• DEVICENET – Desenvolvido pela Allen-Bradley em 1994.

– Rede para o nível operacional baseada protocolo CAN (Controler Area Network).

– Boa velocidade de resposta e elevada confiabilidade.

– Tornou-se um protocolo aberto com a criação da Open DeviceNet Vendors Association (ODVA).

– Permite conectar dispositivos industriais (sensores de posição, sensores fotoelétricos, interfaces homem-máquina etc.) diretamente a uma rede.

Redes Industriais

• DEVICENET – Permite a comunicação entre dispositivos e o

diagnóstico de falhas.

– Permite a remoção e substituição de equipamentos em redes energizadas e sem a necessidade de um aparelho de programação.

– Pode fornecer a alimentação aos equipamentos através do próprio cabo de rede.

Redes Industriais

• DEVICENET – Baixo custo, grande aceitação no mercado, alta

confiabilidade, uso eficiente da rede e energia elétrica disponível na rede.

– Desvantagens:• comprimento máximo• limite do tamanho da mensagem• limite de largura de banda

Redes Industriais

Redes Industriais• DEVICENET

Número de Nós No máximo 64

Comprimento da Rede

Taxa de Comunicação Distância Máxima

125 kbps 500m

250 kbps 250m

500 kbps 100m

Tamanho do pacote de dados 0 a 8 bytes

Topologia Linha tronco com derivações, mas somente com configurações lineares

Método de Acesso Ponto a ponto com multicast; mestre(s) e escravo

Algoritmos de Acesso Polling, Cíclico e Mudança de Estado

Meio FísicoBarramentos separados de par trançado para a distribuição de sinal e de

alimentação (24 V), ambos no mesmo cabo

• CONTROLNET – Também desenvolvida pela Allen-Bradley (1995).

– Tornou-se protocolo aberto em 1996 e controlado pela ControlNet International, que mantém e distribui a especificação ControlNet.

– Características são compatíveis com as aplicações que necessitam de determinismo, repetibilidade, alta taxa de transmissão (throughput),distribuição de dados através de grandes distâncias (chegando a 30 km) e sincronismo.

Redes Industriais

• CONTROLNET – Rede para o nível de controle, com transferência de dados em

tempo real, provendo transportes de dados críticos de E/S e mensagens, incluindo o upload e download de programação e configuração de dispositivos.

– Meios físicos mais comuns são: cabo coaxial RG 6/U 75 com conector BNC e fibra ótica.

– Utiliza protocolo de acesso ao meio denominado de Concurrent Time Domain Multiple Access (CTDMA).

– A largura do intervalo de acesso a rede é selecionado pelo usuário através da seleção de um parâmetro chamado NUT (Network Update Time). O valor mínimo é de 2ms.

Redes Industriais

• CONTROLNET– Modos de envio de dados:

• Não agendadas (Unscheduled): dados enviados pelo usuário do programa ou pela interface homem/máquina por solicitação em demanda. Essa conexão é fechada quando não utilizada por um determinado intervalo de tempo;

• Agendada (Scheduled): dados são enviados repetidamente em taxas configuradas e predeterminadas. Essa conexão permanece aberta enquanto o gerador da conexão estiver ativo.

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Redes Industriais• CONTROLNET

Número de Nós 99

Taxa de Transmissão 5 Mbit/s

Comprimento da Rede

1000 m com cabo coaxial para dois nós500 m para 32 nós250 m para 48 nós

30 km com repetidor e fibra óptica

Tamanho do Pacote de Dados 0 a 510 bytes

Topologia Barramento, árvore, estrela ou combinações

Configuração de Comunicação Mestre e escravo, múltiplos mestres e peer-to-peer

Modelo de Comunicação Produtor/Consumidor

Alimentação dos Dispositivos Alimentação externa

Outras CaracterísticasPode-se remover ou adicionar dispositivos com a rede energizada,

detecção de duplicidade de nós

• INDUSTRIAL ETHERNET – Rede Ethernet foi desenvolvida pela Xerox nos anos 70.

