REDES INDUSTRIAIS – TECNAUT

AUTOMAÇÃO COM QUALIDADE.PERTO DE VOCÊ.

ASI

LONWorks

RIO Profibus DPDH+

Profibus FMS

Modbus

Profibus PA

Algumas redes industriais disponíveis ...

HART

CLP com Entradas e Saídas distribuídas

I/O Remoto

I/O Remoto

I/O Remoto

Rack Principal

Com CPU

Rede de I/O´s

• Conecta Controladores Lógicos a gavetas remotas de I/O ou outros dispositivos inteligentes.

• Rede desenvolvida pela Allen Bradley• Características:

– Usa cabo par trançado – Veloc. Com. Distancia máx. em metros

57,6 Kbits/s 3048115,2 Kbits/s 1524230,4 Kbits/s 762

– Opcionalmente pode usar fibra óptica.– Topologia em barramento sem derivação/ramificação

Remote I/O - Introdução

Remote I/O ou RIO

ASB

IHM

INVERSOR FREQ.

CLP LOCAL

I/O remotos

I/O remotos

ASB

I/O remotosASB

Resistor de terminação156 ohms

Rede de Supervisão

• Rede Industrial para conexão de até 32 dispositivos, desenvolvida pela Allen Bradley

• Características:– Usa cabo RS-485.– Trunkline até 1219 metros.

• Caracteristicas da Transmissão:– 19,2 K bits/s– Topologia em barramento sem derivação/ramificação– Multimestre tipo Token pasing

Data Higway 485 – DH485

ALLEN-BRADLEY

AIC

C10

ALLEN-BRADLEY

AIC

C10

ALLEN-BRADLEY

AIC

C10

ALLEN-BRADLEY

AIC

C10

PIC

KRPANELVIEW 550

SUPERVISÃOTERM. PROGR.

DTAM PLUS

Data Higway 485 – DH485

• Rede Industrial para conexão de até 64 dispositivos, desenvolvida pela Allen Bradley

• Rede desenvolvida pela Allen Bradley• Características:

– Usa cabo par trançado– Veloc. Com. Distancia máx. em metros

57,6 Kbits/s 3048115,2 Kbits/s 1524230,4 Kbits/s 762

– Opcionalmente pode usar fibra óptica.– Topologia em barramento sem derivação/ramificação– Multimestre tipo Token pasing

Data Higway Plus – DH+

Data Higway Plus – DH+

IHM

CLP CPU

Micro

Micro

CLP

CLP

CLPCPUCPU

CPU

Resistor de terminação156 ohms

Origem/Destinosrcsrc dstdst datadata crccrc

identifier data crc

Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor(dados são identificados)(dados são identificados)

Modelos de Redes Industriais

Drive1Drive1 Drive3Drive3Drive2Drive2

CLP1CLP1 IHMIHM

SensorSensor

CLP2CLP2

#1

#2

Modelo Origem - Destino

Drive1Drive1 Drive3Drive3Drive2Drive2

CLP1CLP1 IHMIHM

SensorSensor

CLP2CLP2

#1

#2

Modelo Produtor - Consumidor

Mestre/Escravo

MultimestrePonto a Ponto

Modelo Produtor - Consumidor

Polling

CíclicoMudança-de-estado

pollingpollingpolling

a cada 500msa cada 500msa cada 500mscíclicocíclicocíclico

cíclicocíclico

mudança-de-estado mudança-de-estado

pollingpollingpolling

E/S AnalógicasE/S Analógicas

mudançamudança--dede--estadoestado

E/S DigitaisE/S Digitais

a cada 1000msa cada 1000msa cada 1000ms

Métodos de troca de dados

• Quando os dispositivos recebem dados, imediatamente os enviam

• Compatível com sistemas Mestre/Escravo & Multimestre– Normalmente não é utilizado com “ponto a ponto”

• Desenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravo• Inerentemente ponto a ponto, não há multicast

ALLEN-BRADLEY

7 8 9

4 5 6

1 2 3

. 0 -

< - - - - - - - - - - - - - - - - - '<

-

-

F 1

F 6

F 2

F 7

F 3

F 8

F 4

F 9

F 5

F 1

0

P a n e l V i e w 5 5 0

< >^

v

Método de troca de dados: “Polling”

• Dispositivos produzem dados a uma taxa configurada pelo usuário• Transferência cíclica é eficiente porque:

