SBA: Controle & Automação, VoI. 2, N!! I, pp. 56-70, (TC)

REDES LÓCAIS INDUSTRIAIS E O PROJETO DE PADRONIZA~ÃO MAP/TOP

Prof. Dr. Manuel de Jesus Mendes Prof. Dr. Maurício Magalhães

Universidade Estadual de CampinasFaculdade de Engenharia ElétricaDeptQ de Engenharia de Computação e Automação IndustrialC.P. 6101 - CEP 13.081 - Campinas, SP

Resumo

O Projeto MAP/TOP baseado no Modelo de Referência da ISO, é aceito atu­almente como padrão a ser adotado internacionalmente para a arquitetura decomunicação na automação de processos, manufatura e escritório. O objetivodo padrão MAP/TOP é o de permitir que equipamentos utilizados na automaçãoindustrial (produção, desenvolvimento e escritório) sejam integrados semproblemas, independentemente do fabricante de cada um destes equipamentos.Este trabalho descreve o estado atual do Projeto MAP/TOP, como também al­guns desenvolvimentos futuros especialmente na área associada à padroniza­ção dos barramentos de campo (FIELDBUS).

Industrial Local Area Network and the MA~/TOP Project

Abstract

The MAP/TOP initiative has become almost universally accepted as thebasis for an OS1 based communications architecture for process manufac­turing and office automation. A set of factory/office networking guide­lines, MAP/TOP aims to let intelligent factory/office entities communicatepainlessly and with true plug-in compatibility-regardless of what companymade which piece. This paper describes the current state of MAP/TOP andindicates possible future developments, with particular focus on FIELDBUSarea.

1. INTRODUÇÃO

são inúmeros os esforços em andamento e~

tre usuários,fornecedores de equipamento, o~

ganizações nacionais (ANSI, DIN, ABNT, ... ),organizações de classe em cada país (IEEE,ElA, VDE/VCM, ECMA, .•. ) e organizações in­ternacionais (ISO, IEC, CCITT), na direçãoda padronização da comunicação entre equipa­mentos computadorizados em um ambiente hete­rogêneo. O projeto MAP/TOP é um exemplo des­se esforço, voltado para os problemas de co­municação nos setores produtivos (fábrica) eadministrativos das empresas, uma vez que seconstatam que os CUbtoS de comunicação representam 50% dos custos totais de hardware!software instalados.

O Projeto MAP ("Manufacturing AutomationProtocol") foi iniciado pela GM em 1980. Em1982 foi publicado o primeiro documento ge­ral de redes, seguido em 1984 pela versãoMAP1.0 de especificações e em 1985, pela versãoMAP 2.0 com extensões diversas, em particu­lar no que diz respeito aos protocolos deaplicação. Seguiu-se a versão 2.1 em fins de1985 e 2.2 em 1986 com extensões de protoco­los "1nternet-File-Transfer" e estruturas

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EPA/MINI-MAP. Atualmente, foi publicada umaversão provisória MAP 3.0 com novos aspec­tos na camada de apresentação, em protocolosde aplicação, como o FTAM e RS-511, bem comoprotocolos de Diretórios e de Administraçãode Redes. O grupo de usuários do MAP, forma­do nos USA em Março de 1984, estendeu-se adiversos países da Europa, Japão e Austráliae conta com mais de 1600 companhias partici­pantes oficiais.

Já o projeto TOP("Technical Office Pro­tocol") destina-se às áreas técnico-adminis­trativas da empresa e foi apoiado inicial­mente pela Boeing, como resultado de uma sé­rie de encontros do NBS realizados a partirde 1983. A Boeing adotou as principais deci­sões do NBS e criou-se um Grupo de usuáriosTOP em Dezembro de 1985, com o lançamento daespecificação TOP 1.0. Durante o ano de 1986os dois projetos passaram a ser coordenadosconjuntamente, resultando o chamado projetoMAP/TOP. Em abril de 1987 saiu a versão TOP3.0.

O MAP destina-se à interligação dos maisdiversos dispositivos computadorizados numafábrica como, por exemplo:

• recursos computacionais ("main-frames",micro/mini/supermini-computadores, Per­sonal Computers, etc);

• dispositivos programáveis (CNC's, CNR's,CLP's, controladores de solda, controla­dores de fluxo de materiais, etc);

• terminais instalados (de coleta de dados,monitores, etc);

As especificações de TOP procuram aten-der outras áreas como:

• Correio eletrônico;• Processamento de textos;

• Textos/gráficos;• Acesso a bases de dados;

Transferência de arquivos;

· CAD/CAM distribuído;

• Troca de documentos;

• Transações bancárias.Sistemas distribuídos de administraçãoda manufatura;

• Compartilhamento de recursos (memórias,impressoras, etc).

o projeto MAP/TOP relaciona-se com ou­tros, em particular, com os trabalhos da ISO(TC184/WGl, TC87 SC6/SC21), IEC-C6SA,WG6,IEEE 802, ANSI-FDDI, ElA - Project 1393. Ba­sicamente visa-se a criação de um ambientede rede multifornecedor com ampla interope­ralidade dos equipamentos. No trabalho apre­sentam-se as principais tendências das novasversões MAP/TOP 3.0.

2. CONCEITOS, ESTRUTURAS, ARQUITETURAS DECO­MUNICAÇÃO

O desenvolvimento acelerado da informática e a possibilidade de uso desta tecnologiaem aplicações de maior complexidade têm provocado uma evolução da comunicação de dadoS"na automação industrial, tanto nas aplica­ções representadas pelos processos contínu­os, como naquelas classificadas como proces­sos discretos.