– Foi grande o desafio de levar a Ethernet para a indústria e torná-la uma das redes de maior crescimento no setor.

– Ao contrário dos protocolos industriais como MODBUS e PROFIBUS, que são determinísticos, no padrão Ethernet ocorrem colisões de dados na rede, tornando o tempo de resposta não determinístico.

– Padrões não determinísticos não são recomendáveis do ponto de vista da automação, porque a falta de definição do tempo de resposta de uma informação pode comprometer o desempenho do sistema que está sendo controlado.

Redes Industriais

• INDUSTRIAL ETHERNET – O protocolo Ethernet não foi concebido para aplicações

em automação industrial.

– Não apresenta algumas características desejáveis em ambientes de controle em tempo real, como determinismo e segurança na transmissão dos dados.

– É provavelmente a tecnologia de rede mais difundida, que permite uma grande escala de produção, disponibilidade, baixo custo. Assim, é uma alternativa bastante atrativa para interconexão de dispositivos de automação.

Redes Industriais

• INDUSTRIAL ETHERNET – A Ethernet foi inicialmente concebida para ser uma rede de

barramento multidrop (10Base5), mas este sistema mostrou-se de baixa praticidade.

– Avanços:• Topologia estrela com par trançado.

• As velocidades da rede cresceram de 10 Mbps para 100 Mbps e agora alcançam 1 Gbps.

• Hubs inteligentes com capacidade de comutação de mensagens e uso de cabos full duplex (em substituição aos cabos half duplex). A rede se torna determinística e isso reduz a probabilidade de colisão de dados.

Redes Industriais

• INDUSTRIAL ETHERNET– Fatores que contribuíram para o desenvolvimento da

rede Ethernet industrial:• Uso de switches (dispositivos utilizados em redes para

reencaminhar frames entre os diversos nós) para evitar a arbitragem de barramento;

• Uso de canais dedicados de 10 Mbps a 10000 Mbps;• Padrão IEEE802.1p/Q – acrescenta campos de prioridade e de

Quality of Service (QoS) ao frame Ethernet tradicional; • Canal full duplex para eliminar colisões; • Rede Fast Ethernet no backbone levando a velocidade a até

200 Mbps.

Redes Industriais

• INDUSTRIAL ETHERNET – Algumas organizações desenvolveram a partir dos seus

protocolos níveis de aplicação para Ethernet TCP/IP:• Modbus/TCP (Modbus sobre TCP/IP); • EtherNet/IP (ControlNet/DeviceNet sobre TCP/IP); • Foundation Fieldbus High Speed Ethernet; • Profinet (Profibus sobre Ethernet).

– Apesar de utilizarem Ethernet TCP/IP, não há interoperabilidade entre as diferentes redes, ou seja, não há possibilidade comunicação direta entre estas.

Redes Industriais

• INDUSTRIAL ETHERNET – Vantagens:

• Plataforma aberta e realmente global; • Tecnologia acessível e de fácil compreensão; • Segurança, velocidade e confiabilidade garantida pela

evolução da própria informática; • Dados disponíveis em qualquer sistema operacional; • Acesso às informações da planta via redes públicas e redes

privadas; • Diversidade de serviços disponíveis para melhor desempenho; • Inúmeros equipamentos disponíveis de diversos fabricantes.

Redes Industriais

• INDUSTRIAL ETHERNET – O padrão Ethernet Industrial terá uma grande

fatia do mercado, mas não deverá substituir os barramentos de campo tradicionais.

– Não existem razões técnicas para esta substituição e sob o ponto de vista de custo, a Ethernet é cara para aplicações onde é exigido determinismo.

