Redes Industriais Redes industriais são necessárias devido à crescente informatização das empresas Redes industriais são necessárias devido à crescente

Redes IndustriaisRedes Industriais

Redes industriais são necessárias devido à crescente Redes industriais são necessárias devido à crescente informatização das empresasinformatização das empresas

Todas as etapas do processo produtivo devem ser informatizadas Todas as etapas do processo produtivo devem ser informatizadas – O projeto do produtoO projeto do produto– A produção em escala industrialA produção em escala industrial– O controle de qualidadeO controle de qualidade– O controle do estoque de peças ou da matéria-prima usada O controle do estoque de peças ou da matéria-prima usada

para produção para produção – O sistema de vendas ou de encomenda do produtoO sistema de vendas ou de encomenda do produto

O objetivo final é aumentar a eficiência, reduzindo os custos de O objetivo final é aumentar a eficiência, reduzindo os custos de produção, venda e distribuição do produtoprodução, venda e distribuição do produto

O Processo de ProduçãoO Processo de Produção

O processo de produção passa por várias etapas executadas O processo de produção passa por várias etapas executadas por diferentes elementos presentes no ambiente industrialpor diferentes elementos presentes no ambiente industrial

A tendência no ambiente industrial é de se ter vários A tendência no ambiente industrial é de se ter vários subsistemas com uma certa autonomia, com cada um sendo subsistemas com uma certa autonomia, com cada um sendo responsável por parte do processo de produçãoresponsável por parte do processo de produção

Tipos de equipamento presentes em cada subsistema do Tipos de equipamento presentes em cada subsistema do ambiente industrial são bastante diversificadoambiente industrial são bastante diversificado– Computadores são usados p/ projeto e supervisão Computadores são usados p/ projeto e supervisão – Controladores de alto nível coordenam todo o processo Controladores de alto nível coordenam todo o processo

de produçãode produção– No chão de fábrica são usados robôs, esteiras, tornos, No chão de fábrica são usados robôs, esteiras, tornos,

sensores, atuadores ... sensores, atuadores ...

Uso de Redes no Ambiente IndustrialUso de Redes no Ambiente Industrial

Redes são usadas para integrar os equipamentos presentes Redes são usadas para integrar os equipamentos presentes em um determinado subsistema reponsável por parte do em um determinado subsistema reponsável por parte do processo de produçãoprocesso de produção

Cada subsistema adota o tipo de rede mais adequado para si Cada subsistema adota o tipo de rede mais adequado para si levando em conta o tipo de equipamento que utiliza e os levando em conta o tipo de equipamento que utiliza e os requisitos da atividade que executarequisitos da atividade que executa

Subsistemas devem estar interligados para que sejam feitos a Subsistemas devem estar interligados para que sejam feitos a coordenação das atividades e a supervisão do processo coordenação das atividades e a supervisão do processo produtivo como um todoprodutivo como um todo

Resultado: não existe um tipo de rede que seja capaz de Resultado: não existe um tipo de rede que seja capaz de atender a todos os requisitos dos diversos subsistemas atender a todos os requisitos dos diversos subsistemas existentes em um ambiente industrial existentes em um ambiente industrial

Requisitos de Redes IndustriaisRequisitos de Redes Industriais

Os requisitos do ambiente industrial e seus processos de Os requisitos do ambiente industrial e seus processos de produção são geralmente diferentes daqueles presentes em produção são geralmente diferentes daqueles presentes em redes locais de computadoresredes locais de computadores

Tipos de rede específicos para o ambiente industrial podem ser Tipos de rede específicos para o ambiente industrial podem ser necessáriosnecessários

Exemplo de requisitos de redes industriais:Exemplo de requisitos de redes industriais:– Boa resistência mecânica Boa resistência mecânica – Resistência a chama, umidade e corrosãoResistência a chama, umidade e corrosão– Alta imunidade a ruídosAlta imunidade a ruídos– Taxa de erros baixa ou quase nulaTaxa de erros baixa ou quase nula– Tempo de acesso e de propagação limitadosTempo de acesso e de propagação limitados– Tempo entre falhas e tempo de reparo baixos Tempo entre falhas e tempo de reparo baixos – Boa modularidade e possibilidade de interconexãoBoa modularidade e possibilidade de interconexão

Meio de TransmissãoMeio de Transmissão

Resist. Mecânic

a

Taxa de

Transm.

Distância

ErroCusto

baixaFibra ótica

altaCabo

coaxial

baixaPar trançado assíncrono (4

fios)

baixaPar trançado

(2 fios)

Em ambiente industrial geralmente se usa codificação digital por Em ambiente industrial geralmente se usa codificação digital por variação da corrente (4-20mA) por esta ser menos susceptível a variação da corrente (4-20mA) por esta ser menos susceptível a interferências eletromagnéticasinterferências eletromagnéticas

A Arquitetura MAP/TOPA Arquitetura MAP/TOP

MAP: MAP: Manufacture Automation ProtocolManufacture Automation Protocol – Iniciado em 1980 por iniciativa da GM, logo contando com a Iniciado em 1980 por iniciativa da GM, logo contando com a

adesão de HP, DEC, IBM, etc.adesão de HP, DEC, IBM, etc.– Busca interligar equipamentos desde o chão de fábrica até o Busca interligar equipamentos desde o chão de fábrica até o

nível de vendas, permitindo que pedidos de compra resultem nível de vendas, permitindo que pedidos de compra resultem automaticamente na manufatura e entrega do produtoautomaticamente na manufatura e entrega do produto

TOP: TOP: Technical and Office ProtocolTechnical and Office Protocol – Surgiu em 1983, criado pela BoeingSurgiu em 1983, criado pela Boeing– Tem por finalidade automatizar a parte técnico-administrativa Tem por finalidade automatizar a parte técnico-administrativa

de empresas, com soluções para comunicação entre de empresas, com soluções para comunicação entre usuários, edição de texto, CAD, bases de dados e trabalho usuários, edição de texto, CAD, bases de dados e trabalho cooperativocooperativo

