UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

JOSÉ CARLOS SANT’ANA DOS SANTOS

ORLANDO EDUARDO IGESKI

THIAGO LUCAS PAZINI

INTEROPERABILIDADE DE CONTROLADORES LÓGICOS

PROGRAMÁVEIS EM REDE ETHERNET TCP/IP E PROFINET

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

CURITIBA

2019

JOSÉ CARLOS SANT’ANA DOS SANTOS

ORLANDO EDUARDO IGESKI

THIAGO LUCAS PAZINI

INTEROPERABILIDADE DE CONTROLADORES LÓGICOS

PROGRAMÁVEIS EM REDE ETHERNET TCP/IP E PROFINET

Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação e do Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial apresentado às disciplinas de Trabalho de Conclusão de Curso 2 e Trabalho de Diplomação, respectivamente, do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT), da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), como requisito para obtenção do título de Engenheiro de Controle e Automação e do título de Tecnólogo em Automação Industrial. Orientador: Professor Me. Daniel Balieiro da Silva

CURITIBA

2019

A folha de aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Curso de Engenheiro de Controle e Automação

José Carlos Sant’Ana dos Santos Orlando Eduardo Igeski

Thiago Lucas Pazini

Interoperabilidade de controladores lógicos programáveis em rede Ethernet TCP/IP e PROFINET

Este Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação foi julgado e aprovado como requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro de Controle e Automação, do curso de Engenharia de Controle e Automação do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR).

Curitiba, 27 de junho de 2019.

____________________________________ Prof. Ednilson Soares Maciel, Me.

Coordenador de Curso Tecnologia em Automação Industrial

____________________________________ Prof. Paulo Sérgio Walenia, Esp.

Coordenador de Curso Engenharia de Controle e Automação

____________________________________ Prof. Marcelo de Oliveira Rosa, Dr.

Responsável pelos Trabalhos de Conclusão de Curso de Engenharia de Controle e Automação do DAELT

ORIENTAÇÃO BANCA EXAMINADORA ______________________________________ Daniel Balieiro da Silva, Me. Universidade Tecnológica Federal do Paraná Orientador

_____________________________________ Daniel Balieiro da Silva, Me. Universidade Tecnológica Federal do Paraná _____________________________________ Jorge Assade Leludak, Dr. Universidade Tecnológica Federal do Paraná _____________________________________ José da Silva Maia, Me. Universidade Tecnológica Federal do Paraná _____________________________________ Marco Antonio Busetti de Paula, PhD. Universidade Tecnológica Federal do Paraná

RESUMO

SANTOS, José C. S.; IGESKI, Orlando E.; PAZINI, Thiago L. Interoperabilidade de Controladores Lógicos Programáveis em Rede Ethernet TCP/IP e PROFINET. 2019. 136f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação - Curso de Engenharia de Controle e Automação e Curso de Tecnologia em Automação Industrial). Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. Este documento tem como objetivo demonstrar os procedimentos necessários para interoperabilidade entre Controladores Lógicos Programáveis em Rede Ethernet TCP/IP e PROFINET utilizando três PLCs de fabricantes diferentes. A primeira parte da proposta de interoperabilidade é fundamentada numa rede PROFINET formada por um PLC Siemens SIMATIC S7-300 CPU 314C como controlador PROFINET IO e um PLC Phoenix Contact AXC 1050 com dispositivo PROFINET IO. A segunda parte da proposta de interoperabilidade é concebida em torno de uma rede Ethernet TCP/IP na qual o servidor TCP é configurado nos dois PLCs mencionados anteriormente, enquanto o PLC Moeller XC-CPU201-XV assume a condição de cliente TCP/IP. Para demonstrar a interoperabilidade, a alteração do estado nas entradas de cada um deles é transmitida para as saídas dos demais PLCs conectados à rede e que compartilham o mesmo meio físico, nesse caso, cabos Ethernet Cat. 5e com conectores RJ45. Palavras-chave: Interoperabilidade entre PLCs. PROFINET. Ethernet. TCP/IP.

ABSTRACT

SANTOS, José C. S.; IGESKI, Orlando E.; PAZINI, Thiago L. Interoperability of Programmable Logic Controllers in Ethernet TCP/IP and PROFINET Network. 2019. 136f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação - Curso de Engenharia de Controle e Automação e Curso de Tecnologia em Automação Industrial). Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. This document aims to demonstrate the necessary procedures for interoperability between TCP/IP and PROFINET Ethernet Network Programmable Logic Controllers using three PLCs from different manufacturers. The first part of the interoperability proposal is based on a PROFINET network consisting of a Siemens SIMATIC S7-300 CPU PLC 314C as a PROFINET IO controller and a Phoenix Contact AXC 1050 PLC with PROFINET IO device. The second part of the interoperability proposal is designed around an Ethernet TCP/IP network in which the TCP server is configured in the two previously mentioned PLCs, while the Moeller PLC XC-CPU201-XV assumes the TCP/IP client status. To demonstrate the interoperability, the state change in the inputs of each of them is transmitted to the outputs of the other PLCs connected to the network and that share the same physical medium, in this case Cat. 5e Ethernet cables with RJ45 connectors. Keywords: Interoperability between PLCs. PROFINET. Ethernet. TCP/IP.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Comparação das “Revoluções” Industriais ao longo do tempo................. 23

Figura 2 - Indústria 4.0 em números até 2020. ......................................................... 24

Figura 3 - Exemplos de integração entre produtos, homem e sistemas. .................. 25

Figura 4 - Os nove pilares da indústria 4.0. .............................................................. 26

Figura 5 - Justificativas para não implementar novas tecnologias. ........................... 28

Figura 6 - Relações entre entradas e saídas são definidas no programa. ................ 32

Figura 7 - Partes de um controlador lógico programável. ......................................... 34

Figura 8 - Ciclo de varredura do programa do PLC. ................................................. 37

Figura 9 - Sistema de conexões das entradas/saídas (E/S) discretas do PLC. ........ 38

Figura 10 - Diagramas de interfaces de entrada/saída do tipo analógicas. .............. 39

Figura 11 - Configuração da E/S fixa. ...................................................................... 40

Figura 12 - Configuração da E/S modular. ............................................................... 41

Figura 13 - Fonte de alimentação para PLC do fabricante Siemens......................... 42

Figura 14 - Módulo da Automation Direct com interface Ethernet para PLC. ............ 43

Figura 15 - Padrão IEC 61131-3 de linguagens de programação de PLC. ............... 44

Figura 16 - Parte frontal do PLC Modular XC-CPU201-XV....................................... 46

Figura 17 - PLC Compacto Siemens SIMATIC S7-300 CPU 314C-2PN/DP. ........... 47

Figura 18 - Controles do operador e indicadores da CPU 314C-2 PN/DP. ............... 49

Figura 19 - Conjunto de Inicialização AXC 1050 PN STARTERKIT. ........................ 51

Figura 20 - Controlador modular de pequena escala AXC 1050. ............................. 52

Figura 21 - Elementos de conexão e operação do controlador AXC 1050. .............. 53

Figura 22 - Desenho do sistema Ethernet original. ................................................... 55

Figura 23 - Camadas do Modelo OSI e subcamadas do padrão Ethernet. ............... 56

Figura 24 - Quadros básicos do DIX Ethernet e do IEEE 802.3. .............................. 57

Figura 25 - PROFINET CBA e PROFINET IO em combinação. ............................... 67

Figura 26 - Estrutura das Classes de Conformidade. ............................................... 68

Figura 27 - Planta com os seus respectivos componentes PROFINET CBA. ........... 69

Figura 28 - Caminhos de comunicação para PROFINET. ........................................ 71

Figura 29 - O conceito de tempo real aplicado ao padrão PROFINET. .................... 72

Figura 30 - Arquitetura proposta para interoperabilidade dos PLCs. ........................ 73

Figura 31 - Exemplo do processo para iniciar novo projeto. ..................................... 75

Figura 32 - Exemplo do processo para criar objeto. ................................................. 75

Figura 33 - Entrando nas configurações de hardware. ............................................. 76

Figura 34 - Inserindo o Rail. ..................................................................................... 76

Figura 35 - Inserindo os dispositivos dentro do Rail. ................................................ 77

Figura 36 - Mudança das propriedades da guia PN-IO. ........................................... 77

Figura 37 - Configuração do IP Address, Subnet Mask e o nome da Subnet. .......... 78

Figura 38 - Ramificação da rede PROFINET. .......................................................... 78

Figura 39 - Instalação do arquivo GSD. ................................................................... 79

Figura 40 - Direcionando a pasta do arquivo GSD. .................................................. 79

Figura 41 - Seleção e instalação do GSD. ............................................................... 80

Figura 42 - Instalação de novos arquivos em PROFINET IO. .................................. 80

Figura 43 - Seleção da ramificação da rede PROFINET. ......................................... 81

Figura 44 - Dispositivos vinculados a ramificação da rede PROFINET. ................... 81

Figura 45 – Dispositivos vinculados à ramificação da rede PROFINET. .................. 82

Figura 46 - Configuração da IP e da Subnet Mask. .................................................. 83

Figura 47 - Caminho para Verificar validação de dispositivos na rede. .................... 83

Figura 48 - Status da validação de dispositivos na rede. .......................................... 84

Figura 49 - Compilando e salvando o arquivo. ......................................................... 84

Figura 50 - Fazendo o Download do arquivo para o PLC. ........................................ 85

Figura 51 - Seleção do módulo para download. ....................................................... 85

Figura 52 - Visualização dos dispositivos para download. ........................................ 86

Figura 53 - Seleção dos dispositivos para download. ............................................... 86

Figura 54 - Verificação da conexão através do Prompt de comando. ....................... 87

