ESTRADO EM REDES EE DE CAMPO - …dss/Disciplinas/DOMOT... · sob o nome Interbus-S e aprovado no...

REDES REDES DE CAMPODE CAMPO

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Eng.º Domingos Salvador dos Santos

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Outubro de 2010 | Outubro de 2010 | 22/20/20REDES DE CAMPO REDES DE CAMPO –– ““FieldbusFieldbus””MM

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Estrutura da Apresentação

� Interbus

� P-NET

� Profibus

� CAN

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MEEC MEEC -- Sistemas e Planeamento Industrial Sistemas e Planeamento Industrial -- DOMÓTICADOMÓTICA

� CAN

� LonWorks

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�M-BUS

�MODBUS


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Interbus

� Desenvolvido pela empresa PHOENIX CONTACT em 1987 sob o nome Interbus-S e aprovado no CENELEC como norma EN 50254.

� O objectivo foi desenvolver um barramento Sensor/Actuador que optimizasse a troca de dados no nível

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Sensor/Actuador que optimizasse a troca de dados no nível mais baixo da cadeia hierárquica da automação.

� Tem uma importante característica na troca de dados, uma vez que ocorre ciclicamente no tempo dentro de uma janela temporal (“ring topology”).


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Interbus

� Vantagens:

– Só existe um emissor e um receptor por cabo, eliminando assim a controlo de acesso.

– Isolamento dos segmentos eléctricos individuais, permitindo assim grandes distâncias (com o rede Interbus podemos ir até 13km). LEC

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� Desvantagens: – Uma avaria de um dispositivo causa a avaria de toda a rede.

� Aplicações: Em automação ao nível de comunicação entre sensores.


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P-NET

� Desenvolvido na Dinamarca pela empresa PROCES-DATA (Silkeborg) nos inícios da década 80 e fazendo parte do CENELEC sob a norma EN 50170 desde 1996.

� Esta integrada em milhares de aplicações no mundo, em áreas de automação de processos, industria alimentar e

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áreas de automação de processos, industria alimentar e agrícola, e também na automação de edifícios.

� A comunicação tem por base o protocolo RS485 em par entrançado, com uma taxa de transmissão de 76.8kbit/s e um comprimento máximo de 1200m.


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Profibus

�O Profibus (PROcess FIeldBUS) existe em 3 variações:– Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification)

– Profibus-DP (Decentralized Peripherals)

– Profibus-PA (Process Automation)

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– Profibus-PA (Process Automation)

�O Profibus tem como meio de transmissão fibra óptica ou cobre (RS485), e foi especialmente desenvolvido para o as diversas áreas do processo de automação.


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Profibus

� Em resumo:– FMS é um sistema multi-mestre para volumes médios

de informação onde existe requisitos de tempo real não muito apertados.

– DP é um sistema mestre único para pequenas

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– DP é um sistema mestre único para pequenas quantidades de informação com tempos de reacção curtos.

– PA é um sistema especialmente desenvolvido para aplicações de segurança e pequenas quantidades de informação.


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CAN

� Desenvolvido pela BOSCH em 1982 e inicialmente pensado para a industria automóvel. Actualmente está implementado em muitas outras áreas, incluindo a medicina.

� O CAN pode ser classificado como um sistema multi-mestre e gestor de eventos, implementando para tal um mecanismo

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e gestor de eventos, implementando para tal um mecanismo de acesso ao barramento.

� É um sistema de tempo real determinístico, com uma taxa de transmissão alta de 1Mbit/s e um comprimento máximo de 40m.


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� Usa o método de transmissão balanceada (SELV), baseada na norma RS485.

� Se o sinal da linha falhar, é possível comutar da transmissão balanceada (SELV) para uma transmissão referenciada à terra (FELV).

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(FELV).

� O CAN só implementa os níveis 1 e 2 do modelo OSI. Contudo é suficiente para a troca de pequenas mensagens numa rede fechada.

� Para tecnologia de automação é necessário definir protocolos nos níveis mais elevados.


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� O grupo de utilizadores CAN-in-Automation (CiA) definiu o CAN Application Layer (CAL), originando o protocolo CANOpen.

� Outros protocolos para a tecnologia de automação, também baseados no CAN, são o DeviceNet e o Smart Distributed

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baseados no CAN, são o DeviceNet e o Smart Distributed System (SDS)

� O Protocolo CAN Kingdom, tem sido especialmente desenvolvido para controlos de máquinas e aplicações de segurança criticas.


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LonWorks

� O LonWorks é uma rede de campo desenvolvida pela empresa Americana Echelon.

� É usado na automação industrial bem como na automação de edifícios. LEC

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� Comparado com outras redes de campo, em particular com a automação industrial, o LonWorks é considerado um sistema avançado que inclui muitas propriedades de uma rede LAN. Podem ser usados Routers para criar a topologia desejada, garantindo assim um alto nível de flexibilidade.


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LonWorks

� A tecnologia de transmissão é extremamente versátil. Como meio de transmissão inclui o Par Entrançado, Linha de Potência, RF, IR e Fibra Óptica.