MAP e TOP se uniram em 1986MAP e TOP se uniram em 1986

As Camadas MAP/TOPAs Camadas MAP/TOP

Banda LargaBanda de BaseFísica

IEEE802.2 – LLC tipo 1

IEEE802.4 – Token

Bus

IEEE802.2 – LLC tipo 1

IEEE802.3 –

CSMA/CD

Enlace

ISO 8473 (IP modificado)Rede

ISO 8073 – TP4Transporte

ISO 8326/8327Sessão

ISO 8822 – ASN.1Apresentação

VTP, DS, FTAM +MMS

VTP, DS, FTAMAplicação

MAPTOP

As Camadas Física e de EnlaceAs Camadas Física e de Enlace

Camada FísicaCamada Física– MAP: transmissão em banda largaMAP: transmissão em banda larga– TOP: transmissão em banda de baseTOP: transmissão em banda de base

Camada de EnlaceCamada de Enlace– MAP: usa Token Bus (também pode operar com Token MAP: usa Token Bus (também pode operar com Token

Ring); controle de acesso por ficha; tempo de acesso Ring); controle de acesso por ficha; tempo de acesso determinísticodeterminístico

– TOP: usa CSMA/CD Ethernet; barramento com colisões; TOP: usa CSMA/CD Ethernet; barramento com colisões; não-determinísticonão-determinístico

– Ambos usam LLC tipo 1 (IEEE 802.2) no enlace lógicoAmbos usam LLC tipo 1 (IEEE 802.2) no enlace lógico

As Camadas de Rede, Transporte e SessãoAs Camadas de Rede, Transporte e Sessão

Camada de RedeCamada de Rede– ISO 8473, baseado no IP mas com formatos de endereços e ISO 8473, baseado no IP mas com formatos de endereços e

quadros ligeiramente diferentesquadros ligeiramente diferentes– Protocolo sem conexão e sem correção de errosProtocolo sem conexão e sem correção de erros

Camada de TransporteCamada de Transporte– ISO 8073 – protocolo de transporte nível 4 (TP4)ISO 8073 – protocolo de transporte nível 4 (TP4)– Com conexão, controle de erros e de fluxo, com Com conexão, controle de erros e de fluxo, com

fragmentação e reordenamento de mensagensfragmentação e reordenamento de mensagens– Fornece um canal confiável de transmissãoFornece um canal confiável de transmissão

Camada de SessãoCamada de Sessão– ISO 8326/8327ISO 8326/8327– Serviço de comunicação full-duplex e com resincronizaçãoServiço de comunicação full-duplex e com resincronização

As Camadas de Apresentação e de AplicaçãoAs Camadas de Apresentação e de Aplicação

Camada de ApresentaçãoCamada de Apresentação– ISO 8822ISO 8822– Representação de dados no formato ASN.1Representação de dados no formato ASN.1

Camada de AplicaçãoCamada de Aplicação– MAP: MMS (MAP: MMS (Manufacture Message ServiceManufacture Message Service))– TOP: E-mail, colaboração, etc.TOP: E-mail, colaboração, etc.– Em ambos:Em ambos:

VTP: terminal virtualVTP: terminal virtual DS: serviço de diretórioDS: serviço de diretório FTAM: tranferência de arquivoFTAM: tranferência de arquivo

Variantes do MAPVariantes do MAP

Banda Base

LLC 802.2 tipo 1

MAC Token Bus

Inexistentes

EPA

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Banda Larga

LLC 802.2 tipo 1MAC Token Bus

ISO 8473

ISO 8073

ISO 8326/8327

ISO 8822

FTAM, VTP, DS, MMS, etc.

MAP

Banda Base

LLC tipo 1 ou 3

MAC Token Bus

Inexistentes

Mini-MAP

MAP/EPAMAP/EPA

Provê duas pilhas de protocolosProvê duas pilhas de protocolos– A pilha MAP contém todas as camadas do MAP A pilha MAP contém todas as camadas do MAP

convencionalconvencional– A pilha EPA contém somente as camadas de aplicação, A pilha EPA contém somente as camadas de aplicação,

de enlace e físicade enlace e física EPA: EPA: Enhanced Performance ArchitectureEnhanced Performance Architecture MAP/EPA usa banda de base a 5 Mbits/s ao invés de banda MAP/EPA usa banda de base a 5 Mbits/s ao invés de banda

larga como no Token Bus originallarga como no Token Bus original No EPA os serviços de aplicação são construídos diretamente No EPA os serviços de aplicação são construídos diretamente

sobre a LLC tipo 1 sobre a LLC tipo 1

Mini-MAPMini-MAP

Mini-MAP suprime completamente as camadas de rede, Mini-MAP suprime completamente as camadas de rede, transporte, sessão e apresentação do OSItransporte, sessão e apresentação do OSI

Evita o alto custo das 2 pilhas de protocolos que ocorre no Evita o alto custo das 2 pilhas de protocolos que ocorre no MAP/EPAMAP/EPA

Como no EPA, serviços de aplicação são construídos Como no EPA, serviços de aplicação são construídos diretamente sobre o enlacediretamente sobre o enlace

Também é usada banda de base a 5 Mbits/sTambém é usada banda de base a 5 Mbits/s A diferença se encontra no uso de LLC tipo 3 (datagrama com A diferença se encontra no uso de LLC tipo 3 (datagrama com

reconhecimento) além do tipo 1reconhecimento) além do tipo 1 Com reconhecimentos a nível de enlace, a implementação de Com reconhecimentos a nível de enlace, a implementação de

serviços de aplicação é facilitadaserviços de aplicação é facilitada Mini-MAP é usado na comunicação entre elementos mais Mini-MAP é usado na comunicação entre elementos mais

simples como sensores e atuadoressimples como sensores e atuadores

MMSMMS

Serviço de Mensagens de ManufaturaServiço de Mensagens de Manufatura Conjunto de serviços de comunicação oferecido a aplicações Conjunto de serviços de comunicação oferecido a aplicações

industriaisindustriais Usado na interação entre equipamentos industrias Usado na interação entre equipamentos industrias

programáveis como robôs, tornos, controladores, etc.programáveis como robôs, tornos, controladores, etc. Provê mecanismos para:Provê mecanismos para:

– Carga remota de programasCarga remota de programas– Controle remoto de equipamentoControle remoto de equipamento– Elaboração de relatórios de produçãoElaboração de relatórios de produção– etc.etc.