Figura 55 - Utilização do bloco MOVE para acompanhamento dos sinais digitais. ... 87

Figura 56 - Interface do software de desenvolvimento PC Worx. ............................. 88

Figura 57 - Selecionando o adaptador de rede no software PC Worx. ..................... 89

Figura 58 - Faixas de IPs disponíveis e máscara de sub-rede. ................................ 90

Figura 59 - Parâmetros de rede do PLC AXC 1050. ................................................ 91

Figura 60 - Teste de conexão com PLC AXC 1050. ................................................. 92

Figura 61 - Iniciando configuração do PLC Phoenix Contact como dispositivo

PROFINET IO. ....................................................................................... 93

Figura 62 - Enviando ao PLC Phoenix Contact como dispositivo PROFINET IO. ..... 93

Figura 63 - Inserção Cartão de E/S Digitais no software PC Worx. .......................... 94

Figura 64 - Associando variáveis do programa a entradas e saídas do PLC AXC

1050. ..................................................................................................... 94

Figura 65 - Variáveis do programa no software PC Worx. ........................................ 95

Figura 66 – Declaração de uma variável do tipo PND_IO_256. ............................... 96

Figura 67 - Movendo bytes entre os PLCs na rede PROFINET. .............................. 96

Figura 68 - Descarregando o programa para o PLC Phoenix Contact. ..................... 97

Figura 69 - Blocos de comunicação TCP/IP para a CPU 314C-2 PN/DP. ................ 98

Figura 70 - Assistente para criação dos dados da comunicação TCP/IP.................. 99

Figura 71 - Criando um bloco de dados para os parâmetros da conexão TCP/IP. . 100

Figura 72 - Selecionado o tipo de conexão a ser configurada. ............................... 100

Figura 73 - Selecionando e identificando os parceiros de comunicação TCP/IP. ... 101

Figura 74 - Propriedades dos parceiros de comunicação TCP/IP. ......................... 101

Figura 75 - Número da porta local de conexão TCP/IP para o PLC Siemens. ........ 102

Figura 76 - Nome para o bloco da estrutura de dados da conexão TCP/IP. ........... 102

Figura 77 - Propriedades da conexão TCP/IP. ....................................................... 103

Figura 78 - Relatório acerca da compilação dos dados da conexão TCP/IP. ......... 103

Figura 79 - Estrutura de dados da conexão TCP/IP no bloco de dados DB1. ........ 104

Figura 80 - Bloco de função FB65 "TCON” em operação. ...................................... 105

Figura 81 - Habilitando a memória clock no PLC Siemens. .................................... 106

Figura 82 - Bloco de função FB64 "TRCV” em operação. ...................................... 107

Figura 83 - Movendo os dados do PLC Moeller através da conexão Ethernet TCP/IP

para as saídas digitais do PLC Siemens. ............................................. 108

Figura 84 - Bloco de função FB63 "TSEND” em operação. .................................... 109

Figura 85 - Lógica para modificação da memória M2.0 e atualização do byte de

envio de dados. ................................................................................... 110

Figura 86 - Blocos de comunicação TCP/IP para o PLC AXC 1050. ...................... 112

Figura 87 - Bloco de função “IP_CONNECT” em operação.................................... 112

Figura 88 - Bloco de função “IP_URCV” em operação. .......................................... 113

Figura 89 - Inserindo novo tipo de dado no software Phoenix Contact PC Worx. ... 114

Figura 90 - Declaração de tipo de dado no software Phoenix Contact PC Worx. ... 115

Figura 91 - Bloco de função “IP_USEND” em operação. ........................................ 116

Figura 92 - Iniciando um novo projeto no software easy Soft CoDeSys. ................ 118

Figura 93 - Seleção do PLC XC-CPU201-XV no software easy Soft CoDeSys. ..... 119

Figura 94 - Configurando a POU no software easy Soft CoDeSys. ........................ 119

Figura 95 - Acesso a opção “Communication Parameters” no software easy Soft

CoDeSys. ............................................................................................ 120

Figura 96 - Criando canal de comunicação TCP/IP com PLC no software easy Soft

CoDeSys. ............................................................................................ 120

Figura 97 - Inserindo o endereço IP atual do PLC Moeller no software easy Soft

CoDeSys. ............................................................................................ 121

Figura 98 - Entrar em modo ONLINE com PLC no software easy Soft CoDeSys. .. 121

Figura 99 - Definindo endereço IP e máscara de sub-rede para o PLC Moeller no

software easy Soft CoDeSys. .............................................................. 122

Figura 100 - Salvando o novo endereço IP e reiniciando o PLC Moeller no software

easy Soft CoDeSys. ............................................................................. 122

Figura 101 - Inserindo o novo endereço IP do PLC Moeller no software easy Soft

CoDeSys. ............................................................................................ 123

Figura 102 - Blocos de comunicação TCP/IP para o PLC XC-CPU201-XV. ........... 123

Figura 103 - Inclusão das bibliotecas TCP/IP no software easy Soft CoDeSys. ..... 124

Figura 104 - Variáveis do PLC Moeller para conexão com o PLC Siemens. .......... 125

Figura 105 - Bloco de função “TCP_Client” em operação. ..................................... 125

Figura 106 - TASKS das rotinas de conexão TCP/IP do PLC Moeller. ................... 127

Figura 107 - Interfaces de monitoramento e conexão do PLC Moeller. .................. 127

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Adesão de tecnologias da Indústria 4.0 por setor. .................................. 27

Quadro 2 - Recursos do PLC Modular XC-CPU-201-XV. ......................................... 45

Quadro 3 - Modelo de referência TCP/IP de 5 camadas. ......................................... 64

Quadro 4 - PROFINET no modelo ISO/OSI de 7 camadas. ..................................... 67

Quadro 5 - Parâmetros de rede associados ao hardware utilizado. ......................... 74

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÔNIMOS

AWG American Wire Gauge

CA Corrente Alternada

CAN Controller Area Network

Cat. 5e Category 5 Enhanced

CBA Component Based Automation

CC Corrente Continua

CIP Clean in Place

CNI Confederação Nacional da Indústria

CPU Central Processing Unit

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

D/A Digital/Analógico

DIX Digital Equipment, Intel, Xerox

DP Decentralized Peripherals

E/S Entradas/Saídas

EEPROM Eletrically Erasable Programmable Read Only Memory

EPA Ethernet for Plant Automation

EPL Ethernet Private Line

EPROM Erasable Programmable Read Only Memory

ERP Enterprise Resource Planning

FBD Function Block Diagram

FCS Frame Check Sequence

GB Giga Byte

Gbps Gigabit Per Second

GSD General Station Description

HSE High Speed Ethernet

HTML Hypertext Markup Language

HW Hardware

IDE Integral Development Environment

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

IL Instruction List

IO Input/Output

IoT Internet of Things

IP Internet Protocol

ISO International Organization for Standardization

KB Kilobyte

LD Ladder

LED Light Emitting Diode

MAC Media Access Control

MB Megabyte

Mbps Megabit Per Second

MES Manufacturing Execution System

MPI Multi-Point Interface

MRES Memory Reset

ms Milissegundo

NR-12 Norma Regulamentadora número 12

ns Nanossegundo

OPC OLE for Process Control

OSI Open Systems Interconnection

OUI Organizational Unique Identifier

PI PROFIBUS & PROFINET International

PLC Programmable Logic Controller

POU Program Organization Unit

PROFIBUS Process Field Bus

PROFINET Process Field Net

PROM Programmable Read Only Memory

RAM Random Access Memory

RJ45 Registered Jack 45

ROM Read Only Memory

RPC Remote Procedure Call

RX Reception

SD Secure Digital

SF/UTP Screen, Foil, Unscreened Twisted Pairs

SFC Sequential function chart

SFD Single Function Device

SW Software

TCP Transmission Control Protocol

TX Transmission

UDP User Datagram Protocol

USB Universal Serial Bus

VCA Tensão Alternada

VCC Tensão Contínua

μs Microssegundos

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 15

1.1 TEMA .......................................................................................................... 15

1.1.1 Delimitação do Tema ................................................................................... 17

1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS ..................................................................... 18

1.3 OBJETIVOS ................................................................................................ 18

1.3.1 Objetivo Geral ............................................................................................. 18

1.3.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 18

1.4 JUSTIFICATIVA .......................................................................................... 19

1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS .................................................... 20

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................... 22

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................. 23

2.1 INDÚSTRIA 4.0 ........................................................................................... 23

2.2 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁMEIS ..................................... 31

2.2.1 Componentes Básicos do Controlador Lógico Programável ........................ 33

2.2.1.1 Unidade Central de Processamento (CPU) e a Memória ............................. 34

2.2.1.2 Sistema de Entradas/Saídas (E/S) .............................................................. 37

2.2.1.3 Fonte de Alimentação .................................................................................. 42

2.2.1.4 Dispositivos de Comunicação ...................................................................... 43

2.2.2 Linguagens de Programação ....................................................................... 44

2.2.3 PLC Modular Moeller XC-CPU201-EC512K-8DI-6DO-XV série XC200 ....... 45

2.2.4 PLC Compacto Siemens SIMATIC S7-300 CPU 314C-2PN/DP .................. 47

2.2.5 Conjunto de Inicialização AXC 1050 PN STARTERKIT ............................... 51

2.3 PADRÃO ETHERNET ................................................................................. 54

2.3.1 História do Padrão Ethernet ........................................................................ 54

2.3.2 Ethernet e o modelo de referência ISO/OSI ................................................ 55

2.3.3 Elementos Básicos do Padrão Ethernet ...................................................... 57

2.3.3.1 Quadro Ethernet .......................................................................................... 57

2.3.3.2 Endereço Ethernet ....................................................................................... 59

2.3.3.3 Protocolo de Controle de Acesso ao Meio ................................................... 60

2.3.3.4 Hardware Ethernet ...................................................................................... 61

2.3.4 Evolução do Padrão Ethernet ...................................................................... 61

2.3.4.1 Fast Ethernet (IEEE 802.3u) ........................................................................ 61

2.3.4.2 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z).................................................................... 62