Redes Industriais

Redes Industriais• INDUSTRIAL ETHERNET

Número de Nós 211 ou 229 em modos estendidos

Taxa de Transmissão 10 Mbit/s , 100 Mbit/s e 1 Gbit/s

Comprimento da rede

Variável

Tipo Comprimento

10Base5 500m

10Base2 200m

10BaseT, 100BaseTx 100m

Fibra Óptica mono modo com switches Até 50 km

Conectores RJ45 ou coaxiais

Tamanho do Pacote de Dados Até 1500 bytes

Topologia Barramento ou estrela

Tecnologia de Comunicação Ponto-a-Ponto

Alimentação dos dispositivos Alimentação dos dispositivos é externa

Algoritmo de acesso ao meio CSMA/CD

• PADRÃO OPC (OLE for Process Control)– OPC significa OLE para Controle de Processos.

– Baseado nas tecnologias Microsoft OLE COM (Component Objetc Model) e DCOM (Distributed Component Object Model).

– OPC é um conjunto comum de interfaces, métodos e propriedades de comunicação, agregados dentro de uma especificação padronizada e aberta para acesso público.

– Teoricamente, qualquer pessoa com conhecimentos de programação pode desenvolver seus aplicativos OPC, basta acessar as especificações contidas no web site da OPC Foundation e desenvolver uma interface compatível.

Redes Industriais

• PADRÃO OPC (OLE for Process Control)– Estabelece as regras para que sejam desenvolvidos sistemas com

interfaces padrões para comunicação dos dispositivos de campo (CLPs, sensores, etc.) com sistemas de monitoração, supervisão e gerenciamento (SCADA, MES, ERP, etc.).

– Sendo um padrão aberto, o OPC separa os sistemas das dificuldades de comunicação, criando uma camada única e padronizada que permite a fácil integração de diversos sistemas.

– OPC surgiu como uma simples resposta aos drivers de comunicação proprietários e acabou por se tornar um padrão altamente difundido na indústria.

– É possível criar uma camada de comunicação padronizada, que integra facilmente todas as informações industriais.

Redes Industriais

• PADRÃO OPC (OLE for Process Control)– É uma aplicação da tecnologia OLE tendo em vista as

necessidades da indústria de controle de processos.

– O objetivo é prover uma infraestrutura única, na qual a informação possa ser universalmente compartilhada.

– Diretivas básicas: • Simplicidade de implementação: o padrão é simples e pouco restritivo;• Flexibilidade: focado para as necessidades dos vários segmentos da

indústria;• Alta funcionalidade: procura-se incluir o máximo de funcionalidades na

especificação, sem conflito com os demais objetivos; • Operação eficiente.

Redes Industriais

• PADRÃO OPC (OLE for Process Control)– Vantagens:

• Padronização das interfaces de comunicação entre os servidores e clientes de dados de tempo real, facilitando a integração e manutenção dos sistemas;

• Eliminação da necessidade de drivers de comunicação específicos;

• Melhoria do desempenho e otimização da comunicação entre dispositivos de automação;

• Interoperabilidade entre sistemas de diversos fabricantes;

Redes Industriais

• PADRÃO OPC (OLE for Process Control)– Vantagens:

• Integração com sistemas MES, ERP e aplicações Windows (Excel, etc.);

• Redução dos custos e tempo para desenvolvimento de interfaces e drivers de comunicação, com consequente redução dos custos de integração de sistemas;

• Facilidade de desenvolvimento e manutenção de sistemas e produtos para comunicação em tempo real;

• Facilidade de treinamento.

Redes Industriais

• REDES WIRELESS – Alternativa para redes cabeadas;– Baseadas no padrão 802.11 (IEEE) – define como

estações devem trocar informações utilizando ondas eletromagnéticas (RF – radiofrequência):

• IEEE 802.11b (1999) – frequência de 2,4 GHz – 11 Mbps• IEEE 802.11a (1999) – frequência de 5 GHz – 54 Mbps• IEEE 802.11g (2003) – frequência de 2,4 GHz – 54 Mbps

(compatível com 802.11b)

– Não há a necessidade de obras de infraestrutura;– Facilidade de alteração do layout;– Alta taxa de transferência;

Redes Industriais

• REDES WIRELESS – Vantagens em relação às redes convencionais

utilizados em ambientes industriais:• Mobilidade e liberdade de movimento; • Sem desgaste mecânico do meio de transmissão; • Instalação e colocação em funcionamento rápida e

fácil; • Alta flexibilidade com poucas alterações na

instalação; • Integração simples de dispositivos na rede; • Necessidade de ultrapassar “áreas problemáticas”.