Modelo MMSModelo MMS

Equipamento virtual de manufatura (VMD) Equipamento virtual de manufatura (VMD) – Representa o equipamento real de produção Representa o equipamento real de produção – Recursos do equipamento são modelados como objetos Recursos do equipamento são modelados como objetos

virtuaisvirtuais– Recursos podem ser acessados através dos pontos de Recursos podem ser acessados através dos pontos de

acesso a serviço (SAPs) do VMDacesso a serviço (SAPs) do VMD Processo de aplicação (AP)Processo de aplicação (AP)

– Usuário dos serviços MMSUsuário dos serviços MMS– Possui um ou mais VMDsPossui um ou mais VMDs– Se comunica com outros APs de acordo com o modelo Se comunica com outros APs de acordo com o modelo

cliente-servidorcliente-servidor O cliente requisita a operação no servidorO cliente requisita a operação no servidor O servidor executa a operaçãoO servidor executa a operação

Serviços MMSServiços MMS

MMS possui 84 primitivas de serviço utilizadas para:MMS possui 84 primitivas de serviço utilizadas para:– Estabelecimento e manutenção de diálogo entre usuários Estabelecimento e manutenção de diálogo entre usuários

MMSMMS– Obtenção de informações sobre VMDsObtenção de informações sobre VMDs– Carregamento e armazenamento de programas e dados em Carregamento e armazenamento de programas e dados em

equipamentos de produçãoequipamentos de produção– Execução remota de programas em VMDsExecução remota de programas em VMDs– Gerenciamento do acesso concorrente a recursos de Gerenciamento do acesso concorrente a recursos de

produção fornecidos por VMDsprodução fornecidos por VMDs– Interação com o operador do equipamentoInteração com o operador do equipamento– Definição e tratamento de eventos de produçãoDefinição e tratamento de eventos de produção– Criação de relatórios sobre o funcionamento da célula de Criação de relatórios sobre o funcionamento da célula de

produçãoprodução

FieldbusFieldbus

Fieldbuses eliminam a necessidade de se utilizar várias Fieldbuses eliminam a necessidade de se utilizar várias interfaces ponto-a-ponto, uma para cada equipamentointerfaces ponto-a-ponto, uma para cada equipamento

Fieldbuses substituem as interfaces digitais ponto-a-ponto (como Fieldbuses substituem as interfaces digitais ponto-a-ponto (como RS232, RS422, etc.) por um barramento ao qual todos os RS232, RS422, etc.) por um barramento ao qual todos os equipamentos são conectadosequipamentos são conectados

Os fieldbuses são geralmente usados na comunicação em Os fieldbuses são geralmente usados na comunicação em ambiente industrial e veicularambiente industrial e veicular

Existem diversos tipos de fieldbusExistem diversos tipos de fieldbus– Profibus (norma alemã)Profibus (norma alemã)– ISA SP-50 (norma americana)ISA SP-50 (norma americana)– FIP (norma francesa)FIP (norma francesa)– etc.etc.

Estrutura Física de FieldbusesEstrutura Física de Fieldbuses

Controlador

IF IF

A S

A

A

S

S

Processo Industrial

Sist. de Controle Tradicional X Sist. de Controle com Fieldbus

Controlador

Placa de Rede

A

Processo Industrial

A A S S S

Vantagens dos FieldbusesVantagens dos Fieldbuses

Reduzem a cablagem e o número de interfaces usadas Reduzem a cablagem e o número de interfaces usadas Limitam a complexidade do projeto da redeLimitam a complexidade do projeto da rede Reduzem o número de canais de comunicação entre os Reduzem o número de canais de comunicação entre os

processos de controle e o equipamento industrialprocessos de controle e o equipamento industrial Maior modularidade da rede, facilitando sua expansãoMaior modularidade da rede, facilitando sua expansão Facilidade de instalação e de manutençãoFacilidade de instalação e de manutenção Tempo de acesso (1-10ms) menor que de MAP/EPA e Mini-MAP Tempo de acesso (1-10ms) menor que de MAP/EPA e Mini-MAP

(100ms) devido a sua menor complexidade(100ms) devido a sua menor complexidade Baixo custo, o que torna os fieldbuses ideais para inteligação de Baixo custo, o que torna os fieldbuses ideais para inteligação de

componentes mais simplescomponentes mais simples Maior compatibilidade devido ao uso de padrõesMaior compatibilidade devido ao uso de padrões Eliminação da dependência de um só fornecedor, reduzindo Eliminação da dependência de um só fornecedor, reduzindo

ainda mais os custos devido à competiçãoainda mais os custos devido à competição

Arquitetura Genérica de FieldbusesArquitetura Genérica de Fieldbuses

Assim como em MAP/EPA e Mini-MAP, as camadas de 3 a 6 Assim como em MAP/EPA e Mini-MAP, as camadas de 3 a 6 são suprimidas da pilhasão suprimidas da pilha

As funções indispensáveis para comunicação executadas As funções indispensáveis para comunicação executadas pelas camadas suprimidas são absorvidas pelas camadas 2 pelas camadas suprimidas são absorvidas pelas camadas 2 (enlace) e 7 (aplicação)(enlace) e 7 (aplicação)

Os cabeçalhos e terminadores de mensagens são reduzidos Os cabeçalhos e terminadores de mensagens são reduzidos ao estritamente necessário para aproveitar da melhor forma ao estritamente necessário para aproveitar da melhor forma possível a capacidade de transmissãopossível a capacidade de transmissão

O mecanismo de acesso ao meio deve propiciar um tempo de O mecanismo de acesso ao meio deve propiciar um tempo de acesso limitado (determinístico)acesso limitado (determinístico)