2.1 Processos Contínuos

Desde a implantação dos primeiros proje­tos de Controle de Processos (contínuos), atransmissão à distância da informação é umdos aspectos fundamentais destes sistemas.Os instrumentos e reguladores pneumáticos,inicialmente instalados no campo, passaram aenviar dados (analógicos) para centrais decontrole, onde instrumentos suplementares decontrole e registro viabilizavam a super­visão centralizada da operação dos proces­sos. Durante os anos 60, com a introduçãogradativa dos computadores, iniciou-se a im­plementação do chamado Controle DDC (DirectDigital Control) no qual as funções dos reguladores foram centralizadas em um único com=putador, permanecendo no campo unicamente ossensores e atuadores. A descentralização voltou a ocorrer durante os anos 10, devido ~

tecnologia dos microprocessadores, com a con

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cepção dos chamados SDCDs (Sistemas Digitaisde Controle Distribuído), e que não são maisdo que sistemas de instrumentação digital deprocesso. Visando uma integração operacional,surgiram, durante os anos 80, estruturas deControle Multinível (ver fig. 1), desde o Nível Administrativo da Fábrica, passando pelõNível de Gerenciamento de Áreas ( essencial­mente dedicado ao controle e planejamento dp.produção) e de Controle Supervisório Tempo­Real de Unidades de Produção, até se chegarao Nível Regulatório (por exemplo, hoje rea­lizado por SDCDs) e de Processo onde se si­tuam os sensores e atuadores.

2.2 Processos Discretos

A evolução ocorrída na automação da manufatura teve aspectos distintos dos descritoS"anteriormente.

Tecnologicamente também ocorreram, devi­do à revolução dos microprocessadores,alterações profundas: controle das MFs (Máquinas=Ferramenta) por computadores; soluções debaixo custo oferecidas pelos CNCs e CLPs pa­ra o controle de fluxo de materiais, utili­zação de robôs industriais no manuseio de p~

ças; implantação de sistemas CAD com esta­ções distribuídas; grande diversidade de mi­cros, minis e superminicomputadores para asmais diversas funções de monitoramento, su­pervisão, controle de produção, sistemas au­tomáticos de testes e controle de qualidade.Nos anos 80 começaram a ser instalados sis­temas hierárquicos (ver fig. 2), muito seme­lhantes funcionalmente aos apresentados nafig. 1, de tal forma a se conseguir, pelatroca constante de informação, a integraçãooperacional de vários sistemas.

2.3 Topologias

Interessam-nos, em particular, na classede comunicaçao ponto-a-ponto, as topologiasanel e,na difusão, as topologias em barramen­to, pelas inúmeras vantagens que apresentam.Para responder à diversidade de requisitos decomunicação nos diversos níveis da hierar­quia de controle, a topologia de redes é a­presentada em termos de uma hierarquia de sub­redes. Por exemplo, é frequente a existênciade árvores de segmentos de barramentos interligados nos níveis inferiores, com boa cobertura da superfície onde se encontram os equipamentos, em edifícios ou salas distintas~Neste nível entra o conceito de LAN. Já emníveis superiores poderão as diversas LAN'sser interligadas por um tronco ("backbone")que atingirá diversos Km's de extensão, for­mando-se um GWN ('tampus Wide Network"). Parainterligar CWN ou LAN' s distantes de· 5 aSOKm, propõem-se hoje estruturas em anel, resultando as chamadas MAN ("Metropolitan AreaNetworks"). Para distâncias superiores, fi­nalmente, consideram-se as WAN ("Wide AreaNetworks") em geral já pertencentes ao domí­nio público (por ex. rede telefônica).

O projeto MAP/TOP procura considerar to­dos estes aspectos, em particular na defini­çao de LAN's e CWN's. No projeto IEEE-802.6

PLANEJAMENlOGLOBAL

NíVEL 4

TEMPO GASTOO

INFERIOR( 1,2

NíVEL l'

NIVEl3

NrVEl2CONTROLE

SuPERVISóRlO

GE RENCIAMENTODE ÁREA

CONTROLEREGUlATÓRlO

FIG. I .

Estruturas hierórquicas de controle e caracterizaç60 dos

níveis na automação de processos contínuos.

PLANO 1 :

• PLANEJAMENTO

• PROJETO

• CONSTRUÇÃO

POR EX.I

PLANEJAMENTO OE PRODUÇÃO

PLANEJAMENTO OE MATJ!RIAIS

PROGRAMAS OE TURNOS MENSAIS E SEMANAiS

ADMINISTRAÇÃO OE ORDENS

PRo.JETO OE NOVOS PRODUTOS

PLANO 2'

NíVEL GfRENCIAL

(COMPUTADORES OE ÁREA)

POR EX. :

GERENCIAMENTO DA PRODUÇÃo OE CARROCERIA

GERENCIAMENTO 00 SETOR DA INDÚSTRIA

GERENCIAMENTO OE MONTAGEM

GERENCIAMENTO OE. DEPÓSITO OE PEÇAS

CONTROLE I NTEGRADO OE QUALIDADE

PLANO! :

COMPUTADORES

OE SUPERVISÃO

E CONTROLE

POR EX.:

CONTROLE OE ESTOQUES INTERMEDIÁRIOS

CONTROLE OE ACESSÓRIOS

CONTROLE DE DEPÓSITOS VERTI CALIZADOS

PLANO 4 :

CONTROLE OE

EOOlPAMEN109 D PO~ EX.:

SISTEMAS DE IDENTlFICApÃO DE CARROCERIA

SI STEMAS DE TRANSPORTE

TESTES OE MOTORES

FIG. 2

PLANO 5: Estru turas hierárquicos de

PROCESSO (MÁQUINAS, ROBÔS, INSTALAÇÕES)controle no Automaçóo do

Manufatura

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3.2 Camada de enlace

O objetivo da camada de enlace de dadosé de suportar e gerenciar a transmissão dequadros indiv:id~ais de dados. A camada deenlace pode detectar e corrigir erros ocorri­dos na camada física.

Este tipo de sub-rede é ideal para interligar estações de trabalho em escritórios:como PC's, outros terminais e até estaçõesde trabalho CAE mais sofisticadas. Os segmentos 10 Base 5 atingem comprimentos de ate500m, interligados por repetidores.. A esco­lha feita baseou-se na base já instalada deLAN's Ethernet, permitindo-se a coexistênciados dois sistemas no mesmo cabo. Como alter­nativas, o TOP prevê também transmissão"broadband" com cabos do tipo 10 Broad 36, edistâncias de até 3750m. A aplicação básicaprevista para 10 Broad 36 é a de tronco parainterligação de estações muito distantes oude diversos segmentos TOP 10 Base 5, princi­palmente quando já existe um cabo instaladopara outros fins (voz, imagens, etc.).

interferência electromagnética e da capacid~

de que oferecem para a transmissão simultâ­nea de dados, voz e imagem. No MAP 3.0 publicou-se um manual completo sobre as especifi=cações para projeto, instalação, testes, a­ceitação e manutenção desses sistemas.

