Redes Industriais - Parte2

REDES REDES INDUSTRIAISINDUSTRIAIS

Parte 2Unidades 3 a 6

PROF: Clidenor Filho

O presente material constitudo por sees elaboradas e organizadas a partir de livros, apostilas, catlogos de fabricantes e demais referncias de comprovada relevncia para o estudo de redes de comunicaes industrias, os quais esto referenciados ao final de cada unidade, selecionados pelo Professor Clidenor Ferreira de Arajo Filho.

Redes Industriais Parte 2 Redes de Comunicao

o Unidade 3 Introduo s Redes Industriais o Unidade 4 Interface ASI o Unidade 5 Profibus o Unidade 6 Devicenet

Setembro 2005

Prof. Clidenor Filho Introduo s Redes Industriais

INTRODUO S REDES INDUSTRIAIS

Uma rede industrial consiste numa variedade notvel de domnios (uma fbrica de produo de produtos alimentares, superviso de mquinas, etc). Tais domnios so potenciais usurios das redes de campo, sendo que para alguns, as redes de campo esto infiltradas na configurao da produo. Assim, a abordagem s redes de campo deve considerar todas estas diferentes necessidades.

3.1 NVEIS DE UMA REDE INDUSTRIAL Numa rede industrial coexistem equipamentos e dispositivos de todo o tipo, os quais podem ser agrupados hierarquicamente para estabelecer ligaes mais adequadas para cada rea. Desta forma, so definidos trs nveis de hierarquias cada qual responsvel pela conexo de diferentes tipos de equipamentos com suas prprias caractersticas de informao: Nvel de Informao (Nvel 2): o nvel mais elevado, o qual destinado a um

computador central que processa o escalonamento da produo da planta e permite operaes de monitoramento estatstico da planta sendo implementado, geralmente, por softwares gerenciais (MIS). O padro Ethernet operando com o protocolo TCP/IP o mais comumente utilizado neste nvel.

Nvel de controle (Nvel 1): a rede central localizada na planta incorporando

PLCs, DCSc e PCs. A informao deve trafegar neste nvel em tempo real para garantir a atualizao dos dados nos softwares que realizam a superviso da aplicao.

Nvel de controle discreto ou de E/S (Nvel 0):, se refere geralmente s ligaes

fsicas da rede ou o nvel de I/O. Este nvel de rede conecta os equipamentos de baixo nvel entre as partes fsicas e de controle. Neste nvel encontram-se os sensores discretos, contatores e blocos de I/O.

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Figura 3.1.- Nveis de uma rede industrial Nota-se que esta estrutura no universal, existindo casos onde se encontram mais ou menos nveis, dependendo da dimenso do processo e da prpria indstria.

3.2 MOTIVAO PARA REDES INDUSTRIAIS A maioria das redes de comunicao existentes no mercado procuraram atender a demanda existente na automao de escritrios. A grande maioria destas redes so baseadas no protocolo CSMA/CD, com o qual se iniciaram os desenvolvimentos de redes locais. A comunicao de dados em ambiente industrial apresenta, no entanto, caractersticas e necessidades que tornam a maioria das redes para automao de escritrio inadequadas. Algumas destas caractersticas so:

ambiente hostil para operao dos equipamentos (perturbaes eletromagnticas, elevadas temperaturas, sujeira, etc.);

a troca de informaes se d, na maioria das vezes, entre equipamentos e no entre um operador humano e o equipamento;

os tempos de resposta e a segurana dos dados so crticos em diversas situaes;

uma grande quantidade de equipamentos pode estar conectada na rede, o que torna a questo de custos muito importante.

3.3 PROTOCOLOS DE ACESSO INDUSTRIAIS As redes de difuso apresentam aspectos interessantes que as tornam uma soluo bastante adequada aos requisitos de comunicao industrial. Um problema importante na utilizao das redes de difuso o mtodo de acesso ao meio (que compartilhado) pois, uma vez que vrios equipamentos devero trocar informaes num dado instante, a

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deciso de quem vai ter o direito de uso do meio para o envio de uma mensagem no uma tarefa evidente, como ser visto nesta seo. Os protocolos de acesso ao meio tem papel fundamental no tempo de entrega de uma mensagem via rede. Como veremos a seguir, este tempo importante para aplicaes com caractersticas de tempo real. Aplicaes Industriais freqentemente requerem sistemas de controle e superviso com caractersticas de Tempo-Real. Um Sistema Tempo-Real um sistema computacional para o qual requerida uma reao a estmulos (fsicos ou lgicos) oriundos do ambiente dentro de intervalos de tempo impostos pelo prprio ambiente (Figura 3.2). A correo no depende somente dos resultados lgicos obtidos, mas tambm do instante no qual so produzidos.

Figura 3.2. Sistema de Controle em Tempo-Real. A arquitetura de sistemas computacionais utilizados para controle e superviso de processos industriais em tempo real tem apresentado nos ltimos anos uma clara tendncia para a distribuio das funes de controle, como ilustrado na Figura 3.3.

Figura 3.3. Arquitetura STR.

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Em aplicaes tempo real, importante poder determinar o comportamento temporal do sistema de comunicao envolvido. As mensagens em sistemas de tempo real podem ter restries temporais associadas e podem ser classificadas em:

Peridicas: tem que ser enviadas em intervalos conhecidos e fixos de tempo. Ex.: mensagens ligadas a malhas de controle.

Espordicas: mensagens sem perodo fixo, mas que tem intervalo de tempo mnimo entre duas emisses consecutivas. Ex.: pedidos de status, pedidos de emisso de relatrios.

Aperidicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, sem perodo nem previso. Ex.: alarmes em caso de falhas.

Do ponto de vista da programao distribuda, o suporte de transmisso constitui um recurso compartilhado entre as estaes a ele conectadas. Os mtodos de definio de direito de acesso utilizados nas redes locais so os denominados protocolos de acesso ao meio. O problema de comunicao em tempo real tem forte ligao com o tipo de protocolo de acesso ao meio adotado. Os protocolos de acesso ao meio (situados na subcamada MAC - vista na Unidade 2), utilizados, precisam garantir rpido acesso ao suporte de transmisso para mensagens espordicas de alta prioridade. Tais protocolos devem tambm atender mensagens peridicas com a maior eficincia possvel. Dentre os protocolos que atendem s exigncias de comportamento temporal mencionadas, merecem destaque os protocolos:

CSMA/NBA Carrier Sense Multiple Access with Non Destructive Bitwise Arbitration

CTDMA Concurrent Time Domain Multiple Access CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection (j visto na

Unidade 2)

3.3.1 CSMA/NBA Atravs deste protocolo qualquer n pode acessar o suporte de comunicao quando este se encontrar livre. Caso haja conteno (disputa), ocorrer arbitragem bit a bit baseada na prioridade da mensagem que funo de um identificador (precedncia) de pacote de 11 bits. Cada n inicia um processo de transmisso e escuta o meio para conferir bit a bit se o dado enviado igual ao dado recebido. Os bits do campo identificador com um valor dominante sobrescrevem os bits com um valor recessivo, de acordo com a seguinte precedncia: o bit 0 dominante sobre o bit 1. Qualquer transmissor pode acionar o barramento no estado dominante. O barramento pode estar no estado recessivo quando nenhum transmissor estiver no estado dominante. Se um n que transmite um bit recessivo recebe um bit dominante enquanto envia o campo de arbitragem, ele pra de transmitir. Logo, o vencedor de uma arbitragem entre dois ns transmitindo simultaneamente o com o menor numero do identificador. Vale ressaltar que, dois ns jamais podero apresentar o mesmo identificador. A Figura 3.4 ilustra o processo de arbitragem.

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Figura 3.4. CSMA/NBA. Suponha que os ns 1, 2 e 3 iniciem a transmisso simultaneamente. Todos os ns escrevem e lem o mesmo bit do barramento at que o n 2 tenta escrever um bit recessivo (1) e l no barramento um bit dominante (0). Neste momento o n 2 passa para o modo de leitura. Um pouco mais frente o mesmo acontece com o n 1. Isto significa que o valor do identificador da mensagem 3 tem um menor valor binrio e portanto, uma maior prioridade que as demais mensagens. Para evitar que um n gerador de uma mensagem de alta prioridade monopolize o suporte de transmisso tentando transmitir novas mensagens com a mesma prioridade imediatamente aps a primeira, o espao entre frames consecutivos preenchido por um campo de bits em 1 inserido no final do quadro, com comprimento definido. O suporte de transmisso s considerado livre para um n enviar nova mensagem aps ter detectado que o espao interframes no foi interrompido por um bit em 0. Isto implica em que a estao possuidora da mensagem de alta prioridade ter que esperar ao menos o envio de uma mensagem de prioridade menor para tomar o suporte de transmisso para si novamente (isto ser feito no espao interframes de mensagem menos prioritria).

3.3.2 CTDMA Este protocolo possui dois tipos de servio, o servio programado e o no programado. O servio programado permite que cada n configurado tenha o seu momento para transmitir em cada intervalo. O servio no-programado tem incio com um n diferente em cada intervalo. Durante o intervalo cada n pode realizar diferentes acessos a rede dependendo da carga da rede.

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Figura 3.5. CTDMA.

3.4 MODELOS DE REDES INDUSTRIAS As redes industrias suportam dois modelos principais na modelagem de suas topologias. So eles os modelos Fonte/Destino (Mestre/Escravo e Peer-to-Peer) e Produtor/Consumidor (Multi-Mestre, Mudana de Estado do Dado e Cclico).

3.4.1 FONTE/DESTINO Neste modelo as informaes so trocadas entre dispositivos endereados, ou seja, os quadros de dados necessitam dos endereos fonte e destino, como mostra a Figura 3.6.

Figura 3.6. Modelo Fonte/Destino.

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3.4.1.1 Mestre/Escravo O PLC ou scanner possui a funo de mestre e realiza um polling dos dispositivos de E/S ditos escravos. Os escravos somente respondem s interrogaes do mestre. Neste sistema o mestre fixo, existindo apenas um mestre por rede.