FIPFIP

FIP = FIP = Factory Instrumentation ProtocolFactory Instrumentation Protocol Padrão proposto pelo governo Francês + empresasPadrão proposto pelo governo Francês + empresas Procura levar em conta as restrições de tempo das Procura levar em conta as restrições de tempo das

aplicações de chão de fábricaaplicações de chão de fábrica Segue um modelo de transmissão do tipo produtor-Segue um modelo de transmissão do tipo produtor-

consumidor com controle de acesso centralizadoconsumidor com controle de acesso centralizado Pode ser encontrado em chips que implementam as 3 Pode ser encontrado em chips que implementam as 3

camadas do padrão FIPcamadas do padrão FIP

Camada FísicaCamada Física

Meios de transmissão usados pelo FIPMeios de transmissão usados pelo FIP– Par trançado (blindado ou não)Par trançado (blindado ou não)– Fibra óticaFibra ótica

Velocidades de transmissãoVelocidades de transmissão– S1: 31.25 Kb/s, para distâncias de até 2000mS1: 31.25 Kb/s, para distâncias de até 2000m– S2 (padrão): 1Mb/s, <500m, par trançado blindadoS2 (padrão): 1Mb/s, <500m, par trançado blindado– S3: 2.5 Mb/s, <200m, par trançado blindadoS3: 2.5 Mb/s, <200m, par trançado blindado

Usa codificação Manchester (relógio + dados)Usa codificação Manchester (relógio + dados) Suporta até 256 estaçõesSuporta até 256 estações O barramento pode ser dividido em segmentos interligados por O barramento pode ser dividido em segmentos interligados por

repetidoresrepetidores

Camada de EnlaceCamada de Enlace

Transmissão no FIP é totalmente baseada em difusão Transmissão no FIP é totalmente baseada em difusão ((broadcastingbroadcasting), segundo o princípio de que um dado pode ), segundo o princípio de que um dado pode interessar a várias estaçõesinteressar a várias estações

As mensagens trocadas pela rede têm a forma de variáveis As mensagens trocadas pela rede têm a forma de variáveis que tem seu valor definido por um produtor e são usadas por que tem seu valor definido por um produtor e são usadas por um ou mais consumidoresum ou mais consumidores

Um “Árbitro do Barramento” controla o acesso ao meio Um “Árbitro do Barramento” controla o acesso ao meio definindo que variável deve ser transmitida em um definindo que variável deve ser transmitida em um determinado instante; o produtor então a envia, e os determinado instante; o produtor então a envia, e os consumidores lêem o seu valorconsumidores lêem o seu valor

Endereços não são utilizados: o produtor sabe que variáveis Endereços não são utilizados: o produtor sabe que variáveis produzir, e estas são difundidas na rede para todos os produzir, e estas são difundidas na rede para todos os possíveis consumidores possíveis consumidores

Camada de AplicaçãoCamada de Aplicação

FIP possui um subconjunto das mensagens industriais FIP possui um subconjunto das mensagens industriais definidas pelo padrão MMSdefinidas pelo padrão MMS

Possui ainda uma família de serviços denominada MPS Possui ainda uma família de serviços denominada MPS ((Message Periodic/aperiodic ServicesMessage Periodic/aperiodic Services))

Serviços MPS são usados para ler/escrever valores de Serviços MPS são usados para ler/escrever valores de variáveis ou listas destas, ler descrições das variáveis, e para variáveis ou listas destas, ler descrições das variáveis, e para fazer sincronização dos elementos da redefazer sincronização dos elementos da rede

FIP possui ainda uma série de funções de gerenciamento da FIP possui ainda uma série de funções de gerenciamento da rede usadas para definir variáveis, detectar e corrigir falhas, rede usadas para definir variáveis, detectar e corrigir falhas, etc.etc.

ProfibusProfibus

Profibus = Profibus = Process Field BusProcess Field Bus Criado por iniciativa da Siemens, Bosch, e Klockner-Moeller Criado por iniciativa da Siemens, Bosch, e Klockner-Moeller

em 1987em 1987 Norma Alemã DIN V19245Norma Alemã DIN V19245 Suportado por >100 empresasSuportado por >100 empresas A comunicação pode ser:A comunicação pode ser:

– com conexão: comunicação confiável com conexão: comunicação confiável – sem conexão: para sem conexão: para broadcastbroadcast ou ou multicastmulticast


Usa interface padrão RS-485 e barramento de par trançado Usa interface padrão RS-485 e barramento de par trançado blindado de 130 blindado de 130

O barramento pode ser dividido em até 4 segmentosO barramento pode ser dividido em até 4 segmentos Cada segmento pode ter até 32 elementos, resultando em um Cada segmento pode ter até 32 elementos, resultando em um

máximo de 128 elementos por barramentomáximo de 128 elementos por barramento Usa codificação tipo NRZUsa codificação tipo NRZ Velocidades de transmissão:Velocidades de transmissão:

– 9.6, 19.2 e 93.75 Kb/s para distância < 1200m9.6, 19.2 e 93.75 Kb/s para distância < 1200m– 187.5 Kb/s para distância < 600m 187.5 Kb/s para distância < 600m – 500 Kb/s para distância < 200m500 Kb/s para distância < 200m


Usa método mestre/escravo combinado com passagem de Usa método mestre/escravo combinado com passagem de ficha para controlar o acesso ao meioficha para controlar o acesso ao meio– estações mestres dispostas em um anel lógico no qual o estações mestres dispostas em um anel lógico no qual o

acesso é controlado por passagem de fichaacesso é controlado por passagem de ficha– estações escravas só acessam o meio por ordem do estações escravas só acessam o meio por ordem do

mestre de posse da fichamestre de posse da ficha Quadros são formados por caracteres UART (11 bits)Quadros são formados por caracteres UART (11 bits)

A transferência dos dados é feita sempre com confirmação A transferência dos dados é feita sempre com confirmação positiva por parte do receptorpositiva por parte do receptor

Início DestinoOrigemControle... Dados ... CRC Fim


Usa subconjunto MMS chamado FMS (Usa subconjunto MMS chamado FMS (Fieldbus Message Fieldbus Message SpecificationSpecification) )

Possui ainda serviço FMA (Possui ainda serviço FMA (Fieldbus ManagementFieldbus Management) para ) para gerenciamento da redegerenciamento da rede

