas frequências
encontram maios facilidade para se propagar
pelo ar e são minimizadas pelas indutâncias do
cabeamento (CASSIOLATO 2013)
Pinheiro (2003), diz que, maiores causas de
defeitos em redes de computadores e por causa
de energia elétrica, conhecido como
Interferência
eletromagnética-EMI
e
Interferência de Rádio Frequência-RFI, o ruído
elétrico pode ser causado por diversos fatores
como: descarga atmosférica, motores elétricos,
equipamentos industriais, transmissores de
radio, etc. Resultando em falhas nas redes de
computadores, perdas de dados e erros em
programas executáveis.
Os ruídos podem ser classificados quanto ao
tipo e a duração:
Quando ao tipo: podem ser ruído radiado
(campos elétricos e magnéticos propagando-se
pelo ar) e conduzido (através do cabeamento,
conduites metálicos e antena).
Quanto à duração: ruídos em permanentes (por
indução ex: reles), quase permanentes (curtocircuito e partida de motores elétricos) e
transitórios (descarga atmosférica e lâmpadas
fluorescentes).
Na década de 1980, com a introdução dos
padrões internacionais para o projeto de redes,
os fabricantes de sistemas de cabeamentos
passarão a produzi-los sob normas definidas.
Em 1988, os primeiros sistemas de
cabeamento integrados para sistemas de
computação, telefonia, segurança, controle
ambiental,
gerenciamento
de
energia,
sonorização e TV a cabo foram lançados
comercialmente com
o conceito de
cabeamento estruturado:
Definição: Um Sistema de Cabeamento
Estruturado tem como objetivo de organizar e
unificar as instalações de cabos existentes e os
novos sistemas de cabeamento em edificações
comerciais, residenciais e industriais, tornando
um sistema padrão, servindo como referências
para solução de segmentos de redes.
Convém salientar que o desempenho de uma
rede não é expresso por sua taxa de
transmissão em bits, mas sim por sua banda de
frequência de operação. “Por esse motivo
foram criados grupos de especificações
chamadas ‘categorias ou ‘níveis”, que definem
a aplicação dos cabos e dos conectores em
função da banda de frequência de operação.
Quanto mais elevada for a classificação do
cabo ou do acessório maior será sua
capacidade de transmitir dados.
Para cada categoria existem valores limites
que devem ser atendidos, e especificados para
alguns paramentos de transmissão, onde se
destacam os seguintes itens:
•
Atenuação: É a perda de potência que o
sinal sofre ao percorrer o meio entre o
transmissor e o receptor, expressa em
dB.
•
Paradiafonia ou NEXT (Near End
Crosstalk): É a imunidade à
interferência dos pares de um cabo em
relação ao sinal de entrada que trafega
em um par especifico no mesmo cabo e
na mesma extremidade, expressa em
dB.
•
Teledaifonia ou FEXT (Far End
Crosstalk) É o mesmo caso do NEXT,
porém na extremidade oposta à entrada
do sinal, expressa em dB.
•
Atraso de Propagação ou DELAY:
Tempo que o sinal leva para percorrer
o meio de transmissão, expressa em
nano segunda.
•
Perda de Retorno ou RL (Return Loss):
É a medida, expressa em dB, do sinal
refletido causado por defeitos na
fabricação ou dobras dos cabos
metálicos ou ainda pelo descasamento
de impedância entre o cabo e os
dispositivos de conexão de rede.
•
PSNEXT (Power Sum NEXT): É o
somatório dos níveis de ruídos gerado
entre três pares de cabo metálicos,
expresso em dB.
•
ELFEXT (Equal Level Far End
Crosstalk) É a interferência de um sinal
que trafega por um determinado par,
sobre um par vizinho na outra
extremidade do cabo, em dB.
•
PSELFEXT (Power Sum ELFEXT): É
o somatório dos níveis de ruído gerado
por múltiplas fontes de sinal na
extremidade distante do cabo, com a
referência ao sinal de entrada nesse
mesmo cabo, expresso em dB.
Com o desenvolvimento constante do sistema
de cabeamento, no projeto e na instalação
deve-se analisar com atenção a categoria ou
níveis adotados para cada rede.
6 Meios Físicos
Qualquer meio físico capaz de transportar
informações pode ser utilizado para conectar
equipamentos, os mais comuns são: cabo
coaxial, cabo de pares trançados e a fibra
óptica; levando em considerações as relação a
banda de passante, potencial para conexão,
limitação geográfica devido a atenuação ,
imunidade ao ruído, custo, disponibilidade de
componentes e confiabilidade
7.1 Cabo Coaxial
Consiste em um fio de cobre rígido que forma
o núcleo, envolto por um material isolante, que
por sua vez envolvido por um condutor
cilíndrico externo na forma de uma malha
metálica entrelaçada ou uma lâmina metálica.