Já os sistemas "carrierband" destinam-seaos níveis inferiores de transmissão na fá­brica, suportam um único canal bidirecional,não necessitam de modulador / remodulador("head-end") e as interfaces são passivas,mais simples, confiáveis e baratas. No máxi­mo suporta 32 estações a distâncias inferio­res a 1000m· (cabo do tipo RG-11 de 75 ohm' s) .Não existe ainda um manual de instalação.

Para redes TOP, o protocolo primário es­colhido foi:

. IEEE 802.3, CSMA/CD, transmissão "base­band" usando cabo coaxial do tipo 10 Ba­se 5 (lO Mbps).

está sendo finalizadA uma especificação paraMAN's.

2.4 Arquitetura

A arquitetura de rede escolhida no Pro­jeto MAP/TOP foi a do Modelo de Referência051/150. Esta escolha teve fortes impactosno meio industrial uma vez que não estavaclara a influência do "overhead" do softwaredas camadas superiores de protocolos nos as­pectos de tempo-real exigidos em automação.Até então as redes proprietárias existenteslimitavam-se às camadas inferiores. Em par­ticular o projeto Proway do IEC apontou du­rante muitos anos nessa direção.

3. PROTOCOLOS DA "SUITE" MAP /TOP (Versões 3.0)

O estado atual do MAP é representado poruma versão provisória do MAP 3.0 que atua­liza vários dos protocolos presentes nasversões anteriores. O documentoirtclui o protoco lo para a camada de apresentação, camadaesta que era totalmente vazia nas versões anteriores, assim como, os conteúdos relativosà transferência de arquivos, serviços de Diretório e gerenciamento de rede são substan=cialmente mais avançados.

Em resumo, as extensões incluídas na pr~

posta 3.0,ver fig. 3, são as seguintes:

• Serviço de rede sem conexão - ISO• camada de apresentação - ISO• gerenciamento e transferência de arquivo

ISO· interface de aplicação· serviços de Diretório (baseado em traba­

lhos da ISO em andamento)· gerenciamento de rede (baseado em traba­

lhos da ISO em andamento)· mensagens de manufatura (baseado no ElA

1393)

A transição da versao 2.2 para a versao3.0 tem algumas questões relacionadas com acompatibilidade. Uma seção do documento 3.0discute os problemas de compatibilidade e migração em geral e, mais especificamente, en=tre as versões 2.2 e 3.0.

A camada de ~nlace segue o modelo802 subdividindo-se né:lS subcamadas("Logical link controJ,")e MAC ("MediumControl").

IEEELLC

Access

3.1 Camada Física

No MAP foram adotados dois tipos de transmissão física das especificações IEEE 802.4"token-bus":

• Cabo coaxial, transmissão "broadband" ,taxas de 10 Mbps, modulação ASK dUQbiná­ria, com alocação "mid-split" dos doiscanais de emissão e recepção;

• Cabo coaxial, transmissão "carrierband",.fase coerente, taxa de 5 Mbps, canal únicoo

Os sistemas "broadband" são instalados deacordo com os padrões industriais de televi­são por cabo (CATV) e destinam-se à imple~

mentaçãQ do nível "backbone" da rede, em virtude da fraca atenuação do sinal, da baixã

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Sub-camada LLC

Ela é idêntica para todas as redes defi­nidas no IEEE e portanto a ~esma para MAP eTOP. Existem três tipos de serviços: do tipo1 sem conexão e $em reconhec!mento ("unac­knowledged conneGtion-less"), do tipo 2 comconexão e do tip.p 3, sem conexão/com reconh!cimento (também chamado ultimamente de"single-frame").

Tanto MAP co~o TOP especificam serviçosdo tipo 1 uma veg que a~ ca~adas superiores,em particular a de transport~, suportam asfunções de sequençiament6, cpntrole de flux~e recuperação de erros~ Alét).). de serviços dotipo 1 foram incluídos recentemente no MAPserviços do tipo 3, dadaS as dificuldades i­nerentes à estrutura de b~~ramento de servi-

ISO ACSE

MAP/TOP

ISO KERN EL DE APRESENTAÇÃO.

ISO I<ERNEL DE SESSÃO

ISO TRANSPORTE CLASSE IV

I S O CLNP

IEEE 802.2 LLCI

IEEE 802.410 M8 8ROADBAND ou5 MB CARRIER BAND

D MANDATÓRIO

.O ESPERADO

~ OPCIONAL

FIG.3 - Requisitos de protocolo poro O sistema completo MAP 3-0.

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Subnet:work Independent Convergence

Foi adotada a estrutura por sub-cAmadasdescrita no ISO/DIS 8648 (fig. 4).

Subnetwork Dependent Convergence

Protoco I ... SNDCP

ços imediatos "de carona" e à necessidade deimplementação de respostas rápidAs por partede estaçoes sem o "token". Esta situação ti­nha sido reconhecida no PROWAY que introdu­ziu os serviços "Send Data with Acknowledge"(SDA) e "Request Data with Reply" (RDR), deforma a alcançar maior segurança de transmissao e permitir aos computadores a execuçãode operaçoes de varredura dos instrumentosde medição.

A especificação dos serviços de tipo 3 érecente e por isso sao mostradas na Tabelaas novas primitivas introduzidas.

Protocol SNICP

Subnetwork Access

Protocol SNAcPTABELA 1

Serviços PrimitivasFig. 4 - Estrutura da Camada de Rede

A camada de rede fornece urna transparen~

cia na transferência de dados entre usuáriosdo serviço de rede, tornando invisível a eS~

tes usuários, a forma pela qual 08 recur~os

de comunicação sao utilizados para implemen­tação desta transferência.

L-DATA-ACK corresponde a SDA para trans­missão de dados com ACK, L-REPLY a RDR e L­REPLY-UPDATE para preparacão das unidades dedados, pela unidade remota, a serem eventualmente transmitidos quando de um L-REPLY- tn::dication.

Por outro lado,MAP/TOP especificam emLLC campos de endereços de 48 bits = ID...Rede+ID-Estaçào + ID-Entidade.