(a)

(b)

Figura 3.7. Modelo Mestre/Escravo.

3.4.1.2 Peer-to-Peer Redes peer-to-peer no possuem um mestre fixo, ou seja, nenhum dispositivo possui a princpio prioridade sobre os demais. Cada n tem o direito de gerar mensagens para a rede, quando de posse de uma permisso (token). O mecanismo de passagem de token pode ser baseado na posio do n no anel virtual ou definido por um mecanismo de prioridades.

(a)

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(b)

Figura 3.8. Modelo Peer-to-Peer.

3.4.2 PRODUTOR/CONSUMIDOR Neste paradigma os dados so identificados pelo seu contedo. A mensagem no necessita explicitar os endereos fonte e destino dos dados. Tambm no existe o conceito de mestre. Qualquer n (dispositivo) pode iniciar um processo de transmisso. Vale ressaltar que, este paradigma permite tambm a utilizao dos modelos apresentados anteriormente.

Figura 3.9. Modelo Produtor/Consumidor. 3.4.2.1 Multi-Mestre Neste modelo uma mensagem pode alcanar diversos destinatrios simultaneamente. Na Figura abaixo temos um exemplo com a troca de duas mensagens:

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Mensagem #1 A referncia de posio do sensor transmitida em multicast aos dispositivos

CTRL1, 2 e HMI.

Mensagem #2 O comando de velocidade do CTRL1 transmitido simultaneamente aos trs

drives e ao HMI.

Figura 3.10. Modelo Multi-Mestre. 3.4.2.2 Mudana de Estado Neste modelo os dispositivos relatam mudanas de estados. Logo, ao invs de termos um mestre realizando a leitura cclica de cada dado, os dispositivos de campo enviam os dados ao mestre quando houver variao de um valor em uma varivel. Como conseqncia o trafego na rede reduzido e o desempenho ampliado. Tambm possvel configurar uma mensagem de heart beat. O dispositivo envia uma mensagem quando um dado variou ou quando o sistema ficar sem comunicao por um perodo de tempo determinado. Desta forma, sabe-se que o dispositivo est ativo ou no.

(a)

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(b)

Figura 3.11. Modelo Mudana de Estado.

3.4.2.3 Cclico Os dispositivos de campo atualizam o mestre periodicamente em bases de tempo pr-estabelecidas, ou seja, os dispositivos relatam dados em intervalos de tempo configurados pelo usurio. Tal modelo apresenta-se extremamente adequado aplicaes com pequena variao de E/S analgica, uma vez que o trfego na rede reduzido. O modo de operao deste modelo permite ainda a implementao dos modelos mudana de estado e produo cclica, os quais so configurveis n a n.

Figura 3.12. Modelo Cclico. Vale ressaltar que, nestes dois ltimos tipos de mensagens o consumidor deve enviar um ACK ao produtor.

3.5 CONFIABILIDADE Em aplicaes industriais onde so transmitidos muitos cdigos de comando, leitura de medidores e comando de atuadores, um erro de um Bit qualquer pode ter conseqncias desastrosas. A transferncia de programas para mquinas de Comando Numrico, por exemplo, exige um sistema altamente confivel, pois so transmitidos cdigos de comando cuja mnima alterao pode produzir danos de elevado custo. Desta forma, redes industriais de comunicao tem que oferecer uma elevada confiabilidade.

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Para aumentar esta confiabilidade nas mensagens transmitidas, normalmente usado um teste cclico de redundncia (CRC - Cyclic Redundance Check), j visto na Unidade 2. Em sistemas que necessitem de uma operao contnua, pode ser utilizado um meio de transmisso e estaes de controle redundantes. Alm disso, os cabos utilizados em geral so blindados.

3.6 CLASSIFICAO DAS REDES INDUSTRIAIS As redes de equipamentos so classificadas pelo tipo de equipamento conectado a elas e o tipo de dados que trafega pela rede. Os dados podem ser bits, bytes ou blocos. As redes com dados em formato de bits transmitem sinais discretos contendo simples condies ON/OFF. As redes com dados no formato de byte podem conter pacotes de informaes discretas e/ou analgicas e as redes com dados em formato de bloco so capazes de transmitir pacotes de informao de tamanhos variveis. Assim, classificam-se as redes quanto ao tipo de rede de equipamento e os dados que ela transporta como: Redes de campo efetivas

o DeviceBus o FieldBus);

Redes de campo de nvel mais baixo

o SensorBus

Figura 3.13. Classificao das Redes.

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3.6.1 REDES DE CAMPO DE BAIXO NVEL Elas ligam ns sem ou com inteligncia limitada com propsito de acessarem dados elementares de outro n do processo, tal como estados de entrada/sada dos sensores e atuadores.

3.6.1.1 SensorBus A rede sensorbus conecta equipamentos simples e pequenos diretamente rede. Os equipamentos deste tipo de rede necessitam de comunicao rpida em nveis discretos e so tipicamente sensores e atuadores de baixo custo. Estas redes no almejam cobrir grandes distncias, sua principal preocupao manter os custos de conexo to baixos quanto for possvel. Exemplos tpicos de rede sensorbus incluem Seriplex, ASI e INTERBUS Loop.

3.6.2 REDES DE CAMPO EFETIVAS A palavra "campo" sugere qualquer coisa como geogrfico ou limite contextual. Isto particularmente verdadeiro em diferentes nveis de abstrao, conforme poderemos verificar posteriormente quando tratarmos da integrao e da produo (caso da produo integrada por computador - CIM). Por outro lado, a palavra "rede" bem conhecida na cincia da computao: uma rede constitui-se por um conjunto de linhas eltricas comuns, ligando vrios circuitos para transferir dados entre eles. Sem entrar em detalhes, quero no entanto, mencionar a relao entre "linhas comuns" e "vrios circuitos": contrariamente a ligaes ponto-a-ponto, as quais permitem dois circuitos trocar dados, uma rede une normalmente um grande nmero de entidades que desempenham um papel ativo nessa troca. Por outro lado, uma rede de campo transfere, na maior parte dos casos, informao de uma forma sequencial (srie, uma aps outra). A vantagem de uma transferncia srie a requisio de apenas um nmero limitado de linhas (cerca de 2 a 3 na maioria dos casos), que permitem cobrir grandes distncias. Este nvel agrupa todas as redes que permitem a transmisso de quadros com o tamanho de 12 a 256 bytes. A resposta temporal da ordem dos mili-segundos aos dcimos de segundo. As redes de campo tm a tarefa de ligar unidades inteligentes que cooperam no processamento do trabalho produtivo, necessitando de mais respostas imediatas a tempos crticos que nos nveis mais elevados de uma cadeia produtiva. Uma vez que os ns funcionam conjuntamente, na maior parte dos casos, um n coordena e distribui tarefas, o que corresponde a uma das razes pelas quais as redes de campo so construdas baseadas em uma hierarquia mestre-escravo ("master-slave"): o mestre controla operaes e comunicaes atravs de, ciclicamente, questionar os escravos -"polling"- que lhe podem responder apenas se ele lhes permitir. Este modo de procedimento elimina qualquer confuso na rede, uma vez que o protocolo permite apenas que um n possa transmitir dados de cada vez. No entanto, esta estrutura rgida apresenta problemas no que diz respeito ao mestre: se um n mestre pra de trabalhar corretamente, tudo deixa de funcionar. A maior parte das redes de campo atuais, tais como a Profibus FMS ou a nova BitBus (IEEE-1118), capaz de comutar o papel de mestre para outro n se tal for necessrio, ou se um mestre estiver inativo.

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Por fim, possvel cobrir uma parte do nvel imediatamente abaixo de uma rede de campo, embora de uma forma limitada. Isto requer uma estimao precisa da quantidade de dados global que ela deve suportar para evitar sobrecarga. Adicionalmente, a maior parte das redes de campo permitem o acesso aos recursos das camadas inferiores, tais como PLCs, cobrindo assim algumas dessas camadas. Neste caso tambm importante estabelecer de uma forma precisa a capacidade suficiente de comunicao: a carga da rede deve ser o mais reduzida possvel para permitir uma rpida reao s alteraes de estado dos seus sinais.

3.6.2.1 Redes DeviceBus A rede devicebus preenche o espao entre redes sensorbus e fieldbus e pode cobrir distncias de at 500 m. Os equipamentos conectados a esta rede tero mais pontos discretos, alguns dados analgicos ou uma mistura de ambos. Alm disso, algumas destas redes permitem a transferncia de blocos em uma menor prioridade comparado aos dados no formato de bytes. Esta rede tem os mesmos requisitos de transferncia rpida de dados da rede de sensorbus, mas consegue gerenciar mais equipamentos e dados. Alguns exemplos de redes deste tipo so DeviceNet, Smart Distributed System (SDS), Profibus DP, LONWorks e INTERBUS-S.

3.6.2.2 Redes FieldBus A rede fieldbus interliga os equipamentos de I/O mais inteligentes e pode cobrir distncias maiores. Os equipamentos acoplados rede possuem inteligncia para desempenhar funes especficas de controle tais como loops PID, controle de fluxo de informaes e processos. Os tempos de transferncia podem ser longos mas a rede deve ser capaz de comunicar-se por vrios tipos de dados (discreto, analgico, parmetros, programas e informaes do usurio). Exemplo de redes fieldbus incluem IEC/ISA SP50, Fieldbus Foundation, Profibus PA e HART.

3.7 PIRMIDE CIM Antes da escolha da soluo para um problema, necessrio efetuar uma anlise abstrata, independentemente de consideraes econmicas, polticas ou comerciais e da dificuldade de evita-las posteriormente. Numa fbrica existem vrios nveis de processamento de dados, cada um deles com os seus prprios requisitos. A administrao possui megabytes de dados, mas o seu tempo de resposta no critico e reside num intervalo que varia desde alguns minutos at algumas horas ou dias (os backups so efetuados uma vez por dia, os relatrios para os gestores podem tolerar algumas horas sem que da resulte qualquer problema). A produo, ao contrrio, que o principal usurio das redes de campo, possui constrangimentos diferentes. Em um nvel mais baixo, encontramos redes que transferem apenas poucos bytes, porm sua reao temporal deve ocorrer em alguns mili ou micro-segundos.