Esse condutor externo e coberto por uma capa
plástica para sua proteção. Incialmente foi o
tipo de mídia mais utilizada nas primeiras
redes locais para a transmissão a longa
distância nos sistema de transmissão das
concessionárias de telefonias fixa.
Vantagem: comparada aos cabos de par
trançado em aplicações nas áreas sujeita ao
ruído eletromagnético, leva uma grande
vantagem oferendo uma melhor imunidade ao
ruído devido a sua blindagem, mantendo sua
capacitância constante baixa, independente do
tamanho do cabo, permitindo assim
transmissão de altas taxas de dados por
distancias relativamente longas sem distorções
e sem necessidade de regeneração de sinal.
Desvantagens: custo mais alto do que o par
trançado, elevando o custo de suas interfaces
para a conexão. Outra desvantagem são os
problemas de falhas na rede que podem ser
ocasionadas por mau contato nos conectores.
Topologia. Barramento, mais utilizada nesse
tipo de cabo: caso aconteça um rompimento do
cabo em algum trecho ou mau contato de
algum conector da rede, pode ocasionar a falha
da rede inteira sair do ar.
7.2 Par Trançado
Nos projetos de rede de computadores atuais
vêm sendo utilizados cabo par trançado em
substituição
ao
cabo
coaxial
fino,
principalmente pelo seu custo e a facilidade de
instalação e manutenção .O nome e dado
Devido
ao fato dos pares de fios se
entrelaçarem por toda a extensão do cabo,
evitando a interferências externas ou entre
seus próprios condutores do cabo. Os fios de
um par são enrolados em espiral a fim de,
através do efeito de cancelamento, reduzir e
manter constantes as propriedades elétricas por
toda a sua extensão.
Efeito de cancelamento reduz a diafonia entre
os pares de fios, diminuindo o nível de
interferência
eletromagnética
e
de
radiofrequência assim aumentando a sua
capacidade de transmissão.
Vantagem: Sua transmissão pode ser tanto
analógica como digital, sua taxa de
transferência e de 100Mbps ate 1Gbps
Desvantagem: Sensibilidade às interferências e
ao ruído elétrico.
7.3 Cabos STP
O cabo STP (Shieded Twisted Pair) nada mais
que o cabo de par trançado com blindagem que
além de possuir uma malha blindada que lhe
oferece
uma
maior
imunidade
Às
interferências externas eletromagnéticas e de
radiofrequência (PINHEIRO 2003).
7.4 Interferências em cabeamento Metálico
A procura de novos materiais que com
propriedades magnéticas e dielétricas que
possam ser usados como absorvedores de
radiação
eletromagnética
tem
muita
importância. Dentre esses materiais em estudo,
os polímeros condutores vêm sendo aplicados
como centros de absorção de radiação, devido
a sua condutividade poder variar com a
variação da frequência da radiação das ondas
incidentes.
A Interferência Eletromagnética (EMI) gerada
por uma rede PLC, é um tema que pode ser
dividido em duas partes: A interferência que a
rede PLC provoca nos outros sistemas que
integram o mesmo ambiente e a interferência
que os outros sistemas causam distúrbios na
operação de uma rede PLC. O primeiro caso
esta relacionado ao limite do nível dos sinais
que possa interferir em operação dos sistemas
PLC e o segundo caso define os limites do
espectro disponível para a rede PLC não
interfira em outros sistemas, disponibilizando
uma taxa de transmissão muito baixa,
dificultando sua implantação. Considerando a
existência de outros equipamentos operando
na mesma faixa de frequência. (IAE DIVISÃO
DE MATERIAIS -2000)
8 Normas que regulamenta
Perturbação eletromagnética tem
suas
definições
recomendadas
nas
normas
internacionais e brasileiras como fenômenos
físicos capazes de provocar alterações no
desempenho de equipamentos elétricos e
eletrônicos. Podem ser por tensões, campos
magnéticos, campos elétricos, campos
eletromagnéticos
produzidos
por
equipamentos elétricos ou por fenômenos da
natureza, por descargas eletrostáticas geradas
pelo contato do corpo do operador de
máquinas ou equipamentos, telefone celular,
ruídos na rede elétrica, causados por “liga e
desliga” equipamentos de grande potencia
ligado a ela, entre diversos outros fatores.