2.3.4.3 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae / IEEE 802.3an) .................................... 62

2.3.4.4 40 Gigabit e 100 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ba) ...................................... 63

2.3.5 Protocolo TCP/IP para Ethernet .................................................................. 63

2.4 PROFINET: PADRÃO PARA ETHERNET INDUSTRIAL ............................. 65

2.4.1 Ethernet Industrial ....................................................................................... 65

2.4.2 Tecnologia PROFINET ................................................................................ 66

2.4.3 Classes de Conformidade PROFINET ......................................................... 68

2.4.4 PROFINET CBA .......................................................................................... 69

2.4.5 PROFINET IO ............................................................................................. 70

2.4.6 Configuração com Arquivos GSD ................................................................ 71

2.4.7 Comunicação em Tempo Real .................................................................... 72

3 ARQUITETURA PROPOSTA PARA A REDE ETHERNET TCP/IP E

PROFINET .................................................................................................. 73

4 INTEROPERABILIDADE EM REDE PROFINET ........................................ 75

4.1 CONFIGURAÇÃO DO PLC SIEMENS SIMATIC S7-300 CPU 314C-2 PN/DP

COMO CONTROLADOR PROFINET IO ..................................................... 75

4.2 CONFIGURAÇÃO DO PLC PHOENIX CONTACT AXC 1050 COMO

DISPOSITIVO PROFINET IO ...................................................................... 88

5 INTEROPERABILIDADE EM REDE ETHERNET TCP/IP ........................... 98

5.1 CONFIGURAÇÃO DOS BLOCOS DE COMUNICAÇÃO TCP/IP NO PLC

SIEMENS SIMATIC S7-300 CPU 314C-2 PN/DP ........................................ 98

5.2 CONFIGURAÇÃO DOS BLOCOS DE COMUNICAÇÃO TCP/IP NO PLC

PHOENIX CONTACT AXC 1050 ............................................................... 112

5.3 CONFIGURAÇÃO DOS BLOCOS DE COMUNICAÇÃO TCP/IP NO PLC

MOELLER XC-CPU201-XV ....................................................................... 118

6 CONCLUSÃO ........................................................................................... 128

REFERÊNCIAS ......................................................................................... 131

15

1 INTRODUÇÃO

1.1 TEMA

Com a busca por eficiência, flexibilidade, sustentabilidade, personalização e

conectividade, a indústria está se transformando à medida que é impulsionada pela

combinação de tecnologias da informação e da automação. Atividades produtivas

estão cada vez mais automatizadas, o chão de fábrica está dominado por robôs

autônomos, enquanto máquinas, sistemas e pessoas estão se conectando ao

processo produtivo gerando, processando e transmitindo grandes volumes de

informação e dados (FEIMEC, 2016).

Essas transformações nos processos industriais movem a indústria como a

conhecemos em direção a quarta revolução industrial, dando base aos especialistas

para chamarem essa nova reestruturação de “Indústria 4.0” ou “Fábrica Inteligente”.

Esse conceito foi utilizado pela primeira vez na Feira de Hannover, em 2011, na

Alemanha, fundamentando-se no objetivo de garantir que o país se tornasse

referência no desenvolvimento e aplicação de tecnologia de informação industrial

(FEIMEC, 2016).

A quarta revolução industrial ou Indústria 4.0 é baseada na utilização de

sistemas físico-cibernéticos aplicados à integração vertical e horizontal da estrutura

organizacional da empresa, permitindo o aprimoramento da comunicação entre os

seus setores o que impacta diretamente sobre a tomada de decisão e a eficiência

produtiva. A integração vertical ocorre no campo da produção, da automação e da

tecnologia da informação, que só é possível através da comunicação em rede de

sistemas e equipamentos tais como atuadores e sensores, dispositivos de controle,

manufatura, gestão e planejamento. A integração horizontal acontece entre vários

sistemas de tecnologia da informação utilizados nos diferentes estágios da

manufatura e do negócio, abrangendo troca de materiais e informação que circulam

pela organização como, por exemplo, logística inbound, produção, logística

outbound, marketing, etc. (TROPIA et al., 2017).

Sob essa nova abordagem da cadeia produtiva, as máquinas que compõem

a linha de produção e os produtos por elas fabricados devem se comunicar e operar

ao longo de todo o processo independente de sua localização. Os dados e

16

informações gerados durante os eventos produtivos devem ser coletados e

transmitidos de forma rápida e consistente garantindo uma tomada de decisão mais

eficaz (LINS, 2015).

A interação promovida na fábrica através do conceito de Indústria 4.0 pode

ser dividida em camadas. A camada de aplicação (ou inteligência) é formada por

diversas aplicações de automação de fábrica tais como as relacionadas à

comunicação coordenada com a cadeia de suprimentos e os fornecedores. A

camada de rede é responsável por assegurar a comunicação de toda a rede da

fábrica, que consiste no armazenamento, processamento e compartilhamento de

dados. A camada de dispositivos físicos é responsável pela coleta e cálculo dos

dados a partir de sensores e atuadores com base na sua localização e identificação.

O monitoramento e o controle através dessas camadas ocorrem de forma

ascendente (dos dispositivos físicos para a aplicação) e de forma descente (da

aplicação para os dispositivos físicos) (LINS, 2015).

Atualmente as redes industriais fundamentadas no padrão de conexão de

camada física IEEE 802.3, conhecido como Ethernet, permitem que inúmeras

aplicações simultâneas e com finalidades distintas operem no mesmo meio físico e

troquem dados sem comprometimento de sua funcionalidade ou desempenho.

Assim, um protocolo industrial totalmente compatível com o padrão Ethernet permite

que controladores industriais se comuniquem com equipamentos de campo na

mesma rede onde operam aplicações industriais ou corporativas tais como

ferramentas de gestão de ativos, ferramentas de diagnósticos, servidores de e-mail

e web ou coletores de dados para sistemas MES/ERP/Laboratoriais (Associação

PROFIBUS Brasil1).

O padrão Ethernet que torna possível essa integração do chão de fábrica ao

ambiente corporativo local evoluiu consideravelmente desde que foi concebido por

Robert M. Metcalfe, deixando para trás meios físicos de transmissão tais como pares

metálicos grossos com atenuação elevada, passando por cabos coaxiais e pares

trançados até chegar a aplicações com fibra óptica e sem fio (wireless) (Associação

PROFIBUS Brasil2). Além disso, a evolução do meio físico utilizado permitiu o

aumento das taxas de transmissão de 10 Mbps para 100 Mbps até alcançar os 10,

40 e 100 Gbps.

As características do padrão Ethernet mencionadas e sua flexibilidade de

aplicação intensificaram seu uso de tal forma em dispositivos de automação

17

industrial que levou ao surgimento da Ethernet Industrial (Associação PROFIBUS

Brasil3). Tendo em vista a necessidade de adaptar a tecnologia de comunicação de

seus dispositivos a Ethernet Industrial, cada fabricante desenvolveu seu próprio

padrão com as respectivas particularidades sem que a interoperabilidade entre eles

fosse devidamente considerada. Dessa forma consolidaram-se quatorze padrões de

protocolo: PROFINET, Ethernet/IP, HSE, Modbus/TCP, EPA, EPL, EtherCAT, IEC

61850, JetSync, PNet, Sercos III, SynqNet, TCnet e Vnet/IP (LUGLI et al., 2017).

Com as premissas apresentadas, fica clara a necessidade da utilização de

uma rede de comunicação industrial que permita a simplificação e flexibilidade do

sistema, onde a troca de informações entre os elementos do chão de fábrica e os

níveis mais elevados de planejamento corporativo seja realizada através de um

único padrão de conexão de camada física.

1.1.1 Delimitação do Tema

O Campus Curitiba da Universidade Tecnológica Federal do Paraná possui

em seus laboratórios controladores lógicos programáveis de três diferentes

fabricantes sendo eles: Eaton/Moeller XC-CPU201-XV, Phoenix Contact AXC 1050 e

CPU 314C-2 PN/DP Siemens SIMATIC S7-300. Enquanto o primeiro é compatível

com o protocolo Ethernet TCP/IP, os dois últimos, além de Ethernet TCP/IP,

possuem compatibilidade com o padrão de Ethernet Industrial PROFINET. Sob esse

cenário e a possibilidade do surgimento da necessidade de integração em rede entre

esses recursos de hardware, torna-se oportuno o estudo de possíveis abordagens

de programação e configuração que permitam a interoperabilidade entre os PLCs

mencionados. Para tanto, pretende-se, a princípio, utilizar recursos de software e

hardware disponíveis nos laboratórios da instituição, apoiando-se em fundamentos

de programação e configuração de controladores lógicos programáveis aplicados a

redes industriais.

18

1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS

Com a consciência de que hardware e software disponíveis para realização

do trabalho pertencem a fabricantes distintos e possuem características distintas,

questionamentos acerca da complexidade e das particularidades de operação

desses recursos levam a ponderação sobre a possibilidade de identificação de uma

solução que garanta a interoperabilidade entre eles de modo eficaz.