– os dados são transferidos numa taxa adequada ao dispositivo/aplicação– recursos podem ser preservados p/ dispositivos com alta variação– melhor determinismo

• Compatível com Mestre/Escravo, Multimestre, “peer-to-peer” eMulticast

analog I/Oanaloganalog I/OI/O

a cada 100msa cada 100msa cada 100ms

a cada 2000msa cada 2000msa cada 2000msa cada 5msa cada 5msa cada 5ms

ALLEN-BRADLEY

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--

F 1

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P a n e l V i e w 5 5 0

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v

ALLEN-BRADLEY

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F 10

P a n e l V i e w 5 5 0

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^

v

Método de troca de dados: Cíclica

• Dispositivos produzem dados apenas quando tem seu estado alterado– Sinal em segundo plano transmitido ciclicamente para confirmar que o

dispositivo está ok.

• Mudança de estado é eficiente porque:– reduz significativamente o tráfego da rede– recursos não são desperdiçados processando-se dados antigos

digital I/Odigital I/O

ALLEN-BRADLEY

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P a n e l V i e w 5 5 0

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v

Método de troca de dados:Mudança de Estado

CAMADA DE INFORMAÇÃO

DEVICENET

CAMADA DE SUPERVISÃO E CONTROLE

CAMADA DE DISPOSITIVOS

Gerenciamento Integrado. Sistemas de ERP/MÊS.

Banco de dados relacional.

Controle de Processo: Contínuo e Batch.

Diagnostico.

Controle Lógico: discreto e analógico.

Variáveis de processo.Diagnóstico.

Níveis de Redes Industriais e suas Aplicações

TAMANHO VOLUME TEMPO DEUSUÁRIO

DA REDE DADOS RESPOSTACUSTO

GestoresINFORMAÇÃO Troca de dados Grande Muito

AltoModerado Alto a

Histórico Mod.

AUTOMAÇÃO

E

OperaçãoModerado Alto Rápido BaixoManutenção

CONTROLEE/S Remotas Moderado Moderado Muito

RápidoBaixo

Dispositivosinteligentes

DISPOSITIVOSFiação

Pequena Baixo MuitoRápido

MuitoBaixo

Manutenção

NOTA: Áreas sombreadas são os focos primários

PRIMÁRIO

ponto a ponto

Resumo Comparativo dos Diferentes Níveis

1990’s

PBPanel

Flex I/O

Drive

2000

Multi-disciplinedController

Drive w/PIDAxis Controller

PB Panel

Prox

Flex I/O

O.I.

PackagedController

1980’s

Evolução da aplicação das Redes Industriais

Prog. terminal

CNCPC

PLCDCS

MMI

Rack based I/O

Low-end MMI

Standard drivesSmart sensor,

actuatorSimple sensor,

actuator

CONTROLBUS

DEVICEBUS

SENSORBUS

PROFIBUS DPPROFIBUS FMS

DEVICENET

167 kpbs 1.5 Mbps 500 kpbs 100Mbps500 kbps 12 Mbps 5 Mbps

PROFIBUS PA FOUNDTION. FIELDBUS

ASI

INTERBUS-S

ETHERNET IP

Posicionamento

CONTROLNET

Origem/DestinoDispositivos Supervisão e Controle

(Mestre/Escravo) (Multimestre)

RIO

Profibus DP

Interbus-S

ASI

DH+

Profibus FMS

Modbus Plus

LONWorks

Produtor/ConsumidorProdutor/ConsumidorDispositivos Supervisão e Controle

DeviceNet ControlNetDeviceNet ControlNetF. Fieldbus Ethernet IPF. Fieldbus Ethernet IP

Classificação das redes quanto ao modelo

INFORMAÇÃO

DISPOSITIVOS

SUPERVISÃO E CONTROLE

DISPOSITIVOS

Solução proposta para os diferentes níveis

DeviceNet Stack Lights

DeviceNet SMP-3

Substituição de fiação Baixo custo por nó instaladoDeterminismo para I/O Suporte à diagnósticoSuporte a configuração Dispositivos compactosBaixo tempo de resposta Suporte a diferentes fornecedores