Por esta razão, se faz necessário que os
equipamentos instalados no mesmo ambiente,
isto inclui mesma rede de energia e
transmissões de dados sejam harmônicas entre
si, não causando alterações no desempenho
uns dos outros. Esta característica é conhecida
como compatibilidade eletromagnética, diante
a esta questão, tem-se elaborado normas
técnicas para atender a necessidade de se
estabelecer limites máximos de emissão de
campos eletromagnéticas, e também de
verificar se o desempenho dos equipamentos
submetidos à perturbações estão corretos.
Entre os assuntos, mas abordados no mundo
referente ao tema, atualmente o Brasil está
Finalizando o documento NBR IEC 61000-430, o qual trata os parâmetros da qualidade de
energia. “Esta norma traduz a norma
International Electrotechnical Commission
(IEC), onde foram feitas somente algumas
adaptações”. Outra norma sendo trabalhada no
Brasil é a NBR IEC 61000-4-6, que aborda a
imunidade dos equipamentos às interferências
conduzidas,
induzidas
por
campos
eletromagnéticos Ex: transmissão de radio
frequência gerado por estação de raio AM que
podem causar interferência nas transmissões
telefônicas, afirma o engenheiro eletrônico,
responsável pelo setor de compatibilidade
eletromagnética do CPqD, e coordenador da
Comissão de Estudos (CE) 109-2, Victor
Vellano Neto.
A NBR 15415, norma que determina métodos
para medição níveis define referência para
exposição a campos elétricos e magnéticos
com frequência de 50Hz e 60Hz, emitida pela
CE 77.1. A norma foi publicada em outubro de
2006, teve como base a IEC 61786 e parte foi
elaborada a partir de experiências feitas no
Brasil.
As propriedades de emitir e ser imune aos
campos eletromagnéticos são recomendados
pelas normas do Comitê Internacional de
Proteção à Radiocomunicação (Cispr, na sigla
em francês) e IEC 61000.
A IEC61000-3-2 limita a emissão de campos
magnéticos por equipamentos de baixa
frequência (harmônicos), a IEC61000-3-3 dita
limites aos flickrs por equipamentos.
O Brasil conta com muitos laboratórios para
realizar testes e ensaios em certos tipos de
equipamentos que tem regulamentação. Os
testes são necessários e garantem o correto
funcionamento dos equipamentos e sua
proteção
da interferência
de
ruídos
eletromagnéticos.
Os testes são realizados geralmente dentro de
uma câmara que chamada de anecoica
eletromagnética, ande a qual bloqueia o eco
das ondas eletromagnéticas, para garantir
precisão nas medições realizadas pelo sistema,
que possui câmara e dispositivos de emissão e
imunidade.
“A câmara cria um espaço imune, não
permitindo que ruído externo do ambiente
penetre no ambiente do teste, nem ruído
gerado no seu interior saia para o ambiente o
ambiente esterno e interfira nos sistemas fora
da câmara”, o engenheiro eletricista com
doutorado em eletromagnetismo e responsável
pelo Laboratório de Equipamentos Elétricos e
Ópticos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas
(IPT), Mário Leite Pereira Filho. Ele diz que a
pouco tampo, foi construído no IPT um
sistema novo para as realizações dos testes. A
câmara anecoica é a principal instalação desta
nova seção que realizara testes de interferência
e compatibilidade eletromagnética em
dispositivos de informática, áudio & vídeo,
eletrodomésticos,
eletro
controladores industriais.
médicos
e
Esta nova câmara possui sete metros de
largura, seis metros de comprimento e sete
metros de altura, com capacidade para realizar
testes equipamentos com até uma tonelada e
200A. A câmara para a execução dos testes é
recoberta com absorvedores de espuma de
poliuretano com infiltrações de grafite
combinado cones, pirâmides e painéis.
A câmara pode realizar testes dentro da
conformidade às normas internacionais, numa
distância padrão de três metros e também
executar experimentos para desenvolvimento,
como antenas, filtros e dispositivos de
telecomunicação. A capacidade para medir
emissões chega a 26,5GHz, e de gerar
interferências para testar a imunidade dos
equipamentos pode ser de 6GHz.
Na realização dos ensaios, as câmaras são
blindadas, para impedir que eventuais
perturbações possam afetar os próprios
equipamentos simuladores das operações dos
testes a serem realizados. Os testes são
realizados por laboratórios independentes e
credenciados pelo Instituto Nacional de
Metrologia, Normalização e Qualidade
Industrial (Inmetro), com alto grau de
confiabilidade. Dentro das normas da ABNT e
Anatel, as internacionais IEC e Cispr, a
europeia EME a americana FCC.
8.1 Classes de Equipamentos
Classe A: dispositivos fabricados para
utilização industrial (ambiente muito hostil) ou
comercial ex: (estações de telecomunicações);
podem interferir em equipamentos destinados
ao uso residenciais.