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Figura 3.14. Pirmide CIM. Tais diferenas definem o primeiro critrio para avaliar a escolha do tipo de rede a adotar. Parmetros tais como tempo de resposta e quantidade de dados so geralmente conhecidos para determinada aplicao, embora possam mais tarde no serem facilmente integrados num conceito bem estruturado, tal como o da pirmide CIM.

3.8 PROJETOS DE REDES INDUSTRIAIS As exigncias de comunicao entre unidades para a integrao flexvel dos sistemas de automao, descritas nos itens anteriores, evidenciam a necessidade de uma especificao de redes locais para aplicaes industriais diferente daquela adotada em automao de escritrio. Existem diversas redes proprietrias para ambiente fabril, desenvolvidas por grandes empresas e que normalmente utilizam um protocolo especfico desenvolvido pelo prprio fabricante. Estas redes no permitem a interligao de equipamentos de outros fabricantes. Desta forma o usurio fica na total dependncia de um nico fornecedor. A arquitetura das redes de comunicao industrial deve integrar sistemas heterogneos de diferentes fabricantes, suportando tanto a operao de cho de fbrica quanto as funes de apoio produo. A definio de padres de protocolos de comunicao e a sua adoo por diferentes fabricantes dever permitir a interconexo (interoperabilidade) e at mesmo a intercambiabilidade das vrias unidades de processamento (neste caso, equipamentos produzidos por fabricantes diferentes podem ser facilmente incorporados instalao, simplesmente conectando-os ao sistema de comunicao). Entre as diversas iniciativas para padronizao para redes industriais, merece destaque o Projeto MAP (incluindo MAP/EPA e MINI-MAP) como a primeira tentativa de criao de uma verdadeira rede de comunicao industrial.

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3.9 PROJETO MAP O projeto MAP tem como mrito a apresentao de uma proposta concreta para a comunicao no ambiente de fbrica, estabelecendo as condies necessrias para a integrao dos componentes de automao em um ambiente integrado segundo a pirmide CIM. O projeto MAP nasceu no incio dos anos 80 por iniciativa da GM (General Motors). Na poca, apenas 15% dos equipamentos programveis de suas fbricas eram capazes de se comunicar entre si. Alm disso, os custos de comunicao eram muito elevados, avaliados em 50% do custo total da automao, isto devido s conexes especiais necessrias entre cada equipamento. Ainda, cada nova instalao ou expanso no sistema existente estava associada a uma despesa no desprezvel. Considerando que, na poca, estava previsto que a quantidade de equipamentos programveis deveria sofrer uma expanso de 400 a 500% num prazo de 5 anos, o problema de comunicao tornou-se, efetivamente, uma prioridade a nvel da empresa. Diante do grave problema, a deciso deveria ser tomada no sentido de definir uma soluo que estivesse associada ao desenvolvimento de uma proposta padronizada que permitisse interconectar todos os equipamentos da planta. Neste contexto, surgiu o projeto MAP, atravs da criao de uma fora tarefa reunindo profissionais das diversas divises da GM, cujo objetivo inicial era investigar a possibilidade de utilizao do modelo de referncia OSI como base para a proposta padronizada da empresa. Um ano mais tarde, em 1981, a GM uniu-se a outras empresas - Digital Equipment Corporation (DEC), Hewlett-Packard (HP) e IBM - definindo a soluo do problema baseada na utilizao de uma arquitetura de comunicao para rede local baseada no modelo a sete camadas do OSI. Uma primeira preocupao deste grupo de trabalho foi a seleo de alguns dos padres de protocolo definidos para o modelo OSI que pudessem ser adotados na arquitetura MAP. A partir dai o projeto foi ganhando corpo e adeses por parte de outras empresas, tornando-se uma realidade nos anos 90 e dando origem a outras propostas de arquiteturas de comunicao orientadas a outros nveis das atividades da empresa.

3.9.1 ARQUITETURA MAP Uma vez adotado o modelo OSI como referncia para a arquitetura de comunicao, o problema era selecionar as propostas a serem implementadas a nvel de cada camada. Para as camadas 1 e 2, foram selecionados, respectivamente, as normas IEEE 802.4 (Token Bus) e IEEE 802.2 (LLC). Do ponto de vista da camada Fsica, foi escolhido o suporte de comunicao em banda larga (broadband), em funo das seguintes razes:

possibilidade de definio de vrios canais de comunicao sobre um mesmo suporte de comunicao, o que permitiria a coexistncia de vrias redes, minimizando as modificaes de cablagem durante a transio para MAP;

permitiria a troca de outros sinais, como voz e imagem para determinadas aplicaes, tais como a superviso, o circuito fechado de TV, a teleconferncia etc;

broadband parte da norma IEEE 802.4 e estava sob estudos suportar o padro IEEE 802.3 (CSMA/CD);

GM j possua muitas instalaes operando em broadband.

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J a escolha do Token Bus foi motivada por fatores como:

inicialmente, era o nico protocolo suportado em broadband; muitos equipamentos programveis j eram providos com o protocolo de enlace

suportado por broadband e IEEE 802; a possibilidade de implementar um esquema de prioridades de mensagens; em caso de falhas fsicas, mensagens de alta prioridade poderiam ser enviadas

num tempo limitado. Apesar das razes expostas acima para a escolha do barramento com ficha, esta foi uma escolha relativamente debatida, principalmente porque a arquitetura MAP a nica a adot-la e os circuitos integrados implementando IEEE 802.4 so utilizados exclusivamente para esta arquitetura. Alm disso, outras propostas tinham sido adotadas pelos grandes fabricantes: Ethernet (IEEE 802.3) no caso da DEC e IEEE 802.5 no caso da IBM. A nvel da camada de Enlace, embora as funes associadas sejam principalmente a deteco e recuperao de erros, optou-se por um protocolo que no implementasse estes servios, o LLC tipo 1, deixando estas funes a cargo dos nveis superiores (mais particularmente, o nvel Transporte). O servio de Rede sem conexo, cada mensagem sendo roteada individualmente atravs da rede. A norma ISO 8348, adotada a este nvel, permite definir um conjunto de regras de endereamento atravs da rede. O protocolo de roteamento utilizado aqui foi definido pelo projeto MAP e atualmente normalizado na ISO sob o nmero 9542. A nvel do Transporte, foi adotada a classe 4 do protocolo de Transporte da ISO (TP4, ISO 8072/73), orientado conexo, com controle de erros. O servio de Transporte oferece, ento, um canal de comunicao confivel, sem perdas, erros, nem duplicao de mensagens. TP4 assegura ainda as funes de fragmentao e montagem de mensagens, o que permite que as mensagens trocadas a este nvel sejam de qualquer dimenso. A norma ISO 8326/27 foi adotada para a camada de Sesso, assegurando as funes de comunicao full-duplex e de ressincronizao. Na camada de Apresentao, os problemas de representao de dados so resolvidos com a adoo da sintaxe abstrata ASN.1, que serve de linguagem comum s diferentes formas de representao dos dados, caractersticas de cada equipamento. Dentre as funes oferecidas aos processos de aplicao, foram definidas, na camada de Aplicao, as seguintes normas:

MMS, para a troca de mensagens entre equipamentos de produo (que ser visto em detalhes mais a frente);

FTAM, para o acesso e a transferncia de arquivos; ROS, para a gesto de nomes (diretrio); funes de gerenciamento de rede, para a gesto dos recursos, medio de

desempenho e modificao dos parmetros da rede. A Figura 3.15 apresenta as escolhas efetuadas a nvel do projeto MAP, incluindo as verses EPA e Mini-MAP, que so consideradas aperfeioamentos do projeto original. Como a partir da verso 3.0 ocorreu uma unificao dos projetos MAP e TOP, a figura apresenta tambm as normas adotadas para a arquitetura TOP (Technical Office Protocol).

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Figura 3.15. Especificao MAP/TOP 3.0.

3.9.2 ARQUITETURA MAP-EPA Dadas as necessidades especficas de cada nvel hierrquico de uma empresa, verificou-se que a proposta MAP original no permitia cobrir todos os nveis considerados, sendo mais adequada aos nveis superiores. A razo principal disto que, apesar da excelente qualidade dos servios oferecidos, a arquitetura com sete camadas oferece um overhead que passa a ser indesejvel nos nveis mais baixos das atividades de uma empresa, sobretudo para aplicaes com tempo de resposta crtico. Uma primeira soluo para este problema foi a definio de uma verso simplificada da arquitetura MAP, denominada MAP-EPA (Enhanced Performance Architecture). A Figura 3.16 apresenta a proposta MAP-EPA. Esta proposta foi baseada na definio de duas pilhas de protocolos, a pilha normal Full-MAP e a pilha MAP-EPA, desprovida das camadas de Rede, Transporte, Sesso e Apresentao. Do ponto de vista das camadas baixas, o protocolo IEEE 802.4 continuava sendo adotado, porm sobre um suporte de transmisso em banda de base (baseband) a 5 Mbps. Nesta arquitetura, um processo de aplicao tem a opo de enviar seus dados atravs da pilha normal ou, em casos onde o requisito seja um tempo de resposta rpida, pela pilha MAP-EPA. Evidentemente, o fato das camadas 3 a 6 estarem ausentes acarreta a perda dos servios oferecidos por estas.

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Figura 3.16. Arquitetura MAP-EPA.

3.9.3 ARQUITETURA MINI-MAP Uma terceira opo relacionada com a norma MAP foi a arquitetura Mini-MAP, baseada igualmente na supresso das camadas 3 a 6 para eliminar o overhead dos protocolos daquelas camadas. A arquitetura Mini-MAP composta unicamente do segmento simplificado de MAP-EPA, e foi assim definida para evitar o alto custo das pilhas de protocolos paralelas de MAP-EPA (Figura 3.17). Esta nova proposta era dedicada aos nveis mais baixos, permitindo a comunicao em aplicaes mais simples como, por exemplo, entre sensores inteligentes. O fato de no possuir a camada de Transporte fez introduzir um protocolo de Enlace mais sofisticado que o da proposta MAP, o LLC tipo 3, datagrama com reconhecimento.

