Introduo As redes industriais foram criadas, a fim de criar uma
soluo eficiente e barata para conexo entre os mais distintos
dispositivos de um processo de automao. Os protocolos tem papel
importante nisso, j que so eles que determinam o idioma da rede e
permite que um dispositivo converse com outro. Padres surgem aos
montes. Criados pelos fabricantes dos equipamentos, os protocolos
so as vezes padro para uma nica marca. E neste ponto que os
protocolos padronizados perdem seu sentido. So inmeras as vezes em
que se tentou instituir um padro que fosse adotado por todos os
fabricantes. Com a evoluo da tecnologia nos equipamentos, vemos
cada vez mais dispositivos capazes de se comunicar com os mais
diversos protocolos
2
Protocolo MODBUS O protocolo MODBUS uma estrutura de mensagem
desenvolvida pela Modicon em 1979, usada para estabelecer comunicao
entre os dispositivos mestre-escravo / cliente-servidor. Ele de
fato um padro, muitos protocolos de rede industriais utilizam este
protocolo em seu ambiente. O protocolo ModBUS disponibiliza uma
padro de indstria atravs do mtodo MODBUS para trocar mensagens.
Comunicao entre os dispositivos MODBUS Os dispositivos MODBUS
comunicam utilizando a tcnica mestre-escravo no qual permite que
somente um dispositivo (o mestre) possa iniciar as transaes
(chamadas de queries). Os outros dispositivos (escravos) respondem
de acordo com o pedido do mestre, ou de acordo com a tarefa em
questo. Um dispositivo perifrico escravo (vlvula, drive de rede ou
outro dispositivo de medio), que processa a informao e envia o dado
para o mestre. A verificao de erro efetuada opcionalmente pela
paridade de cada byte transmitido e obrigatoriamente pelo mtodo LRC
ou CRC sobre toda a mensagem. O LRC descarta os caracteres de
inicio e fim de mensagem. O CRC descarta os bits de inicio,
paridade e parada de cada byte: O dispositivo mestre espera uma
resposta por um determinado tempo antes de abortar uma transao
(timeout). O tempo deve ser longo o suficiente para permitir a
resposta de qualquer escravo. Se ocorre um erro de transmisso, o
escravo no construir a resposta para o mestre. Ser detectado um
timeout e o mestre tomar as providncias programadas. Tipos de
protocolos MODBUS
3
O 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. O MODBUS PLUS usado
para comunicao entre si 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, controle de acesso ao meio por HDLC (High Level Data Link
Control). O MODBUS PADRO usado para comunicao dos CLPs com os
dispositivos de entrada e sada de dados, instrumentos eletrnic os
inteligentes (IEDs) como rels de proteo, controladores de processo,
atuadores de vlvulas, transdutores de energia e etc. o meio fs ico
o RS-232 ou RS-485 em conjunto com o protocolo mestre-escravo.
Mapa do registrador MODBUS Os dispositivos MODBUS usalmente
incluem um mapara de registro MODBUS. As funes do MODBUS funcionam
sobre um registrador de mapa, configurao e controle de mdulo I/O.
Verifique a referncia no mapa de registro do seu dispositivo para
obter uma melhor compreenso da operao. Modo de transmisso serial
para a rede MODBUS O modo de transmisso define o contedo de bit da
mensagem a ser transmitida na rede e como a informao da mensagem
ser empacotada na mensagem e descompactada. O padro MODBUS emprega
os dois modos de transmisso: ASCII Mode; RTU Mode. O modo de
trasmisso usualmente selecionado com outros parmetros de porta de
comunicao serial como baud rate, paridade e etc. Modo de transmisso
ASCII No modo de tranmisso ASCII (American Standard Code for
Information Interchange), cada byte de caracter em uma mensagem
enviado dois caracteres sem gerao de erros.
4
Modo de Transmio RTU (Remote Terminal Unit) No modo RTU (Remote
Terminal Unit), cada mensagem de 8 bits contm dois caracteres
hexadecimais de 4 bits. Funes do MODBUS A funo do cdigo de campo da
mensagem colocar dois caracteres (no modo ASCII), ou 8 bits (no
modo RTU) que digam ao escravo que ao ele deve tomar. Funes vlidas
de cdigo valem de 1 at 255, porm nem todos os cdigos sero aplicados
para o mdulo e alguns cdigos ficaro reservados para uso futuro.