� No LonWorks podemos ter taxa de transmissão que variam de alguns Kbit/s até muitos Mbit/s, dependendo do meio de

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de alguns Kbit/s até muitos Mbit/s, dependendo do meio de transmissão. Normalmente utiliza a taxa de 78Kbits/s.

� O protocolo usado é o LonTalk e é uma norma na América e na Europa desde 1998.


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� A maioria do nós é baseado num integrado chamado Neuron-IC, que inclui o protocolo LonTalk como firmware.

� O Neuron-IC é programado em Neuron-C, uma linguagem derivada do ANSI-C. LEC

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� Existem duas ferramentas de desenvolvimento para criar aplicações LonWorks:

– NodeBuilder: usada para programar e verificar erros em nós individuais

– LonBuilder: usada para a programação de vários nós simultaneamente; ferramenta mais completa e logicamente mais cara.


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EIB

� A rede de campo EIB (European Installation Bus) cresceu principalmente na Europa.

� A EIBA (EIB Association) foi fundada em 1990 por empresas lideres no mercado das instalações eléctricas. Esta organização tornou-se patrono do EIB, garantido a sua

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organização tornou-se patrono do EIB, garantido a sua normalização e certificação independente do fabricante.

� O EIB desenvolveu-se dentro de uma norma aberta o que permitiu a empresas pequenas serem parte activa no desenvolvimento da tecnologia.


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EIB

� A principal aplicação do EIB é na automação e controlo de edifícios. Como resultado, a topologia do EIB tem uma estrutura similar ao do edifício.

� O EIB pode ter até 15 área contendo 12 ou 15 linhas (depende da implementação), podendo cada linha ter até

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(depende da implementação), podendo cada linha ter até 256 dispositivos, conseguindo um máximo de 57.000 dispositivos (ou nós) por rede.

� Como meio de transmissão inclui o Par Entrançado, Linha de Potência, RF e IR, com uma taxa de transmissão de 9.6Kbis/s.


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� O M-Bus ("Meter-Bus") é uma norma europeia para a gestão remota de consumos de energia.

� Algumas características importantes deste protocolo são:

– Os consumos (por exemplo, o consumo de calor) são lidos electronicamente;

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electronicamente;

– Todos os medidores de consumo são interligados num único barramento;

– Todos os medidores são individualmente endereçáveis

– Os dados do consumo são disponibilizados remotamente, bem como localmente no próprio dispositivo.


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� Vantagens para as empresas de abastecimento e para os clientes:

– A leitura é fácil e evita erros de leitura;

– Os dados estando presente em forma legível por dispositivo torna o processamento mais fácil;

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dispositivo torna o processamento mais fácil;

– A leitura remota poupa despesas com pessoal, evita a penetração desnecessária na esfera privada dos clientes;

– Possibilidade de curto intervalo de leitura, possibilitando optimização de consumos energéticos.

� A normalização deste protocolo possibilita a integração de dispositivos de fabricantes diferentes na mesma rede.


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� No desenvolvimento do M-BUS foram considerados tantos aspectos técnicos como económicos, nomeadamente:

– Interligação até 250 dispositivos (escravos) por controlador (mestre);

– Possibilidade de expansão da rede;

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– Possibilidade de expansão da rede;

– Custo Mínimo;

– Consumo de energia reduzido;

– A velocidade de transmissão aceitáveis.

� Um sistema M-Bus pode consistir em várias zonas, cada uma com seu endereço próprio de grupo, e interligadas através de controladores de zona a redes de nível superior.


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� Cada zona é composta de segmentos, que por sua vez são interligados por repetidores remotos.

� O sistemas mais simples de uma rede M-BUS, pode ser constituído apenas um único segmento, que é interligado através de um repetidor local para um computador pessoal

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através de um repetidor local para um computador pessoal que actua como mestre.

� A combinação Repetidor/PC é designada por “Mestre”.


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� Modbus é um protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação industrial.

� Criado na década de 1970 pela Modicon, é um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de Controladores lógicos programáveis (PLC) para aquisição de sinais de

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lógicos programáveis (PLC) para aquisição de sinais de instrumentos e comandar actuadores.

� A Modicon (atualmente parte do grupo Schneider Electric) colocou as especificações e normas que definem o Modbus em domínio público. Por esta razão é utilizado em milhares de equipamentos existentes e é uma das soluções de rede mais baratas a serem utilizadas em Automação Industrial.


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� O Modbus utiliza o RS-232, RS-485 ou Ethernet como meio físico. O mecanismo de controle de acesso é do tipo mestre-escravo ou Cliente-Servidor.

� A estação mestre (geralmente um PLC) envia mensagens solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela

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solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumentação ou envia sinais a serem escritos nas saídas para o controle dos actuadores.

� O protocolo possui comandos para envio de dados discretos (entradas e saídas digitais) ou numéricos (entradas e saídas analógicas).


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� A imagem mostra um exemplo de rede Modbus com um mestre (PLC) e três escravos (módulos de entradas e saídas, ou simplesmente E/S).

� Em cada ciclo de comunicação, o PLC lê e escreve valores em cada um dos escravos. Como o sistema de controle de

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cada um dos escravos. Como o sistema de controle de acesso é do tipo mestre-escravo, nenhum dos módulos escravos inicia comunicação a não ser para responder às solicitações do mestre.

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