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Figura 3.17. Arquitetura Mini-MAP.

3.9.3 PROTOCOLO MMS O protocolo MMS (Manufacturing Message Services or Specifications) foi normalizado na ISO como sendo o conjunto de servios de comunicao oferecido s aplicaes industriais, particularmente para viabilizar, dentro do ambiente OSI, as interaes entre equipamentos de produo programveis. MMS o resultado dos trabalhos realizados no contexto do projeto MAP, para a definio de um conjunto de servios de comunicao orientados s aplicaes industriais. Atualmente, MMS tornou-se norma internacional, fazendo parte da camada de Aplicao da verso 3.0 de MAP, publicada em agosto de 1988. Sua documentao apresenta, de forma geral, como os servios e o protocolo podem ser aplicados no contexto da utilizao de um equipamento de produo genrico, sem levar em conta as particularidades de uma classe de equipamentos especfica. O objetivo de MMS oferecer servios de comunicao que permitam a um sistema aberto (no sentido OSI) acessar os recursos existentes em outros sistemas abertos conectados rede de comunicao. Eles permitem cobrir grande parte das necessidades de comunicao entre sistemas de produo, como, por exemplo, o carregamento remoto de programas, o controle remoto de um equipamento, a elaborao de relatrios de produo etc.

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Os programas escritos pelos programadores de aplicao vo acessar (direta ou indiretamente) as primitivas de servio MMS, que vo manipular objetos virtuais representando os recursos reais disponveis num equipamento de produo distante.

3.9.3.1 Objetos MMS Os usurios dos servios MMS so os processos de Aplicao (APs Application Processes) executados num equipamento de produo ou num computador de superviso. A comunicao entre dois APs atravs dos servios MMS realizada segundo um modelo Cliente-Servidor, onde o usurio Cliente aquele que requisita uma operao sobre os recursos disponveis num equipamento de produo distante, este sendo modelado por um usurio Servidor. O objeto de base definido em MMS o Dispositivo Virtual de Produo ou VMD (Virtual Manufacturing Device), que representa, no contexto dos servios MMS, um equipamento real de produo. Todo processo de aplicao modelado por um Servidor MMS possui, no mnimo, um objeto VMD. O principal componente do VMD a Funo Executiva, responsvel pela gesto de acesso aos diferentes recursos do equipamento considerado, tais como memria, processadores, portas de E/S etc. O VMD define uma classe de objetos denominados domnios (Domains), que permitem reagrupar os programas e os dados necessrios execuo do equipamento considerado. Estes programas e dados podem ser definidos de maneira esttica ou dinmica por meio dos servios MMS. A execuo de programas gerenciada atravs de objetos denominados Invocao de Programa (Program Invocation), que podem, tambm, ser criados esttica ou dinamicamente. Um operador humano pode se comunicar com um equipamento de produo, fazendo a entrada e sada de dados graas definio de um objeto Estao Operador, sendo que um VMD pode gerenciar uma ou mais estaes de operador. A norma prev, ainda, objetos permitindo gerenciar a sincronizao de processos e o acesso concorrente a recursos, que so os objetos Semforos; para a deteco e o tratamento de eventos, os objetos Condio de Evento, Ao de Evento e Inscrio de Evento; e para a produo de relatrios de produo, os objetos Jornais. Foram definidos tambm objetos denominados variveis (variables), que podem ser alocados dentro de um VMD. As variveis podem se referir, por exemplo, a entradas e sadas de um CLP e podem ser lidas ou escritas remotamente. A cada classe de objetos MMS associada uma classe de servios responsveis da sua manipulao, sob demanda de um usurio Cliente remoto. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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Como Implementar Projetos com Foundation Fieldbus, SMAR Equipamentos Industriais Ltda, Catlogo do Departamento de Engenharia de Aplicaes da rea Nacional e Internacional associado ao Departamento de Treinamento, Sertozinho, 32 f., Agosto 1998.

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Prof. Clidenor Filho Interface ASI

INTERFACE ASI

4.1 CARACTERSTICAS GERAIS Com a grande tendncia mundial de se automatizar as linhas de produo e manufatura intregrando-as em sistemas computadorizados, criou-se a necessidade de se utilizar redes de comunicao para os sensores de proximidade e atuadores. A rede AS-Interface propicia a interligao de sensores e atuadores, via uma rede de baixo custo, e que pode operar no ambiente industrial poludo eletromagneticamente. Para se compatibilizar os componentes, 11 fabricantes de renome do ramo de sensores/atuadores se uniram em 1990 em um consrcio. O Projeto AS-Interface de antes tornou-se agora a Associao AS-Interface que tem como objetivos a padronizao internacional, o desenvolvimento contnuo do sistema, assim como a certificao dos produtos para a rede AS-Interface. No nvel de comando mais baixo esta rede interliga sensores, contatores, chaves de partida, sinalizadores, botoeiras, entre outros, sendo que a quantidade de informaes transmitidas se limitam a poucos bits. Para esta tarefa de interligao, os sistemas de transmisso de dados existentes antigamente, ou eram sobredimensionados ou simplesmente no podiam ser utilizados. Eles utilizavam condutores muito caros ou inadequados para a aplicao direta em campo (por exemplo: cabos de fibra de vidro, blindado ou inflexvel) e a quantidade de dados era grande demais. Os protocolos de dados no comportavam ou a parte eletrnica do comando era muito complexa para que cada sensor binrio pudesse se tornar participante do bus, j que o nmero deles poderia e pode ser enorme em grandes plantas industriais automticas ou semi-automticas. Alm disso, a montagem e a colocao em funcionamento deveriam ser efetuadas da forma mais simples possvel e sem formao especial para tal. Os custos de instalao deveriam ser baixos e a quantidade de dados a ser transmitida deveria ser suficiente. Por muito tempo a automao dos processos baseia-se no layout onde todos os sensores / atuadores possuem um fio de interligao com os controladores lgicos. Utilizando o sistema AS-Interface apenas um par de fio deve interligar todos os sensores atuadores, ou seja, a concepo da AS-Interface a de um sistema com um nico mestre e com varredura cclica. Traduzindo, significa que h somente um mdulo de comando (mestre) dentro da rede AS-Interface que consulta os dados de todos os outros participantes (escravos) em espaos de tempo exatamente definidos (varredura). O programa de controle na CPU no faz diferena se os dados foram obtidos via sistema de cabo normal com os mdulos de I/0 convencionais, ou atravs de uma rede AS-Interface. O que significa dizer que com apenas pequenas mudanas no software (endereamento) pode-se aplicar a rede AS-Interface em um PLC j existente.

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Figura 4.1. Layout da Automao de processos.

4.2 TOPOLOGIAS E ESPECIFICAES O sistema AS-Interface permite a montagem em qualquer topologia (barra, rvore e estrela), permitindo ainda que a qualquer momento possa se iniciar uma nova derivao, possibilitando a incluso de novos sensores e atuadores, inclusive com a rede energizada, depois do projeto concludo sem a necessidade de lanar novos cabos.

Figura 4.2. Topologias ASI.

Em um sistema padro AS-Interface pode-se conectar no mximo 31 (especificao 2.0) escravos sendo que cada escravo pode ter at quatro entradas e quatro sadas (no total at 124 bits de entrada e 124 de sada). Na especificao 2.1 (tecnologia A/B), permite-se a utilizao de 62 escravos, endereados pelos nmeros de 1 a 31 cada nmero

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subdividido em grupo A e B. Permitindo at 4 entradas e 3 sadas em cada escravo, totalizando 248 entradas e 186 sadas. Ex. escravo 1A, 1B.

Figura 4.3. Especificaes ASI. Cada sensor inteligente com chips de AS-Interface integrados recebem um endereo-escravo prprio e se comportam frente ao mestre como escravos "normais". Escravos so, no fundo, mdulos de E/S descentralizados do controlador programvel (CLP).

4.3 COMPONENTES PRINCIPAIS

4.3.1 MDULOS DE ENTRADA/SADA Mdulos eletrnicos com o chip integrado esto disponveis para que sensores e atuadores convencionais possam ser integrados ao barramento AS-Interface. Os mdulos permitem utilizar a tecnologia da rede AS-Interface, integrando componentes convencionais as caractersticas inteligentes, como a funo de diagnstico e parametrizao; em instalaes j existentes. Os mdulos de entrada possuem at 4 entradas para sensores, botoeiras e demais contatos mecnicos.

Figura 4.4. Mdulos de Entrada e Sada.

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4.3.1.1 Escravos O escravo AS-Interface reconhece os bits de dados enviados pelo mestre e envia de volta os seus prprios. Em um mdulo AS-Interface padro pode-se pendurar, de cada vez, at quatro sensores e quatro atuadores binrios. Fala-se de um escravo inteligente quando o chip do AS-Interface est integrado no sensor ou atuador. Os custos da parte eletrnica so muito baixos. Os sensores inteligentes possuem internamente o chip escravo AS-Interface, que proporciona 4 bits multidirecional de dados e 4 bits de parmetros, viabilizando no s o bit de sada (acionamento do sensor), mas tambm parametrizaes operacionais (estado da sada NA/NF, etc) bem como outras informaes adicionais que so transferidas para o sensor. O chip proporciona ao sensor receber em um nico par de fios a alimentao para o seu circuito interno (24Vcc) e os dados que so decodificados atravs do protocolo AS-Interface, e armazenados em uma memria EEPROM. Existe uma vasta gama de sensores de proximidade indutivos, fotoeltricos e botoeiras j disponveis. Analogamente aos sensores AS-Interface, os atuadores inteligentes incorporam o chip escravo, permitindo que atuadores de baixa energia ( rels, sinaleiras, solenides, etc) sejam comandados e energizados pela prpria rede AS-Interface. Os mdulos de sada permitem que atuadores convencionais e/ou os que consomem mais energia (contatores, vlvulas solenides, sinalizadores, etc ) possam ser integrados a rede, pois o mdulo possui internamente o chip escravo AS-Interface, que recebe os comandos e proporciona o acionamento de rels internos que chaveiam as cargas com a alimentao auxiliar, recebida no mdulo. J os mdulos de sada possibilitam atuar 4 sadas e possuem uma entrada auxiliar de alimentao a fim de reduzir o consumo da rede que est limitada em 2A.