Campo de dados do MODBUS O campo de dados disponibiliza ao escravo
alguma informao necessria pelo escravo para completar a ao
especfica pelo cdigo da funo. O dado formado de bytes de caracteres
mltiplos (um par de caracteres ASCII no modo ASCII), ou de dois
dgitos hexadecimais no modo RTU, na faixa de 00h at FFh. Os dados
tipicamente incluem registradores de endereos, contadores de
velores e escrita de dados. Se nenhum erro encontrado, o campo de
dados da resposta do escravo retornar do pedido de dados. Se alguns
erros ocorrem, o campo de dado retorna um cdigo de exceo que a
aplicao mestre pode usar para determinar aprximaao a tomar.
5
Protocolo PROFIBUS PROFIBUS desenvolvido na Alemanha,
inicialmente pela Siemens em conjunto com a Bosch e
Klockner-Moeller em 1987. Em 1988 tornou-se um "Trial Use Standard"
no contexto da norma DIN (DIN V 19245, parte 1), que define as
camadas Fsica e Enlace. Posteriormente, grupo de 13 empresas e 5
centros de pesquisa propuseram alteraes nas camadas Fsica e Enlace
e definiram a camada de Aplicao (norma DIN V 19245, parte 2). Esta
proposta atualmente apoiada por mais de 300 empresas europias e
internacionais. uma rede de campo aberta, independente dos
fabricantes, ao alcance de uma larga variedade de aplicaes de
manufatura e processos de automao. A sua independncia e a garantia
de ser uma rede aberta assegurada pelas normas internacionais A
comunicao entre dispositivos de diferentes fabricantes ocorre sem
ajustes especiais Pode ser usado em tarefas que requerem comunicao
em tempo real, alta velocidade e de comunicao complexa Perfis de
comunicao PROFIBUS DP (Distribuited Process) PROFIBUS PA (Process
application) PROFIBUS FMS (Fieldbus Massage Especification)
PROFIBUS DP o perfil de comunicao mais utilizado otimizado para
velocidade, eficincia, baixos custos de ligao e est projetado para
comunicaes entre sistemas de automao e perifricos distribudos
PROFIBUS PA Permite conectar sensores e atuadores at mesmo em um
barramento comum em reas intrinsicamente seguras. Pode ser usado
com tecnologia 2 fios de acordo com o padro internacional IEC
1158-2 PROFIBUS FMS Soluo de propsito geral para comunicao de
tarefa ao nvel de Clula, os recursos FMS poderosos abrem um amplo
alcance de aplicaes com grande flexibilidade, pode ser usado para
tarefas de comunicao extensas e complexas. Profibus DP / PA
Classificao: Devicebus Mais de 300 fornecedores de equipamentos
Topologia:Linha / Estrela / Anel6
Velocidade de transmisso: DP - Mx: 12 Mbps ; PA - Max: 31.25
kbps Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Ns c/ 16 E/S): < 2.0 ms
(dependente da configurao) Max. nmero de ns: 127 Distncia Mxima:
100m entre segmentos (12Mbaud) ; 24Km (Dependente do meio e do
Baudrate) Mestre-Escravo - peer to peer
Arquitetura Tpica Profibus DP/PA
Configurao do sistema via software
7
Ethernet A rede Ethernet passou por uma longa evoluo nos ltimos
anos se constituindo na rede de melhor faixa e desempenho para uma
variada gama de aplicaes industriais. A Ethernet foi inicialmente
concebida para ser uma rede de barramento multidrop (100Base-5) com
conectores do tipo vampiro (piercing) , mas este sistema mostrou-se
de baixa praticidade. A evoluo se deu na direo de uma topologia
estrela com par tranado. As velocidades da rede cresceram de 10
Mbps para 100 Mbps e agora alcanam 1 Gbps (IEEE802.3z ou Gigabit
Ethernet). A Gigabit Ethernet disputa com a tecnologia ATM o
direito de ser a espinha dorsal (backbone) das redes na empresa. A
outra evoluo se d no uso de hubs inteligentes com capacidade de
comutao de mensagens e no uso de cabos full duplex em substituio
aos cabos half duplex mais comumente utilizados. Isto faz com que a
rede se torne determinstica e reduzem a probabilidade de coliso de
dados Faixa de aplicao da rede
Outras iniciativas visam utilizar a rede Ethernet para como
substrato para outras aplicaes. Alguma iniciativas nesta direo so:
Desenvolvimento da rede Fieldbus HSE ( high speed Ethernet ): A
Fieldbus Foundation incorporou a rede Ethernet dentro de sua
especificao H2. Esta rede no visa substituir a rede H1, mas
estender seu espectro de aplicao
8
para a interligao de dispositivos como CLPs e sistemas de
superviso. Esta rede usa UDP/IP sobre as camadas de enlace
Ethernet.