Classe B: equipamentos projetados para
utilização
residencial;
mais
comuns
interferência deve ser mínima, pertence a essa
Categorias de Produtos destinados ao uso
domestico (pessoal). Exemplos: telefone de
assinante, celular, modems, ADSL.
Categorias de Produtos de Telecomunicações
Categoria II: os equipamentos que usam o
espectro eletromagnético que não pertencem à
categoria I. Exemplos: transceptores digitais,
transceptores para estações rádio base,
antenas, etc. Categorias de Produtos de
Telecomunicações
Categoria
III:
equipamentos
que
necessitam
de
regulamentação
para
garantir:
interoperabilidade,
confiabilidade
e
compatibilidade eletromagnética Exemplos:
centrais de comutação, equipamentos de
interconexão e comunicação de dados,
multiplexadores, cabos coaxiais e ópticos,
outros. (LUMIERE ELETRIC 2010)
que lhe proporciona alta imunidade às
correntes de Foucault.
Figura 14 – Interferência em sinais:
composição de ruídos, atenuação, distorção,
interferência e Jitter de fase.
9 Padronização de rede Profibus.
As condições ambientais, parâmetros do
sistema, Determinam uma variedade de
fatores, que limitam o desempenho da
transmissão de sinais digitais que associados
ao cabeamento devem ser levados em conta no
projeto.
Em instalações Profibus, as sobretensões, são
conhecidas como “surge” e surgem de forma
transitória,
podendo
interferir
no
comportamento da rede. Em toda rede
Fieldbus, tem-se a transmissão de dados é
suma importância a garantia da integridade dos
dados, preservando a segurança operacional da
planta.
As dimensões do tronco e as derivações da
rede Profibus, esta diretamente ligada a
amplitude de transientes isto se da pela
exposição à diferença de potencial de terra.
Danos também podem ser gerados em
equipamento
conectado
por
cabos
relativamente curtos devido a sensibilidade
dos circuitos ou componentes
O aumento da distância entre os cabos e a
diminuição dos comprimentos do cabo
Profibus
que corre paralelamente a outros
cabos, assim diminuído o
risco de
interferência (crosstalk).
A blindagem (gaiola de Faraday) utilizada para
atenuação das interferências quando utilizadas
as canaletas, são mais eficaz em canaletas de
chapa de aço do que em alumínio, pois são
magnéticas. A vantagem da canaleta de
alumínio é devido a sua condutividade elétrica,
Fonte: Instrumatic (2012)
Bits errados podem surgir em sistemas de
comunicações digitais como resultado de
vários efeitos práticos distintos. Por exemplo,
aplicação de acessórios e interfaces na rede
PROFIBUS (conectores, gateways, links,
repetidores, alguns derivadores, etc.) está
muitas vezes colaborando na distorção do sinal
transmitido. E pode surgir de várias formas
como em atenuação, dispersão, incremento de
jitter e variações DC.
Algumas fontes possíveis de jitter em sistemas
de digitais podem ser: diafonia (crosstalk),
ruído nos meios de transmissão; ruído térmico;
distorções em circuitos de recuperação de
relógio; imperfeição nos processos de
modulação; distorção de sinal; jitter próprio
nos elementos de sincronização e circuitos de
clock.
Os sinais digitais são captados no ponto médio
dos bits. Variações neste instante, ponto médio
do bit-slot, que é o momento ideal da amostra,
faz com que surja uma flutuação do sinal em
vários períodos dos bits, ocorre o jitter. Que
pode levar a uma interpretação incorreta dos
bits caso este for longo o suficiente, alterando
o processo de recuperação de dados.
Figura 15 – Frequência e amplitude do Jitter
alterar e comprometer o desempenho dos
equipamentos ou do próprio sistema.
9.1 Terminadores na rede Profibus.
Terminador é uma resistência acrescentada na
rede Profibus, com a finalidade de nivelar a
impedância da rede e eliminar erros por
distorções de sinais, amenizando efeito antena.
Sua ausência causa o desbalanceamento, que
provoca atraso de propagação, causando
alteração dos níveis lógicos (thresholds).
Profibus-DP exigem terminadores ativos
(alimentados), no inicio e no fim de cada
segmento, para preservar a integridade do sinal
de comunicação.
Figura 17 – Terminador ativo de barramento
Profibus-DP.
Fonte: Instrumatic (2012)
Ruídos: o modo-diferencial penetra no sinal na
forma de tensão diferencial e não pode ser
percebido pelo transdutor, a interferência
ocorre entre as linhas de sinal. Quando o ruído
é em relação ao terra, é denominado de modocomum (radiofrequência).