Figura 4.5. Escravos ASI.

4.3.2 MESTRE O Mestre da AS-Interface forma uma conexo com redes superiores. Ele organiza atravs de atividade prpria o trnsito de dados no cabo AS-Interface e os disponibiliza se necessrio a um sistema bus num nvel superior, como por exemplo o PROFIBUS.

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Dentro de estruturas de automao mais complexas, a AS-Interface pode tambm ser conectada a um bus de campo superior, como por exemplo: PROFIBUS-DP. Para tal, necessrio um Gateway (DP/AS-i Link) que serve como mestre da AS-Interface apesar de no bus de campo superior (PROFIBUS-DP) atuar como escravo. A ASInterface torna-se ento uma emissria de sinais binrios para cada um dos sistemas de bus de campo superior. Paralelamente consulta dos sinais, o mestre transmite tambm parmetros a cada um dos participantes, controla a rede continuamente e realiza diagnsticos. Ao contrrio de sistemas bus complexos, a AS-Interface quase completamente capaz de se auto configurar. O usurio no precisa configurar nada, como por exemplo: direito entrada, taxa de dados, tipo de quadro, etc. O mestre executa automaticamente todas as funes que so necessrias para o funcionamento correto da ASInterface. Alm disso, ele possibilita o auto-diagnstico do sistema. Ele reconhece as falhas em qualquer ponto da rede, indica o tipo de falha e pode ainda determinar em que escravo ocorreu o problema. Vale ressaltar que, o mestre da rede se comunica com todos os endereos (1-31, no caso dos escravos standard) em um tempo de ciclo de no mximo 5 ms. Utilizando-se escravos A/B (especificao 2.1) ou seja, endereos subdivididos em A e B, o mestre capaz de se comunicar com todos os escravos no mximo em 10 ms. No primeiro ciclo a comunicao feita com a subdiviso A e no segundo com a subdiviso B.

Figura 4.6. Mestres ASI. O master pode ser conectado em computadores, que permitem a programao da lgica de controle atravs de um software para PC, comunicando com o master via RS 485. Estes dispositivos so indicados para pequenas instalaes, ou mquinas, onde apresentam a vantagem de eliminar o controlador programvel.

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Figura 4.7. Conexo com Mestre via RS-485.

O chip master pode ser integrado diretamente em um carto de PLC o que reduz drasticamente o nmero de mdulos I/0.

Figura 4.8. Conexo com Mestre via Carto Master.

Sua aplicao encontra-se em grandes instalaes pois pode-se montar vrias redes AS-Interface, cada uma com seu carto master.

Figura 4.9. Integrao.

4.3.3 CABEAMENTO O cabo amarelo e perfilado, padro da ASI, tornou-se um tipo de marca registrada. Ele possui uma seo geometricamente determinada e transmite ao mesmo tempo dados e energia auxiliar para os sensores. Para os atuadores necessria uma tenso auxiliar alimentada adicionalmente (24VCC). Para se poder utilizar a mesma tcnica de instalao para os atuadores, foram especificados cabos com as mesmas caractersticas, mas de outra cor. Desta forma, o cabo para a energia auxiliar 24VCC um cabo perfilado preto.

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Geralmente, os mdulos 60 so instalados sobre bases (encomendadas separadamente) que podem ser fixadas com parafusos ou em trilho DIN (35mm). Quando os cabos ASI amarelos e pretos atravessam completamente a base no so necessrias vedaes. Para montar o mdulo, basta colocar os cabos no alojamento da base e fixar a parte superior na base atravs de um parafuso. A conexo eletrnica com a polarizao certa garantida pela tecnologia da conexo vampiro. A Figura 4.10 mostra o procedimento descrito anteriormente.

Figura 4.10. Cabeamento ASI.

O isolamento dos condutores composto normalmente por uma borracha (EPDM). Para aplicaes com exigncias maiores podem se utilizar cabos com outras composies qumicas como: TPE perfilado (elastmetro termoplstico) ou PUR perfilado (poliuretano). Como condutor de transmisso podem ser utilizados tambm cabos redondos com sistema de conduo duplo sem condutor PE. Uma blindagem do condutor no necessria em funo da tcnica de transmisso empregada.

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4.3.4 FONTE DE ALIMENTAO A alimentao de energia para a rede AS-Interface disponibiliza uma tenso de 29,5 at 31,6 VCC. Graas ao desacoplamento dos dados na fonte AS-Interface pode-se transmitir tanto dados como tambm energia. Para isso os dados so modulados em corrente contnua pela AS-Interface em forma de impulsos com modulao de pulso alternada (APM). Cada ramo da AS-Interface necessita da sua prpria fonte. Sadas so alimentadas normalmente atravs de cabos AS-Interface pretos. Para isso necessria uma fonte padro com 24VCC segundo especificao PELV (condutor de proteo aterrado).

Figura 4.11. Fontes ASI.

A tabela abaixo apresenta algumas caractersticas de fontes comerciais.

Dimensionamento da fonte ASI Para dimensionar a fonte de alimentao da Rede ASI, faz-se necessrio somar os consumos dos mdulos e dos sensores e considerar o fator servio. Fator servio: 0,5 < F < 1,0 IF= ( IM + IS) x fator de servio IF= corrente da fonte; IM= corrente do mdulo; IS= corrente dos sensores OBS: O fator de servio determina quanto do total de corrente do circuito utilizado ao mesmo tempo. Ex.: F=0,8 significa que 80% do total de mdulos e sensores estaro sendo acionados simultaneamente.

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Ex.: 120 entradas / 90 sadas 30 mdulos de 4E/3S + mestre consumo total = 31 x 40 mA = 1,2 A 100 sensores indutivos (40mA cada aproxim.) consumo total = 100 x 40 mA = 4 A 20 sensores pticos (90 mA cada aproxim.) consumo total = 20 x 90 mA = 1,8 A consumo total da fonte ASI = 7A x F (=0,8) 5,6 A Para dimensionar a fonte de energia auxiliar, basta somar o consumo dos atuadores. Pior caso: 0,22 x N[A], onde N = nmero de escravos Ex.: 11 escravos fonte de 2,4A 18 escravos fonte de 4A

4.3.5 EXTENSO DA REDE A extenso mxima de um segmento da rede ASI 100 m. Com a utilizao dos extensores e/ou repetidores, possvel dimensionar uma rede de at 500 m de extenso, em at dois ramos. Extensores so recomendados quando uma distncia superior a 100m, entre o equipamento a ser conectado na rede (1 escravo) e o painel de comando, tem que ser superada sem que haja necessidade de escravos neste segmento. Com a sua utilizao possvel economizar, pois no utilizada uma fonte neste segmento, porm nenhum escravo pode ser conectado antes do extensor. S utilizamos fonte e escravo no segmento seguinte ao extensor. No permitido o uso de extensores em srie. Repetidores so utilizados quando h necessidade de se obter mais de 100 m de extenso de rede ASI. O uso do repetidor permite a instalao de escravos nos 100 m do segmento que o antecede, bem como nos 100 m do segmento posterior, sendo necessrio a utilizao de fontes de alimentao para estes escravos nos dois segmentos.

Figura 4.12. Extenso da Rede ASI.

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4.4 ENDEREAMENTO Os endereos de todos os escravos participantes tm que ser programados antes do funcionamento da rede ASI. Isto pode acontecer off-line atravs de um aparelho de endereamento, on-line pelo mestre do sistema da ASI ou aps a montagem atravs de uma caixa de endereamento integrada. Os endereos em si so os valores de 1 at 31.

Figura 4.13. Mdulo de Endereamento.

Utilizando-se a tecnologia A/B, no primeiro ciclo a comunicao feita com a subdiviso A e no segundo com a subdiviso B. Os endereos de 1 a 31, podem ter sua subdiviso utilizada independente, ou seja, permitido que um escravo seja endereado com o endereo 1A sem existncia do endereo 1B, fazendo com que os escravos da verso 2.1 tenham um comportamento semelhante ao de um escravo standard (verso 2.0). possvel ainda utilizar numa mesma rede, escravos das verses standard e A/B. A Figura 4.14 apresenta os possveis endereamentos com a rede ASI. Um escravo novo, ainda no endereado, tem o endereo 0. Ele tambm reconhecido pelo mestre como novo e como escravo ainda no endereado e, neste estado, ainda no estar integrado na comunicao normal dentro da rede ASI. A classificao dos endereos no rgida. Isto , totalmente indiferente se o escravo com o endereo 21 seguido do escravo com endereo 28, inicia as fileiras ou se d ao primeiro escravo o endereo 1 a seqncia no relevante.

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Figura 4.14. Endereamento.

4.5 MODULAO Vrios aspectos foram levados em considerao para a escolha do processo de modulao, onde destacamos: - o sinal de modulao deve ser sobreposto ao sinal de alimentao, - o processo de transmisso deve ser simples e barato para poder ser integrado no

escravo, - o sinal deve estar concentrado em uma banda estreita para no ser afetado por

interferncia eletromagntica induzida no cabo (que no possui blindagem). Por estas razes o sistema AS-Interface adota a modulao de pulsos alternados (APM), onde na sequncia de dados utiliza-se a codificao manchester, modulada pela alterao na corrente de transmisso. A corrente de transmisso gerada em conjunto com indutores presentes na linha, que em caso de aumento de corrente provoca um pulso negativo, e em decrscimo da corrente gera um pulso positivo de tenso na linha.

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Figura 4.15. Modulao ASI.

4.6 ESTRUTURA DO QUADRO A estrutura de comunicao entre o master e os escravos, consiste em um chamado do master, uma pausa, a resposta do escravo, e nova pausa. Visando-se obter um baixo tempo de resposta, da ordem de 5ms com a rede completa (128 bits de dados), adotou-se um telegrama compacto, conforme:

Figura 4.16. Quadro ASI.