Tabela comparativa rede H1 x HSE Ethernet/IP: Ethernet/Ip o nome
comercial da especificao da camada de aplicao Control Net sobre
TCP/UDP/IP sobre Ethernet. A especificao foi gerada pela ControlNet
International e agora est sendo adotada pela ODVA (Open Device Net
Vendors Association). A especificao da ControlNet consiste do
Control and Information Protocol (CIP) rodando sobre a canada CTDMA
(Concurrent Time Domain Multiple Access). O protocolo DeviceNet uma
especializao do CIP rodando sobre CAN. Ethernet/IP uma especializao
do protocolo CIP rodando sobre TCP/UDP/IP, que por sua vez roda
sobre a rede Ethernet. PROFInet: Existe um esforo em se buscar o
acoplamento transparente entre as rede Profibus e Ethernet. O que
se busca uma reduo dos custos de engenharia e promover uma
comunicao mais uniforme entre aplicativos de alto nvel e
dispositivos de campo. Modbus/TCP: Esta rede une o protocolo de
camada de aplicao mais popular com o stack de transporte/rede mais
utilizados na indstria. Na verdade o protocolo Modbus rivaliza em
popularidade com o protocolo DF1 da Rockwell Automation, mas mais
difundido. Uma das vantagens do protocolo TCP/IP a facilidade de se
usar diversas camadas de aplicao diferentes. No port 1000 estamos
tratando requisies de servio do protocolo Modbus, enquanto no port
1001 tratamos um protocolo DF1, por exemplo. Este tipo de aplicao
visa mais interligar dispositivos de campo orientados a byte, mais
simples, como equipamentos de laboratrio, medidores de energia
CA/CC, rels inteligentes, etc.9
Fieldbus Foundation A Fieldbus Foundation uma organizao que
surgiu em 1993 como um esforo dos maiores fornecedores de produtos
fieldbus da poca (WorldFIP e ISP) para se chegar num padro nico e
interopervel. formado atualmente pelos maiores fabricantes,
fornecedores e usurios finais de controle de processo e automao
fabril, tendo sido apresentado, na sua verso completa de padro,
apenas no ano de 97. A fase atual est na utilizao do padro em
plantas industriais e qumicas ao redor do mundo para testes e
validaes finais. Por ser um profundo contribuidor ao padro ISA/IEC
SP50 provvel que a verso final do ISA/IEC tenha muito a ver com o
padro da Fieldbus Foundation. Definies O FIELDBUS um protocolo
desenvolvido para automao de Sistemas de Fabricao, elaborado pela
FieldBus Foundation e normalizado pela ISA-The International
Society for Measurement and Control. Como pode ser observado da
figura anterior, o protocolo Fieldbus visa a interligao de
instrumentos e equipamentos, possibilitando o controle e monitorao
dos processos. Geralmente utilizado com os chamados Softwares
Supervisrios (SCADA, etc.), que permitem a aquisio e visualizao
desde dados de sensores at status de equipamentos.
Operao conjunta: Softwares
Supervisrios+Fieldbus+Instrumentos.
