Ethernet intrinsecamente segura a dois fios (2-WISE) – ABNT IEC TS 60079-47

Foi publicada pela ABNT em 29/07/2021 o documento ABNT IEC TS 60079-47 – Atmosferas explosivas – Parte 47: Proteção de equipamentos pelo conceito de Ethernet intrinsecamente segura a dois fios.

Este documento IEC TS 60079-47, publicado na forma inicial de uma Especificação Técnica (Technical Specification), inédito na normalização brasileira sobre atmosferas explosivas, especifica os requisitos para a fabricação, marcação, documentação e instalação de equipamentos e sistemas com a utilização do conceito 2-WISE (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet concept), tendo como base a Ethernet a dois fios, com foco no padrão 10BASE-T1L, como definido na Norma IEEE 802.3cg – IEEE Standard for Ethernet – Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10 Mb/s Operation and Associated Power Delivery over a Single Balanced Pair of Conductors.

O padrão 2-WISE é um conceito de redes ethernet intrinsecamente seguras a dois fios, que opera com o padrão APL (Advanced Physical Layer), projetado para “simplificar” o processo de avaliação dos parâmetros de entidade de segurança intrínseca dos equipamentos e redes de dispositivos “Ex” de campo, com segmentos (spur) ou troncos (trunk) das redes com este padrão.

Esta “simplificação” é obtida por meio da definição de limites para os parâmetros “universais” de segurança intrínseca (tensão máxima de entrada, corrente máxima de entrada, potência máxima de entrada, capacitância máxima interna, indutância máxima interna e corrente máxima de fuga) para as portas de comunicação APL de dispositivos e equipamentos como sensores, atuadores, switches ópticos e demais equipamentos “Ex” de campo, de acordo com a classificação de área no local da instalação (Zona 0, 1, 2, 20, 21 ou 22).

A ABNT IEC TS 60079-47 apresenta listagens simples de especificação de conjunto de parâmetros “universais” a serem aplicados de forma padronizada para todos os componentes da rede, para a configuração das portas dos dispositivos “Ex” conectados aos segmentos e troncos 2-WISE.

Os sistemas 2-WISE operam no padrão Ethernet, a 10 Mb/s no modo full duplex, o que representa velocidades de comunicação da ordem de 300 a 3.000 vezes mais rápida que os padrões “atuais” ou “tradicionais” 4 a 20 mA HART ou FISCO (Fieldbus intrinsecamente seguro). A aplicação de sistemas 2-WISE pode ser considerada uma “revolução” em termos de redes de comunicação de campo (nível 0), representando, de fato, a chegada das redes ethernet às instalações industriais de controle de processo, permitindo que cada elemento de campo possua um endereço IP e esteja totalmente integrado à automação da planta, incluindo as áreas de OT (Tecnologia de Operação) e IT (Tecnologia da Informação), permitindo uma total integração dos sistemas de supervisão e controle, desde o chão da fábrica “Ex” até a gestão de ativos, engenharia e manutenção na “nuvem”.

A implantação de redes Ethernet sem interrupções ou interfaces (seamless), sem necessidade de conversões de protocolos (sem gateways), tem assegurado uma rápida adoção de um padrão de longo prazo para todos os envolvidos, incluindo fabricantes, laboratórios de ensaios de equipamentos de automação, empresas usuárias, empresas projetistas, empresas de montagem e empresas de comissionamento, sob o ponto de vista do ciclo total de vida dos sistemas de automação de processos industriais.

Para as instalações existentes do tipo FISCO, os benefícios decorrentes do aumento da flexibilidade e da redução de risco são obtidos pela possibilidade de “reutilização” de cabos e circuitos existentes em redes do tipo Fieldbus, o que possibilita uma adequada estratégia para um caminho de “migração” ou “upgrade” ou “retrofit”.

As plantas de processo operam normalmente por muitas décadas e necessitam ser confiáveis e seguras para as pessoas e para o meio ambiente. Os riscos de explosão em áreas classificadas requerem que a aplicação de novas tecnologias “Ex” que tenham sido totalmente avaliadas e testadas, e que proporcionem benefícios sob os pontos de vista comercial, econômico e de gestão de ativos. Por outro lado, as novas tecnologias “Ex” não podem ser baseadas em equipamentos ou sistemas complexos ou que requeiram de elevados requisitos específicos de treinamentos, conhecimentos ou competências pessoais “Ex”.