Caso os recursos disponíveis não sejam suficientes para encontrar uma

solução, mas identifiquem-se quais atenderiam as necessidades do trabalho, seria

possível adquiri-los ainda que temporariamente apenas para apresentar uma

alternativa que garanta a interconectividade e comunicação dos PLCs através da

rede Ethernet Industrial? Ainda sob o cenário da possibilidade da interoperabilidade

entre os PLCs, seria a solução apresentada eficaz e viável sob o ponto de vista

tecnológico e econômico tendo em mente as atuais necessidades da indústria?

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo Geral

Implementar uma solução para a interoperabilidade dos PLCs Eaton/Moeller

XC-CPU201-XV, Phoenix Contact AXC 1050 e CPU 314C-2 PN/DP Siemens

SIMATIC S7-300 em rede Ethernet TCP/IP e PROFINET.

1.3.2 Objetivos Específicos

• Levantar quais são os dispositivos de hardware e software disponíveis

em laboratório e que podem ser utilizados como ponto de partida para o

estudo e desenvolvimento de uma solução aplicada à interoperabilidade

entre os PLCs;

• Identificar em documentação de fabricantes e outras bases de

conhecimento relacionadas ao tema como proceder para utilizar de forma

adequada os recursos disponíveis e se de fato são suficientes para

19

apresentação de uma solução eficaz a interconectividade e comunicação

entre os controladores disponibilizados;

• Determinar uma rotina de trabalho que garanta em tempo hábil o

aperfeiçoamento dos conhecimentos de programação e configuração dos

PLCs apresentados, bem como a execução de testes e avaliações das

possíveis alternativas para solução do paradigma da comunicação em

Rede Ethernet Industrial entre hardwares de diferentes fabricantes;

• Descrever os procedimentos necessários para realizar adequadamente a

configuração de hardware e software de forma a garantir a

interoperabilidade entre PLCs, considerando a possibilidade de seu

desenvolvimento dentro das limitações do projeto;

• Demonstrar a eficácia e viabilidade da solução encontrada com

resultados acerca de seu desempenho e complexidade de aplicação

tomando como ponto de referência sua correlação com as áreas

industriais em que seja passível de utilização e que apresentem

necessidades que possam ser sanadas por tal abordagem;

• Explicar de forma plausível os motivos pelos quais a interoperabilidade

não foi possível no caso de os recursos disponíveis não serem

suficientes ou adequados para tal finalidade e, caso exista a

possibilidade de apresentação de uma solução com recursos adicionais,

que metodologia deveria ser utilizada para alcançar a interconectividade

e operação em Rede Ethernet Industrial de forma tangível.

1.4 JUSTIFICATIVA

O desenvolvimento da tecnologia da informação em conjunto com a

tecnologia da automação de sistemas, ao passo que se integram a ambientes

industriais, fundamenta o conceito de Indústria 4.0. Esse novo tipo de abordagem

para a indústria gera flexibilidade operacional e possibilita o controle autônomo do

processo produtivo como resultado da conexão dos diferentes níveis produtivos e

administrativos de uma fábrica através de uma única rede industrial.

Nesse tipo de estrutura produtiva eventos envolvendo falhas e não

conformidades no produto, quebras e defeitos em máquinas ou mesmo o aumento

20

ou redução da capacidade de produção em decorrência dos mais variados fatores

devem ser rapidamente detectados e comunicados aos níveis gerenciais mais

elevados da indústria permitindo tomadas de decisão de forma rápida e eficiente.

Com esses aspectos em mente, uma solução viável para a

interoperabilidade entre as tecnologias presentes nos diferentes níveis produtivos de

uma fábrica onde se pretenda adequar-se ao conceito de Indústria 4.0 seria a

utilização de uma rede Ethernet Industrial. Através dessa rede deve ser possível a

comunicação de equipamentos e dispositivos do chão de fábrica com recursos de

software e hardware comumente utilizados em áreas administrativas e gerenciais

independente de seu fabricante, de sua localização ou sua finalidade.

1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

1. Levantamento em laboratório dos recursos de hardware e software

disponíveis:

• Avaliação das características operacionais dos PLCs Eaton/Moeller

Eaton/Moeller XC-CPU201-XV, Phoenix Contact AXC 1050 e CPU 314C-

2 PN/DP Siemens SIMATIC S7-300, das interfaces de comunicação, da

disponibilidade de cabos de comunicação e de ferramentas para a

adaptação dos mesmos se necessário, do sistema de alimentação e do

espaço disponível para montagem da rede de comunicação junto dos

demais dispositivos;

• Avaliação dos softwares disponíveis para programação e configuração

dos PLCs (easy Soft CoDeSys, PC Worx, SIMATIC STEP 7), suas

versões e pacotes de ferramentas integradas que tenham relação com

configuração de redes de comunicação por padrão Ethernet, se há

disponibilidade de recursos e funções que permitam o desenvolvimento

de comunicação pelo modelo TCP/IP utilizando sockets caso seja

cogitada como possível solução.

21

2. Identificação em documentação dos fabricantes e demais bases de

conhecimento de procedimentos para configuração de hardware e software:

• Configuração de uma Rede Ethernet Industrial funcional considerando as

características dos protocolos disponíveis, principalmente o PROFINET;

• Estruturação de comunicação em rede Ethernet TCP/IP através das

funções integradas aos softwares de programação;

3. Determinar roteiro de estudos e testes para encontrar e aplicar a solução

mais adequada para a operação e comunicação entre PLCs:

• Considerando que pelo menos dois dos PLCs disponíveis (Phoenix

Contact AXC 1050 e CPU 314C-2 PN/DP Siemens SIMATIC S7-300)

podem se comunicar em rede PROFINET, pretende-se tomar como

ponto de partida a configuração de uma Rede Ethernet Industrial

utilizando o padrão PROFINET;

• Com a identificação das características e parâmetros de configuração

das funções destinadas à comunicação pelo modelo TCP/IP utilizando

sockets deseja-se construir um pequeno protocolo de mensagens para

avaliar seu desempenho caso haja interconectividade entre os PLCs

disponíveis através dessa abordagem;

4. Descrever os procedimentos de desenvolvimento e implementação da

solução para a interoperabilidade entre PLCs, considerando que seja possível a

partir dos recursos disponíveis:

• Descrição do modelo utilizado para realizar a comunicação em Rede

Ethernet entre os PLCs disponíveis, seus aspectos operacionais,

funcionais, de desempenho e suas limitações;

• Registro dos procedimentos utilizados para programação e configuração

dos PLCs, operação dos respectivos softwares e montagem dos

elementos de rede, de forma a garantir que a solução encontrada possa

ser reproduzida caso seja necessário.

22

5. Demonstrar a eficácia e viabilidade da solução encontrada em função de

observações e conclusões obtidas durante seu desenvolvimento:

• Apresentação de resultados envolvendo o desempenho da solução

identificada, fazendo um paralelo com as necessidades da indústria e

levando em consideração a complexidade, a flexibilidade e os possíveis

custos de sua utilização;

• Caso não seja encontrada uma solução efetiva para interoperabilidade

entre os PLCs apresentados com os recursos disponíveis, pretende-se

sugerir possíveis abordagens e metodologias de configuração da rede

que poderiam garantir seu desempenho e funcionalidade desde que as

ferramentas necessárias fossem disponibilizadas.

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho de conclusão de curso terá a seguinte estrutura:

• Capítulo 1 - Introdução, delimitação do tema, problemas e premissas,

objetivo geral, objetivos específicos, justificativa, procedimentos

metodológicos e cronograma;

• Capítulo 2 - Fundamentação teórica acerca dos temas:

➢ Revisão bibliográfica acerca do tema “Indústria 4.0” e sua relação

com a necessidade de adequação a Ethernet Industrial;

➢ Descrição de controladores lógicos programáveis com enfoque nos

seus recursos e nas características dos componentes básicos;

➢ Apresentação e descrição dos recursos disponíveis nos PLCs

Eaton/Moeller Eaton/Moeller XC-CPU201-XV, Phoenix Contact AXC

1050 e CPU 314C-2 PN/DP Siemens SIMATIC S7-300;

➢ Descrição das propriedades, funções, aplicações e natureza do

funcionamento do padrão Ethernet e do protocolo PROFINET;

• Capítulo 3 - Arquitetura de Rede Ethernet TCP/IP e PROFINET;

• Capítulo 4 - Interoperabilidade em Rede PROFINET;

• Capítulo 5 - Interoperabilidade em Rede Ethernet TCP/IP;

• Capítulo 6 - Conclusão.

23

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 INDÚSTRIA 4.0

O processo de desenvolvimento tecnológico é formado por ciclos, e

comumente chamado Revolução Industrial. Desde o inicio da chamada primeira

revolução industrial, por volta dos anos de 1800, alguns outros ciclos se destacaram

e passaram pela história da humanidade. Tudo começou com o desenvolvimento de

mecanismos direcionados a maquinas a vapor, e, posteriormente, cerca de um

século depois, na segunda revolução, uma série de desenvolvimentos no ramo

químico, elétrico e de petróleo. Já em tempos menos longínquos, vimos à terceira

revolução, que teve expressivas inovações nos campos da informática, sobretudo na

área industrial, potencializando a produção e o consumo dos produtos (CARDOSO,

2018). Na Figura 1 vemos um esboço dessa evolução.

Figura 1 - Comparação das “Revoluções” Industriais ao longo do tempo. Fonte: FEIMEC (2016).

Por fim, chegamos ao quarto ciclo de desenvolvimento tecnológico,

marcado principalmente pela integração entre o mundo físico e o digital. Tecnologias

como cloud computing (Computação na Nuvem), IoT (internet das coisas), IA

(Inteligência Artificial), e qualquer aplicação que possibilite a imersão das pessoas

24

com um sistema digital, podem entrar no que chamamos de quarta revolução

industrial.