Nveis de Protocolo Fieldbus foi desenvolvido baseado no padro
ISO/OI, porm no contm todos os seus nveis. A figura faz a comparao
entre os dois modelos. Como pode ser visto na figura, o protocolo
Fieldbus dividido em dois nveis principais: Nvel Fsico (interligao
entre os instrumentos e equipamentos) e Nvel de Software (tratam
das formas de comunicao entre os equipamentos).10
Nveis de Software Esse nvel transparente ao usurio, sendo
tratado, geralmente, pelo software supervisrio. Geralmente dividido
em camadas (Layers), como se segue: Subnvel de Enlace Data Link
Layer A funo deste nvel garantir a transmisso da mensagem, de forma
ntegra, ao destinatrio correto. Tambm neste nvel feito um controle
de utilizao da rede e roteamento de mensagens, definindo quem pode
transmitir e quando. Geralmente h a presena de um Buffer de
mensagens, de forma que um produtor coloca sua mensagem nesse
Buffer, e as outras estaes podem acessar os dados. Tal modo de
operao permite um tipo de broadcasting, ou seja, com apenas uma
transmisso, todos os destinatrios podem receber os dados. As redes
industriais geralmente devem suportar aplicaes com tempos crticos,
de forma que o Scheduler coordena o tempo de cada transao, bem como
obedece a ordens de prioridade para cada emissor/receptor de
mensagens. Subnvel de Aplicao Application Layer Neste nvel definida
a sintaxe das mensagens, bem como o modo de transmisso de cada
mensagem (cclica, imediata, apenas uma vez, ou somente quando
requisitada). Este nvel tambm faz o monitoramento contnuo do
barramento, de maneira a detectar falhas, adio de novos elementos
ou ainda a remoo de outros. Essas atividades so necessrias devido
criticidade das operaes.
11
Subnvel do Usurio User Layer Define a maneira pela qual pode ser
feito o acesso a informaes dentro de equipamentos Fieldbus, e de
que maneira pode-se distribuir as informaes para outros
instrumentos da rede. H um certo padro de arquitetura para os
equipamentos fieldbus, constitudo por blocos funcionais. Esses
blocos executam as funes inerentes a cada processo, e tarefas
fundamentais, como: aquisio de dados, controle (PID,
principalmente), atuao, clculos, etc. Nvel Fsico O Nvel Fsico
constitui-se dos padres de ligaes, fios, cabos, caractersticas
eltricas, etc, necessrios formao de uma Rede FieldBus. A norma que
especifica esses padres a ANSI/ISA-S50.02 Fieldbus Standard for Use
in Industrial Control Systems Part 2 : Physical Layer Specification
and Service Definition. Alguns itens da especificao destacam-se
pela sua importncia, dentre eles: Transmisso de dados apenas de
forma digital oferece a vantagem da ausncia de conversores AD/DA, o
que possibilita maior confiabilidade dos dados; por outro lado,
limita a variabilidade dos dados transmitidos; Comunicao
Bi-direcional; Utilizao do Cdigo Manchester; Modulao de Voltagem;
Velocidades de transmisso de 31,25kbps e 100 Mbps; Transmisso com
ou sem energizao. As duas velocidades determinadas so especficas
para cada nvel de aparelhagem. No nvel de instrumentos, a
velocidade de 31,25kbps, j no nvel mais alto, utilizada a
velocidade de 100Mbps. Algumas especificaes quanto ao funcionamento
crtico e tolerncia a falhas da rede tambm so determinadas pela
norma: Uma rede Fieldbus deve continuar operando durante a
conexo/desconexo de qualquer instrumento na mesma; Na ocorrncia de
falhas em elementos de transmisso, a comunicao no deve ser
prejudicada por mais de 1ms; Recomenda-se a utilizao de meios
fsicos redundantes.
A alimentao dos equipamentos presentes na rede pode ser feita de
duas maneiras, via condutores de sinal, onde o cabo de sinal
fornece a energia necessria12
ao equipamentos; ou via condutores separados, onde o cabo de
sinal transporta apenas dados, e uma rede separada energiza os
equipamentos. A alimentao utilizando redes separadas a mais comum,
pois evita a presena de rudos na redes, oriundos de sobrecargas de
alimentao dos equipamento. Vantagens do Fieldbus Diversos benefcios
so advindos da utilizao de redes Fieldbus, os mais importantes so
listados a seguir. Benefcios Econmicos As caractersticas dos
sistemas Fieldbus permitem baixos custos de implantao e manuteno,
bem como a fcil expanso da rede. Tambm no muito difcil a
implementao de um sistema Fieldbus em um sistema de automao j
implantado, visto que seriam necessrias apenas placas de interface
e conversores AD/DA.