Sub-camada MAC

No MAP decidiu-se pelo projeto a02~4

"token..-passing", pelo seu suporte a esquema§}de prioridades e principalmªnte porque, ~at~

vo no caso de falhas-físicas, os temp9s dêentrega das mensagens de alta priorida4e saocalculáveis "a priori", ganmtindo-se assimas condições de operação "t:gmpo-real" ,

Já em TOP decidiu-se por CSMA/CD do pro""jet~ 802.3, considerado suficiente para apticaçoes em escritório e pela~ facilidadêS- d~

migraçao das redes Ethernet 2.0.

L - REPLY - UPDATE

Para atender a estes três níveis, o ende­reço de NSAP é dividido em três seções lógi-

O protocolo SNICP segue o ISO 8473, comexceçao das funções do subconjunto "non ­segmenting" que nao sao suportados em MAP/TOP. Devem ser implantadas todas as funçõesmandatórias do tipo 1, as funções de tipo 3sao opcionais e as de tipo 2 descartadas.

Roteamento e "Relaying"

O Roteamento consiste na determinação doSNPA (Sub-network Point of Attachment") , dopróximo destino (um ES ="Endsystem" ou IS ="Intermediate System") para o qual sera en­viado o pacote de dados, até chegar ao NSAP("Network Service Access Point") do destinofinal. O SNPA é derivado de urna tabela "lookup" que mapeia NSAPS em SNPAS.

MAP/TOP consi~era três níveis de ratea-mento:

entre empresas diferentes;entre redes diferentes da mesma empresa(chamado em geral de roteamento IS-IS);entre um ES e outro ES/IS da mesmA rede(roteamento ES-IS).

o protocolo SNAcP fornece a interface coma camada de e~lace, implementando serviçosespecíficos da sub-rede. Em MAP nao se exigeum SNAcP discreto. Em TOr preve-se a imple­mentação de um SNAcP segundo ISO 8208 X-25quando se considera a ligação com redes decomutação de pacotes.

O protocolo SNPCP ajusta para cima osserviços de SNAçP, neces$ªrios ao SNICP. Aespecificação prevista segue o ISO DIS/8473/DAD 1.

A estrutura anterior nao implica neces­sariamente numa implantação separ-a.da das trêssub-camadas, que podem, por exemplo, convi­ver num único protocolo. Dos dois tipos deserviço previsto$ no ISO, CLNS = "Connection­less - mode Network Services" e CONS = "Con­nection - mode Network Services" o MAP /TOP suporta somente o CLNS corno descrito no Is07DIS 8348/DAD 1.

RequestConfirm

RequestIndication

Confirm

RequestIndication

Confirm

rede (comum em MAP e TOr)de

L - REPLY

L - DATA - ACK

3.3 Camada

61

cas, cada uma correspondendo a um dos tiposde roteamento (fig. 5).

,.u

ID de ID de estaçõesID - Empresa Rede na rede

1AFI IDI

IDOrigem IS - IS ES - IS NSAP

de apresentação,troquem dados de forma org~

nizada e sincronizada. MAP /rop pretende ,se­guir os protocolos ISO 8326/8327 na extensãonecessária ao apoio dos protocolos de apli­cação. Por enquanto s6 as seguintes unidadesfuncionais foram adotadas:

• "Kernel Functional Unit", que suporta osserviços básicos de estabelecimento etérmino de conexão bem como de transfe­rência de dados normais;

• "Duplex functional unit", para transfe­rência de dados nas duas direções;

· "Resynchronize functional unit", com adefinição de pontos intermediirios desincronização.

Camada de Sessão

Providencia os serviços de administraçãode 'diilogo de forma a que entidades - pares

3.5 Camadas Superiores de Protocolos

As últimas três camadas, sessão, apresentação e aplicação são as que apr~sentam osmaiores pontos de indefinição nas versões3.0 do MAP e TOP. Em particular os estudosainda em curso sobre protocolos de aplicaçãovirão a ter impactos futuros nas camadas deapresentação e de sessão.

3.4 Camada de Transporte (comum em MAP e TOP)

MAP/TOP adotaram a classe 4 mais comple­xa de serviços e protocolos de transporte,definidos nos ISO DIS 8072 e 8073. são ser­viços com conexão que providenciam controlede fluxo, multiplexagem e detecção de errospara pacotes fora de sequência, perdidos oudestruídos. Desta forma a camada de trans­porte libera-o usuário dos seus serviços dequalquer preocupação de como as mensagens sãotrocadas entre os dispositivos, garantindoque as mensagens sejam recebidas no destina­tirio sem erros e na sequência correta, semperda ou duplicação de dados.

o Protocolo "ISO ES to IS" (ISO/DP 9542)seri ~dotado como mandat6rio em virtude dosesquemas dinâmicos de roteamento que supor­ta. Não existem ainda protocolos IS-IS defi­nidos, pelo que os sistemas IS deverão man­ter tabelas estiticas de todos os outros' IS.

Por outro lado, dada a necessidade de interligação de redes MAP/TOP com WAN's ou re=des com protocolos CONS, esti se elaborandouma nova camada com funções "internetwork­ing".

A camada de rede esti ainda em evoluçãoe não foi congelada para efeitos de imple­mentação.

Camada de Apresentação

Esta camada não exis:tiaainda nas versõesanteriores. Os protocolos de aplicação defi­nem conjuntos de elementos de dados dos maisdiversos tipos, diferentes para cad~ classede aplicação. Estes dados são representadosde forma abstrata, nas chamadas sintaxes ab~

tratas (AS). Por exemplo, poderiam conside­rar-se elementos de cadeias de strings (AS-X),de inteiros (AS-Y), etc. Esses tipos de da­dos estarão representados binariamente em cada sistema, de acordo com convenções locaisde linguagens, compiladores, etc. são aschamadas sintaxes concretas (CS's).

Entre dois usuirios que se comunicam,assintaxes concretas locais podem ser distin­tas. Por isso torna-se necessiria a defini­ção de sintaxes de transferência (TS's) quecodificarão os dados de forma específica pa­ra a transmissão e a ser negociada entre aspartes. Em virtude da grande diversidade dedados a 'transmitir poderão existir diversassintaxes de transferência. A camada de apre­sentação define os mecanismos para negociare relacionar sintaxes a partir de um conjun­to conhecido por ambas as partes, sem envol­vimento direto das entidades de aplicação.Para tal define-se o Contexto de apresenta­ção que estabelece as relações entre os re­quisitos das sintaxes abstratas e as sinta­xes de transferência. Por exemplo, para aAS-X antes indicada, suponhamos que se usemas regras de codificação ISO 646 ou EBCDIC.Existirão dois contextos X/646 e X/EBCDIC.Para a AS-Y de números inteiros consideram­se as TS's BCD ou biniria (complemento de 2):existirão no caso os contextos Y/BCD e Y/BIN.