Essas novas tecnologias podem ser usadas em diversas situações,

sobretudo em sistemas físicos de maior complexidade, visando à comunicação com

o mundo digital, de forma a possibilitar um melhor aproveitamento dos processos e

produtos nele envolvidos.

Segundo SCHWAB, diretor executivo do Fórum Econômico Mundial e um

dos principais entusiastas da revolução “A quarta revolução industrial não é definida

por um conjunto de tecnologias emergentes em si mesmas, mas a transição em

direção a novos sistemas que foram construídos sobre a infraestrutura da revolução

digital anterior”.

É claro que inicialmente esse desenvolvimento tecnológico tem por

finalidade adentrar primeiramente nas indústrias, maximizando tempo e recursos, e

quando falamos de coisas e equipamentos conectados, temos dados significativos

que nos mostram a relevância do assunto, como podemos ver na Figura 2.

Figura 2 - Indústria 4.0 em números até 2020. Fonte: Adaptado de PWC (2016).

25

Essa integração não tem apenas uma aplicação, e está direcionada para as

mais diversas situações, que vão do relógio do nosso pulso a nave espacial lançada

pela SpaceX.

As “Fábricas Inteligentes”, que atualmente fazem parte do principal pilar da

Indústria 4.0, são unidades produtivas e administrativas conectadas 24 horas por

dia, integrando sistemas físicos e virtuais, possibilitando a comunicação entre si e

com outras entidades, auxiliando maquinário, processo e administração na execução

de suas tarefas (ZHANG et al., 2015). Na Figura 3 é possível visualizar essa ampla

integração entre sistemas.

Figura 3 - Exemplos de integração entre produtos, homem e sistemas. Fonte: Adaptado de CIESP Santo André & Zorfatec (2017).

O termo “Indústria 4.0” foi inicialmente utilizado em meados de 2011, com o

intuito de ilustrar a nova revolução industrial que estava por vir. Em um encontro de

políticos, acadêmicos e empresários, começou-se a promover essa ideia com a

tratativa de fortalecer a competitividade da indústria de manufatura alemã

(KAGERMANN et al., 2013).

A Indústria 4.0 é formada por nove tecnologias principais, sendo Robôs

Autônomos, Simulações, Integrações de Sistemas, Internet das Coisas,

Cibersegurança, computação em nuvem, Impressão 3D/Manufatura Aditiva,

Realidade Aumentada e Big Data (WEG, 2019). A Figura 4 ilustra esses 9 pilares:

26

Figura 4 - Os nove pilares da indústria 4.0. Fonte: Adaptado de WEG (2019).

Em publicação da revista EXAME, na edição especial com o título de Como

Construir o Brasil 4.0, “O Conceito da indústria 4.0 começou a se popularizar em

2013 quando apareceu num documento com recomendações para a indústria alemã

e segundo levantamento realizado em 2016, cerca de 40% das fábricas nesse

mesmo país já utilizam tecnologias e processos alinhados com os padrões da

indústria 4.0”. E essa evolução vai ser cada vez mais rápida, visto que o custo da

implementação desses sistemas vem diminuindo gradativamente. Quanto maior é o

grau de desenvolvimento de um setor industrial, mais aderência a pelo menos um

dos sistemas da indústria 4.0 ele tem. No Quadro 1, podemos identificar a utilização

das tecnologias mencionadas das empresas por setor.

27

Quadro 1 - Adesão de tecnologias da Indústria 4.0 por setor.

Fonte: Confederação Nacional da Indústria - CNI (2016).

Vale lembrar que a visão da Indústria 4.0 deve ser ampla e contemplar

vários aspectos da tecnologia: “O uso combinado de inteligência artificial, realidade

mista, internet das coisas e outras tecnologias está promovendo uma mudança nos

negócios no mundo todo - com redução de custos, flexibilidade de produção e

personalização de produtos” por Rafael Kato, de Leipzig e Munique (Alemanha) e

Paris (França), em citação na revista EXAME.

Embora seja evidente que as novas tecnologias vêm para ficar, segundo

levantamento realizado pela CNI (Confederação Nacional da Indústria), numa

publicação realizada em revista de sua autoria, datada de 2 de Abril de 2016,

existem diversos fatores que são utilizados por parte dos empresários brasileiros

para não migrarem de vez para a Industria 4.0,como pode ser visto na Figura 5.

28

Figura 5 - Justificativas para não implementar novas tecnologias. Fonte: Confederação Nacional da Indústria - CNI (2016).

Com o desenvolvimento desse novo conceito de Indústria, poderemos ter

produtos cada vez mais customizados, de forma a atender da melhor forma possivel

o cliente, com produtos confecionados com mais eficiência e menor custo. Com a

implementação de sistemas cada vez mais inteligentes, teremos uma diminuição do

retrabalho e maior flexibilidade produtiva, visto que possiveis alterações nos

produtos poderão ser realizadas quase a qualquer tempo. Posto isso, teremos

melhorias em diversos aspectos dos processos produtivos, que vão da engenharia

de produtos até a cadeia de distribuição (KAGERMANN et al., 2013).

E essas tecnologias vieram para alterar de uma vez por todas a forma que

os produtos e serviços são concebidos, visto que possibilitam uma integração real

em todos os sentidos da cadeia produtiva. Segundo Zhang (2015) destacam-se três

transformações: uma integração vertical, uma integração horizontal e uma

integração de ponta-a-ponta que considera as duas integrações anteriores. Para

Kagermann (2013), essa integração no campo produtivo e da automação refere-se à

integração de vários sistemas, de tecnologia e fabricantes diferentes em vários

níveis da piramide hierarquica (Supervisórios, PLCs, atuadores, sensores, controle,

infraestutura de rede e no planejamento em níveis de administração e gestão). Com

toda essa integração entre sistemas físicos e virtuais, vale a citação do professor e

executivo Klaus Schwab, que “As mudanças são tão profundas que, na perspectiva

da história da humanidade, nunca houve um momento tão potencialmente promissor

ou perigoso”.

29

Desde o avanço dos sistemas de computação, da internet e da comunicação

de um modo geral, houve um crescimento muito grande na utilização das redes

Ethernet, que por sua vez sofreram algumas modificações até chegarem à indústria,

para que pudessem ser utilizadas em dispositivos de automação industrial. Nessas

mudanças, algumas adaptações precisaram ser feitas, visto o ambiente agressivo

que pode ter dentro das indústrias, tais como aquecimento, vibração e outros

inúmeros fatores. Esses fatores supracitados levaram ao surgimento do protocolo de

Ethernet Industrial, de forma que seu surgimento deu-se pela necessidade de

integrar os sistemas já conhecidos compatíveis com o protocolo TCP/IP aos vários

dispositivos industriais. Devido a essas alterações, tivemos a evolução dos sistemas

de comunicação na parte industrial.

E para essa quantidade de dados, é claro, precisamos de um bom sistema

de comunicação, que seja estável e seguro. O PROFINET é um dos vários tipos de

protocolos utilizados como estrutura de comunicação entre dispositivos da indústria,

com uma estrutura compatível com o padrão Ethernet, sendo amplamente utilizado

nas indústrias.

A horizontalização e verticalização de processos proporciona a

interoperabilidade entre os sistemas, pessoas e informações neles envolvidos,

permitindo que a troca de informações entre máquinas e processos seja realizada de

forma rápida e transparente. A virtualização e integração dentro das fábricas é

possível através do uso de modelos cada vez mais conectados, e a utilização do

PROFINET possibilita simulação e emulação de linhas de produção inteiras, com

análises, cenários e impactos dos processos produtivos. (Associação PROFIBUS

Brasil4)

A comunicação utilizando o protocolo PROFINET é perfeita para a

integração de sistemas, uma vez que é capaz de integrar os sistemas de uma

indústria, da garra de um robô até o sistema logístico que entrega o produto final ao

cliente.

É sabido que os PLCs são amplamente utilizados, mas antes da explosão da

indústria 4.0, eles eram basicamente utilizados como uma evolução para os relés.

Atualmente, agregando valor ao desenvolvimento de sistemas, seja no aspecto da

segurança ou simplesmente no aperfeiçoamento da tecnologia, esses modelos não

serão mais suficientes para suprir a demanda atual, visto que os processos não

exigem apenas a comutação de relés e a implementação da lógica, mas sim, o

30

desenvolvimento da inteligência, de sistemas que possam ser capazes de integrar a

máquina com o mundo externo, com o fluxo produtivo e sejam capazes de fornecer

informações em tempo real para que a gestão consiga acompanhar o processo

produtivo de forma clara.

Segundo a Leuze electronic, empresa com mais de 50 anos no ramo de

automação industrial, “Os melhores PLCs de hoje são aqueles que já deram um

passo a mais em direção à inteligência operacional. Além de trabalharem ativamente

no monitoramento de segurança, são capazes de se conectar a todo o maquinário e

o fluxo produtivo para fornecer informações vitais em tempo real”.

Além dos aspectos de gerenciamento das atividades e do processo

produtivo e do monitoramento em tempo real, esses novos conceitos proporcionam

maior segurança na operação dos maquinários, atuando em sintonia com a NR-12.

31

2.2 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁMEIS

Em meados da década de 1970, com o desenvolvimento dos

microprocessadores, as funções básicas dos PLCs (Programmable Logic

Controllers) receberam grande expansão com a adição de recursos que permitiam

cálculos matemáticos, manipulação de dados, além de interfaces de programação e

operação mais cômodas ao usuário (SILVEIRA et al., 1998). Ainda no final da

década de 1970, com o aperfeiçoamento dos componentes e circuitos de

comunicação tornou-se possível instalar PLCs a longas distâncias dos instrumentos

e dispositivos a serem controlados, bem como, a troca de dados entre PLCs que

compunham uma mesma solução de automação, garantindo o controle mais eficaz

de máquinas e processos industriais (HUGHES, 2005).