LLI (LLI (Lower Layer InterfaceLower Layer Interface) faz a conexão com a camada de ) faz a conexão com a camada de enlaceenlace

ALI (ALI (Application Layer InterfaceApplication Layer Interface) fornece uma interface de ) fornece uma interface de mais alto nível para as aplicaçõesmais alto nível para as aplicações

ISA SP-50ISA SP-50

ISA SP-50 = ISA SP-50 = Instrumentation Society of America Standard & Instrumentation Society of America Standard & Practices 50Practices 50

Candidata a se tornar o padrão mundialCandidata a se tornar o padrão mundial Camada Física:Camada Física:

– Meio de transmissãoMeio de transmissão H1: par trançado a 31.25 Kb/s em topologia de H1: par trançado a 31.25 Kb/s em topologia de

barramento ou estrelabarramento ou estrela H2: par trançado a 1Mb/s em barramento e distância H2: par trançado a 1Mb/s em barramento e distância

máxima de 750m com 30 estaçõesmáxima de 750m com 30 estações Adaptações permitem uso de fibra ótica e rádioAdaptações permitem uso de fibra ótica e rádio

– Condificação em ManchesterCondificação em Manchester


Controle de acesso por ficha + mestre/escravoControle de acesso por ficha + mestre/escravo Tipos de estação:Tipos de estação:

– Iniciadoras podem pedir ficha e transmitirIniciadoras podem pedir ficha e transmitir– Escravas só transmitem quando solicitadoEscravas só transmitem quando solicitado– Mestres podem agir como iniciadora ou escrava; elegem um Mestres podem agir como iniciadora ou escrava; elegem um

líder que controla o acessolíder que controla o acesso– Pontes interligam segmentos de redePontes interligam segmentos de rede

Líder autoriza estações que solicitaram ou reservaram acesso a Líder autoriza estações que solicitaram ou reservaram acesso a transmitir ou circula a ficha entre mestrestransmitir ou circula a ficha entre mestres

Serviços de enlaceServiços de enlace– Transmissão de dados com ou sem conexãoTransmissão de dados com ou sem conexão– Gerenciamento de buffers de dadosGerenciamento de buffers de dados– Escalonamento de acesso ao meioEscalonamento de acesso ao meio


Serviços MCSE (Message Common Service Element): Serviços MCSE (Message Common Service Element): estabelece e interrompe conexões entre aplicaçõesestabelece e interrompe conexões entre aplicações

Serviços IMSE (Industrial Message Service Element): Serviços IMSE (Industrial Message Service Element): semelhante ao MMSsemelhante ao MMS

Serviços DDM (Distributed Database Maintenance): permite o Serviços DDM (Distributed Database Maintenance): permite o acesso a bases de dados distribuídasacesso a bases de dados distribuídas

Serviços de Geranciamento: controla inicialização de Serviços de Geranciamento: controla inicialização de endereços, sincronização, escalonamento, faz diagnóstico de endereços, sincronização, escalonamento, faz diagnóstico de erros, otimiza desempenho, etc.erros, otimiza desempenho, etc.

Além da camada de aplicação, o SP-50 possui uma camada Além da camada de aplicação, o SP-50 possui uma camada de usuário, que fornece uma interface amigável para o de usuário, que fornece uma interface amigável para o programador de aplicaçõesprogramador de aplicações

CANCAN

CAN = CAN = Controller Area NetworksController Area Networks Proposto pela BoschProposto pela Bosch Normas ISO 11519 e 11898 Normas ISO 11519 e 11898 Desenvolvido inicialmente para veículos, mas devido à sua Desenvolvido inicialmente para veículos, mas devido à sua

comprovada confiabilidade e robustez também está sendo comprovada confiabilidade e robustez também está sendo adotado em aplicações industriaisadotado em aplicações industriais

Existem implementações em um só chip (Intel 85526, Philips Existem implementações em um só chip (Intel 85526, Philips 82C200, Motorola 68HC05, NEC 72005, etc.)82C200, Motorola 68HC05, NEC 72005, etc.)

Tem baixo custo: menos de $10 por nóTem baixo custo: menos de $10 por nó


Usa par trançado (blindado ou não) ou fibra óticaUsa par trançado (blindado ou não) ou fibra ótica Velocidade de até 1Mb/s dependendo da distânciaVelocidade de até 1Mb/s dependendo da distância Suporta até 32 nós por barramentoSuporta até 32 nós por barramento Usa codificação NRZUsa codificação NRZ Linhas CAN_H e CAN_LLinhas CAN_H e CAN_L

– se voltagem em CAN_H > CAN_L => bit 1se voltagem em CAN_H > CAN_L => bit 1– se voltagem em CAN_L > CAN_H => bit 0se voltagem em CAN_L > CAN_H => bit 0

Confiável: continua funcionando mesmo seConfiável: continua funcionando mesmo se– um dos cabos é rompidoum dos cabos é rompido– um dos cabos é conectado ao sinal elétricoum dos cabos é conectado ao sinal elétrico– um dos cabos é conectado ao terraum dos cabos é conectado ao terra


Acesso ao meio CSMA/CD com resolução de colisãoAcesso ao meio CSMA/CD com resolução de colisão Mensagens são identificadas por um rótulo e trazem um dado Mensagens são identificadas por um rótulo e trazem um dado

(valor) correspondente; rótulos menores significam que a (valor) correspondente; rótulos menores significam que a mensagem tem maior prioridademensagem tem maior prioridade

Quando duas estações tentam transmitir ao mesmo tempo, a Quando duas estações tentam transmitir ao mesmo tempo, a prioridade define que mensagem deve prevalecer; a mensagem prioridade define que mensagem deve prevalecer; a mensagem de menor prioridade deve aguardar para ser transmitidade menor prioridade deve aguardar para ser transmitida

Estações não possuem endereços: mensagens são difundidas Estações não possuem endereços: mensagens são difundidas na rede e estações interessadas as lêemna rede e estações interessadas as lêem

Mensagens tem campo de dados de no máx. 8 bytesMensagens tem campo de dados de no máx. 8 bytes É possível requisitar um certo dado enviando uma mensagem É possível requisitar um certo dado enviando uma mensagem

com o rótulo correspondente e marcando o bit RTR (com o rótulo correspondente e marcando o bit RTR (remote remote transmission requesttransmission request) da mensagem) da mensagem


