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Redes Industriais

Redes Industriais

Necessidade da indstria pela integrao de equipamentos e dispositivos em todos os nveis de

automao

Necessidade de tecnologias de comunicao de dados especificamente desenvolvidas para atender

os requisitos industriais.

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Objetivos:

Melhorar o rendimento do controle de processos de uma indstria

Aumentar eficincia, qualidade e segurana no sistema produtivo

Facilitar a instalao dos equipamentos

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Objetivos:

Fornecer diagnsticos rpidos e detalhados

Facilitar a manuteno

Configurar dispositivos com maior rapidez

Utilizar menor quantidade de fios

Reduzir custos

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Histrico:

Dcada de 60:

Transmisso analgica (0-10V ou 4-20 mA).

Painel de instrumentos conectados diretamente aos transdutores ou atuadores.

Dcada de 70:

Transmisso digital (controle digital direto entre controlador e os dispositivos de entrada/sada).

Controlador Lgico Programvel (CLP).

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Histrico:

Dcada de 90:

Redes de controladores de lgica programvel (controle distribudo Fieldbus).

Controlador Lgico Programvel (CLP) e software supervisrio central, que gerencia

alarmes, receitas e relatrios.

Atualmente:

Redes que interligam dispositivos de campo inteligentes (sensores e atuadores), CLPs, etc.

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Nveis Hierrquicos de Redes

Industriais

Nvel de campo: Rede de dispositivos de campo (sensores, atuadores, etc.)

Nvel de controle: Rede de equipamentos inteligentes de controle como CLPs

ou computadores

Nvel de gerncia: Rede de equipamentos e sistemas inteligentes de controle

como CLPs, SDCDs (Sistemas Digitais de Controle Distribudo), etc.

Neste nvel h a troca de dados entre equipamentos e o sistema administrativo

Nveis Hierrquicos de Redes Industriais

Nveis de Redes Industriais

Nveis de Redes Industriais

Nvel 0 Sensores e Atuadores Instrumentao

Nvel 1 Dispositivos de Controle: PLCs, Remotas de sistemas digitais de controle distribudos (SDCDs)

Nvel 2 Sistemas de Superviso: Sistemas de Superviso e Aquisio de Dados (SCADA), interface homem-mquina (IHM) e otimizadores de processo dentro do conceito de APC (Advanced Process Control)

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Nvel 3 Gerenciamento da Produo:

MES (Manufacturing Execution System)

PIMS (Process Information Management System)

APS(Advanced Planning and Scheduling)

LIMS (Lab Information System)

Sistemas de Manuteno (Maintenance Management System)

Sistema de Gesto de Ativos (Asset Management System)

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Nvel 4 Sistemas Integrados de Gesto Empresarial Administrao Corporativa

ERP Enterprise Resource Planning

Nvel 5 Data Warehousing corporativos

Utilizado para armazenar informaes relativas s atividades de uma organizao em bancos de dados

EIS (Executive Information Systems) tem como objetivo principal dar suporte tomada de deciso.

Redes Industriais_ Melhor soluo

Solues vo depender das limitaes de cada projeto emparticular:

Quantas so as reas de processo envolvidas?

Quais as distncias entre as reas

Haver sala de controle centralizada?

Condies ambientais: existe campo magntico intensonas proximidades? existe interferncia magntica?

Existe site fora da rea industrial que deve ser conectado?

Qual a capacidade de expanso prevista?

Existe suporte tcnico no Brasil?

Existe compatibilidade entre as famlias de produtos?

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Redes - Classificaes

Nvel 2 Databus (Computadores Hosts)

Nvel 1 Fieldbus (Dispositivos inteligentes)

Nvel 0 Devicebus (E/S e perifricos), Sensorbus(dispositivos)

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Sensorbus rede utilizada para ligar sensores e atuadores.

Transferncia rpida

Baixo custo

Distncia mxima: 200 metros

Exemplo: AS-I e CAN

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Devicebus rede utilizada para conectar dispositivos mais genricos como CLPs, remotas de aquisio de

dados e controle, etc.