Dessa forma, os mais variados seguimentos industriais e seus profissionais

da área de automação passaram a contar com a tecnologia dos controladores

lógicos programáveis os quais oferecem inúmeros benefícios em relação às

tecnologias empregadas anteriormente, sendo algumas das mais significativas

enumeradas conforme segue:

• Custo inferior: além das aplicações desenvolvidas com PLCs possuírem

dimensões significativamente menores, a maior parte do custo

desprendido com a fiação para a lógica com relés não se aplica no caso

da utilização de PLCs, o que tornou a aplicação da tecnologia do relé

lógico obsoleta a não ser para soluções que envolvam eletrônica de

potência (Petruzella1, 2014);

• Confiabilidade superior: além dos PLCs disponibilizarem a

confiabilidade dos componentes de estado sólido, os programas

desenvolvidos para eles, depois de testados, podem ser transferidos para

outros PLCs e como a lógica fica armazenada na memória de cada um

deles a possibilidade de erros cometidos com a fiação necessária no

caso dos relés foi significativamente reduzida (Petruzella1, 2014);

• Detecção de defeitos simplificada: PLCs possuem recursos de

diagnóstico residente que permitem rastrear problemas no programa e no

hardware e então corrigi-los de maneira ágil e eficiente, além disso, é

possível acompanhar a execução em tempo real do programa através de

32

sua visualização num monitor com auxílio do software de programação,

executando, dessa forma, as devidas correções (Petruzella1, 2014);

• Flexibilidade superior: desenvolver e revisar programas para PLCs é

muito mais cômodo e menos complexo do que conectar ou desconectar

os fios num circuito lógico a relé. Além disso, entradas e saídas são

relacionadas com base nos critérios do usuário responsável pela rotina

de programação (Ver Figura 6) e não mais no modo como se conectam

através de sua fiação (Petruzella1, 2014);

Figura 6 - Relações entre entradas e saídas são definidas no programa. Fonte: Adaptado de Petruzella2 (2011).

33

• Rápido tempo de resposta: projetado para alta velocidade de resposta

os PLCs operam em tempo real, isto é, um evento ocorrido no campo e

detectado pelo PLC resultará na execução de uma rotina pré-definida ou

na alteração do estado de uma saída tudo em apenas uma fração de

segundos, sendo esse tempo maior ou menor dependendo da

capacidade do controlador (Petruzella1, 2014);

• Recursos de Comunicação: PLCs podem se comunicar com outros

controladores lógicos programáveis ou equipamentos do computador de

forma a supervisionar, controlar e coletar dados de dispositivos e

parâmetros de processo, além de ser possível, através da rede de

comunicação, transferir e revisar programas de forma remota

(Petruzella1, 2014).

Apesar de no exterior o PLC ganhar espaço como uma das principais

soluções para automação de processos industriais logo nos primeiros anos após sua

concepção, no Brasil, apenas na década de 1980 é que esse recurso começou a ser

empregado, sendo o motivo principal as tecnologias adotadas pelas multinacionais e

oriundas de suas matrizes (SILVEIRA et al., 1998).

2.2.1 Componentes Básicos do Controlador Lógico Programável

A estrutura básica de um PLC deve ser constituída dos seguintes

componentes: unidade de processamento (CPU), memória, sistema de entradas /

saídas (E/S), fonte de alimentação, além de um dispositivo ou porta de comunicação

(HUGHES, 2005).

Um aspecto importante acerca do projeto de arquitetura de um PLC é que

ele pode ser do tipo aberto, quando o hardware é compatível tanto com

componentes quanto softwares de outros fabricantes desde que esses atendam a

padrões pré-definidos e aprovados, ou pode ser do tipo fechado, quando o projeto é

patenteado, sendo mais difícil conectá-lo a sistemas de diferentes fabricantes.

Nessas condições, é fundamental checar a compatibilidade do sistema quando se

pretende utilizar um dispositivo ou programa que não seja desenvolvido

especificamente para o PLC em questão (Petruzella1, 2014).

34

A Figura 7 ilustra as partes de um controlador lógico programável, tanto para

o tipo modular, quanto para o tipo fixo.

Figura 7 - Partes de um controlador lógico programável. Fonte: Adaptado de Petruzella2 (2011).

2.2.1.1 Unidade Central de Processamento (CPU) e a Memória

A unidade central de processamento ou CPU de um controlador lógico

programável consiste num ou mais microprocessadores responsáveis pela execução

de funções lógicas, manipulação de dados, além do controle e gerenciamento da

comunicação com outros módulos, sendo que para isso necessita do suporte de um

sistema de memória para armazenar o resultado das operações executadas pelo

microprocessador (Petruzella1, 2014). De forma objetiva, pode-se dizer que a CPU lê

as entradas, executa a lógica conforme determinado pelo programa aplicativo,

35

realiza cálculos e controla as saídas de acordo com os resultados objetidos com

auxílio do microprocessador (HUGHES, 2005).

Além do suporte as operações executadas pelo processador do PLC, o

sistema de memória deve armazenar o programa do usuário, bem como, os dados

pertinentes para a sua execução. Os dados, de forma objetiva, são armazenados na

memória através de um processo chamada de escrita e são consultados ou

recuperados através de um processo chamado de leitura (Petruzella1, 2014).

A complexidade do programa determina o tamanho necessário de memória

e nos elementos individuais dessa memória é que uma parcela da informação é

armazenada, parcela essa chamada de bits (binary digits ou dígitos binários), ao

passo que sua capacidade é determinada pela combinação de agrupamentos de

1000 ou “K” agrupamentos, sendo que 1 K representa 1024 bytes de memória e 1

byte equivale a 8 bits (Petruzella1, 2014).

A memória de um PLC pode ser classificada em volátil ou não volátil. As

memórias voláteis são aquelas que dependem de uma fonte de alimentação para

manter os dados armazenados, são facilmente modificadas e seu uso é

recomendado junto de uma “bateria de backup” que deve garantir alimentação

mesmo quando não existe uma fonte externa (FRANCHI et al., 2008).

As memórias não voláteis reterão os dados e o programa do usuário ainda

que ocorra uma completa ausência da fonte de alimentação, o que torna uma

“bateria de backup” completamente dispensável. Além disso, memórias não voláteis

podem ser fixas ou reprogramáveis (FRANCHI et al., 2008).

Os tipos de memórias encontrados nos sistemas PLC e suas características

são as seguintes:

• RAM: (Random Access Memory) tipo de memória volátil mais utilizado

nos PLCs por conta da necessidade de uma área de armazenamento

temporário em seu sistema, uma vez que, as informações podem ser

facilmente gravadas e alteradas (SILVEIRA et al., 1998);

• ROM: (Read Only Memory) por ser do tipo não volátil é utilizada para

armazenar informações que de forma alguma devem ser apagadas ou

alteradas, permitindo apenas leitura dos dados e nos PLCs é empregada

para armazenamento do programa executivo (sistema operacional) de

responsabilidade do fabricante (SILVEIRA et al., 1998);

36

• PROM: (Programmable Read Only Memory) tipo de memória não volátil

que permite que dados sejam gravados apenas uma única vez pelo

usuário e se a gravação for malsucedida irá comprometer a utilização de

forma permanente (SILVEIRA et al., 1998);

• EPROM: (Erasable Programmable Read Only Memory) tipo especial de

memória PROM que garante ao usuário a alteração dos dados

armazenados, no entanto, para que as informações antigas sejam

apagadas é necessário expô-la a luz ultravioleta (SILVEIRA et al., 1998);

• EEPROM: (Eletrically Erasable Programmable Read Only Memory)

dispositivos de memória não volátil que oferecem a mesma flexibilidade

de reprogramação que a RAM, dessa forma, é um dos tipos mais

utilizados pelos PLCs, porém, suas desvantagens estão ligadas ao fato

de que a regravação só pode ser efetuada após a limpeza da célula

(exige alguns milissegundos por byte apagado) e sua vida útil é limitada

pelo número de operações de limpeza/escrita, entorno de dezenas a

centenas de milhares de vezes (SILVEIRA et al., 1998);

• FLASH: tipo recente de memória muito utilizada em computadores de

modo a armazenar o programa BIOS. Trouxe grande facilidade para o

processo de atualização de firmware através de softwares externos.

Inúmeros fabricantes de PLCs utilizam esse tipo de memória, sendo um

exemplo a SIEMENS em seu modelo S7-300 (FRANCHI et al., 2008);

A partir do sistema de memória do PLC, a CPU executa o programa do

usuário de forma sequencial e repetitiva num processo cíclico de varredura

conhecido como scan. Durante o processo de scan o processador avalia os valores

das entradas e atualiza os valores de saída conforme o programa do usuário,

repetindo esse ciclo enquanto o PLC estiver em operação, uma vez que as entradas

podem ser alteradas a qualquer instante (Petruzella1, 2014).

37

A Figura 8 ilustra um ciclo de varredura do programa de um PLC.

Figura 8 - Ciclo de varredura do programa do PLC. Fonte: Petruzella1 (2014).

O tempo desprendido para que a CPU conclua um ciclo de varredura (scan)

é conhecido como tempo de clico de varredura ou scan time. Esse tempo pode

variar entre 1 a 20 milissegundos, dessa forma, se um sinal mudar de estado mais

de uma vez dentro de um tempo de ciclo é possível que o PLC não identifique essas

mudanças. O scan time depende da velocidade da CPU, extensão ou tamanho do

programa do usuário, tipos de instrução executada e condições reais de verdadeiro

ou falso da lógica (Petruzella1, 2014).

