Post on 30-Oct-2014
description
vs.
Protocolos de comunicação
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Objetivos
Conceituar HART e Foundation Fieldbus
Apresentar vantagens e desvantagens de suas aplicações
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
O que são HART e Foundation Fieldbus?
Protocolos de comunicação (aberto) bidirecionais, implantados para monitoração e controle de processos em automação industrial.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART Protocolo mestre/escravo
Um instrumento inteligente do campo (escravo) transmitirá informações sempre que solicitado pelo mestre. E somente se solicitado.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Principais Características
Utiliza a própria fiação analógica dos dispositivos;
Comunicação bidirecional entre sistemas de controle e dispositivos inteligentes de campo;
Transmite a “mensagem” digital pelo sinal analógico;
Não causa interferência no sinal analógico.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Características de Transmissão
Transmite um sinal digital sobreposto a um sinal analógico de 4 a 20 mA;
Utiliza o método de transmissão FSK.
Taxa de transmissão:1200 bps
Aproximadamente 2 atualizações por segundo
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Transmissão por FSK / Bell 202
Método de Transmissão por Chaveamento de Frequencia (FSK) / Padrão Bell 202;
Sinal senoidal de 1mA pico-a-pico com frequências de 1200 Hz (1) e 2400 Hz (0) transmitido dentro do sinal de 4 a 20 mA.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Transmissão por FSK / Bell 202
Sinal digital sobreposto no sinal analógico de 4 a 20 mA.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Configurações
Prevê até 2 mestres (primário e secundário)
Mestre secundário apenas para monitoramento
Tipos de configurações: › Ponto a ponto› Multiponto ou Burst
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Configuração Ponto a Ponto
Mestre ligado individualmente a um escravo
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Configuração Multiponto
Mestre(s) e escravos conectados a um hub.
Um único dispositivo escravo pode transmitir uma mensagem de resposta HART padrão adiante.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Especificações – Modelo OSI
Implementa as camadas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 do modelo OSI
Camada Física (Camada 1): Padrão Bell 202, transmissão por chaveamento de frequencia (FSK);
Camada de Enlace de Dados (Camada 2): Protocolo mestre escravo, prevendo até 15 escravos para um mestre.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Especificações – Modelo OSI
Camada de Rede (Camada 3): Gerencia as sessões de cominucação entre os dispostivos (roteamento, segurança e serviços)
Camada de Transporte (Camada 4): garante o sucesso da transmissão da informação de um dispositivo para outro;
Camada de Aplicação (Camada 7): Define os comandos, respostas, tipos de dados e relatórios de status do Protocolo;
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Especificações – Modelo OSI Os comandos da Camada de Aplicação são divididos em 4
grupos:› Comandos Universais: Funções p/ todos os dispositivos
de campo;
› Comandos Comuns: Funções comuns p/ muitos dispositivos de campo, com algumas exceções;
› Comandos de dispositivos específicos: Funções exclusivas a um determinado dispositivo de campo, as quais são especificadas pelo fabricante do dispositivo;
› Comandos de dispositivos familiares: Funções padronizadas para instrumentos de medições de mesma categoria / famílias, comandos genéricos
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de Foundation Fieldbus
É uma rede local (LAN) para automação e instrumentação
Comunicação totalmente digital
Bidirecional e em série
Interconecta equipamentos Fieldbus
Dividida em 2 protocolos complementares: Foundation H1 e Foundation HSE
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de Foundation Fieldbus
Principais Características
Dividido em 2 protocolos complementares:
› Foundation H1 – Rede exclusiva de dispositivos fieldbus
› Foundation HSE – Protocolo capaz de interligar-se ao protocolo Ethernet
Programação por Blocos Funcionais
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de Foundation Fieldbus
Foundation H1
Instrumentos do campo ou outros instrumentos podem efetuar o controle
Sistema totalmente digital (dispensa subsistemas de conversão)
Menos suscetível a ruídos que sistemas 4 a 20 mA
Incluso no padrão internacional IEC
Menor velocidade que a HSE
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos do Foundation H1
Características de Transmissão
Sinal de digital de10mA, para uma carga equivalente a 50 ohm;
Gera uma tensão de 1,0 V pico a pico, modulada acima da corrente DC da fonte;
Taxa de Transmissão: 31,25 Kbps;
As fontes de tensão DC podem variar de 9 a 32 V
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de Foundation Fieldbus
Foundation HSE
High Speed Ethernet
Expande o acesso às redes Foundation Fieldbus H1
Teia de controle para dispositivos Fieldbus
Promove a integração dos subsistemas de controle
Suporta lógicas complexas (CLP’s)
Incluso no padrão internacional IEC
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos do Foundation HSE
Características de Transmissão
Interligado à rede Ethernet
Taxa de Transmissão: 100 Mbps;
Promove integração entre redes Fieldbus H1 com outros dispositivos do processo
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos do Foundation Fieldbus
Foundation H1 + Foundation HSE
Integração de Sistemas (HSE) Interoperabilidade de dispositivos Fieldbus (H1)
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos do Foundation Fieldbus
Blocos Funcionais
Definido na camada de usuário como FBAP (Blocos Funcionais para Aplicação no Processo)
Utilizada para desenvolvimento da lógica de controle
Dividido em:› Blocos de Recursos› Blocos de Funções› Blocos de Transdutores› Bloco de Função Flexível
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de Foundation Fieldbus
Especificações – Modelo OSI
Implementa as camadas 1, 2, e 7 do modelo OSI
Camada Física (Camada 1): Recebe as mensagens codificadas e converte em sinais físicos ;
Camada de Comunicação “Pilha”: Equivalente à Camada 2 e à Camada 7
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Especificações – Modelo OSI Camada de Enlace de dados (Camada 2):
Controla a transmissão de mensagens para o fieldbus através da Camada 1
› Também gerencia o acesso ao fieldbus através de um link serial programador LAS (Link Active Scheduler)
› LAS – Programa transmissões de mensagens determinísticas e autoriza troca de dados entre dispositivos
Camada 7 – Camada de Aplicação: Codifica e decodifica comandos da camada de usuário
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Conceitos Básicos de HART
Especificações – Modelo OSI
vs.