Implantao de novas malhas Benefcios de Performance Vantagens de
customizao e de obteno de informaes de mais baixo nvel devido
utilizao de sistemas abertos; Instrumentao de ponta, no caso de
redes novas; transmisso apenas de forma digital; redundncia na
rede, etc.
13
Nvel de informao obtida em sistemas com e sem Fieldbus. Projeto
de Sistemas Fieldbus Algumas consideraes bsicas devem ser feitas
quando da construo de projetos Fieldbus. Aspectos como distncias
entre equipamentos, nmero de equipamentos a serem ligados, previses
de expanso, fontes de alimentao, topologia, segurana e redundncia
devem ser levados em conta, visto que mesmo pequenas falhas, em
aplicaes crticas, podem levar a srios prejuzos. Topologias de Rede
Geralmente so utilizadas 4 topologias bsicas em sistemas Fieldbus:
Barramento: constitue-se de um barramento nico onde os equipamentos
so ligados de forma direta, ou indireta (via barramentos
secundrios). Ponto a Ponto: os equipamentos so todos ligados em
srie. Neste caso obrigatria a redundncia de conexes, de forma a
garantir que a emoo/insero de um equipamento no venha a interromper
a comunicao. rvore: alguns equipamentos denominados Concentradores
conectam diversos equipamentos,e interligam-se com outros
Concentradores. Esta topologia tambm conhecida como P de Galinha.
End-to-end: utilizada quando da conexo direta de apenas dois
equipamentos. H tambm a possibilidade de utilizar-se topologias
mistas, que baseiam-se na utilizao das topologias acima de forma
misturada, por motivos diversos, tais como: segurana, otimizao,
espaamentos, configurao, etc.
14
Topologias Fieldbus possveis: End-to-End; Barramento;
Ponto-a-Ponto; rvore (P-de-Galinha) Um projeto Fieldbus deve levar
em considerao o tempo de resposta da rede a determinadas entradas,
de forma a no comprometer a dinmica do sistema. Detalhes como
atrasos, interrupes e gargalos devem ser eticulosamente analisados
para garantir-se a confiabilidade do sistema Normas de Segurana
Ambientes fabris so geralmente hostis e perigosos, com a presena de
materiais inflamveis, gases, produtos qumicos, etc, tambm chamados
reas Classificadas. Ao elaborar-se projetos para ambientes desse
tipo, qualquer projeto que seja, normas de segurana devem ser
seguidas rigorosamente, de modo a evitarem-se riscos a pessoas e
equipamentos. As normas que regem os sistemas Fieldbus no fogem
regra, e tambm determinam algumas caractersticas para garantir a
segurana do sistema. A classificao das reas baseada no tipo de
substncias presentes, e as normas de segurana regem especificaes de
blindagem, vedao, tipos de instrumentos, faiscamento e auto-extino
de chamas.
15
DeviceNet Introduo DeviceNet um rede digital, multi-drop para
conexo entre sensores, atuadores e sistema de automao industrial em
geral. Ela foi desenvolvida para ter mxima flexibilidade entre
equipamentos de campo e interoperabilidade entre diferentes
vendedores. Apresentado em 1994 originalmente pela Allen-Bradley, o
DeviceNet teve sua tecnologia transferida para a ODVA em 1995. A
ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) uma organizao sem fins
lucrativos composta por centenas de empresas ao redor do mundo que
mantm, divulga e promove o DeviceNet e outras redes baseadas no
protocolo CIP (Common Industrial Protocol). Atualmente mais de 300
empresas esto registradas como membros, sendo que mais de 800
oferecem produtos DeviceNet no mundo todo. A rede DeviceNet
classificada no nvel de rede chamada devicebus, cuja caractersticas
principais so: alta velocidade, comunicao a nvel de byte englobando
comunicao com equipamentos discretos e analgicos e alto poder de
diagnostico dos devices da rede (como mostrado na figura 1.1). A
tecnologia DeviceNet um padro aberto de automao com objetivo de
transportar 2 tipos principais de informao: dados cclicos de
sensores e atuadores, diretamente relacionados ao controle dados
acclicos indiretamente relacionados ao controle, como configurao e
diagnstico.