2.2.1.2 Sistema de Entradas/Saídas (E/S)

O sistema de entradas/saídas (E/S) viabiliza a conexão entre os dispositivos

de campo e o PLC, detectando e tratando os inúmeros sinais recebidos e enviados

para os equipamentos externos. Aos terminais de entrada são conectados

dispositivos tais como botões de comando, chaves-fim de curso e sensores para

medição de grandezas físicas como temperatura, pressão, nível, vazão, posição,

etc., enquanto que através dos terminais de saída são acionados dispositivos como

pequenos motores, válvulas solenoides, alarmes, etc. (Petruzella1, 2014).

38

Os módulos de entradas/saídas discretas são o tipo mais comum num

sistema PLC e conectam dispositivos de campo que possuem apenas dois estados

distintos (ligado/desligado ou aberto/fechado) à CPU. Cada módulo desse tipo é

projetado para ser ativado por um sinal de tensão, podendo ser de +5 VCC, +24

VCC, 120 VCA ou 240 VCA dependo das características do equipamento (HUGHES,

2005). A Figura 9 ilustra sistemas de conexões de entradas/saídas (E/S) discretas

com os dispositivos de campo.

Figura 9 - Sistema de conexões das entradas/saídas (E/S) discretas do PLC. Fonte: Petruzella1 (2014).

Num módulo de entradas discretas quando o contato de uma chave de

entrada é fechado, a tensão fornecida é detectada pelo módulo e convertida num

nível lógico que permite a CPU identificar o estado do dispositivo, enquanto que num

módulo de saídas discretas, o circuito de interface de saída comuta de modo a

permitir que a fonte de tensão energize ou desenergize (ligue ou desligue) os

dispositivos de campo (HUGHES, 2005).

Os módulos de entradas/saídas analógicas permitem monitorar e controlar

grandezas físicas representadas por tensões e correntes analógicas as quais são

compatíveis com muitos sensores, transmissores, transdutores, acionamentos de

39

motor e instrumentos de processo. As interfaces de E/S analógicas estão

geralmente disponíveis em faixas de tensão ou corrente contínua unipolares (0 a 5

V, 0 a 10 V, 0 a 20 mA, 4 a 20 mA) e bipolares (-5 a 5 V, -10 a 10 V, -20 a 20 mA)

(Petruzella1, 2014). Na maioria dos casos, uma única interface de entrada ou saída

pode acomodar duas ou mais faixas diferentes e pode satisfazer requisito de

corrente ou tensão (HUGHES, 2005).

No módulo de interface de entrada analógica a transição de um sinal de

saída analógico ocorre através de um conversor analógico-digital (A/D), enquanto

que no módulo de interface de saída analógica os dados são recebidos de forma

digital do processador e convertidos em um sinal analógico de tensão ou corrente

por um conversor digital-analógico (D/A) (Petruzella1, 2014).

Na Figura 9 estão representados exemplos de diagramas de interfaces de

entrada/saída do tipo analógicas.

Figura 10 - Diagramas de interfaces de entrada/saída do tipo analógicas. Fonte: Silveira et al. (1998).

Os módulos de E/S digitais operam de maneira parecida a dos módulos de

E/S discretas, isto é, processam nivél lógico alto e baixo, no entanto, ao contrário

dos módulos discretos que lêem apenas um único bit na entrada ou controlam

apenas um único bit na saída individualmente, os módulos digitais processam

combinações de bits de forma serial ou paralela (HUGHES, 2005).

40

Aplicações de módulos de entrada digital incluem interface com encoders

absolutos e encoders incrementais, leitores de código de barras e chaves

thumbwheel (chaves de contagem mecânica com certo número de posições em que

cada uma representa um número). Exemplos de dispositivos acionados por módulos

de saída digital incluem motores de passo, display de sete segmentos, display

alfanumérico e painéis de exibição inteligentes (SILVEIRA et al., 1998).

Dependendo do modo como as entradas e saídas são incorporas a um PLC

as configurações de E/S podem ser classificadas em fixas ou moduladas. As E/S

fixas (Ver Figura 11), tipicamente encontradas em PLCs de pequeno porte, são

incorparadas ao equipamento junto do processador e da fonte de alimentação sem

separação, não sendo possível sua remoção PLC (Petruzella1, 2014).

Figura 11 - Configuração da E/S fixa. Fonte: Petruzella1 (2014).

Embora a configuração de E/S fixas seja vantajosa sob o ponto de vista do

custo, tem como principal desvantagem a falta de flexibilidade em função da

limitação na quantidade e no tipo de entradas e saídas. Além disso, se algum

componente apresentar problema existe a possibilidade de ter que substituir todo o

PLC (Petruzella1, 2014).

41

As configurações de E/S moduladas permitem que módulos sejam plugados

individualmente a unidade aumentando significativamente sua flexibilidade, uma vez

que garante ao usuário a possibilidade de escolher diferentes módulos e adicioná-

los conforme sua necessidade (Ver Figura 12). Esses módulos adicionais são

plugados a uma série de contatos que constituem um tipo de placa mãe (backplane)

os quais estão localizados na região traseira de um rack ao qual também está

conectado a CPU o que permite a comunicação entre módulos e processor

(Petruzella1, 2014).

Figura 12 - Configuração da E/S modular. Fonte: Petruzella1 (2014).

42

2.2.1.3 Fonte de Alimentação

A fonte de alimentação converte os níveis de tensão CA (120 VCA ou 240

VCA, por exemplo) em níveis de tensão CC (+5 VCC, -15 VCC ou +15 VCC, por

exemplo) compatíveis com os circuitos eletrônicos do controlador lógico programável

(Ver Figura 13). Essa fonte pode ser integrada aos compontentes do sistema PLC

ou pode ser separada e conectada através de cabos. Com a adição de outros

módulos ao PLC é possivel que uma fonte de alimentação auxiliar seja necessária

para suprir a nova demanda de energia. Além de serem projetas para eliminar ruídos

da rede elétrica e outros distúrbios provenientes do processo industrial, também

devem suporta ambientes hostis e intempéries relacionadas à temperatura,

umidade, vibração, pressão, etc. (HUGHES, 2005).

Figura 13 - Fonte de alimentação para PLC do fabricante Siemens. Fonte: Siemens AG3 (2019).

43

2.2.1.4 Dispositivos de Comunicação

Os PLCs possuem, em geral, uma ou mais portas ou dispositivos para

comunicação cuja principal função é a de se comunicar com os softwares e

dispositivos de programação de modo a inserir, corrigir e monitorar o pragrama do

usuário. O mais comum é que o PLC possua uma porta serial no padrão RS-232C

para programação e uma rede de comunicação do próprio fornecedor utilizada para

troca de dados com os racks de módulos remotos e outros PLCs. É possível

encontrar interface Ethernet em PLCs de maior porte o que possibilita a

comunicação com PCs e outras redes com o mesmo protocolo desde que estejam

conectadas ao sistema (HUGHES, 2005). A Figura 14 apresenta um exemplo de

módulo de comunicação com interface Ethernet para PLC.

Figura 14 - Módulo da Automation Direct com interface Ethernet para PLC. Fonte: Petruzella1 (2014).

A rede Ethernet começou a ser adotada em processos industriais em função,

principalmente, da integração do sistema de informações gerenciais (SIG ou MIS do

termo em inglês Management Information System) as máquinas do chão de fábrica e

44

aos sistemas de controle de processo. A disseminação do uso da rede Ethernet em

computadores em geral, PCs, sistemas de telecomunicação e Internet implicou no

rápido desenvolvimento de aplicativos compatíveis para os sistemas de automação

baseados em PLCs (HUGHES, 2005).

2.2.2 Linguagens de Programação

Em sistemas computacionais o que garante a execução de operações é o

tipo de comando definido como instrução (FRANCHI et al., 2008). O programa é o

conjunto de instruções que permite ao sistema computacional ou PLC executar

ações pré-determinadas, enquanto a linguagem de programação fornece as regras e

padrões necessários para combinar as instruções de forma que resultem nas ações

desejadas (Petruzella1, 2014).

De forma a padronizar as múltiplas linguagens relacionadas à programação

de PLCs e atender as necessidade dos diversos segmentos industriais a

International Electrotechnical Commission (IEC) emitiu a norma IEC 61131-3 que

estabelece cinco linguagens-padrão (Petruzella1, 2014): o Diagrama Ladder (LD), o

Diagrama de Blocos de Função (FBD), o Mapa de Função Sequencial (SFC), a Lista

de Instruções (IL) e Texto Estruturado (ST).

A Figura 15 organiza as linguagens de programação segundo sua natureza

textual ou gráfica.

Figura 15 - Padrão IEC 61131-3 de linguagens de programação de PLC. Fonte: Petruzella1 (2014).

45

2.2.3 PLC Modular Moeller XC-CPU201-EC512K-8DI-6DO-XV série XC200

O PLC modular série XC200 modelo XC-CPU201-EC512K-8DI-6DO-XV é

projetado para aplicações que necessitem de elevada velocidade de processamento,

sendo capaz de executar mil instruções em 0,15 milésimos de segundo (Eaton

Industries GmbH, 2012).

Para integração aos modernos sistemas de comunicação, além da interface

serial RS232 para conexão de dispositivos de programação, o XC-CPU201-XV

também possui interface CANopen®/easyNet para conexão de componentes

fieldbus padrão e interface Ethernet 100Base-TX/10Base-T de alta velocidade que

pode ser usada tanto para programação quanto para transferência eficiente de

dados entre PLCs ou outros dispositivos compatíveis com rede Ethernet (Eaton

Industries GmbH, 2012).