O padrão Ethernet APL apresenta os benefícios combinados de comunicação no padrão Ethernet com técnicas de instalação com cabos com dois fios (par de fios). Esta característica permite uma fácil aplicação como um novo padrão para as instalações das indústrias de processo com a presença de atmosferas explosivas, incluindo Zona 0 e Zona 20, utilizando tecnologias e tipos de proteção “Ex” consagrados, oriundos dos sistemas de automação de processo com dispositivos discretos, como “segurança intrínseca” (Ex “i”) e “segurança aumentada” (Ex “e”).

O padrão APL é uma tecnologia básica de Ethernet, que permite um amplo e inovador desenvolvimento de produtos, incluindo switches, sensores e atuadores “Ex”. Este padrão Ethernet faz com que todos obtenham os benefícios proporcionados pela digitalização das plantas de processo e a crescente integração e convergência entre as áreas de IT (Tecnologia da Informação) e de OT (Tecnologia de Operação), incluindo as empresas de engenharia, os integradores de instalações, as empresas de serviços, os fornecedores de dados e os usuários finais.

As alterações proporcionadas por este padrão incluem o menor nível de potência, a maior largura de faixa de comunicação de dados, as maiores distâncias envolvidas na fiação de campo, a possibilidade de “ilhamento” de dados (por exemplo pelas técnicas de filtragem IP ou VLAN) e aplicação em circuitos intrinsecamente seguros, para Zonas 0, 1, 2, 20, 21 ou 22, em áreas classificadas do Grupo I (Minas subterrâneas de carvão), Grupos IIA/IIB/IIC (Gases inflamáveis) ou Grupos IIIA/IIIB/IIIC (poeiras combustíveis).

Pelo equacionamento destes desafios, tanto para a atualização (retrofit) de instalações existentes como para novas instalações, o padrão 10BASE-T1L permite novas aplicações que não eram até então disponíveis, como a combinação de variáveis de processo, utilização de parâmetros secundários, informações sobre a integridade dos ativos e comunicação completa no padrão Ethernet desde os sensores e atuadores “Ex” de campo até o processamento de dados, engenharia, supervisão, controle avançado e gestão de ativos na “nuvem”.

Uma vez que o padrão Ethernet APL é somente uma camada física, qualquer conceito atual ou futuro para a segurança funcional e das aplicações pode ser aplicado, atendendo às necessidades dos usuários finais. Os novos desenvolvimentos de redes Ethernet podem ser aplicados independentemente da camada física, proporcionando uma estabilidade de longo prazo para esta tecnologia, incluindo a proteção dos investimentos e das instalações. A Figura a seguir apresenta as formas de transição dos sistemas “clássicos” de circuitos Ex “i” a dois fios, como por exemplo 4 mA a 20 mA, para os “novos” circuitos 2-WISE.

Figura 1 – Formas de transição dos sistemas “clássicos” de circuitos Ex “i” a dois fios, como por exemplo 4 mA a 20 mA, para os “novos” circuitos 2-WISE.

No âmbito do Brasil, os membros da Comissão de Estudo CE 003.031.004 (Segurança intrínseca) do Subcomitê SCB 003:031 (Atmosferas explosivas) da ABNT/CB-003 (Eletricidade) acompanharam, em nome Comitê Brasileiro de Normalização para a IEC (Brazil National Committee of the IEC), todos os trabalhos de elaboração, revisão, comentários, votação, aprovação e publicação da respectiva IEC TS 60079-47, inclusive contribuindo com comentários que foram analisados e incorporados para o aperfeiçoamento deste inédito documento internacional.

Mais informações sobre o documento ABNT IEC TS 60079-47 estão disponíveis na página da IEC:
https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=473705

Mais informações sobre as normas internacionais das séries IEC 60079 e ISO 80079 e as respectivas normas técnicas brasileiras adotadas idênticas das Séries ABNT NBR IEC 60079 e ABNT NBR ISO 80079 estão disponíveis na página do Subcomitê SCB 003:031 (Atmosferas explosivas): http://cobei-sc-31-atmosferas-explosivas.blogspot.com/