24vdc

509 - B O D

24vdc

509 -BOD

Dispositivos

Requisitos das redes de dispositivos

• Linha tronco + derivações

• Remoção de nós e diagnóstico

• Até 64 nós

• Taxas de 125, 250 ou 500Kbps

• Terminações de 121 OHM

Devicenet - Características

• Dois pares trançados• Sinal e alimentação 24 Vcc• Sensores podem ser alimentados diretamente

a partir do cabo tronco• Múltiplas fontes em paralelo

PS PS

Devicenet - Características

Taxa Tronco Derivação (cabo fino)

125K

250K

500K

500m (1640 ft)

250m (820 ft)

100m (328 ft)

6m (20 ft)

6m (20 ft)

6m (20 ft)

156m (512 ft)

78m (256 ft)

39m (128 ft)

AcumuladoMáximo

Taxas, Alcance e Derivações

Devicenet - Características

Rede DeviceNet

Resistor de terminação121 ohms

Limitações:• 6 metros maximo entre tap e nó

mais distante• soma dos percursos limitados ao

máximo comprimento acumulado

Derivação

Tap Tap

Tronco

Devicenet – Derivações e Ramificações

Seladas e Abertas Flat, Cabo Fino e Grosso

Fibra Ótica via repetidores

Devicenet - Conexões

• CAN é uma tecnologia aberta

• Fabricantes do chip CAN: Intel,Motorola, Philips/Signetics, NEC, Hitachi, Siemens

• http://www.odva.org

Open DeviceNet Vendor Association Inc.

Uma Nova Tecnologia de RedesAbertas para Automação e Controle

• Dados de I/O em tempo real– Determinístico c/ alta repetibilidade

• Intertravamento entre controladores• Mensagens entre controladores• Programação

– “ Upload” e “download”

AUTOMAÇÃO E CONTROLE

2 4 v d c

5 0 9 - B O D

T

Requisitos das redes de Controle

• Rede para I/O e Controladores - Alta velocidade (5Mbps)• Projetada para Processos contínuos e discretos• Rede única para programação, mensagens “ponto a

ponto”, intertravamento em tempo real e aquisição de I/O• Baseada no modelo Produtor/Consumidor

– “Entradas” podem ser compartilhadas por diferentes consumidores

• Permite múltiplos controladores na mesma rede• Flexibilidade para o meio físico

– Topologias barramento, árvore e estrela combinadas– Opção de redundância para o meio físico– Pleno acesso a rede a partir de qualquer dispositivo

Controlnet - Características

• Cabo coaxial RG6» Padrão para TV a cabo (EUA)» Baixo custo » Boa imunidade a ruído» Disponível sob diferentes formas a partir de diferentes fabricantes

Nó Nó Nó Nó

75 ? 75 ?

Separaçãoentre taps:qualquer

Derivação1 m

Terminação obrigatória

Cabo tronco

Nó“tap”

conector padrão

Controlnet - Características

• É necessário um conector padrão para cada dispositivo permanentemente ligado a rede

• “Network Access Port” (NAP) incorporado a todos os produtos permitindo acesso temporário a rede.

PortaDe acessoa rede (RJ45)

A B

NAP

A

B

ControlNetLED's

Conexões coaxiais

Frontal típico

Controlnet - Conexões

• Cálculo simples para determinação do comprimento máximo de um segmento coaxial

• Um segmento simples pode ter– 2 nós para 1000 m , e– 48 nós para 250 m

• Uma rede pode conter até 99 participantes – identificação varia de 1 a 99

Extensão docabo coaxial

Número de dispositivos2 16 32 48

250

500

750

1000Metros

Gráfico p/um

segmentoRepetidores nãosão necessários

Necessário o uso de repetidores

L = 1000 - [(N-2)*16,3]

Controlnet – Segmento coaxial

Método de Acesso ao Meio

Intervalo de atualização da rede (NUI)

Serviço Programado

Serviços da Camada de Enlace

Serviço Não-programado

Serviço de Manutenção da rede

Tempo

Concurrent Time Domain Multiple Access

Controlnet - Camada de Enlace

• O Repetidor Ótico pode ser utilizado para interligar produtos instalados em áreas “seguras” a produtos intrínsecamente seguros instalados em áreas classificadas

1797RPA1797RPFS

Node Node

IS Node IS Node

1786RPA 1786RPFSTap

ÁREASEGURA

ÁREACLASSIFICADA

Ex Tap

ControlNetTM

ControlNet Ex TM

Std Coax

Ex Term

Fiber

Ex Coax

ControlNet – Segurança Intrínseca

ControlNet – TUV SIL 2 (IEC 61508)