Camada de aplicação não é definida pelo padrão CANCamada de aplicação não é definida pelo padrão CAN Áreas de aplicação diferentes definem seus próprios Áreas de aplicação diferentes definem seus próprios

protocolos de aplicaçãoprotocolos de aplicaçãoExemplo: protocolo DeviceNet para interconexão de CLPs e Exemplo: protocolo DeviceNet para interconexão de CLPs e sensores inteligentessensores inteligentes

Os rótulos para identificação de mensagens também são Os rótulos para identificação de mensagens também são padronizados para cada área de aplicaçãopadronizados para cada área de aplicaçãoExemplo: a indústria de motores define que o identificador Exemplo: a indústria de motores define que o identificador 00000010000 representa a corrente no motor, enquanto 00000010000 representa a corrente no motor, enquanto 00000010001 representa a velocidade medida pelo tacômetro00000010001 representa a velocidade medida pelo tacômetro


O grupo CiA (CAN O grupo CiA (CAN in Automationin Automation) definiu uma estrutura de ) definiu uma estrutura de camada de aplicação para o uso de redes CAN no ambiente camada de aplicação para o uso de redes CAN no ambiente insdustrial insdustrial

CMS: CAN CMS: CAN Message ServicesMessage Services– Fornece serviços de leitura/escrita de variáveis e tratamento Fornece serviços de leitura/escrita de variáveis e tratamento

de eventos de eventos – Baseado no MMSBaseado no MMS

NMT: NMT: Network ManagementNetwork Management– Serviços de inicialização e gerenciamento da redeServiços de inicialização e gerenciamento da rede

DBT: DBT: DistributorDistributor– Serviços de identificação dinâmica de mensagens com base Serviços de identificação dinâmica de mensagens com base

em nomes definidos pelos usuáriosem nomes definidos pelos usuários

BitbusBitbus

Desenvolvido pela Intel, tornou-se padrão IEEE 1118Desenvolvido pela Intel, tornou-se padrão IEEE 1118 Alternativa para os FieldbusesAlternativa para os Fieldbuses Integra os componentes de nível mais baixo: sensores, Integra os componentes de nível mais baixo: sensores,

atuadores e instrumentos de mediçãoatuadores e instrumentos de medição Camada FísicaCamada Física

– Topologia: barramentoTopologia: barramento– Interface: RS-485Interface: RS-485– Velocidade: até 2.4 Mbps em modo síncrono (4 fios) ou 1 Velocidade: até 2.4 Mbps em modo síncrono (4 fios) ou 1

Mbps em modo assíncrono (2 fios)Mbps em modo assíncrono (2 fios)– Cada segmento suporta até 28 estaçõesCada segmento suporta até 28 estações– Uso de repetidores permite conectar até 250 elementos Uso de repetidores permite conectar até 250 elementos

na redena rede

Camadas de Enlace e AplicaçãoCamadas de Enlace e Aplicação

Camada de EnlaceCamada de Enlace– Acesso ao meio mestre/escravoAcesso ao meio mestre/escravo– Protocolo SDLC (Protocolo SDLC (Synchronous Data Link ControlSynchronous Data Link Control), ),

implementado pelo processador Intel 8044implementado pelo processador Intel 8044 Camada de AplicaçãoCamada de Aplicação

– Serviços RAC (Serviços RAC (Remote Acess and ControlRemote Acess and Control): permitem o ): permitem o controle e o acesso a sensores e atuadorescontrole e o acesso a sensores e atuadores

InterbusInterbus

Desenvolvido pela Phoenix Contact, da AlemanhaDesenvolvido pela Phoenix Contact, da Alemanha Várias outras empresas fabricam produtos compatíveisVárias outras empresas fabricam produtos compatíveis Está sendo padronizado pela DIM e pela IECEstá sendo padronizado pela DIM e pela IEC Usado para interligação de sensores e atuadores a um Usado para interligação de sensores e atuadores a um

elemento inteligente (CLP, CNC, etc.)elemento inteligente (CLP, CNC, etc.) Caracterísiticas Físicas:Caracterísiticas Físicas:

– Topologia: anelTopologia: anel– Número máximo de estações : 256Número máximo de estações : 256– Distância: até 13 Km sem repetidores; até 400m entre Distância: até 13 Km sem repetidores; até 400m entre

duas estações consecutivasduas estações consecutivas– Taxa de transmissão: 500 KbpsTaxa de transmissão: 500 Kbps


Método de acesso mestre/escravoMétodo de acesso mestre/escravo Um quadro com campos destinados a cada escravo, chamado Um quadro com campos destinados a cada escravo, chamado

quadro concatenado, circula no anelquadro concatenado, circula no anel Cada escravo verifica o campo destinado a ele, altera o valor do Cada escravo verifica o campo destinado a ele, altera o valor do

campo se julgar necessário, e repassa o quadro para o escravo campo se julgar necessário, e repassa o quadro para o escravo seguinteseguinte

O processo se repete até que o quadro passe por todos os O processo se repete até que o quadro passe por todos os escravos e retorne ao mestreescravos e retorne ao mestre

O tempo de varredura dos escravos é determinista, obtido em O tempo de varredura dos escravos é determinista, obtido em função do número de escravos no anelfunção do número de escravos no anel


PMS: PMS: Peripheral Message ServicesPeripheral Message Services– Subconjunto do MMSSubconjunto do MMS– Gerencia conexõesGerencia conexões– Gerencia objetosGerencia objetos– Identifica e verifica o estado do sistemaIdentifica e verifica o estado do sistema– Permite o acesso a variáveisPermite o acesso a variáveis– Gerencia a carga de programasGerencia a carga de programas

AS-IAS-I

Actuator/Sensor InterfaceActuator/Sensor Interface Desenvolvida por um consórcio de 11 empresasDesenvolvida por um consórcio de 11 empresas Usada para interligação de elementos binários (sensores, Usada para interligação de elementos binários (sensores,

atuadores, botões liga/desl., relés, etc.) a um elemento atuadores, botões liga/desl., relés, etc.) a um elemento inteligente (CLP, CNC, PLC, PC, etc.) inteligente (CLP, CNC, PLC, PC, etc.)