Fonte: Artigos técnicos SMAR (2012)
Figura 16 - Modelo de interferência com ruído
diferencial
No Profibus-PA, é necessário ter terminadores
no começo e no fim do barramento. Não pode
ligar a blindagem do cabo ao terminador.
(ARTIGOS TÉCNICOS SMAR 2012)
Segundo Mecatrônica atual nº58 (2012)
Profibus é de campo aberto e independente de
fornecedores com interface entre eles permite
enorme aplicação nos processos e manufatura.
Profibus-PA é garantido nas normas EN50170
e EN50254 além da IEC61158-2.
Fonte: Instrumatic (2012)
O ruído em modo-comum é um grande
problema em cabos, gerados pela impedância
comum entre o sinal e seu retorno.
Profibus-DP: indicado para alta velocidade,
usa como meio físico a RS485 ou fibra ótica,
alimentação e transmissão de dados no mesmo
par de fios sob a norma IEC61158-2
Os efeitos de ruídos podem ser amenizados
com uso de técnicas adequadas de projetos,
instalação, distribuição de cabos, aterramento
e blindagens. Aterramentos inadequados
podem ser fontes de interferências que podem
Mecatrônica atua nº59 (2012) diz que o
RS485-IS com controle de correntes máximas
em um nível de tensão especifico de toda
estação, indicado para áreas perigosas, suas
normas são:
Cabo tipo A (IEC61158/IEC61784/3/) (L’, C’
and R’). E atende à prova de explosão
(EN50014/19/,EN50020/5/ e EN60079-14/7/).
9.3 Padronização de rede WirellesHART
O WirellesHART foi criado e testado em
campo, ele agrega confiabilidade, segurança
na comunicação, bem como excelentes
condições de consumo de energia e de
potencial de expansão, incluindo o controle
baseado em comunicação sem fio. Compatível
com sistemas HART já existentes, facilitando
a migração ou ferramentas de engenharia e
projetos.
Seu crescimento é devido ao apoio recebido da
Fieldbus
Foundation
e
da
Profibus
Nutzerorganisation. Que prevê a adoção do
padrão WirelessHART e o desenvolvimento
padrão de gateways voltados para as
tecnologias Foundation e Profibus.
Figura 18 - Topologia Wirelesshart
(Industrial, Científica e Médica) de 2,4 GHz.
Os rádios utilizam a tecnologia de sequência
direta de espalhamento espectral (DSSS) e
salto de frequência (FHSS), para garantir
maior segurança e confiabilidade da
comunicação. As comunicações TDMA são
utilizadas nas comunicações entre os
equipamentos na rede. Comprovada em testes
de campo e em instalações reais, para diversos
setores de controle de processos. (HART
2014)
10 Discussões
O controle dos campos eletromagnéticos e de
suma importância, visto que a integração de
protocolos, equipamentos de fabricantes
diferentes e ate tecnologia voltada para um
ambiente ameno, adaptada para um ambiente
muito hostil, é uma realidade. Faz-se
necessário o estudo e o desenvolvimento de
meios, que visam a compatibilidade dessas
tecnologias e não haja conflito, para gerar
benefícios para todos setores, principalmente
na automação industrial.
11 Conclusões
Fonte SMAR (2014)
Fatores
que
deram
segurança
para
desenvolvimento dos produtos, sistema e
serviços especializados com arquiteturas sem
fio.
Fontes de interferência podem ser: Outras
plantas comunicações via rádio, outras redes
sem fio (os protocolos, frequências e potência
que elas utilizam). (WIRELESSHART 2014).
A rede trabalha com rádios compatíveis com o
padrão IEEE 802.15.4, opera na banda ISM
A interferência eletromagnética, e gerada pelo
movimento dos campos elétricos e magnéticos,
que gera corrente e tensão, nos circuitos
atingidos por eles, por sua vez corrente
elétrica e a tensão gera campos elétricos e
magnéticos.
Essa
interferência
esta
diretamente ligada a frequências dos campos
eletromagnéticos, com a introdução de
equipamentos eletrônicos, que utilizam tensões
e correntes mais baixa, estes são mais
sensíveis aos pulsos gerados pelos ruídos
necessitando de uma proteção maior.
Barramentos curtos evitam o efeito antena,
auxiliando para conter interferência irradiada.
Blindagem, filtro, aplicado no equipamento
fonte de emissão de interferência pode ser
mais eficaz e mais econômico para solucionar
esse problema.
É impossível exterminar os campos
eletromagnéticos, então o que resta a fazer é
ameniza-los a benefícios da tecnologia.
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