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4.6.1 TIPOS DE MENSAGENS

Figura 4.17. Mensagens Master ASI.

Data Exchange o tipo mais comum de mensagem. Serve para transferir um padro de bits para uma sada e no mesmo comando ler a resposta do escravo. Write parameter Escreve uma palavra de configurao do comportamento do escravo. Definio do Endereo de um n Para definir um novo endereo de um n, dois comando so necessrios: Delete_Operating_Address apaga o endereo de um n. Isto necessrio porque o n deve possuir o endereo 0 para poder receber um novo endereo.

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Assign_Address Configurao de I/O A mensagem Read I/O Configuration usada para ler a configurao de I/O de um dispositivo. Read ID Code Serve para ler o cdigo do dispositivo. Este parmetro definido durante a fabricao do componente e no pode ser mais mudado. Ele define o perfil daquele dispositivo. Read Status L os bits de status do dispositivo. Exemplos:

S0 volatile_address. Indica que o escravo est realizando uma rotina interna de 15ms para armazenar o endereo do escravo permanentemente.

S1 parity_error_detected. Erro de paridade S2 end_bit_error_detected. Erro de stop bit

4.7 OPERAO Normalmente os escravos no necessitam ser parametrizados, exceto escravos inteligentes. A especificao de cada escravo informa se ele tem que ser parametrizado e quais funes tm os parmetros. Enquanto o endereo de um escravo em funcionamento normal nunca se modifica, os parmetros podem se modificar. Por este motivo, diferencia-se tambm os parmetros fixos dos alterveis. Parmetros fixos so determinados somente uma vez e depois no comissionamento. Um exemplo para isto o mdulo de entrada analgico que ajustado atravs de um parmetro em uma faixa de energia de 0 a 20 mA ou de 4 at 20 mA. Os parmetros em si so bits dos quais 4 esto disposio de cada mdulo e que so colocados em 0 ou 1. Eles so transmitidos aos escravos ao ligar o sistema. Assim que o sistema AS-Interface estiver completo, isto , todos os componentes estiverem montados, os escravos endereados e eventualmente parametrizados e o comissionamento encerrado, pode-se dar a partida ("start up"): o sistema transferido para o funcionamento normal e o mestre trabalha no modo protegido. Somente so ativados os escravos que foram configurados. Escravos no configurados, por exemplo aqueles que foram instalados adicionalmente, provocam somente um aviso de falha. Para receb-los e inclu-los no sistema de comunicao, tem-se somente que trocar para o modo de configurao. E l, a funo "configurao de escravos" executa de forma simples a recepo dos "novos" escravos. Tanto no "start up" quanto durante o funcionamento normal, o sistema controlado ininterruptamente. Os dados necessrios para isso como por exemplo, tenso, modo, configurao errnea, etc. so disponibilizados ao comando superior pelo mestre da ASInterface, por exemplo, em forma de um diagnstico.

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4.8 INTEGRAO PLC Siemens: Deve-se utilizar o carto Master AS-Interface da srie Simatic S5 e uma fonte de alimentao AS-Interface. Cada carto master permite a implementao de uma rede AS-Interface com 31 participantes, em aplicaes maiores deve-se utilizar mais cartes master.

Figura 4.18. Integrao PLC Siemens.

PLC Allen Bradley: A forma de conexo da rede AS-Interface no PLC Allen Bradley utiliza um gateway ASI-1078 que converte os sinais da rede AS-Interface para a rede DeviceNet que deve ser conectada a um carto scanner.

Figura 4.19. Integrao PLC Allen Bradley. Outros PLCs: Para outros controladores pode-se implementar a rede AS-Interface nos casos em que existem uma porta serial RS232C (ou RS485) com comunicao Modbus, onde deve-se utilizar o controlador ASI-1052.

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Figura 4.20. Integrao Diversa.

4.9 EXEMPLOS DE APLICAES Distribuio de garrafas com AS-Interface na Cervejaria Schneider, Dortmund

A Empresa Dr.Wiewelhove, em Telgte, criou e construiu em Dortmund na cervejaria Schneider o maior equipamento de distribuio de engradados de garrafas da Alemanha. O equipamento que ocupa uma rea de 60 x 30m em trs andares identifica e distribui por hora at 6000 engradados de diversos tipos em no mximo 14 estaes. Para a conexo da periferia do equipamento de distribuio, utiliza-se a ASInterface em quatro SIMATIC S7-300. O processador de comunicao CP-342-2 atua como mestre e membro de ligao entre a CPU de comando e a AS-Interface. Mais de 100 mdulos digitais com quatro sinais de entrada cada um, conectam os sensores espalhados no equipamento com os comandos. Trata-se na maioria dos casos de clulas fotoeltricas que permitem um processo livre de congestionamentos. So utilizados dois mestres por comando o que significa que no total oito ramificaes de AS-Interface com no mximo 100m de cabos que so suficientes para a completa interligao da periferia. Vinte mdulos compactos pneumticos da AS-Interface atuam no equipamento. Atravs da reduo de toda a instalao a poucos condutores; com o AS-Interface ainda se otimizaram os circuitos de emergncia e pneumticos (de ar comprimido), de modo a

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conseguir padroniz-los para toda a cervejaria. Para o responsvel pela instalao eltrica da Dr. Wievelhofe, Sr. Pelz, as grandes economias alcanadas na montagem e na colocao em funcionamento foram fatores de suma importncia: Atravs da utilizao da ASInterface pudemos construir o equipamento dentro do prazo e, acima de tudo, com timo custo. Para isso contribuiu tambm o fato da fase de projeto ter sido mais curta.

Mdulos pneumticos AS-Interface no equipamento de empilhamento de chapas da empresa Bauder

A firma Bauder com matriz em Stuttgart Weilimdorf fabricante de sistemas de impermeabilizao, forros e materiais isolantes para telhados. Especialmente na melhoria tcnica de processo a AS-Interface tornou-se para a empresa Bauder indispensvel, pois uma transferncia de valores analgicos pela AS-Interface pode ser praticada, assim como o comando de vlvulas pneumticas atravs de mdulos pneumticos. A economia de espao no painel bem como a cablagem sem erros so lucros adicionais neste caso. Planos de conexo s so necessrios em um grau mnimo, so feitas listas de cablagem que podem ser feitas constantemente de forma fcil e rpida. No funcionamento prtico

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as buscas de falhas e a simples troca de peas (Tcnica Plug-and-Play) so argumentos fortes para o emprego da ASInterface. As pausas para reparo nos equipamentos que contam com a AS-Interface so atualmente muito menores. Conhecimentos especiais por parte do pessoal de manuteno tambm no so necessrios.

Na empresa Bauder j h algum tempo se utiliza os mdulos da AS-Interface principalmente nos comandos de tanques. A experincia muito positiva nesta rea bastante difcil fez com que a empresa introduzisse esta tcnica agora tambm em forma de mdulos compactos pneumticos no comando de mquinas. Os mdulos compactos pneumticos com vlvulas integradas 4/2 vias e com uma capacidade de passagem de 550 l/min foram trocados por tcnicas de vlvulas convencionais de at 13 anos de idade. A troca foi feita sem grandes problemas e com os "fittings" de conexo rpida de 8mm, toda a instalao pneumtica pode ser realizada de forma rpida, flexvel e sem problemas. Uma vez que todos os mdulos pneumticos j esto "on board", no mais necessria a compra de acessrios. Para a instalao dos mdulos pneumticos no foram necessrios conhecimentos especficos. Na empilhadeira foram reduzidas pela metade as conexes de cabo e pneumticas por causa da mudana para a AS-Interface, o que vai refletir principalmente nos custos de manuteno. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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Prof. Clidenor Filho PROFIBUS

PROFIBUS

5.1 TECNOLOGIA PROFIBUS A tecnologia da informao tem sido determinante no desenvolvimento da tecnologia da automao, alterou hierarquias e estruturas no ambiente dos escritrios e chega agora ao ambiente industrial nos seus mais diversos setores, desde as indstrias de processo e manufatura at prdios e sistemas logsticos. A capacidade de comunicao entre dispositivos e o uso de mecanismos padronizados, abertos e transparentes so componentes indispensveis do conceito de automao de hoje. Neste contexto, a comunicao est crescentemente a tornar-se direta e horizontal a nvel de controle, e vertical por todos os nveis hierrquicos. Dependendo da aplicao e do seu custo, os sistemas como a Ethernet, PROFIBUS e o AS-Interface, suportam a comunicao industrial e oferecem as condies ideais para a existncia de uma rede transparente em todas as reas do processo de produo. No nvel de E/S o AS-Interface o sistema de comunicao de dados ideal, pois os sinais binrios de dados so transmitidos via um barramento extremamente simples e de baixo custo, juntamente com a energia (24Vdc) necessria para alimentar os sensores e atuadores. Outra caracterstica importante que os dados so transmitidos ciclicamente, de uma maneira extremamente eficiente e rpida. No nvel de controle, a periferia distribuda, tais como mdulos de E/S, transdutores, acionamentos (drives), vlvulas e painis de operao, comunicam-se com sistemas de automao via um eficiente sistema de comunicao em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA. A transmisso de dados do processo efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parmetros e diagnsticos so transmitidos aciclicamente, somente quando necessrio. No nvel de planta (informao), os controladores programveis, tais como CLPs e PCs comunicam-se uns com os outros, o que requer grandes pacotes de dados e um grande nmero de funes poderosas de comunicao. Alm disto, uma integrao eficiente aos sistemas de comunicao corporativos existentes, tais como: Intranet, Internet e Ethernet um requisito absolutamente mandatrio, o que o PROFIBUS FMS e o PROFINet podem suprir. O PROFIBUS uma rede de campo aberta, independentemente dos fabricantes, ao alcance de uma larga variedade de aplicaes de manufatura e processos de automao. A sua independncia relativa a fabricantes e a garantia de ser uma rede aberta assegurada pelas normas internacionais EN 50170 e EN 50254. O PROFIBUS permite a comunicao entre dispositivos de diferentes fabricantes, sem qualquer ajuste especial. Pode ser usado em aplicaes de tempo real que requerem alta velocidade e em tarefas de comunicao complexas.