Topologia ControlNet e ControlLogix para aplicações SIL 2

• Rede única para E/S, Programação e comunicação entre Controladores

• Modelo produtor/consumidor

• Repetibilidade e Determinismo (5Mbps)

• http://www.controlnet.org

ControlNet Internatinal

Foundation fieldbus

• A resposta a demanda dos usuários por uma rede aberta para instrumentação

• O focu primário é desenvolver um padrãodigital para substituir o sinal 4-20 mA

• Uma organização voltada para: – Suportar e contribuir para os esforços da IEC /

ISA para definir um padrão internacional de rede de instrumentação

O que é Foundation Fieldbus?

• Otimizada para coleta de dados a partir de instrumentos de processo e controladores através da comunicação bi-direcional e multi-variável; também suporta dados discretos

• Projetada para controle distribuido de processo baseado na instrumentação de campo

• Opção de mídia redundante para aumentar a tolerância de falhas

• Economias: redução nos custos de cablagem, redução no tempo de start-up, aumento de diagnósticos, de detecção e correção de falhas

Foundation FieldBus - Características

Two-way communication

Foundation FieldBus – Estratégia de Controle

Método tradicional fecha a malha de controleno controlador de

processo

Foundation Fieldbus permite que você transfira o fechamento da malha do controlador de processo paraa instrumentação de campo

COntrolador

Sistema de ControleConvencional

Fieldbus

4-20mA

Subsistema deEntrada/Saida

PID Controller

Sistema de Controleusando FF-H1

AO

AI

PIDAO

AI

Foundation FieldBus – Estratégia de Controle

PID AOIN OUT

AIOUT CAS_IN OUT

H1 Fieldbus

FF Configurator SoftwareFF Configurator Software

FieldBus Foundation – Níveis de controle

– H1: Solution for process automation, field-level interface, and device integration. Runs at 31.25 kbit/s. Power and signal are on the same wire pair. Fiber Optic Media Option. Supports Intrinsic Safety Applications.

– HSE: Solution for high performance control backbone, high-speed data generators/users, and subsystem integration. Same Functions as H1, but runs at 100 Mbit/s on Commercial, Off-The-Shelf Ethernet Equipment.

Solução Rockwell para PLC´s com Foundation Fieldbus

4 - 20maDigital

RSView SE / PERSLogix Fieldbus Manager

RSLogix 50001757- FFLD

HSE HSE /IP

• HSE suporta multiplos dispositivos HSE comoum sistema

• Todos FFLD podem estarno mesmo projeto

BoardBoard of of Directors Directors

Fisher-Rosemount

ABB Industrial Systems, Inc.

Rockwell Automation

Honeywell

Groupe Schneider

Siemens AG

Fuji Electric

Yokogawa Electric

The Foxboro Co.

Yamatake-Honeywell

Elsag Bailey

Organização Foundation Fieldbus

EtherNet IP

• Conexão entre o nível de automação da Planta e Manufacturing ExecutionSystems – MÊS.

• Capacidade de transferência de grandes volumes de dados

• Gerenciamento de rede padronizado e ferramentas de detecção e correção de falhas

INFORMAÇÃO

2 4 v d c

5 0 9 - B O D

T

Requisitos das redes de Informação

• Conectividade entre IHM e sistemas supervisório.

• Troca de dados não críticos entre CLP´s, ou seja, sem ser em tempo real.

HISTÓRICO• Em 1981 associação da DEC, XEROX e INTEL desenvolveu uma

filosofia de rede local.• Posteriormente resultou no padrão 802.3 IEEE (Instituto Eng. Elétrica

e Eletrónica USA).• Principais características:

– Topologia em barramento.– Método de acesso CSMA/CD (Carrier Sense Multiple access/Colision

Detection).

• O prefíxo “Ether” refere-se ao fato da cablagem ser totalmente passiva.