Transferncia rpida

Distncia mxima: 500 metros

Exemplo: DeviceNet, Profibus DP e ModbusPlus

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Fieldbus rede de equipamentos quedesempenham funes especficas de controle.

Transferncia mais lenta e opera com vrios tiposde dados (analgicos, digitais, parmetros,programas, informaes para o usurio).

Distncia: at 10 km

Exemplo: HART, Profibus FMS, Fieldbus Foundation

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Databus rede de comunicao que conecta os sistemas de superviso aos sistemas informticos de

gesto.

Grande volume de dados

Exemplo: Ethernet IP

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AS-I ACTUATOR SENSOR INTERFACE

Originalmente concebida para interligar sensores e atuadores com operao somente de LIGA/DESLIGA

Utiliza cabo comum a todos os elementos da rede

At 100 metros

Normas: , IEC 62026-2

Sistema Mestre/Escravo (Varredura dos escravos)

1 mestre por rede

31 escravos

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O mestre possibilita as funes de diagnstico, monitoramento contnuo da rede,

reconhecimento de falhas e atribuio de

endereo correto quando um n removido para

manuteno

possvel trocar ou adicionar escravos durante a operao normal, sem interferir na comunicao

com os outros ns. Cada um destes dispositivos

tem um endereo nico na rede, devendo este

estar entre o endereo 1 a 31

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CAN CONTROLLER AREA NETWORK

Desenvolvido originalmente pela BOSCH para integrar elementos inteligentes em veculos

autnomos, com o intuito de eliminar a grande

quantidade de fios nos automveis Mercedes.

Padronizada pela ISO 11898 e 11519.

Protocolo de comunicao serial sncrono.

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CAN CONTROLLER AREA NETWORK Apresenta as seguintes vantagens:

Simplificao do cabeamento (custo, confiabilidade, reduo da necessidade de manuteno)

Flexibilidade (facilidade de implementao de modificaes na estrutura da rede)

Velocidade de comunicao atendendo a requisitos de tempo real do sistema

Facilidades para acesso aos diversos ns da rede remotamente (monitorando, alterando dados e diagnosticando falhas)

A partir de 1991, vrios fabricantes foram licenciados para a fabricao de chips para CAN

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Caractersticas do Protocolo:

Priorizao de mensagens;

Flexibilidade de configurao;

Recepo do multicast com sincronia de tempos;

Multimestre, produtor-consumidor;

Deteco e sinalizao de erros;

Retransmisso automtica de mensagens corrompidas assim que o barramento estiver

ativo novamente;

Distino entre erros provisrios e falhas permanentes dos ns.

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Caractersticas do Protocolo:

Topologia: barramento ou estrela;

Taxa de transmisso: de 125 kbps ou 1 Mbps;

Comprimento mximo do barramento: 1 km para 125 kbps e 40m para 1 Mbps;

Nmero mximo de ns: 16;

Codificao de bits: NRZ (Non Return to Zero);

Meio de transmisso: usualmente par tranado ou fibra tica

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HART Highway Addressable Remote Transducer

Desenvolvido pela Fisher Rosemount em meados da dcada de 1980 como um protocolo proprietrio.

A partir de 1990, o HART tornou-se um padro aberto.

HART um protocolo digital, mas aceita tambm comunicao analgica no padro 4-20mA.

Compatvel com a enorme base instalada analgica existente no mundo, alm de possibilitar o uso de instrumentos inteligentes em cima dos cabos 4-20 mA tradicionais.

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Caractersticas do protocolo HART:

Meio fsico: par tranado;

Taxa de Transmisso: 1200 bps;

Transmisso assncrona a nvel de caracteres UART (1 start bit, 8 bits de dados, 1 bit de

paridade e 1 stop bit);

Mtodo de acesso ao meio: Mestre/escravo;

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Topologia: Ponto a ponto ou multidrop, onde todos os componentes so conectados pelo

mesmo cabo. O protocolo permite o uso de at

dois mestres. O mestre primrio um

computador ou CLP ou multiplexador. O mestre

secundrio geralmente representado por

terminais hand-held de configurao e

calibrao;

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Modulao: O sinal Hart modulado em FSK (Frequency Shift Key) e sobreposto ao sinal

analgico de 4-20 mA.