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Figura 5.1. Nveis Profibus. Oferece protocolos funcionais de comunicao (Perfis de Comunicao): DP e FMS. Dependendo da aplicao, encontram-se disponveis as tecnologias de transmisso (Perfis Fsicos): RS-485, IEC 61158-2 ou fibras pticas. Com o intuito de continuar o seu desenvolvimento tcnico, existe uma organizao dos usurios do PROFIBUS que est constantemente trabalhando na implementao de conceitos universais para a integrao vertical com base no TCP/IP. Os perfis de aplicao definem as opes de protocolo e a tecnologia de transmisso requeridas individualmente aos diferentes tipos de dispositivo. Estes perfis definem tambm um comportamento dos dispositivos, independente dos fabricantes.

5.1.1 PERFIS DE COMUNICAO Os perfis de comunicao PROFIBUS definem como os usurios transmitem serialmente os dados atravs do meio fsico comum. Perfil DP (Decentralized Periphery) O DP o perfil mais freqentemente utilizado. Otimizado para alta velocidade e conexo de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicao entre sistemas de controle de automao e seus respectivos I/Os distribudos a nvel de dispositivo. O PROFIBUS-DP pode ser usado para substituir a transmisso de sinal em 24 V em sistemas de automao de manufatura assim como para a transmisso de sinais de 4 a 20 mA ou HART em sistemas de automao de processo.

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Perfil FMS (Fieldbus Message Specification) Este o perfil de comunicao universal para tarefas de comunicao exigentes. O FMS oferece vrios tipos avanados de funes de aplicao para a comunicao entre dispositivos inteligentes. Porm, como resultado do desenvolvimento tcnico do PROFIBUS e o uso do TCP/IP no nvel de informao, o FMS representa um papel crescentemente menos significativo.

5.1.2 PERFIS FSICOS A rea de aplicao de um sistema de rede de campo em grande parte determinada pela escolha da tecnologia de transmisso. Tal como as exigncias efetuadas nos sistemas de comunicao (como a confiabilidade de transmisso, grandes distncias e alta velocidade de transmisso), devem ser tambm satisfeitas as exigncias dos processos automatizados (como a operao em reas perigosas, e a transmisso de dados e energia num cabo comum). Uma vez que ainda no possvel satisfazer todas as exigncias com uma nica tecnologia de transmisso, h atualmente trs mtodos de transmisso (Perfis Fsicos) disponveis pelo PROFIBUS: Transmisso RS-485 para uso universal, em especial em sistemas de automao da

manufatura; Transmisso IEC 61158-2 para aplicaes em sistemas de automao em controle

de processo; Fibras pticas para aplicaes em sistemas que demandam grande imunidade

interferncias e grandes distncias. Atualmente, est em desenvolvimento o uso de componentes comerciais Ethernet de 10 Mbps e 100 Mbps na camada fsica do PROFIBUS. Acopladores e/ou conectores encontram-se disponveis para acoplamento entre os vrios meios de transmisso. Enquanto o termo Acoplador (Couplers) aplica-se dispositivos que implementam o protocolo somente no que se refere ao meio fsico de transmisso, o termo conectores se aplica aos dispositivos inteligentes e que oferecem maiores opes na operao entre subredes.

5.1.3 PERFIS DE APLICAO Os perfis de aplicao PROFIBUS descrevem a interao do protocolo de comunicaes com a tecnologia de transmisso utilizada. Estes definem tambm o comportamento dos dispositivos de campo durante a comunicao via PROFIBUS. O perfil de aplicao PROFIBUS mais importante atualmente o perfil PA que define os parmetros e os blocos funcionais dos dispositivos de automao tais como transdutores, vlvulas e posicionadores. Perfis adicionais para "drivers" de variao de velocidade, Interfaces Homem-Mquina (HMI) e "encoders" definem a comunicao independentemente dos fabricantes e o comportamento dos respectivos tipos de dispositivo.

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5.2 CARACTERSTICAS BSICAS O PROFIBUS define as caractersticas tcnicas de um sistema de rede de campo com as quais cada um dos controladores programveis distribudos podem ser ligados, desde o nvel de E/S at o nvel de Informao. O PROFIBUS um sistema com mltiplos mestres, permitindo a operao comum de vrios sistemas de automao, engenharia ou visualizao, com perifricos distribudos numa rede (Ex. I/Os). No PROFIBUS distinguem-se os seguintes tipos de dispositivo: Dispositivos Mestre - determinam a comunicao de dados na rede. Um mestre pode enviar mensagens sem um pedido externo quando tem o direito de acesso rede ("token"). Assim, designa-se de mestre uma estao ativa. Dispositivos Escravo - so perifricos (dispositivos de I/O, vlvulas, "drivers" e transdutores). No tm direitos de acesso rede e s podem receber mensagens conhecidas, ou enviar mensagens para o mestre quando solicitados para esse fim. Designam-se escravos as estaes passivas. Uma vez que apenas requerem uma pequena parte do protocolo da rede, a sua implementao particularmente econmica.

5.2.1 ARQUITETURA DO PROTOCOLO PROFIBUS O PROFIBUS baseado em normas internacionalmente reconhecidas. A arquitetura do protocolo orientada pelo modelo de referncia OSI ("Open System Interconnection") em conformidade com a norma internacional ISO 7498. Neste modelo, todas as camadas gerem tarefas de transmisso perfeitamente definidas. A Camada 1 (fsica) define as caractersticas fsicas da transmisso. A Camada 2 (enlace de dados) define o protocolo de acesso rede. A Camada 7 (aplicao) define as funes da aplicao. A Figura 5.2 representa a arquitetura do protocolo PROFIBUS.

Figura 5.2. Arquitetura do Protocolo PROFIBUS.

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O perfil DP um protocolo eficiente de comunicaes que usa as camadas 1 e 2, e uma interface de usurio. As Camadas 3 a 7 no so utilizadas. Este tipo de arquitetura assegura a transmisso rpida e eficiente de dados. O "Direct Data Link Mapper" (DDLM) fornece ao usurio uma interface de fcil acesso camada 2. Tanto as funes de aplicao disponveis ao usurio, como o comportamento do sistema e dos vrios tipos de dispositivo DP, so especificados na interface de usurio. No perfil FMS (protocolo universal de comunicaes), dada uma particular importncia s camadas 1, 2 e 7. A camada de aplicao (7) consiste na especificao das mensagens da rede (Fieldbus Message Specification - FMS) e da interface de camada mais baixa (Lower Layer Interface - LLI). O FMS define um grande nmero de servios de comunicao mestre-mestre e comunicao mestre-escravo. O LLI define a representao do servio FMS no protocolo de transmisso de dados da camada 2.

5.2.2 TECNOLOGIA DE TRANSMISSO RS-485 O RS-485 tecnologia de transmisso mais frequentemente utilizada pelo PROFIBUS. A rea de aplicao inclui todas as reas nas quais alta velocidade de transmisso, instalao simples e barata, so pr-requisitos. Um par tranado de cobre blindado com um nico par condutor o suficiente neste caso. A tecnologia de transmisso RS-485 fcil de se utilizar. A instalao do cabo de pares tranados no requer conhecimentos profundos. A estrutura de rede permite adicionar e remover estaes sem influir nas outras existentes. Expanses posteriores no tm efeito nas estaes que se encontram em funcionamento. Esto disponveis velocidades de transmisso entre 9,6 Kbps e 12 Mbps, sendo uma nica velocidade de transmisso selecionada para todos os dispositivos na rede quando o sistema configurado. Instrues de instalao para RS 485 Todos os dispositivos so ligados numa estrutura de rede (por exemplo barra). Podem ser ligados num nico segmento at 32 estaes (mestre ou escravos).

Tabela 5.1. Caractersticas bsicas da tecnologia RS-485.

Meio Fsico Par tranado blindado Numero de estaes 32 estaes em cada elemento sem repetidor.

Com repetidores pode-se estender at 126

Conectores Preferencialmente conectores 9 pinos tipo D para IP 20, M12, HAN-BRID ou conectores hbridos da Siemens para IP65/67

A rede terminada por um terminador de rede ativo no incio e no fim de cada segmento (ver Figura 5.3). Para assegurar operao sem ocorrncia de erros, ambos o terminadores de rede devem ser sempre alimentados. Normalmente estes terminadores encontram-se nos prprios conectores de barramento ou nos dispositivos de campo. No caso em que um nmero superior a 32 estaes necessitem ser conectadas ou no caso que a distncia total entre as estaes ultrapasse um determinado limite, devem ser

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utilizados repetidores (repeaters) para se interconectar diferentes segmentos do barramento. O comprimento mximo do cabo depende da velocidade de transmisso (ver Tabela 5.2).

Figura 5.3. Cabeamento e terminao da rede para a transmisso Profibus RS-485.

Tabela 5.2. Velocidade de Transmisso para um cabo Tipo A. Taxa de bauds (kbit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000

Comprimento do segmento (m)

1200 1200 1200 1000 400 200 100

As especificaes do comprimento do cabo da Tabela 2 so baseadas no cabo do tipo A, com os seguintes parmetros: Impedncia de : 135 a 165 Capacitncia de : 0.34 mm Para o grau de proteo IP20, preferencial a utilizao de um conector Tipo D de 9 pinos nas redes PROFIBUS que usam a tecnologia de transmisso RS-485. Existem ainda trs alternativas de ligao para a transmisso RS-485 com o grau de proteo IP65/67, as quais so mostrados na Figura 5.4: M12 conector circular de acordo com IEC 947-5-2 Conector HAN-BRID, conforme recomendao DESINA conector hbrido Siemens

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Figura 5.4. Opes de Ligao.

