Data centers mergulham com a digitalização

Um benefício da digitalização é a repetibilidade, a transportabilidade e a consistência dos sinais

8 January 2019 escrito por Dave Sterlace

Nos últimos 20 anos, a indústria de data centers passou de salas individuais de servidores para edifícios de um milhão de metros quadrados com dezenas de milhares de servidores conectados à rede em tensões de nível de transmissão que usam mais de 100 megawatts de energia - e esse novo cenário é apenas um começo.
 
Este crescimento deve-se em grande parte à transição de dispositivos e técnicas analógicas para as digitais. A internet, com suas onipresentes conexões de alta velocidade, tornou-se uma faceta indispensável da vida cotidiana. Alguns analistas preveem mais de 20 bilhões de dispositivos conectados até 2020. A proliferação de dispositivos habilitados e conectados à internet permite relacionamentos e percepções antes impossíveis. A Internet das Coisas (IoT) exigirá data centers adicionais e novas maneiras de conectá-los.
 
Em um nível muito básico, a mera conexão de um dispositivo à internet é útil somente se você puder se beneficiar desse link. Por exemplo, se eu precisar apenas de certos dados em tempo real, sem arquivá-los, por que me preocupar com uma conexão com a internet? Se um disjuntor de circuito não estiver conectado, sabemos apenas se está ligado ou desligado. Dados adicionais podem nos informar porque está ativado ou desativado.
 
Dessa forma, um dispositivo conectado pode solucionar problemas ou otimizar processos. Novas técnicas e dispositivos que estão por trás dessa conectividade explicam por que esse é um momento tão empolgante para fazer parte da indústria elétrica.
 
Questões sobre a digitalização
 
Preocupações legítimas recaem sobre a digitalização. Utilizar controles industriais projetados para comunicações de circuito fechado e expô-los à internet representa um risco de segurança. Para estar conectado à internet, um dispositivo precisa de um endereço de controle de acesso à mídia (MAC), que é normalmente atribuído por uma senha. Pode funcionar como uma ponte entre uma rede industrial interna, como o ModBus, e uma rede de protocolo de controle de transmissão/protocolo de internet (TCP/IP).
 
Uma preocupação é que as redes de controle existentes não tenham segurança ou apenas segurança mínima incorporadas a elas. A Ars Technica informou recentemente a vulnerabilidade cibernética dos controladores lógicos programáveis (PLCs) de um grande fabricante. Dispositivos conectados diretamente à internet (especialmente no lado do consumidor) levantam questões sérias, como quanta segurança cibernética você terá com uma webcam de 79 dólares?
 
Outro ponto é como se comunicar. Os vários protocolos industriais têm seus méritos, mas muitos são proprietários ou hierárquicos. O ideal seria algo que fosse aberto e capaz de se comunicar de ponto a ponto para reduzir os problemas de latência. Uma solução que parece estar emergindo como pioneira é o padrão IEC 61850, que foi inicialmente desenvolvido para aplicativos de smart grid. Oferece protocolo aberto, comunicações de ponto a ponto e aceitação crescente pela indústria.
 
Um benefício da digitalização é a repetibilidade, a transportabilidade e a consistência dos sinais. Para um sistema de controle, proteção de circuitos ou automação de processos, isso é muito benéfico. Para repetibilidade em configurações sobre corrente, a maioria dos data centers usam unidades de partida baseadas em microprocessador em seus disjuntores de energia. Os sinais analógicos também decaem em distâncias mais longas, dificultando a transmissão em uma grande planta industrial ou data center. Com sinais digitais, a transmissão não é limitada pela distância. Finalmente, o uso generalizado de redes TCP/IP permite compatibilidade plug-and-play para facilitar a resolução de problemas e a atualização de sistemas.
 
Infraestrutura menor e mais segura
 
No caso dos data centers, os operadores também estão preocupados com a exposição de seu pessoal a níveis perigosos de energia. Uma estimativa da indústria coloca a densidade elétrica de um data center entre 30 e 100 vezes a energia por metro quadrado de um edifício comercial, resultando em mais painéis de distribuição, bem como níveis mais altos de falha.
 
Muitos clientes usam média voltagem (MV) em seus data centers em vez de apenas em entradas de serviço. Isso cria situações nas quais o pessoal de operações fica mais exposto a equipamentos de energia MV. Dispositivos digitais eletrônicos inteligentes (IEDs) tornam possível alterar as configurações de forma fácil, mesmo remotamente. Além disso, dentro do compartimento de controle de baixa tensão do equipamento de MV, a digitalização permite que a fiação de controle de cobre padrão seja substituída por circuitos de baixa energia e fibra ótica, quase eliminando os riscos para o pessoal de manutenção. Um benefício adicional do uso de IEDs em sistemas de controle é que eles sinalizam quando há uma interrupção, portanto, não há "falsos positivos" quando se trata de segurança.
 