Para transmitir 1 utilizada a frequncia de

1200 Hz.

Para transmitir 0 utilizada a frequncia de

2400 Hz.

A comunicao bidirecional.

O sinal FSK contnuo em fase, no impondo

nenhuma interferncia sobre o sinal analgico.

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A distncia mxima do sinal HART de cerca de 3000m com cabo com um par tranado blindado

e de 1500m com cabo mltiplo com blindagem

simples.

Redes IndustriaisMODBUS

Desenvolvido e publicado pela Modicon Industrial Automation Systems em 1979 para uso do seu CLP, tornou-se um padro de fato na indstria.

um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de controladores lgicos programveis para aquisio de sinais de instrumentos e comandar atuadores usando uma porta serial.

Atualmente parte do grupo Schneider Electric, a Modicon colocou as especificaes e normas que definem o Modbus em domnio pblico.

O protocolo utilizado em milhares de equipamentos existentes e uma das solues de rede mais baratas a serem utilizadas em automao industrial.

Redes IndustriaisMODBUS MODBUS usualmente implementado usando

RS232, RS422 ou RS485 sobre uma variedade de meios de transmisso.

A tecnologia de comunicao no protocolo o mestre-escravo, sendo que somente um mestre e no mximo 247 escravos podem ser conectados rede.

A comunicao sempre iniciada pelo mestre, e os ns escravos no se comunicam entre si. O mestre pode transmitir dois tipos de mensagens aos escravos, dentro de uma mesma rede:

Mensagem tipo unicast: o mestre envia uma requisio para um escravo definido e este retorna uma mensagem-resposta ao mestre (requisio e resposta);

Redes IndustriaisMODBUS

Existem dois modos de transmisso:

ASCII (American Code for InformastionInterchange), onde cada byte de mensagem enviado como 2 caracteres ASCII

RTU (Remote Terminal Unit) onde cada byte da mensagem enviado como 2 caracteres hexadecimais de 4 bits, que so selecionados durante a configurao dos parmetros de comunicao. Eles definem o contedo dos campos da mensagem transmitida serialmente.

As topologias fsicas usadas pelo MODBUS so:

Ponto a Ponto com RS-232

Barramento Mutiponto com RS-485

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MODBUS

Redes Industriais MODBUS

Tipos de Protocolo MODBUS:

MODBUS TCP/IP: usado para comunicao entre sistemas de superviso e controladores lgicos programveis. O protocolo Modbus encapsulado no protocolo TCP/IP e transmitido atravs de redes padro Ethernet com controle de acesso ao meio por CSMA/CD.

MODBUS PLUS: usado para comunicao entre de controladores lgicos programveis, mdulos de E/S, chaves de partida eletrnica de motores, interfaces homem mquina etc. O meio fsico o RS-485 com taxas de transmisso de 1 Mbps.

MODBUS PADRO: usado para comunicao dos CLPscom os dispositivos de entrada e sada de dados, instrumentos eletrnicos inteligentes (IEDs) como rels de proteo, controladores de processo, atuadores de vlvulas, etc., o meio fsico o RS-232 ou RS-485 em conjunto com o protocolo mestre-escravo.

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PROFIBUS PROcess FIeld BUSPROFIBUS foi concebida a partir de 1987 em uma

iniciativa conjunta de fabricantes, usurios e do governo alemo.

A rede est padronizada atravs da norma DIN 19245 incorporada na norma europia Cenelec EN 50170 e tambm IEC61158 e IEC61784.

Padro aberto de barramento de campo para uma larga faixa de aplicaes em automao de fabricao e processos.

Pode atuar nos diversos nveis do processo industrial: ambiente de fbrica, processo e gerncia.