Durante a instalao, observe atentamente a polaridade dos sinais de dados (A e B). O uso da blindagem absolutamente essencial para se obter alta imunidade contra interferncias eletromagnticas. A blindagem por sua vez deve ser conectada ao sistema de aterramento em ambos os lados atravs de bornes de aterramento adequados. Adicionalmente recomenda-se que os cabos de comunicao sejam mantidos separados dos cabos de alta voltagem. O uso de cabos de derivao deve ser evitado para taxas de transmisso acima de 1,5Mbps. Os conectores disponveis no mercado hoje permitem que o cabo do barramento entre/saia diretamente no conector, permitindo assim que um dispositivo seja conectado/desconectado da rede sem interromper a comunicao. Nota-se que quando problemas ocorrem em uma rede PROFIBUS, cerca de 90% dos casos so provocados por incorreta ligao e/ou instalao. Estes problemas podem ser facilmente solucionados com o uso de equipamentos de teste, os quais detectam falhas nas conexes.

5.2.3 TECNOLOGIA DE TRANSMISSO IEC 61158-2 Utiliza-se nos processos de automao de transmisses sncronas a uma taxa 31,25 Kbps (padro H1), conforme o especificado pela IEC 61158-2. Satisfaz as exigncias importantes das indstrias qumicas e petroqumicas: segurana intrnseca e alimentao sob a linha de rede, fazendo uso da tecnologia de dois condutores. Assim, o PROFIBUS pode ser usado em reas bastante perigosas. As opes e os limites da utilizao do PROFIBUS com a tecnologia de transmisso IEC 61158-2, no que diz respeito utilizao em potenciais reas explosivas, so definidas pelo modelo FISCO ("Fieldbus Intrinsically Safe Concept"). O Modelo FISCO foi desenvolvido na Alemanha pelo "Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB)" (Instituto Federal Tcnico Fsico) e hoje internacionalmente reconhecido como o modelo bsico para redes de campo em reas perigosas. A transmisso de acordo com a IEC 61158-2 e o modelo FISCO baseiam-se nos seguintes princpios: Cada segmento s pode ter uma fonte de alimentao - a unidade de alimentao; Nenhuma alimentao fornecida s linhas de rede quando uma estao est

enviando dados; A terminao passiva de linha implementada em ambas as extremidades da linha

de rede principal;

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So permitidas topologias de rede em rvore, barra ou em estrela. No caso da modulao, supe-se que uma corrente bsica de pelo menos 10 mA consumida por cada dispositivo no barramento. Atravs da energizao do barramento, esta corrente alimenta os dispositivos de campo. Os sinais de comunicao so ento gerados pelo dispositivo que os envia, por modulao de +/- 9 mA, sobre a corrente bsica. Para que uma rede PROFIBUS possa operar em reas perigosas necessrio que todos os componentes nela inseridos respeitem a norma IEC 61158-2 e sejam certificados. Instrues de instalao para IEC-61158 A estao controladora contm no s o sistema de controle do processo, como tambm dispositivos de engenharia e dispositivos ativos que comunicam entre si com o protocolo PROFIBUS atravs da tecnologia de transmisso RS-485. No campo, um segmento acoplador, ou um conector, formam a transio de um segmento RS-485 para um segmento IEC 61158-2. Ao mesmo tempo, acopladores, ou conectores, formam uma unidade de alimentao aos dispositivos ligados em rede. Os Acopladores de segmento so conversores de sinal que adaptam os sinais RS-485 em sinais IEC 61158-2. Do ponto de vista do protocolo da rede, eles so transparentes. Caso sejam usados acopladores de segmento, a taxa de velocidade no RS-485 restringida a um mximo de 93,75 Kbps. Os Conectores, por outro lado, possuem a sua prpria inteligncia. Eles representam todos os dispositivos de campo ligados no segmento IEC 61158-2, sendo um nico dispositivo escravo no segmento RS-485. possvel utilizar o PROFIBUS com transmisses IEC 61158-2 em topologias de rede em rvore ou Barra, assim como qualquer combinao dos dois (ver Figura 5.5). Em um estrutura linear, as estaes so conectadas ao cabo principal atravs de conectores do tipo T. A estrutura em rvore pode ser comparada tcnica clssica de instalao em campo. O cabo multivias pode ser substitudo pelo par tranado do barramento. O painel de distribuio continua a ser utilizado para a conexo dos dispositivos de campo e para a instalao dos terminadores de barramento. Quando uma estrutura em rvore utilizada, todos os dispositivos de campo conectados ao segmento de rede so interligados em paralelo ao distribuidor. Independente da topologia utilizada, o comprimento da derivao da ligao dever ser considerado no clculo do comprimento total do segmento. Uma derivao no deve ultrapassar 30m em aplicaes intrinsecamente seguras. Um par de fios blindados utilizado como meio de transmisso (ver Figura 5.5). Ambas as terminaes do cabo principal do barramento devem ser equipados com um terminador passivo de linha, que consiste num elemento RC em srie com R=100 Ohms e C=1 F. Tanto os acopladores quanto os conectores possuem o terminador de barramento integrados. Uma ligao com a polaridade invertida no barramento no afetar o correto funcionamento do mesmo, j que os dispositivos de campo so equipados com sistemas automticos de deteco de polaridade. O nmero de estaes que pode ser conectado um segmento limitado a 32. Este nmero pode ser ainda reduzido em funo do tipo de classe de proteo exploso. Em redes intrinsecamente seguras, tanto a tenso mxima quanto a corrente mxima de alimentao so especificadas dentro de limites claramente definidos. Observe que mesmo nos casos que a segurana intrnseca no utilizada, a potncia da fonte de alimentao limitada.

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Figura 5.5. Alimentao dos dispositivos de campo atravs do Profibus e da tecnologia de transmisso IEC 1158-2.

5.2.4 TRANSMISSO EM FIBRA PTICA As fibras pticas so utilizadas em redes PROFIBUS, integradas em aplicaes cujo o ambiente est sujeito a muitas interferncias eletromagnticas, para o isolamento eltrico, para aumentar o alcance da rede ou aumentar as velocidades de transmisso. Esto disponveis vrios tipos de fibras, com caractersticas diferentes no que diz respeito s distncias, o custo e a aplicao. Os segmentos de rede PROFIBUS que usam a tecnologia de fibra ptica so projetados para serem usados em estruturas em anel ou estrela. Alguns componentes fabricados para redes PROFIBUS em fibra ptica, permitem a criao de ligaes redundantes, atravs de conectores pticos com "switchover" automtico para a transmisso fsica alternativa em caso de falha. Existem muitos fabricantes que oferecem conectores entre segmentos com tecnologia RS-485 e segmentos com tecnologia da fibra ptica. Assim possui-se a possibilidade de comutar em determinado instante entre um e outro tipo de tecnologia.

5.3 PROTOCOLO PROFIBUS PARA O ACESSO AO MEIO Os perfis de comunicao PROFIBUS utilizam um protocolo uniforme de acesso ao meio. Esse protocolo implementado pela camada 2 do modelo de referencia OSI, que inclui tambm a segurana dos dados e a gesto dos protocolos de transmisso das mensagens. No PROFIBUS a camada 2 chamada de "Fieldbus Data Link (FDL)". O controle do acesso ao meio (Medium Access Control - MAC) especifica o procedimento de acesso quando uma estao tem a permisso para transmitir dados. O MAC tem que assegurar que apenas uma estao possua o direito para transmitir dados. O protocolo PROFIBUS foi projetado para responder a duas exigncias primrias para o controle de Acesso ao Meio:

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Durante a comunicao entre complexos sistemas de automao (os mestres), deve ser assegurado que cada uma destas estaes adquire tempo suficiente para executar as suas tarefas de comunicao dentro um intervalo de tempo perfeitamente definido;

Por outro lado, para a comunicao entre controladores programveis complexos e

os perifricos simples a eles ligados (os escravos), deve ser implementada a transmisso cclica dos dados, em tempo real e o mais simples possvel.

Ento, o protocolo PROFIBUS de acesso ao meio (ver Figura 5.6) inclui um procedimento de passagem de "Token", que usado pelas estaes mais complexas (masters) para comunicar com os perifricos mais simples (escravos).

Figura 5.6. Configurao PROFIBUS com trs estaes ativas (masters) e sete estaes passivas (slaves).

O procedimento da passagem de "token" assegura que o direito de acesso rede (o token) atribudo a cada mestre dentro de um intervalo de tempo previamente definido. A mensagem de token um pacote especial utilizado para passar o token de um mestre para outro. Esta passagem de token deve ser implementada atravs de um anel lgico, pelos mestres, dentro de um tempo (configurvel) de rotao de passagem de token. No PROFIBUS o procedimento de passagem do token usado apenas para a comunicao entre estaes complexas (os mestres). O procedimento mestre-escravo permite a um mestre (a estao ativa que possua obviamente nesse instante o token) o acesso aos escravos (estaes passivas) a ele atribudos. Este mtodo de acesso permite a implantao das seguintes configuraes de sistema: Sistema mestre-escravo Sistema mestre-mestre (passagem de token) Combinao dos dois A existncia de um "token ring" significa a organizao das estaes ativas em um anel lgico entre os seus endereos fsicos. Neste anel, o token (direito de acesso)

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passado de um mestre para outro de uma forma previamente definida. Quando uma estao ativa recebe o telegrama de token, ela pode exercer o seu papel de mestre durante um certo perodo de tempo e comunicar com todas as estaes escravo atravs de uma relao de comunicao mestre-escravo, ou com todas as estaes mestre numa relao de comunicao mestre-mestre. A tarefa do controlador de acesso ao meio (MAC) de uma estao ativa a de descobrir esta atribuio lgica numa fase inicial de arranque do sistema de rede e o estabelecimento do anel (token-ring). Enquanto em funcionamento, podem ser adicionadas mais estaes ativas ao anel. Adicionalmente, o controle de acesso rede deve assegurar que o Token seja passado de um mestre ao prximo em ordem crescente de endereos. O tempo de posse de token que uma estao mestre possui depende do tempo configurado para a rotao do token. Complementando suas funes, a deteco de defeitos no meio de transmisso, na linha de rede e erros nas estaes receptoras (por exemplo, mltiplos endereos atribudos) ou ainda no prprio token, so caractersticas que o

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Redes Industriais - Parte2