O campo de padronização de sintaxes ecomplexo uma vez que se devem conceber re­gras para representação de valores de qual­quer tipo de dados imaginável. Números inteiros, caracteres, etc, são casos muito sim­ples mas, em protocolos de aplicação, surgemos mais diversos tipos de "records", "rec­ords" contendo "records", listas interliga­das, árvores; arquivos sequenciais indexa­dos, etc. Um passo muito importante foi da­do recentemente com a publicação da notaçãoASN.l no ISO/DIS 8824 para sintaxes abstra­tas e correspondentes regras de codificaçãopara sintaxes de transferência ISO/DIS 8825.

62

1 oc- I

teto I8 octetos

Fig. 5 - Mapeamento do NSAP noscampos de roteamento

As versões MAP/TOP 3.0 adotaram inicial­mente a unidade funcional "Presentation Ker­nel" do ISO/DIS 8823 e ISO/DIT 8824 publica­da no final de 1986 e prevêm a inclusão deoutras unidades no decorrer do tempo. Por enquanto, optou-se pela sintaxe de transferên=cia NBS-TS1 (corno especificado no NBS), po­dendo outras sintaxes serem implementadas nofuturo.

Camada de aplicação

Os processos de aplicação (AP's) solici­tam serviços de comunicação às entidades deaplicação (AE's) na camada de aplicação. Urnaentidade de aplicação (que implementa deter­minados serviços) é composta dos chamadosASE = "Application Service Elements", queconstituem o seu mais baixo nível funcional.ASE's podem usar outros ASE's (da mesma for­ma que subrotinas chamam outras subrotinas).

As AE são coleções de ASE e foram clas­sificadas inicialmente em duas famílias:

CASE "Cornrnon Application SE's";• SASE = "Specific Application SE".

Os serviços CASE foram formulados no ISO/DIT 8649 e 8640 em 1986. Hoje já Se abando­nou essa designação, preferindo~se nos últi­mos documentos o termo ACSE .= "AssociationControl SE' s", urna vez que esses SE' s ocupa.m ~

se unicamente do estabelecimento, término ouaborto das associações a estabelecer entreos AP's pares. Urna associação de aplicação éfeita entre duas AE's pela troca adequadª deinformações e independe das conexões de ni­vel inferior. Em particular ocupa-se" das sintaxes abstratas usadas. ~ frequente, nestécontexto, falar-se de UE = "User Element" çg

mo aquela parte do AP que usa ASE's. Frªquentemente,considera-se o UE como pertencentetambém às AE's, individualizªndo-se assimclaramente os módulos dos processos ap1.ica~

tivos que se ocupam unicamente de tran~mi~~

são de dados, daqueles que fazem prOC@S$a­mento.

Os ASE's definidos corno SASE incluem serviços específicos mas muito frequentes naS'aplicações de processamento de dados comoVTS = "Virtual Terminal Service", F'rAM :;;;"File Transfer, Access and Management" eJTM = "Job Transfer and Manipulation". Abandonada a designação SASE, hoje prefere~se ide FTAM-ASE, VTS-ASE, etc.

Protocolos de aplicação em implantaçãono MAP/TOP

• Em MAP/TOP estão em definição os seguin­tes protocolos:

ACSE (associate, Release, Abort) segundQo ISO 8649/2 e 8650/2;FTAM-ASE segundo o ISO DIS 8571/1,2,3 e4. Especifica um conjunto de serviços pani transferência de informação entre AP'se arquivos de dados englobando trabalhosem arquivos binários ou de texto(criação, transferência, read/write,

63

mudança, destruição e localização);serviços de network-management; foi pu­blicado em março 87 um "DRAFT" das espe­cificações detalhadas.

· Em MAP:

Serviços de Diretórios baseados no ISO/DP 9594(1, com o objeti~o de facilitarreferências a objetos na rede. O siste­ma de diretórios não deverá ser urna basede dados de uso geral, pois se supõe queas consultas são muito mais frequentesque alterações. Uma entrada no diretórioformada de diversos atributos, fornece aligação entre referências e objetos.(Ex.: "COMMON-NAME" = "Robot 1" obtém osatributos PSAP = 84, SSAP = 24, TSAP = 2,NSAP = 1004); .

Padrão MMS "Manufacturing MessageStandard". Depois de inúmeros trabalhosem conjunto com a ElA WG-1393, saiu aversão 5 de um protocolo MMS chamado também de RS-511, para a comunicação entredispositivos programáveis na fábrica, como CNC's, CLP's, CNR's, etc. Este pro=tocolo deverá ter grandes impactos naautomação. A versão atual apresenta al­guns problemas e outra está em desenvolvimento na ISO, devendo ser adotada porMA~, logo que pronta.

• Em TOP:

Protocolo~ vrS (Virtual Terminal) basea­dos nos d~ç~mentos ISO 9040/9041 (VirtualTerminal _ ~asic Class). Inicialmenteprevê-se. q seu uso no bloco "RemoteTermiI1al Açce/3s";

Protoçplgs "Network Manag"ement" e Dire­tóriqs (encpntram-se ainda numa fase muito prgliminar);

"Eleçt;ronic-ma:j.l", oferecendo ao usuárioas f\!uções Pélra envio e recepção de men­sagens pessoais, em texto ASCII ou emqualquer outro formato TOP de troca dedadqs.

TOP é formado de vários blocos (fig. 6),superpostos nas camadas do modelo OSI. Umsistema-final TOP inclui um ou mais dos blo­cos que çobrem a$ c.amadas 1, 2, 3 e 4 e pelomenos um dos blocos das camadas 5,6 e 7. Desta forma existirão, no futuro, consoante asoperações a que ~edestinem, diversos tiposde usuários finais. Os blocos inumerados nafigura incluem também formatos especiais pa­ra codificação e para troca de dados:

• Dados de definição do produto ("Productdefinition Data"), que. são um subconjuntodos elementos de dados necessários para aanálise, projeto, manufatura e controle dequalidade de um produto. Na falta de um pa­drão definitiv~ TOP adotou a versão 3.0 deIGES ("Initi~J. Graphics Exchange Specifi­cations") em ~lªppração no ANSI e NBS;

• Documentos de ~ªcritório, para troca de

1ComputerGrophlc.Servlc..

