HSE – High Speed Ethernet - Laboratório de Sistema...

Disciplina de Redes de Alta Velocidade

HSE – High Speed Ethernet (Novo padrão em backbones de redes de automação fieldbus )

Disciplina: Redes de Alta Velocidade

Jean Willian de Moraes 782

Odemil Camargo 971


PAUTA DA APRESENTAÇÃO

• Evolução dos sistemas de automação

• As redes de automação Fieldbus

• A tecnologia Fundation Fieldbus

• O padrão HSE ( High Speed Ethernet )

• HSE – Arquitetura e Funcionamento

• Conclusão e Tendências


A evolução dos sistemas de automação ...


Hierarquia de Rede Industrial

RedeIndustrial

Automação de escritório• Computadores grandes (Mainframes) • Gerenciamento

Automação de escritório• Computadores grandes (Mainframes) • Gerenciamento

LANAutomação & Sistemas de supervisão• DCSs, PLCs, PCs• SCADA, Sistemas Supervisórios

Automação & Sistemas de supervisão• DCSs, PLCs, PCs• SCADA, Sistemas Supervisórios

RedeFieldbus

Instrumentação & Controle• Transmissores, Controladores• Válvulas & Atuadores

Instrumentação & Controle• Transmissores, Controladores• Válvulas & Atuadores

Próximo passo: As redes de automação Fieldbus...

Benefícios das redes Fieldbus

• Redução de cabeamento• Facilidade de implantação• Agilidade no diagnóstico de falhas• Acessibilidade a informações• Redução de custos


A tecnologia Fundation Fieldbus…e a Fieldbus Fundation

PLANTA NÍVEL HSE

BRIDGECAIXA DEJUNÇÃO

NÍVEL H1

FIM -FIM LINHA COM RAMOS PONTO A PONTO ÁRVORE

PLANTA NÍVEL HSE

BRIDGECAIXA DEJUNÇÃO

NÍVEL H1

FIM -FIM LINHA COM RAMOS PONTO A PONTO ÁRVORE

OSI Model Fieldbus Model

PHYSICAL LAYER

DATA LINK LAYER

FIELDBUS ACCESS SUBLAYER

FIELDBUS MESSAGE SPECIFICATION

USER LAYER

TRANSPORT LAYER

SESSION LAYER

PRESENTATION LAYER

APPLICATION LAYER

PHYSICAL LAYER

DATA LINK LAYER

NETWORK LAYER

1

2

3

4

5

6

7

USER LAYER

PHYSICAL LAYER

COMMUNICATION“STACK”

OSI Model Fieldbus Model

PHYSICAL LAYER

DATA LINK LAYER

FIELDBUS ACCESS SUBLAYER

FIELDBUS MESSAGE SPECIFICATION

USER LAYER

TRANSPORT LAYER

SESSION LAYER

PRESENTATION LAYER

APPLICATION LAYER

PHYSICAL LAYER

DATA LINK LAYER

NETWORK LAYER

1

2

3

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5

6

7

USER LAYER

PHYSICAL LAYER

COMMUNICATION“STACK”

Principais objetivos da Fundation Fieldbus

• Todos os benefícios dos Fieldbus convencionais• Redução de gateways• Processamento distribuído• Interconectividade• Interoperabilidade• Plug & Play• Redução de custos

Objetivos da Fieldbus Fundation

• Garantir tecnologia totalmenteaberta

• Padronização mundial (IEC, ISA)• Desenvolvimento contínuo• Participação dos fabricantes


Principais características do HSE

• Arquitetura aberta• Trabalha em qualquer meio físico• Todas as funcionalidades do

modelo TCP/IP• Custo de hardware baixo• Simplifica a arquitetura da rede• Utiliza equipamentos de rede

padrão ( Switchs, hubs,etc)

O padrão HSE ( High Speed Ethernet )…Principais objetivos do HSE

• Comunicação em alta velocidade ( 100Mbps )• Interconexão entre redes ( inclusive TI ) • Operação Plug and Play• Padrão Ethernet e modelo TCP/IP• Padrão aberto e interoperabilidade total• Redundância total de rede e dispositivo