Vantagens: baixo custo e simplicidadeVantagens: baixo custo e simplicidade Pode ser interconectada com CAN, Profibus, FIP, Interbus, Pode ser interconectada com CAN, Profibus, FIP, Interbus,

RS-232, RS-485, etc.RS-232, RS-485, etc.


Topologia: mista - estrela, série, barra, árvore, ou uma Topologia: mista - estrela, série, barra, árvore, ou uma combinação destas topologias combinação destas topologias

Módulos com um Módulos com um chip chip AS-I permitem a conexão de elementos AS-I permitem a conexão de elementos binários à redebinários à rede

Cada módulo pode ter até 4 entradas e 4 saídas digitais de 1 Cada módulo pode ter até 4 entradas e 4 saídas digitais de 1 bitbit

Meio de transmissão: cabo com 2 fios, também usado para Meio de transmissão: cabo com 2 fios, também usado para alimentar os módulos com 24V DCalimentar os módulos com 24V DC

Número de módulos: máximo de 31Número de módulos: máximo de 31 Tamanho do segmento: até 100m por segmento (300m com Tamanho do segmento: até 100m por segmento (300m com

repetidores)repetidores) Tempo de varredura dos módulos: máximo de 5 ms Tempo de varredura dos módulos: máximo de 5 ms

(frequência de operação: 167KHz)(frequência de operação: 167KHz)


Método de acesso mestre-escravoMétodo de acesso mestre-escravo– O elemento inteligente executa a função de mestreO elemento inteligente executa a função de mestre– Cada módulo assume o papel de um escravoCada módulo assume o papel de um escravo

Escravos são contactados de maneira cíclica:Escravos são contactados de maneira cíclica:– Mestre envia quadro de 17 bits (4 bits de dados, um para Mestre envia quadro de 17 bits (4 bits de dados, um para

cada porta de entrada) ao escravocada porta de entrada) ao escravo– Se for necessário, o escravo responde com quadro de 7 Se for necessário, o escravo responde com quadro de 7

bits (4 bits de dados, um para cada saída)bits (4 bits de dados, um para cada saída) Detecção de erro: bit de paridade nos quadrosDetecção de erro: bit de paridade nos quadros Endereço dos escravos: 5 bits (valor de 1 a 31)Endereço dos escravos: 5 bits (valor de 1 a 31)

GPIBGPIB

GPIB (GPIB (General-Purpose Interface BusGeneral-Purpose Interface Bus) é o principal tipo de ) é o principal tipo de rede de instrumentação disponível no mercadorede de instrumentação disponível no mercado

Criado pela HPCriado pela HP Tornou-se a norma IEEE 488.1 / IEC 625-1Tornou-se a norma IEEE 488.1 / IEC 625-1 Problemas para uso em redes industriais: Problemas para uso em redes industriais:

– Cabos e interface carosCabos e interface caros– Sinal sensível a perturbaçõesSinal sensível a perturbações– Barramento curto (<20m)Barramento curto (<20m)


Meio de transmissão: barramento paralelo c/ 16 linhasMeio de transmissão: barramento paralelo c/ 16 linhas– 8 para dados8 para dados– 3 para controle (3 para controle (handshakehandshake))– 5 para gerenciamento5 para gerenciamento

CodificaçãoCodificação– Sinal > 2V => Bit 0Sinal > 2V => Bit 0– Sinal < 0,8V => Bit 1Sinal < 0,8V => Bit 1

Cada baramento pode ter até 15 estaçõesCada baramento pode ter até 15 estações Comprimento máximo: 20mComprimento máximo: 20m Taxa de transmissão: 1MbpsTaxa de transmissão: 1Mbps


Método de acesso mestre/escravoMétodo de acesso mestre/escravo– Estação controladora (mestre) coordena o acesso ao Estação controladora (mestre) coordena o acesso ao

barramentobarramento– Define a estação emissora e a(s) estação(ões) Define a estação emissora e a(s) estação(ões)

receptora(s) para cada janela de transmissãoreceptora(s) para cada janela de transmissão

Ethernet IndustrialEthernet Industrial

As redes Ethernet, que são o padrão usado em >95% das As redes Ethernet, que são o padrão usado em >95% das redes locais de computadores, estão sendo usadas também redes locais de computadores, estão sendo usadas também no chão de fábricano chão de fábrica

Vantagens: Vantagens: – Baixo custo ($10-20)Baixo custo ($10-20)– Grande disponibilidade no mercadoGrande disponibilidade no mercado– Compatibilidade entre fabricantes diferentesCompatibilidade entre fabricantes diferentes– Facilidade de interconectar com o resto do processo Facilidade de interconectar com o resto do processo

industrialindustrial Problema: como o método de acesso usado é por colisão, Problema: como o método de acesso usado é por colisão,

não existe um limite de tempo de propagaçãonão existe um limite de tempo de propagação Diversas soluções estão sendo adotadas para limitar o o Diversas soluções estão sendo adotadas para limitar o o

tempo de propagação de mensagens tempo de propagação de mensagens

O Padrão EthernetO Padrão Ethernet

O padrão define as características do meio físico e a camada O padrão define as características do meio físico e a camada de acesso ao meiode acesso ao meio

Usa cabo coaxial de 50 (máx. 500m, 100 máquinas); Usa cabo coaxial de 50 (máx. 500m, 100 máquinas); também podem ser usados par trançado e fibra óticatambém podem ser usados par trançado e fibra ótica

Velocidades de 1, 10, 100 Mb/s ou 1 Gb/sVelocidades de 1, 10, 100 Mb/s ou 1 Gb/s O quadro de dados tem o seguinte formato:O quadro de dados tem o seguinte formato:

Na camada MAC é usado o método de acesso múltiplo com Na camada MAC é usado o método de acesso múltiplo com detecção de colisão 1-persistentedetecção de colisão 1-persistente