Grophics A~licatians

(e .g. CGM Interpreter)

Oevice -IndependentGraphics Service

c!ccmPHIGS Functlonal Speclflcatlolll

OGS-3D

• tee l1t.6lSa. Applicati> n Program InterfacePHIGS LABs,GKS-3D LABs

Devic.Independent

GrophiclLay.r

GraphlcsAAlllcotlon

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D.vlceO.p.ndent

GraphiC8layer

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CAMADA 7

AG. 6 - TOP: subdivisão do projeto TOP nos seus diversos blocos

constituintes 1 incluindo APl s e formatq de troca de da dos

(Fonte: TOP 3.0 ABRIL 1987)

FIG,7 - .OP: interdependencia de diversos padrolS usados em

ComputaçcJo Gráfica, incluindo GKS, CGM e IGES usados em TOP

(Fonte: TOP 3D ABRIL 1987)

•

documentos eletrônicos compostos de tiposmúltiplos de dados (por ex., alfanumérico,gráficos geométricos e gráficos "Raster") ,entre sistemas de aplicação diferentes. TOPrecomenda padrões baseados no ISO 8613, 1-8("Office Document Architecture =ODA and In­terchange Format");

• "ComputerGraphics Metafile" = CGM, quecontém a informação descritiva de uma imagem,representada pelas rotinas chamadas pelo programa aplicativo. O "metafile" pode sertransferido para um usuário remoto onde aimagem gráfica vai ser recriada pelo hard­ware e software (diferentes) locais. TOP re­comenda o padrão ISO 8632, 1 a 4 ("Metafilefor the Storage and Transfer of PictureDescription Informatión").

Além destes formatos existirão também diversas "Application Program Interfaces"= APLEstas interfaces são constituídas por bibliotecas de rotinas padronizadas, chamadas pe=los programas dos usuários, e cobrindo diver

. sos tipos de aplicação. Em TOP incluíram-seas APl' s de FTAM' s (em padronização pela ISO)e GKS = "Graphical Kernel System", ISO 7942.Em MAP estão em elaboração diversas API's,em particular, no protocolo RS-511.

Na figura 7 mostra-se a interligação dediversos padrões gráficos usados em TOP.

4. ARQUITETURAS EPA/MAP, MINI-MAP E "FIELD­BUS"

Nós MINI-MAP e EPA/MAP

A especificação MAP original tinha comoobjetivo permitir que os computadores utili­zados na manufatura trocassem dados entre sisem levar em conta o sistema operacional ouo tipo de computador utilizado. Este sistemade comunicação aberto continua sendo o ob­jetivo principal do MAP. Entretando, à medi­da que a especificação MAP foi sendo desen­volvida, usuários da área de controle de processos começaram a sentir a necessidade deum sub-conjunto de serviços MAP que, atravésdo "sacrifício" de alguma funcionalidade, deveria oferecer tempos de resposta mais rápi~

dos com relação à troca de mensagens.

Estes requisitos originaram uma arquite­tura MAP modificada denominada EPA ("En­hanced Performance Architecture").

Os critérios de projeto definidos no de­senvolvimento da arquitetura proposta sio basicamente os seguintes:

• suportar até 32 nós;• comprimento to tal < 1Km;· taxa de transferência de 5 Mbps;· mensagens de tamanho de 16-20 bytes.

Em função dos critérios utilizados (redepequen~, rápida velocidade de sinalização,etc.) espera-se a obtenção de tempos de ace~so de 25 ms. -

Outros critérios são também importantes

65

na especificação da arquitetura MAP/EPA e merecem alguns comentários: -

· reconhecimento imediato (LLC serviço ti­po 3): os nós pertencentes a redes comrestrição de tempo podem necessitar deuma resposta a uma requisição num tempomenor do que aquele correspondente à ro­tação do token pela rede.

Para obter esta resposta imediata um serviço de "acknowledge" é necessário. Este ti­po de serviço permitirá a um nó receber um"acknowledge" ou dados enviados por um nó remoto, enquanto o nó local que originou a re=quisição ainda tiver o "token" em sua posse.

Estes serviços devem permitir, ainda, umaretransmissão imediata se o dado ou reconhe­cimento ("acknowledge") não forem recebidosdentro de um limite de tempo, como também, aindicação local de falha caso nada seja recebido após um número determinado de tentati=vaso

A figura 8 ilustra a arquitetura MAP/EPAdevendo-se destacar o seguinte:

· camada de aplicação: aplicações críticasno, tempo (RS-511, etc);

• camada de enlace: IEEE 802-2 tipo 3;• controle de acesso ao meio: IEEE 802-4;

entretanto, para redes com restrição detempo, as seguintes opções devem ser usadas: serviços com opção de prioridade~serviços de resposta imediata, endereçosde 48 bits:camada física: "broadband" multi-canal ou"carrier-band" (fase coerente-5 Mbps);

• gerenciamento: compatível com o gerenciamento usado para qualquer nó MAP. Os pr~tocolos de gerenciamento para as camadas1 e 2 serão baseados na especificação produzida pelo IEEE 802-1. -

Associada à arquitetura MAP/EPA existeuma arquitet~ra mais simplificada denominadade MINI-MAP~ Esta arquitetura encontra-se associada aq4~1~s dispositivos que conterão õlado EPA dª grquiteturaMAP/EPA mas não assete camadªª 4~ arquitetura MAP. Estes dis­positivos ê~9 ~q~~pamentos de controle decusto baixp e q~e poderão coexistir com seg­mentos MAP ª~~ªy~{ de "gateway' s", no caso,representado ppr; UJIléi ,~~tação MAP /EPA.