Os dados cclicos representam informaes trocadas periodicamente
entre o equipamento de campo e o controlador. Por outro lado, os
acclicos so informaes trocadas eventualmente durante configurao ou
diagnstico do equipamento de campo. A camada fsica e de acesso da
rede DeviceNet baseada na tecnologia CAN (Controller Area Network)
e as camadas superiores no protocolo CIP, que define uma
arquitetura baseada em objetos e conexes entre eles. O CAN
originalmente foi desenvolvido pela BOSCH para o mercado de
automvel Europeu para substituir os caros chicotes de cabo por um
cabo em rede de baixo custo em automveis. Como resultado, o CAN tem
resposta rpida e confiabilidade alta para aplicaes principalmente
nas reas automobilstica. Uma rede DeviceNet pode conter at 64
dispositivos onde cada disposito ocupa um n na rede, endereados de
0 a 63. Qualquer um destes pode ser utilizado. No h qualquer
restrio, embora se deva evitar o 63, pois este costuma ser
utilizado para fins de comissionamento..16
Exemplo de Rede DeviceNet Caractersticas da rede Topologia
baseada em tronco principal com ramificaes. O tronco principal deve
ser feito com o cabo DeviceNet grosso, e as ramificaes com o cabo
DeviceNet fino ou chato. Cabos similares podem ser usados desde que
suas caractersticas eltricas e mecnicas sejam compatveis com as
especificaes dos cabos padro DeviceNet. Permite o uso de
repetidores, bridges, roteadores e gateways. Suporta at 64 ns,
incluindo o mestre, endereados de 0 a 63 (MAC ID). Cabo com 2
pares: um para alimentao de 24V e outro para comunicao. Insero e
remoo quente, sem perturbar a rede. Suporte para equipamentos
alimentados pela rede em 24V ou com fonte prpria. Uso de conectores
abertos ou selados. Proteo contra inverso de ligaes e
curto-circuito. Alta capacidade de corrente na rede (at 16 A). Uso
de fontes de alimentao de prateleira.. Taxa de comunicao
selecionvel :125,250 e 500 kbps. Comunicao baseada em conexes de
E/S e modelo de pergunta e resposta. Diagnstico de cada equipamento
e da rede. Transporte eficiente de dados de controle discretos e
analgicos. Deteco de endereo duplicado na rede. Mecanismo de
comunicao extremamente robusto a interferncias eletromagnticas.
17
Protocolo DeviceNet DeviceNet uma das trs tecnologias abertas e
padronizadas de rede, cuja camada de aplicao usa o CIP (Common
Application Layer). Ao lado de ControlNet e EtherNet/IP, possuem
uma estrutura comum de objetos. Ou seja, ele independente do meio
fsico e da camada de enlace de dados. Essa camada de aplicao
padronizada, aliada a interfaces de hardware e software abertas,
constitui uma plataforma de conexo universal entre componentes em
um sistema de automao, desde o cho-de-fbrica at o nvel da internet.
CIP tem dois objetivos principais: Transporte de dados de controle
dos dispositivos de I/O. Transporte de informaes de configurao e
diagnstico do sistema sendo controlado.