Devido à flexibilidade dos IEDs e ao uso de sinais de processo, eles são significativamente menores que os transformadores de bobina tradicional (PTs) e transformadores de corrente (CTs) para controles de instrumentos/relés. Um disjuntor de MV é apenas um interruptor e precisa de relés (por exemplo, sobre corrente) para funcionar, ao contrário da baixa tensão, em que o sensor é embutido no disjuntor. Os IEDs também são mais fáceis de configurar. Cada PT ou CT deve ser fabricado para a voltagem e corrente específicas envolvidas. Quando relacionada a aplicativos tradicionais de detecção de corrente e tensão, a ABB descobriu que as variações vão de 5.700 (ou seja, o resultado do cálculo de todas as possibilidades) até sete. Imagine o que isso pode fazer por tempo de ciclo, resolução de problemas e peças de reposição críticas. Por exemplo, apenas no peso, a transição de PTs e CTs tradicionais para sensores digitais em nível de processo pode economizar mais de 300 libras por uso e reduzir a linha inteira de comutadores em quase 30% em comparação com a construção tradicional de painéis de derivação de classe 15kV.
 
Operações flexíveis e preditivas
 
Um dos grandes objetivos do sistema elétrico em um data center é ser escalonável como o equipamento de TI. Claro que, com equipamentos com fio, isso representa um desafio considerável. No entanto, a capacidade de comunicação, bem como algumas novas abordagens com relação à proteção e controle de energia, pode iniciar essa jornada.
 
Um claro benefício do padrão de comunicação digital IEC 61850 é a capacidade de comunicação entre pares. Muitos sistemas de controle são hierárquicos e não dimensionam bem o suficiente para as demandas dos datacenters de hiper escala. Por causa da natureza ponto a ponto, a tomada de decisões em tempo hábil pode ser mantida em nível local e decisões mais críticas em todo o sistema podem ser feitas em um nível super ou hiper visório.
 
Isso também libera o tráfego de rede para as decisões mais críticas/impactantes. Os dados de dispositivos individuais também podem ser compartilhados na rede para fins de análise e arquivamento. Se estiver conectado à nuvem, pode ser uma ferramenta muito poderosa em uma frota de dispositivos, sistemas e sites.
 
Isso afeta a distribuição de energia. Se os dispositivos digitais puderem ser configurados remotamente, em tempo quase real, isso pode permitir uma capacidade de carga dinâmica ao equipamento. Embora isso possa ter sido feito no passado, com o controle digital pode ser feito dentro da unidade de partida do disjuntor, sem a complexidade de CLPs adicionais e fiação, e pode ser reconfigurado conforme necessário ou desejado. Algumas operações de relé e proteção em painéis de MV, usando os benefícios das conexões de fibra ótica, conseguiram reduzir o número de fios de controle em mais de 80%!
 
Se os dados coletados dos IEDs forem arquivados em uma central, você poderá começar a criar um “lago” de dados para obter informações sobre suas operações. Um exemplo atual é usar o som para entender quando um rolamento do motor está prestes a falhar. O cenário se desenrola da seguinte forma: um motor emite um som X na frequência Y; ao analisar dados em centenas de instalações, o motor tem 90% de chance de falhar em Z dias. Isso pode mudar a manutenção de um modelo baseado em falha/correção para um modelo mais proativo, sem que seja preciso substituir itens que não correm o risco de falhar. Dados semelhantes podem ser coletados de disjuntores e outros dispositivos elétricos.
 
VR, AR, AI e o futuro
 
Embora a tecnologia esteja avançando em um ritmo impressionante, uma maneira de estar errado é prever o futuro. No entanto, algumas tecnologias mais recentes, que ainda não têm seu uso difundido, certamente valem a pena ser consideradas, e seu impacto será astronômico.
 
A realidade virtual (VR), por exemplo, está se desenvolvendo na indústria. Ela permite que um técnico avalie, diagnostique, configure e conserte um sistema em um ambiente onde a prática real (por exemplo, uma usina nuclear) pode ser proibitiva em relação a custo e segurança. Um técnico pode se tornar um especialista no assunto sem sair de sua mesa.
 
A realidade aumentada (AR), em que as imagens são projetadas em um dispositivo virtual sobre a realidade, pode ajudar a completar a tarefa. Curiosamente, algumas das empresas de bricolage (DIY) estão vendo isso como um grande diferencial para ajudar seus clientes a instalar uma torneira, por exemplo.
 
Finalmente e reconhecidamente, o Google transformou seu considerável mecanismo de Inteligência Artificial (IA) de seu sistema HVAC em um data center como parte de um projeto de 20%. A economia de energia foi de 40% sem fazer mais nada com o sistema.
 
Com a infraestrutura de data center empregando técnicas e dispositivos inovadores, certamente passou para a era digital.
 
*Dave Sterlace é Head Global de Tecnologia de Datacenters da ABB.
 
 
 

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