Os serviçQê nece~s'~ios a um nó com ar­quitet:ura MINI~MAP ê~º oê mesmos descritos nolado EPA de um RP ~P/EP4~

Uma outra clp§se de pºs presentes na ar­quit:etura MINI-~P ê~º çhªmados nós passivos.Estes nós são e$t:aç6es. q~e não participam doprotocolo de pa,!:?§ªgem ~te ~'token" mas que sãocapazes de respºq4~r, ª~rªvés do mecanismode respostaime~:U,ªtª: ª poma requisição do nópossuidor do "f;ºlg~~" ~

Dispositivos de ma~§ b,aixo nível (tiposensores) podel:,ªº a.t~ª,r c@mo nós passivos jáque eles nunca tpma.rào a iniciativa de en­viar uma informa,l;a9 pela rede a menos quesejam solicitados~

•

APLI CAÇÁO

.FISICA EPA

ENLACE EPA

REDE

TRANSPORTE

APRESENTAÇÃO

SESSÃO

A PLICAÇ6ES CRíTICAS NO TEMPO( RS 511. ECT)

..,APLI CA ÇAO

APRESENTAÇÃO.-

SES SAO

TRANSPORTE

REDE

ENLAC E,

FI SICA

TAREFA do,USUARIO

ENLACE DE DAOOS EPA,

FISICA EPA

li'FiQ. 8 - MAP- EPAE MI NI- MAP : arqulteturas Enhanced-

Performance" poro aplicações crítical no tlmpo.

FONTE: MAP 3.0 1987

66

FIELDBUS

Uma nova iniciativa, Fig. 9,' foi lança-'daem 1985 e alocada aO grupo de trabalho doPROWAY (IEC~TC/65C/WG6), voltada para a de­finiçio de um barramento padrão ~e.modo apermitir a comunicação usualdigitat ' - entredispositivos montados no campo. Estes.disp'o....sitivos são aqueles acoplados. dire,tamente ao

,processo tais como sensores, : acionadores demotor, posicionadores de válvula,etc.'

Denominados de dispositivos finais, ten­dem cada vez mais a possuir, no futuro, 'ca­pacidade de processamento baseada em micro­processadores de modo a permitir o tratam~n­

to local do sinal. Esta inteligência viabi­lizoua introdução do padrão "Fieldbus" comos seguintes benefícios:

• economia de dados, terminais, etc., poisum "Fieldbus" p'ode substituir vários ra­mos das ligações atuais que ocorrem naforma de estrela;

• eliminação dos conversores A/D,e D/A;• aumento na flexibilidade para instalação

e consequente expansão do sistema.

o grupo de trabalho do PROWAY envolvidocom a especificação do FIELDBUS elaborou um"draft" de requisitos funcionais do qual seapresenta, a seguir, um resumo dos aspectosprincipais.

o padrão tem como objetivo básico a co­municação digital serial para/de dispositi­vos de campo com a possibilidade de endere­çamento no barramento de vários destes dis­positivos. A :fl.g. 10 ilustra um sistema en­volvendo as arquiteturas MAP/PROWAY/EPA/MINIMAP/FIELDBUS.

O padrão FIELDBUS será apropriado parauso em dispositivos com resolução típica de16 b,its para os dados, dos quais alguns exempIos são citados a seguir: sensores de pro:cesso/equipamento; transmissores/transduto­res de pressão, posição, temperatura, etc. ;t possível ainda suportar extensõespara'ro­bôs simples, controladores de visão, e ins­trumentos multi-canal tais. como cromatógra-fos. .

A especificação do FIELDBUS seguirá aterminologia OSI na definição dos níveis fí­sicos e de enlace. Os protocolos relativosãscamadas de aplicação e apresentação deverãoi.ncluir procedimentos que levem em conta asunidades de dados geralmente enviadas / rece­bidas pelos dispositivos de campo. Algunsexemplos de unidades de dados que podem serarmazenados por dispositivos de campo inte­ligentes e que possam ser transferidosatra­vés do FIELDBUS são:

• associado$ ao processo: valores de medi­das, frequência de medição, níveis dealarme, status ON/OFF;

• as'sociados ã instalação: "tag" dos dis­positivos de campo; informacões para operação/manutenção; características do am::biente no qual o dispositivo encontra-seinserido, etc;

67

'associados ao dispositivo: "status" cor­rente do dispositivo (OK/falha, controleON/OFF, teste ON/OFF), número/tipo de entradas e saídas, procedimentos de testes

. disponíveis, itens de fabricação (fabri­catite, modelo, n2 de série), especifica­ções do fabricante, faixa de trabalho,faixa de segurança, restrições de tempe­ratura, vibração, etc.).

Outros requisitos importantes associadosã especificação do FIELDBUS são discutidosna'sequência:

alimentação/isolação: opção de distribuição de alimentação para alguns ou todosos dispositivos, através do mesmo circuito utilizado pelo sinal de comunicação -;sendo que, em todos os casos, os elemen­tos finais deverão ser galvanicamente i­solados do barramento. No caso do FIELD­BUS não energizado, os dispositivos de­verão dispor de alimentação através deoutras fontes. Estas fontes deverão sereletricamente independentes mas poderãovir fazer a distribuição através de cir­cuitos separados no mesmo cabo utilizadopelo circuito por onde fluem as mensa­gens;

• meio físico: par trançado e cabo coaxialCaracterísticas elétricas e métodos deavaliação de instalações já existentesfarão parte das especificações. O uso defibra ótica deverá ser especificado nofuturo;ambiente hostil (segurança intrínseca) :necessidade de certificação de segurançade transmissão das linhas do FIELDBUS;

• número de estações: número máximo de es­tações igual a 30. Como se admite a ligação de mais de um elemento final a umãestação ("cluster") limita-se a 60 o nú­mero de elementos finais em um FIELDBUS;

• endereçamento: cada elemento final teráum endereço separado no FIELDBUS;

• comprimento do barramento / nQ de mensa­gens: o formato das mensagens e os protocolos serão os mesmos para qualquer op::ção, entretanto, serão permitidas opçõesenvolvendo o comprimento do barramento ea taxa de transmissão de mensagens. sãosuportadas as seguintes combinações:

comprimento do barramento de até 350mcom uma taxa mínima de 150 mensagens/segundo (controle de processo) e ummáximo de 10000 mensagens/segundo (automação da manufatura); -

comprimento do barramento de até 4Om,com uma taxa mínima de 5000 mensa­gens/segundo (robótica) e uma taxa máxima a mais alta possível;

• tempo de resposta: 5 ms (automação da manufatura), 20ms (controle de processos);

• métodos de controle de acesso: a aloca­ção de acesso ao meio poderá ser trans­ferível entre estações (tipo "token") ,mas nada de explícito é dito no "draft";redundância do barramento: o padrão n~o

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CCITT X25

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DIST~NCIA (metros)'

FIG. 9- FI ELDBUS ; comporoçlio de redes em relação o' distancio (m»)( Co~idade .'