Comparação
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Benefício
sH
AR
TFou
nd
atio
n
Fie
ldb
us
Protocolo Aberto; Capacidade Digital; Capacidade Analógica; Interoperabilidade; Disponibilidade.
Protocolo Aberto; Interoperabilidade; Dados mais completos do Processo; Vista expandida do Processo; Melhor Segurança da planta; Manutenção proativa; Redução de custos de fiação e de
manutenção;
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
HART vs. Foundation Fieldbus
Presente em mais de 30 milhões de instalações;
Antecessor do Foundation Fieldbus;
Transmissão Simultânea de sinais analógicos e digitais;
Presente em 80%¨das novas instalações, em mais de 25 países;
Mais recente e moderno;
Sinais puramente digitais;
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
HART vs. Foundation Fieldbus
Parametrização e diagnósticos de dispostivos;
medições, parâmetros de processo, configuração do instrumento, calibração e informações de diagnóstico
Parametrização e diagnósticos de dispositivos e de variáveis do processo
Possui linguagem de programação;
Permite construção de estratégias de controle;
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
HART vs. Foundation Fieldbus
Taxa de comunicação de 1200 bps
Prevê até 15 dispositivos
Exige um par de fios para cada dispositivo do campo;
Disponibilidade de energia› Energia p/ alimentar
até 32 dispositivos (único par de fios)
Taxa de transmissão:› FF H1- 31.250 bps› FF HSE – 100 Mbps (Ethernet)
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
HART vs. Foundation Fieldbus
Só consegue fornecer diagnóstico de UM dispositivo por vez;
Interface física complexa p/ controles mais completos
Diagnósticos Avançado;
Não requer alimentação individual de dispositivos;
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
HART vs. Foundation Fieldbus
Suporta até 2 mestres (primário e secundário)
HART não possui controle sobre o campo e aplicações avançadas;
Suporta controle PID
Estratégias de controle através dos Blocos de Função› Redução de
complexidade e custos› Confiabilidade e
escalabilidade› Flexibilidade e
disponibilidade
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
HART vs. Foundation Fieldbus
Conclusões:
• O Fieldbus é uma tecnologia necessária para aplicações futuras já o HART está se tornando uma tecnologia um pouco ultrapassada;
• Por ser mais moderno, o Protocolo Foundation Fieldbus possui consideráveis vantagens sobre o Protocolo HART;
• Os recentes desenvolvimentos no Protocolo HART podem diminuir o “gap tecnológico” com o tempo;
• Ambos possuem o benefício de serem protocolos abertos e com a característica de interoperabilidade.
Giuseppe Carozzo - Informática Industrial 2 - Prof. Ervaldo
Referências Bibliográficas
CAROZZO, Giuseppe. Artigo Técnico – HART vs. Foundation Fieldbus – FATEC SBC;
HELSON, Ron. Os benefícios do Protocolo HART em Sistemas de Instrumentação Inteligentes. [URL: http://www.smar.com/brasil/hart.asp]
SOUZA, Flávio. Personal Website. [URL: http://www.flaviosouza.org/fielbusfoundation.html]
HART Communication Foundation. Website [URL: http://hartcomm.org/index.html]
Fieldbus Foundation. Website [URL: http://fieldbus.org/index.html]
SMAR equipamentos Industriais. Website [URL: http://www.smar.com/brasil/fieldbus.asp]