Um n DeviceNet ento modelado por um conjunto de objetos CIP, os
quais encapsulam dados e servios e determinam assim seu
comportamento. O Modelo de Objeto Um n DeviceNet modelado como uma
coleo de objetos. Um objeto proporciona uma representao abstrata de
um componente particular dentro de um produto. Um exemplo de objeto
e uma classe de objeto tm atributos (dados), fornecem servios
(mtodos ou procedimentos), e implementa comportamentos. Atributos,
exemplos, classe e endereo de n (0-63) so endereados por nmero. A
camada de link de dados (Data link layer) Devicenet utiliza o padro
CAN na camada de link de dados.O mnimo overhead requerido pelo
protocolo CAN no data link layer faz o DeviceNet eficiente no
tratamento de mensagens. Frame de dados DeviceNet utiliza somente o
tipo de frame de dados do protocolo CAN (dentre outros existentes
no protocolo CAN). O protocolo utiliza um mnimo de largura de banda
para transmisso das mensagens CIP. O formato do frame de dados
DeviceNet mostrado na figura
18
Modos de Comunicao Possui dois tipos bsicos de mensagens, cyclic
I/O e explicit message. Cada um deles adequado a um determinado
tipo de dado, conforme descrito abaixo: Cyclic I/O: tipo de
telegrama sncrono dedicado movimentao de dados prioritrios entre um
produtor e um ou mais consumidores. Dividem-se de acordo com o
mtodo de troca de dados. Os principais so: Polled: mtodo de
comunicao em que o mestre envia um telegrama a cada um dos escravos
da sua lista (scan list). Assim que recebe a solicitao, o escravo
responde prontamente a solicitao do mestre. Este processo repetido
at que todos sejam consultados, reiniciando o ciclo. Bit-strobe:
mtodo de comunicao onde o mestre envia para a rede um telegrama
contendo 8 bytes de dados. Cada bit destes 8 bytes representa um
escravo que, se endereado, responde de acordo com o programado.
Change of State: mtodo de comunicao onde a troca de dados entre
mestre e escravo ocorre apenas quando houver mudanas nos valores
monitorados/controlados, at um certo limite de tempo. Quando este
limite atingido, a transmisso e recepo ocorrero mesmo que no tenha
havido alteraes. A configurao desta varivel de tempo feita no
programa de configurao da rede. Cyclic: outro mtodo de comunicao
muito semelhante ao anterior. A nica diferena fica por conta da
produo e consumo de mensagens. Neste tipo, toda troca de dados
ocorre em intervalos regulares de tempo, independente de terem sido
alterados ou no. Este perodo tambm ajustado no software de
configurao de rede. Explicit Message: tipo de telegrama de uso
geral e no prioritrio. Utilizado principalmente em tarefas
assncronas tais como parametrizao e configurao do equipamento.
Arquivo de Configurao Todo nodo DeviceNet possui um arquivo de
configurao associado, chamado EDS (Electronic Data Sheet). Este
arquivo contm informaes importantes sobre o funcionamento do
dispositivo e deve ser registrado no software de configurao de
rede. Camada Fsica e Meio de Transmisso DeviceNet usa uma topologia
de rede do tipo tronco/derivao que permite que tanto a fiao de
sinal quanto de alimentao estejam presentes no mesmo cabo. Esta
19
alimentao, fornecida por uma fonte conectada diretamente na
rede, e possui as seguintes caractersticas: 24Vdc; Sada DC isolada
da entrada AC; Capacidade de corrente compatvel com os equipamentos
instalados. O tamanho total da rede varia de acordo com a taxa de
transmisso (125,250, 500Kbps)
Topologia da rede As especificaes do DeviceNet definem a
topologia e os componentes admissveis. A variedade de topologia
possveis mostrada na figura seguir.
Topologias possveis com a rede DeviceNet A especificao tambm
trata do sistema de aterramento, mix entre cabo grosso e fino
(thick e thin), terminao, e alimentao de energia. A topologia bsica
tronco-derivao (trunkline-dropline) utiliza 1 cabo (2 pares torcido
separados para alimentao e sinal). Cabo grosso (thick) ou fino
(thin) podem ser usados para trunklines ou droplines. A distncia
entre extremos da rede varia com a taxa de dados e o tamanho do
cabo 1 TAXA DE DADOS 25 Kbps 50 0m 10 0m 0m 0m 10 0m 50 Kbps 25 0m
10 2 00 Kbps 10 5
Comprimento para barramento principal com cabo grosso
(thick-trunk) Comprimento para barramento principal com cabo fino
(thin-trunk)
20
Comprimento mximo para 1 derivao do barramento principal
(maximum-drop) Comprimento acumulado das derivaes do barramento
principal (cumulative-drop)
6 m 15 6m m m
6 m 78 m
6
39
Cabos H 4 tipos de cabos padronizados: o grosso, o mdio, o fino
e o chato. mais comum o uso do cabo grosso para o tronco e do cabo
fino para as derivaes.