. de t ransmissdo- (FONTE: : WOOD 1987)

FIELDBUS

F-0 'T

CP = controlador proQram6vel ou Controlador de processo

'1/0 = Grupo de E/S AnalóQico, OiQital

F. 's:. = Medidor de f".o, válvula, rel4f.

FIG. 10 - FIELDBUS: exemplo de um siste ma de comunicaçcio fabril envolvendo o uso

de Fieldbus's, PROWAY ,', MAP -EPA ·carrierband" e ''''ap-" broadband" .

(FONTE: IEC 1987)

68

MAP/cornoParatér-

suportará estruturas redundantes no bar­ramento, entretanto, estas poderão serincluídas corno opção.

s. ESTRATÉGIAS DE IMPLANTAÇÃO E DE MIGRAÇÃO

Boa parte dos protocolos usados emTOP encontram-se ainda em elaboração,foi demostrado nas seções anteriores.os usuários que não possam esperar pelomino dessas atividades MAP recomenda:

· Estabelecer um plano de migração (é apr~sentado um em MAP); .

· Instalar um cabo coaxial "broadband" pa­ra o tronco: este será o meio da redeMAP futura e poderá também ser usado pa­ra outros enlaces de comu~icàção;

· Implementar a camada física IEEE 802.4com a classe 1 de serviços LCC;

· Implementar a camada de transporte, classe 4;Implementar os protocolos restantes dealto nível, à medida que ficarem dispo­níveis.

As estratégias de migração na direçãodos padrões MAP/TOP devem ser planejadasdeforma muito cautelosa pela empresa levando­se em consideração:

· a base de computadores já instalada;· as facilidades de comunicação já existe~

tes;· as aplicações de usuar10S existentes

(software aplicativo).

Para permitir interligar num futuro,tronco MAP,computador e redes proprietárias, MAPpropõe diversas soluções, corno as apresenta­das na figura 11. O uso de "gateway" érecomendado, mas o seu custo pode ser alto ea implementação muito específica de certosequipamentos.

Mais delicado é ~ problema dos po.s{veisimpactos de migração no' software já instala­do, urna vez que 'os custos de conversão ou recodificação desse software podem ser proibi=tivos. Para tal propõe-se o divórcio entreos programas do usuário e os protocolos decomunicação, através da definição de API's("Application Programm Interfaces") adequa- .das, que consistem de bibliotecas de rotinas·de serviços, fig. 12.

A importância deste assunto levou à criação em MAP de um sub-comitê de interfaces deaplicação que publicou urna metodologia paradescrição não ambígua de API's consistindode um conjunto de utilidades, de um modelode interação entre a APl e os serviços deprotocolo e a especificação de formatos ge­rais das chamadas. Alguns resultados já es­tão disponíveis para protocolos FTAM e RS-511em linguagem C.

6. CONCLUSÃO

O projeto MAP/TOP representa o maior es-69

forço em curso a nível mundial para a obten­ção de um sistema aberto de comunicação paraaplicações em automação industrial. As cama­das superiores de protocolos ainda estão emfase de especificação, mas desde já se visualizamresultados de grande impacto, corno oprotocolo Rs-si1. Outros projetos em evo­lução responderão a necessidades complemen­tares e serão certamente enquadrados emMAP/TOP, à medida que atinjam estabilidaderazoável. Além do projeto "Fieldbus" ci­tam-se os projetos IEEE 802-6 para MAN's eANSI/FD-DI, ambos envolvendo o uso de fibraótica e a transmissão de voz e imagem, alémdos dados. Estes projetos são ainda incompa­tíveis e a comunidade internacional . aguarda asua compatibilização nos próximos meses.

As atividades hoje em curso no Brasil,no setor, são escassas e no mercado nacio­nal começam a despertar as primeiras apli­cações industriais, em particular nos .se­tores siderúrgico e automobilístico. Final­mente cita-se a recente criação de urna Comissão de Automação Industrial da ABNT, naqual foi instalada u~a Comissão de Estudospara comunicação fabril.

7. BIBLIOGRAFIA

G.G. Wood, (987)- "Survey of LAN' s andStandards" ,Computer Standards & In­terfaces, n9 6, 27-36.

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MAP, (1987) - Manufacturing AutomationProtocol, versão 3.0, ImplementationRelease (sujeita a ~udanças), Abril.

M. J. Mendes et aI, (987) - "Intercone­~ão de sistemas compuacionais abertos~m automação industrial", Revista daSBA: Controle e Automação, voI. 1, n91, Janeiro.

M. J. Mendes, (1986) - "Redes locais decomunicação em ambiente industrial", 6QSeminário da Sobracon.

TOP, (1987) - Technical Office Protocols.,versão 3.0, Implementation Release,Ab~il, (sujeita a mudanças).

PROGRAMA OE APLICAÇÃO

I

INTERFACE PADRONIZADA

( BIBLIOTECA Assoe IADA À INTERFACE PADRÃO PARAOS PROGRAMAS OE APL! CAÇÃO NAP/TOP

INTERFACE ESPECiFICA E NÃO EXPOSTA AOPROGRAMA DA APLI CAÇÃO

SERViÇOS DA CAMADA OEAPLlCAÇAo (CAMADA 7)

CAMADA OE APRESENTAÇÃO

CAMADA OE SESSÃO

CAMADA OE TRANSPORTE

CAMADA OE REDE

CAMADA DE ENLACE

CAMADA FíSICA

Conexão à Rede

Redepropr ietári o

RedepToprietória

~ DlSPOSI'TMlSr RCB6s~ PROGRAMAVEIS

LONGO PRAZO

CURTO PRAZO

PROCESSADORES

DE APLlCAÇlo

FIG.II ~ M1GRAçAo: exemplo de evotute\o di UIM .... MAP I

com a utilização de -caa_way" ftO iftÍcio

(PONft: MAP 1.1 1115)

---- ---- -----

FIG. 12 - APl: Biblioteca de APl padrc10