Redes Industriais

• REDES WIRELESS – Itens a serem avaliados:

• Distância a ser coberta pela rede; • Quantidade de dados trafegando por unidade de

tempo (largura de banda); • Taxa de atualização de informação requerida pelo

processo (tempo de ciclo); • Atraso máximo aceito do momento em que uma

informação está disponível em um ponto da rede até que ela esteja presente no seu destino (latência).

Redes Industriais

• HART WIRELESS– Motivação do uso do protocolo HART:

• É amplamente utilizado na automação industrial para o controle de processos;

• O sinal digital modulado em FSK seja sobreposto ao sinal convencional de 4-20 mA, (modo half-duplex - taxa de 1200 bps);

• Fácil integração aos sistemas de controle e facilidade de uso;

Redes Industriais

• HART WIRELESS– HART Communication Foundation (HCF) –

2004, criou um padrão sem fio para comunicação HART;

– Tecnologia confiável;– Interoperabilidade entre os produtos;– Novas alternativas de conectividade;– Não exige altas taxas de comunicação e nem

um controle tão preciso das latências na camada física.

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• Outras tecnologias wireless– IEEE 802.11b Wi-Fi:

• Redes locais sem fio (Wireless LAN);• Frequência de 2,4 GHz;• Taxas maiores do que 10 Mbps;• Padrão foi desenvolvido para as redes comerciais,

domésticas e corporativas, não adequado para os ambientes industriais pela sua susceptibilidade às interferências eletromagnéticas e pela distância limitada (< 50 m).

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• Outras tecnologias wireless– IEEE 802.15.1 Bluetooth:

• Padrão desenvolvido especificamente para conectar computadores pessoais, telefones celulares e outros periféricos tais como câmeras e fones de ouvido;

• Utiliza a faixa de 2,4 GHz;• Velocidades inferiores ao Wi-Fi;• Menos vulnerável às interferências;• Pequena distância alcançada (<30 m para classe 2 e

<100 m para classe 1).

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• Outras tecnologias wireless– IEEE 802.15.4 ZigBee:

• Desenvolvido originalmente para aplicações em aquecimento, ventilação e condicionadores de ar (HVAC) como uma alternativa ao uso do Bluetooth;

• Baixo consumo, o que confere maior autonomia para equipamentos alimentados por baterias;

• Desenvolvido para ser instalado diretamente nos sensores e atuadores;

• Sua camada física possui também melhores características para operação em temperaturas extremas;

• Opera em taxas mais baixas, sendo bem mais robusto contra interferências no sinal que o Wi-Fi e o Bluetooth;

• Devido à baixa potência, a distância também é limitada pouco mais de 100m.

Redes Industriais

Redes Industriais

• SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE – Tipo de sistema de controle distribuído onde sensores,

atuadores e controladores são interconectados através de uma rede de comunicação.

– A utilização em sistemas de manufatura automatizados tem se mostrado uma nova área de pesquisa multidisciplinar, relacionando conhecimentos de sistemas de controle, sistemas de tempo real e redes de comunicação.

– São necessárias, para garantir o desempenho e a estabilidade, ferramentas de análise e projeto baseados em conceitos e parâmetros de redes de comunicação e técnicas de controle.

Redes Industriais

• SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE – Consiste em malhas de controle realimentado sob um

sistema de comunicação.

– É necessário que o sistema de controle via rede ofereça um serviço de comunicação de tempo real.

– Deve ser capaz de suportar fluxos de mensagens periódicas, de forma a transferir dados periódicos relacionados com o controle.

Redes Industriais

• SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE – Deve garantir um tempo de resposta limitado

para transferência de mensagens entre os nós computacionais.