21
Anatomia dos cabos padro DeviceNet Os cabos DeviceNet mais
usados (fino e grosso) possuem 5 condutores identificados e
utilizados de acordo com a tabela seguinte: Cor do fio Branco Azul
Fio nu Preto Vermelho Sinal CAN_H CAN_L Dreno VV+ Cabo redondo
Sinal DN Sinal DN Blindagem Alimentao Alimentao Cabo chato Sinal DN
Sinal DN No usado Alimentao Alimentao
Esquema de cores dos cabos DeviceNet
22
Vista dos componentes do cabo padro DeviceNet Pontos de
alimentao (Power Taps) podem ser acrescentados em qualquer ponto da
rede tornando possvel a redundncia da alimentao na rede. A corrente
no Trunkline 8 amps (com cabo grosso thick). No cabo tipo thin a
corrente mxima de 3 amps. Uma opo opto-isolado de projeto permite
dispositivos energizados externamente (por ex.: partidas de drivers
AC e vlvulas solenides) compartilhar o mesmo cabo do bus. Outras
redes baseadas em CAN permitem somente uma nica fonte de alimentao
para a rede inteira. Os dispositivos podem ser alimentados
diretamente da rede e comunicam-se com o mesmo cabo. Ns podem ser
removido ou inseridos da rede sem desligar a rede.
Conectores H trs tipos bsicos de conectores: o aberto, o selado
mini e o selado micro. O uso de um ou de outro depende da
convenincia e das caractersticas do equipamento ou da conexo que
deve ser feita. Veja nas figuras seguintes a codificao dos fios em
cada tipo.
23
-Conector aberto (open style)
Conector selado mini Terminadores da rede
Conector selado micro
As terminaes na rede DeviceNet ajudam a minimizar as reflexes na
comunicao e so essenciais para o funcionamento da rede. Os
resistores de terminao (121W, 1%, W) devem ser colocados nas
extremidades do tronco, entre os fios CAN_H e CAN_L (branco e
azul).
Ligao dos resistores de terminao24
Derivadores TAPS Existem vrios tipos de derivadores TAPS para
serem conectados em uma rede do tipo DeviceNet. Estes derivadores
permitem ligar os vrios elementos da rede. Classificam-se como:
Derivao T T-Port TAP O derivador T-Port conecta um dispositivo
simples ou uma linha de derivao drop line atravs de um conector
estilo plug-rpido.
Derivao de dispositivo Device-Port DevicePort so componentes
selados que conectam ao trunk line via drop line atravs de
conectores de desconexo rpida somente dispositivos compatveis a
rede DeviceNet. Existem DevicePort para conectar 4 ou 8
dispositivos. Derivao tipo box DeviceBox DeviceBox so elementos
passivos que conectam diretamente os dispositivos DeviceNet no
Trunk Line atravs de conexes de terminais para at 8 ns. Eles
possuem tampa removvel selada que permite montagem em mquina ou no
cho de fbrica. Derivao de Alimentao PowerTap O PowerTap possue
proteo de sobre corrente para o cabo tipo thick (grosso). Com
proteo a diodo possvel utilizar vrios PowerTaps permitindo assim o
uso de vrias fontes de alimentao.
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Concluso As variveis de processos esto cada vez mais complexas,
onde caminha junto as redes de comunicao industriais, onde cada
tipo de configurao de rede vivel sua aplicao, nica ou em conjunto
em determinada rea do processo industrial principalmente de grande
porte. Essa aplicao de varias redes de comunicao em conjunto se d
pelo falo dos CLPs terem uma padronizao em sua linguagem, sendo q
as mais utilizadas so Ladder e Grafcet.
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Fontes Consultadas 26/04/2012
http://www.can-cia.org/index.php?id=518 http://www.odva.org/
http://www.industrialethernet.com.br
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABeucAC/redes-industriais
http://www.automacoes.com/2009/05/redes-industriais-modbus-rtu-e-profibus.html
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