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PROFIBUS PROcess FIeld BUSProtocolos comunicaes:

PROFIBUS DP (Descentralized Peripherical): o mais usado dentre os protocolos. Caracterizado pela velocidade, eficincia e baixo custo de conexo. Foi projetado especialmente para comunicao entre sistemas de automao e perifricos distribudos;

PROFIBUS FMS (Field Message Specification): um protocolo de comunicao geral para as tarefas de comunicaes solicitadas. Oferece muitas funes sofisticadas de aplicaes para comunicao entre dispositivos inteligentes;

PROFIBUS PA (Process Automation): Define os parmetros e blocos de funes dos dispositivos de automao de processo, tais como transdutores de medidas, vlvulas e IHM (Interface Human Machine);

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PROFIBUS PROcess FIeld BUS

PROFINet (Profibus for Ethernet): Comunicao entre CLPs e PCs usando Ethernet/TCP-IP;

PROFISafe: para sistemas relacionados a segurana;

PROFIDrive: para sistemas relacionados a controle de movimento.

Redes Industriais PROFIBUS PROcess FIeld BUS

Os meios de transmisso:RS485, RS485-IS, MBP e a Fibra ptica.

O RS485 o mais empregado. Utilizando um cabo de par tranado, possibilita transmisses at 12 Mbits/s. Usado quando grandes velocidades so necessrias. O RS485-IS um meio de transmisso a 4 fios para uso em reas explosivas.

O MBP (Manchester code bus powered) um meio de transmisso usado em aplicaes na automao de processo que necessitem de alimentao atravs do barramento e segurana intrnseca dos dispositivos.

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FOUNDATION Fieldbus Padro aberto que engloba diversas tecnologias aplicadas

no controle de processos e automao industrial, tais como: processamento distribudo, diagnstico avanado e redundncia.

Sistema heterogneo distribudo, composto por softwares de configurao e superviso, equipamentos de campo, interfaces de comunicao e superviso, fontes de alimentao pela prpria rede que os interconecta.

Uma das funes dos equipamentos de campo executar a aplicao de controle e superviso do usurio que foi distribuda pela rede. Essa a grande diferena entre FF e outras tecnologias como Hart ou Profibus, que dependem de um controlador central para executar os algoritmos Foundation Fieldbus.

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FOUNDATION Fieldbus

O Foundation Fieldbus mantm muitas das caractersticas operacionais do sistema analgico 4-20 mA, tais como uma interface fsica padronizada da fiao, os dispositivos alimentados por um nico par de fios e as opes de segurana intrnseca, mas oferece uma srie de benefcios adicionais aos usurios.

Este protocolo, que segue o padro IEC 61158, apresenta dois tipos de aplicao: H1 e HSE.

Redes Industriais FOUNDATION Fieldbus

O FF H1 uma rede de transmisso de dados em tempo real para comunicao com equipamentos de instrumentao e controle de plantas industriais, tais como transmissores atuadores e controladores, podendo, inclusive, ser utilizado em aplicaes que requeiram especificaes quanto aos requisitos de segurana intrnseca.

Possui taxa de transmisso de 31,25 Kbits/s e interconecta dispositivos de campo.

A rede FF HSE (High Speed Ethernet) uma rede de transmisso que trabalha a 100 Mbits/s e fornece integrao de controladores de alta velocidade (CLPs), servidores, subsistemas FF HI (via dispositivos de acoplamento) e estaes de trabalho.

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FOUNDATION Fieldbus Caractersticas:

Segurana intrnseca para uso em reas perigosas, com alimentao e comunicao pelo mesmo par de fios;

Topologia em barramento ou em rvore, com suporte a mltiplos mestres no barramento de comunicao;

Comportamento previsvel (determinstico), mesmo com redundncia em vrios nveis;

Interfaces padronizadas entre os equipamentos;

Modelamento de aplicaes usando linguagem de blocos funcionais;

Recomendado o uso de cabos STP desenvolvidos especialmente para o protocolo.

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