– Deve garantir um comportamento temporal previsível na presença de carga de rede variável por causa do tráfego não relacionado à aplicação de controle.

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• SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE

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• Supervisórios (SCADA)– SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition– Objetivos:

• Qualidade: controle de qualidade eficiente, compensação automática de deficiências do processo, processos de fabricação sofisticados;

• Flexibilidade: inovações frequentes no produto, atendimento a especificidades do cliente, produção de pequenos lotes;

• Produtividade: produção de refugo zero, redução dos estoques;

• Viabilidade Técnica: processamento imediato de grande volume de informações e/ou complexidade, limitações do homem, condições desumanas de trabalho;

Redes Industriais

• Supervisórios (SCADA)– Permitem a visualização de forma gráfica das

informações do processo por cores e animações;

– Interface amigável (eficiente e ergonômica), cujo objetivo é permitir a supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos de uma planta automatizada;

– São Interfaces Homem-Máquina (IHM) mais sofisticadas;

– Permitem a supervisão e o controle das variáveis no processo.

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• Supervisórios (SCADA)– As principais informações do processo

industrial ou da instalação física apresentadas são:

• Ocorrências na planta;• Visualização das grandezas monitoradas;• Configuração de receitas;• Falhas;• Alarmes;• Relatórios e gráficos de produção.

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• Supervisórios (SCADA)– Variáveis:

• TAG: nome que identifica a variável;• Endereço: endereço da variável na Unidade

Inteligente, necessário para a troca de dados;• Discreta: os atributos podem ser zero ("0") ou um

("1"), ligado ou desligado, aberto ou fechado;• Analógica: os atributos podem ser grandezas

físicas: metros, l/h, m3/h, oC, psi, bar, etc.

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• Supervisórios (SCADA)– Programação:

• Desenvolvimento de programas no software de supervisão;• As programações estão associadas a algum tipo de evento;• Alguns softwares possuem funções prontas em bibliotecas.

– Relatórios:• Os software geram relatórios;• Podem ser arquivados ou impressos;• Registram os valores das variáveis de processo;• Auxiliam na análise da capacidade de produção da planta.

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• Supervisórios (SCADA)– Comunicação com Aplicativos:

• Pode fazer uso de variáveis que permite troca de dados com outros programas (padrões ODBC);

• Compartilha dados com banco de dados.

– Comunicação com Equipamentos:• Oferece diversos drivers de comunicação para as

mais variadas unidades inteligentes;• Cada driver possui uma configuração específica.

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• Supervisórios (SCADA)– Tipos de Telas:

• Telas de Visão Geral:– Pode ser observado um número elevado de malhas de

controle;– Deve permitir o acesso a subníveis de telas para que se

possa analisar cada sistema de controle.

• Telas de Malhas Individuais– Mostra a malha de controle em detalhes;– Neste tipo de tela se isola a malha para alterar parâmetros.

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• Supervisórios (SCADA)– Tipos de Telas:

• Telas de Registro:– Registra uma variável (pode ser de processo ou de

controle);– A informação gráfica pode ser salva em arquivo ou

impressa.

• Telas de Alarme:– Registra a data e hora da ocorrência de algum evento de

alarme;– Apresenta a variável alarmada ou o motivo do alarme.

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• Supervisórios (SCADA)– Configuração de Telas de Operação:

• Diagramas de processo e instrumentos;• Instrumentos virtuais;• Botões virtuais para atuar no processo em modo

manual;• Lista de alarmes;• Gráficos de tendência real e histórica;• Login de operadores com senhas.

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• Supervisórios (SCADA)– Passos para o planejamento do sistema:

• Entendimento do processo a ser automatizado;• Tomada de dados;• Planejamento do banco de dados;• Planejamento dos alarmes;• Planejamento da hierarquia de navegação entre

telas;• Desenho das telas;• Gráficos de tendência dentro das telas;• Planejamento de um sistema de segurança;

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• Supervisórios (SCADA)– Programas que permitem a configuração de um

Sistema de Supervisão de Processo:• Labview;• Elipse.

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