Ethernet - Introdução

1965 1970 1980 1985

APANETcommissioned

by DOD1969

1975

Telnet1972

FTP1973

TCP1974

IP1981

TCP/IPProtocol Suite1982

DNS1984

• Padrão de fato - Internet, e-mail, troca de arquivos

• Embutido em vários PCs hoje em dia

• Devido a base instalada possui virtualmente facilidades de fabricação – marcas familiares/nível de conforto

• Tecnologia aberta

• Aumento de capacidade e performance

Ethernet Comercial

• Recentes evoluções tecnológica fizeram a Ethernet mais apropriada para uso em aplicações de controle– Hubs -> Switches– 10MB -> 100 Mb Ethernet -> (1Gb Ethernet)– Half Duplex -> Full Duplex– Crescimento da Internet e ferramentas de software relativas a

Internet – Tendência a integração entre os sistemas de negócio e os

sistemas de fabricação

• Alto volume de negócios leva a redução de custo e rápida evolução tecnológicas

Evolução da Ethernet

Ethernet – Tipos de cabos

Cabo Coaxial 50 ohms dupla blindagem

Coaxial 50 ohms RG-58

Fibra óptica Par trançado

Padrão

802.3

802.3

802.3/802.5

802.3/802.5

Ambiemte mais utilizado

Indústrias e CPD’S

Escritórios Indústrias e conexão entre prédios

Interno, aproveitando rede telefefonica

Alcance em metros

500

185

2000

100

Designação técnica

10 base 5

10 base 2

10 base F

10 base T

Designação comercial

Thick wire

Thin wire

Cabo óptico

Par trançado

Tipo de conector

Vampiro

BNC

SMA/ST

RJ-11/45

Topologia Barramento Barramento Estrela Estrela

• Padronização de cabos e acessórios da rede (IEEE 802.3).• Alta velocidade de comunicação (10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps).• Utilização de Topologia estrela.

– Hubs e Minihubs.– Alta confiabilidade.

• Utilização de Fibra Óptica.– Alta imunidade a ruídos.– Fácil Instalação.

• Protocolo TCP/IP.– Permite conexão de dispositivos de diversos fabricantes.– Padrão de fato.

Vantagens em utilizar Rede Ethernet

Ethernet IP

• EtherNet/IP stands for ‘Ethernet Industrial Protocol’ • Open industrial networking standard • EtherNet/IP reuses CIP (Control and Information Protocol),

the protocol currently used for real-time I/O and information messaging over DeviceNet and ControlNet.

Standard PanelView

Flex I/O

SLC 5/05

PLC-5E

ControlLogix

ALLEN-BRADLEYP o w e r m o n i t o r I

V 473 465 471A 865 852 859

Power Monitor

MicroLogix

SoftLogix 5800

ControlLogix I/O

FlexLogix

DriveLogix

ProcessLogix

Ethernet SwitchEthernet SwitchEthernet Ethernet SwitchSwitch

Ethernet HUBEthernet HUB

Rede Ethernet IP

ETHERNET-IP

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Link

Físico

IP-MulticastIP

TCP Pedido de comentáriosIETF

UDP/TCP/IP

EthernetMAC

EthernetFísica

CIP

Protocolo de Controle e Informação

Especificação de ControlNet International nternational

eePadrão IEC 61158

IEEE 802.3

UDP

IP-MulticastIP

TCP Pedido de comentáriosIETF

UDP/TCP/IP

EthernetMAC

EthernetFísica

CIP

Protocolo de Controle e Informação

Especificação de ControlNet International nternational

eePadrão IEC 61158

IEEE 802.3

UDP

• O protocolo CIP implementado no núcleodas 3 redes: DeviceNet, ControlNet e EtherNet/IP

Control and Information Protocol (CIP)Control and Information Protocol (CIP)Common Object LibraryCommon Device ProfilesCommon Control Services

Common Routing

For Data Collection, Configuration and Control

CSMA/NBA CTDMATCP/UDP/IP

Physical layer Physical layer Physical layerCSMA/CD

DeviceNet ControlNet EtherNet/IP

Semelhança entre as redes

Solução Integrada

Ethernet

Estações de Operação

Estações Rotativas

Acesso Remoto

Histórico da Planta,Sistemas da Empresa

ControlNet ou Ethernet

Servidor

FoundationFieldbus

A L L E N - B R A D L E Y

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4 5 6

1 2 3

. 0 -

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F 1

F 6

F 2

F 7

F 3

F 8

F 4

F 9

F 5

F 10

P a n e l V i e w 5 5 0

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v

DeviceNet

A L L E N - B R A D L E Y

7 8 9

4 5 6

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Nossos Contatos

Telefones:(71) 2105-9511 (71) 8802-7351(79) 3211-6937 (81) 3467-4877

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AUTOMAÇÃO COM QUALIDADE.PERTO DE VOCÊ.