101010...101011Destino Origem Tam. Dados Prench. Cód. Erro

8 bytes 2 ou 6 2 ou 6 2 0-1500 0-46 4 bytes

Limitação do Tempo de PropagaçãoLimitação do Tempo de Propagação

São usadas técnicas para contornar o problema do tempo de São usadas técnicas para contornar o problema do tempo de resposta ilimitadoresposta ilimitado

Técnica de Limitação da CargaTécnica de Limitação da Carga– O número de elementos no segmento é limitadoO número de elementos no segmento é limitado– Se mais elementos precisam ser interconectados à rede, Se mais elementos precisam ser interconectados à rede,

estes são colocados em um segmento em separado estes são colocados em um segmento em separado interconectado por uma ponteinterconectado por uma ponte

– O tráfego é mantido em <2% da capacidade totalO tráfego é mantido em <2% da capacidade total– Com isso, o número de colisões é bastante reduzido e o Com isso, o número de colisões é bastante reduzido e o

tempo de resposta se mantém aproximadamente tempo de resposta se mantém aproximadamente constanteconstante

Limitação do Tempo de PropagaçãoLimitação do Tempo de Propagação

Uso de Switch EthernetUso de Switch Ethernet– Cada equipamento tem um segmento full-duplex p/ se Cada equipamento tem um segmento full-duplex p/ se

comunicar com o switch => não há colisões!comunicar com o switch => não há colisões!– O switch também pode implementar políticas de O switch também pode implementar políticas de

escalonamento de quadros, limitando o tempo de escalonamento de quadros, limitando o tempo de propagaçãopropagação

Uso de protocolos sobre a rede EthernetUso de protocolos sobre a rede Ethernet– Protocolos construídos sobre a rede coordenam o tempo Protocolos construídos sobre a rede coordenam o tempo

de acesso usado por cada nó da redede acesso usado por cada nó da rede– São usadas estampas de tempo nos quadrosSão usadas estampas de tempo nos quadros

Ethernet Industrial: ConclusõesEthernet Industrial: Conclusões

Existem propostas de soluções para o problema do tempo de Existem propostas de soluções para o problema do tempo de resposta ilimitado na Ethernet, mas ainda há problemas a resposta ilimitado na Ethernet, mas ainda há problemas a resolverresolver

Soluções ainda são proprietárias; IEA (Soluções ainda são proprietárias; IEA (Industrial Ethernet Industrial Ethernet AssociationAssociation) tenta definir um padrão comum a ser adotado ) tenta definir um padrão comum a ser adotado pelos fabricantespelos fabricantes

Conectores RJ-45 são pouco resistentes; solução: usar DB-9 Conectores RJ-45 são pouco resistentes; solução: usar DB-9 ou conector não-padrãoou conector não-padrão

Ainda não é usada no nível mais baixo da rede indus-trial; Ainda não é usada no nível mais baixo da rede indus-trial; solução: integrar todo o suporte em um chipsolução: integrar todo o suporte em um chip

Interferência da rede corporativa no tráfego do chão de Interferência da rede corporativa no tráfego do chão de fábrica; solução: cuidado no projeto de rede para isolar o fábrica; solução: cuidado no projeto de rede para isolar o tráfego com uma ponte ou gatewaytráfego com uma ponte ou gateway

ARCNETARCNET

Attached Resource Computer Network, Attached Resource Computer Network, da Datapointda Datapoint Rede local, também usada em ambiente industrialRede local, também usada em ambiente industrial Meio de transmissão:Meio de transmissão:

– Par trançadoPar trançado– Cabo coaxialCabo coaxial– Fibra óticaFibra ótica

Topologia: anel ou barramentoTopologia: anel ou barramento Velocidade: 2.5 MbpsVelocidade: 2.5 Mbps Número de nós: 254Número de nós: 254 Controle de acesso ao meio por passagem de fichaControle de acesso ao meio por passagem de ficha Adequada a instalações industriais devido ao tempo de acesso Adequada a instalações industriais devido ao tempo de acesso

ao meio limitado, boa topologia e baixo preçoao meio limitado, boa topologia e baixo preço

Token RingToken Ring

Produto da IBM, tornou-se padrão IEEE 802/ISO 8802Produto da IBM, tornou-se padrão IEEE 802/ISO 8802 Rede local, também usada em ambiente industrialRede local, também usada em ambiente industrial Meio de transmissão:Meio de transmissão:

– Par trançadoPar trançado– Cabo coaxialCabo coaxial

Topologia: anel Topologia: anel Velocidade: 4 ou 16 MbpsVelocidade: 4 ou 16 Mbps Número de nós: 255Número de nós: 255 Controle de acesso ao meio por passagem de fichaControle de acesso ao meio por passagem de ficha Vantagem: tempo de acesso ao meio limitadoVantagem: tempo de acesso ao meio limitado Desvantagens: alto custo e flexibilidade limitadaDesvantagens: alto custo e flexibilidade limitada

Redes SINECRedes SINEC

Produto da SiemensProduto da Siemens Oferece alternativas que englobam todos os níveis hierárquicos Oferece alternativas que englobam todos os níveis hierárquicos

da automação da automação – SINEC H1: rede tipo EthernetSINEC H1: rede tipo Ethernet– SINEC H2: rede tipo MAPSINEC H2: rede tipo MAP– SINEC L1: Filedbus proprietário da SiemensSINEC L1: Filedbus proprietário da Siemens– SINEC L2: rede tipo Profibus, em 3 variantes:SINEC L2: rede tipo Profibus, em 3 variantes:

FMS: para interligação de equipamentos inteligentes FMS: para interligação de equipamentos inteligentes autônomos (CNCs, CLPs, PCs, etc.)autônomos (CNCs, CLPs, PCs, etc.)

DP: para interligação de elementos remotos de DP: para interligação de elementos remotos de entrada/saída (CLPs, sensores e atuadores)entrada/saída (CLPs, sensores e atuadores)

PA: para interligação de equipamentos de instrumentaçãoPA: para interligação de equipamentos de instrumentação

Documents

Redes Industriais Redes industriais são necessárias devido à crescente informatização das empresas Redes industriais são necessárias devido à crescente