Soluções inovadoras podem ser criadas graças ao servidor OPC que

simplifica a conexão com os aplicativos cliente OPC padronizados através da

interface Ethernet. Além disso, o servidor Web integrado facilita o acesso aos dados

do PLC por meio de um navegador Web padrão instalado em qualquer computador

conectado a rede (Eaton Industries GmbH, 2012).

A Quadro 2 apresenta os recursos básicos do XC-CPU201-XV.

Quadro 2 - Recursos do PLC Modular XC-CPU-201-XV.

Fonte: Eaton Industries GmbH (2012).

46

O sistema de programação utilizado no PLC Modular XC-CPU201-XV é o

software CoDeSys que permite a geração de programas conforme a norma

IEC61131-3, além de configuração, teste, simulação, comissionamento e

visualização do processo (Eaton Industries GmbH, 2012).

Conforme Moeller GmbH (2008) e as indicações na Figura 16, o PLC

Modular XC-CPU201-XV apresenta os seguintes elementos em sua parte frontal:

Figura 16 - Parte frontal do PLC Modular XC-CPU201-XV. Fonte: Da Costa (2018).

1. Bloco de terminais de 18 polos usado para conectar a fonte de tensão da

CPU e as entradas / saídas locais, bem como os sensores e atuadores;

2. Display de LEDs indica o status do sinal para as entradas e saídas;

3. Interface de programação ETH232 (RJ45 socket) composta por uma

interface Ethernet 100Base-TX/10Base-T e uma interface RS-232;

4. Interface USB (backup e download de programas);

5. Interface de comunicação CANopen®/easyNet. (O protocolo CAN e o

easyNET podem ser executados em paralelo pela CPU);

6. LED de indicação de modo Run/Stop do PLC.

7. LED SF de indicação de falhas.

8. Chave seletora de modo Run/Stop do PLC.

9. Slot para Multimedia card (MMC).

47

2.2.4 PLC Compacto Siemens SIMATIC S7-300 CPU 314C-2PN/DP

A CPU 314C-2 PN/DP Siemens SIMATIC S7-300 (Ver Figura 17) é o PLC

compacto projetado para sistemas com estrutura descentralizada. Com suas

entradas/saídas digitais e analógicas integradas é possível conexão direta com o

processo. As interfaces integradas mestre/escravo PROFIBUS DP e PROFINET IO-

Controller/I-Device permitem conectar componentes periféricos descentralizados via

PROFIBUS e PROFINET. Desse modo, a CPU 314C-2 PN/DP pode operar como

uma unidade descentralizada para pré-processamento de alta velocidade e como

controlador de alto nível com sistema fieldbus subordinado em PROFIBUS e

PROFINET (Siemens AG2, 2019).

Figura 17 - PLC Compacto Siemens SIMATIC S7-300 CPU 314C-2PN/DP. Fonte: Siemens AG2 (2019).

48

Conforme Siemens AG2 (2019), uma visão geral acerca dos recursos da

CPU 314C-2 PN/DP pode ser listada conforme segue:

• CPU compacta com entradas/saídas integradas: 24 entradas digitais

(todas para processamento de alarmes), 16 saídas digitais, bem como 5

entradas analógicas e 2 saídas analógicas;

• Possui funções tecnológicas tais como: contagem, medição de

frequência, medição de período, modulação por largura de pulso,

controle PID, controle de posicionamento, etc.;

• Processador com tempo de execução de aproximadamente 60 ns por

instrução binária e 0,59 µs por operação de ponto-flutuante;

• Possui 192 KB (equivalente a 64 mil instruções) de memória RAM de alta

velocidade;

• Os SIMATIC Micro Memory Cards (máximo de 8 MB), além de memória

de carregamento para o programa, também permitem que o projeto seja

armazenado na CPU (incluindo símbolos e comentários);

• Conexão descentralizada de E/S via PROFIBUS e PROFINET;

• Interface combinada mestre/escravo MPI/PROFIBUS DP;

• Interface PROFINET com switch de duas portas, baseada em Ethernet;

• PROFINET IO-Controller para operação descentralizada de E/S;

• PROFINET I-Device para conectar a CPU como dispositivo PROFINET

inteligente sob um controlador PROFINET IO SIMATIC ou de terceiros;

• Component Based Automation (CBA) em PROFINET;

• Proxy PROFINET CBA como intermediário para dispositivos inteligentes

no PROFIBUS DP;

• Servidor Web integrado que permite ao usuário criar páginas Web;

• Servidor OPC SIMATIC NET para comunicação com outros

controladores e dispositivos de E/S com CPU integrada;

• PROFINET com Modo Isócrono (fornece sincronização para o fluxo de

informação, ou seja, viabiliza uma taxa de tempo fixa para transmissão

de dados);

• Configuração de hardware e criação de programas através do software

STEP 7.

49

Com base no manual de especificações técnicas (Siemens AG1, 2011) e as

indicações numéricas da Figura 18, a CPU 314C-2 PN/DP Siemens SIMATIC S7-

300 possui os seguintes controles e indicadores:

Figura 18 - Controles do operador e indicadores da CPU 314C-2 PN/DP. Fonte: Siemens AG1 (2011).

1. Indicadores de status e de erro;

2. Slot com ejetor para o SIMATIC Micro Memory Card;

3. Terminais das entradas e saídas integradas;

4. Conexão da fonte de alimentação;

5. Interface X1 (MPI/DP);

6. Interface X2 (PN), com comutador de porta dupla;

50

7. Porta PROFINET 2 (P2):

• O status da porta 2 é sinalizado usando um LED de duas cores:

i. LED em verde: o LINK para um parceiro está ativo;

ii. LED muda para amarelo: tráfego de dados ativo (RX/TX);

• R: Porta de toque para configurar uma topologia de anel com

redundância de mídia;

8. Porta PROFINET 1 (P1);

• O status da porta 2 é sinalizado usando um LED de duas cores:

i. LED em verde: o LINK para um parceiro está ativo;

ii. LED muda para amarelo: tráfego de dados ativo (RX/TX);

• R: Porta de toque para configurar uma topologia de anel com

redundância de mídia;

9. Endereço MAC e código de barras 2D;

10. Seletor de modo Run/Stop/MRES.

51

2.2.5 Conjunto de Inicialização AXC 1050 PN STARTERKIT

O AXC 1050 PN STARTERKIT (Ver Figura 19) é uma combinação entre o

controlador compacto AXC 1050, o acoplador de bus AXL F BK PN (elemento de

ligação entre uma rede PROFINET e o sistema E/S modular em bloco Axioline F), os

módulos I/O AXL F DI/DO 16, a fonte de alimentação STEP POWER, o software PC

Worx com Quickstart e demais acessórios que permite a criação e inicialização de

um sistema PROFINET básico (PHOENIX CONTACT3, 2019).

Figura 19 - Conjunto de Inicialização AXC 1050 PN STARTERKIT. Fonte: PHOENIX CONTACT1 (2015).

O AXC 1050 é um controlador modular de pequena escala para comando

direto de E/S Axioline, com duas interfaces Ethernet, programável conforme norma

IEC 61131-3 a partir do software de automação PC Worx e projetado para simples

operação e máximo desempenho em ambientes industriais hostis (PHOENIX

CONTACT2, 2017).

52

A Figura 20 ilustra em perspectiva o controlador AXC 1050.

Figura 20 - Controlador modular de pequena escala AXC 1050. Fonte: PHOENIX CONTACT2 (2017).

Dentre os principais recursos do controlador AXC 1050 é possível destacar

os seguintes (PHOENIX CONTACT4, 2019):

• PROFINET IO-Controller (até 16 dispositivos) e/ou dispositivo PROFINET

Modbus/TCP-Client;

• Suporte de inúmeros protocolos, como: http, https, FTP, SNTP, SNMP,

SMTP, SQL, MySQL, DCP, etc.

• Configuração e programação através do software PC Worx Express

(norma IEC 61131-3);

• Até 63 módulos AXIO I/O podem ser montados lado a lado;

• Configuração por USB;

• Servidor Web - HTML5 e JAVA;

• Cartão SD até 2 GB como memória de parametrização plugável opcional;

• 2 interfaces Ethernet (switch integrado).

53

Seguindo a Figura 21 com indicações numeradas é apresentada a lista de

elementos de conexão e operação presentes no controlador AXC 1050 e

apresentada logo em seguida (PHOENIX CONTACT2, 2017).

Figura 21 - Elementos de conexão e operação do controlador AXC 1050. Fonte: PHOENIX CONTACT2 (2017).

1. Módulo de soquete de barramento Axioline F;

2. Botão de reset;

3. Interface de serviço (X4);

4. Módulo eletrônico;

5. Interfaces Ethernet (X1, X2);

6. Guia FE (X3) de 2,8 mm, para conexão opcional ao aterramento;

7. Conector para ligar a tensão de alimentação;

8. Slot para cartão SD.

54

2.3 PADRÃO ETHERNET

2.3.1 História do Padrão Ethernet

O uso de um canal compartilhado é um dos principais conceitos por trás da

Ethernet e pode ser atribuído aos esforços pioneiros do Dr. Norman Abramson e

seus colegas da Universidade do Havaí no início dos anos 1970 (HELD, 2003).

Com um sistema de transmissão de rádio para comunicação entre as ilhas

havaianas através de um canal compartilhado, Dr. Norman Abramson e seus

colegas desenvolveram o conceito de ouvir o canal antes da transmissão,

transmitindo um quadro de informações, ouvindo a saída do canal para determinar

se ocorreu colisão e, no caso da colisão, aguardando um período de tempo aleatório

antes da retransmissão. Esse sistema foi chamado de ALOHA e formou a base para

o desenvolvimento do padrão Ethernet e de vários outros sistemas de contenção de

canal (HELD, 2003).

Em 1973, inspirado pelo experimento em rede com ca