•


USER LAYER

TRANSPORT LAYER

SESSION LAYER

PRESENTATION LAYER

APPLICATION LAYER

PHYSICAL LAYER

DATA LINK LAYER

NETWORK LAYER

1

2

3

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5

6

7

OSI Model

PHYSICAL LAYER 1

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6

7

COMMUNICATIONSTACK

USER LAYERUSER LAYER

TRANSPORT LAYER

SESSION LAYER

PRESENTATION LAYER

APPLICATION LAYER

PHYSICAL LAYER

DATA LINK LAYER

NETWORK LAYER

1

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7

OSI Model

PHYSICAL LAYER 1

2

3

4

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7

1

2

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7

COMMUNICATIONSTACK

IEC 61158 @ 31.25 kbit/s

IEC 61158 - DLL

IEC 61158 - FMS

H1

USER LAYERDD – IEC 61804

IEC 61158 @ 31.25 kbit/s

IEC 61158 - DLL

IEC 61158 - FMS

H1


IETF TCP/UDP

IEEE 802.3 MAC

IETF IP

IEC 61158 - FDA

IEEE 802.3u@ 100 Mbit/s

HSE


IETF TCP/UDP

IEEE 802.3 MAC

IETF IP

IEC 61158 - FDA

IEEE 802.3u@ 100 Mbit/s

HSE


Arquitetura e funcionamento do padrão HSE…

HSE

Linking Device

H1 Field Devices

H1

H1

Linking Device

H1 Field Devices

H1

H1

DeviceNet/ControlNet/...


I/O Gateway



I/O Gateway

HSE Field DeviceHSE Field Device

Arquitetura da rede HSE

• HD ( Host Device )• FD ( Field Device )• LD ( Linking Device )• IOG ( I/O Gateway )• HSE = 100Mbps ( H1 =31.25Kbps )• IEEE 802.3 ( Ethernet )

Modelo de camadas HSE

• Baseado no modelo ISO/OSI• Possui somente 5 camadas• Camadas 1,2 e 3 ( Ethernet Presence )• Camada 7 ( FDA e IEC 61158 ) • Serviços de DHCP e SNMP suportados

pelo FDA


Arquitetura e funcionamento do padrao HSE…

FDA Agent ( Field Device Access )

• Possibilita a criação de um sistema de controle sobre a rede HSE e habilita aplicações remotas a acessarem qualquer equipamento de campo de qualquer tipo (qualquer protocolo) através da camada de transporte UDP/TCP, usando uma mesma interface, por meio dos serviços do HSE Presence

• Serviços SM-System Management ( UDP ) e Fieldbus Message Specification( TCP )

• Acesso aos FBAPs do dispositivo(VFD)• Acesso as redes H1 ( LD ) OD- Object Device• Acesso aos serviços de NMA do VFD • Acesso aos serviços de SMK

HSE Presence

• Stack Ethernet ( Camadas Física, Enlace, Redee Transporte )

• Servicos de Inicialização, sincronização, configuração e gerenciamento do stack


Arquitetura e funcionamento do padrão HSE…

HSE

H1 Field Devices

Linking Device

H1

H1

H1 Field Devices

Linking Device

H1

H1

DHCP DiscoveryDHCP Offer

Annunciation

DHCP ServerDHCP Server

FDA Agent Frame

• Enviado da camada 7 para o HSE Presence • Payload variável e carrega as informações dos

FBAP ( Function Blocks AP )

Caracteristicas P&P

• O FDA utiliza as funções do SM tais como Device Annunciation e Set Assignment Info para anunciar e atribuir endereços aos novos dispositivos da rede

Redundância no padrão HSE

• Permite redundância de redes e de dispositivos• Utiliza os serviços do SM para anunciar os status








• Conclusões e Tendências


CONCLUSÕES E TENDÊNCIAS

• HSE foi desenvolvido para dispositivos Plug and Play.

• Possui redundância de LAN e de dispositivos inerente no protocolo.

• Qualquer dispositivo com TCP/IP pode comunicar com um dispositivo HSE.

• HSE pode ser usado tanto em nível de host quanto em nível de dispositivo.

• HSE não exclui as redes H1, mas sim complementa-as.

• HSE provê interoperabilidade entre os dispositivos da rede e os hosts.

• HSE simplifica as arquitetura dos sistemas de automação.

• HSE é um padrão simples e utilização os padrões de TI.• Construído sobre o padrão Ethernet.• Custo de Hardware extremamente baixo comparado aos sistemas proprietarios.• Funciona com todas os tipos de meio fisico ( par trancado, fibra e wireless )• Diversos fornecedores possuem equipamentos disponiveis para esse padrao.• Alta velocidade no backbone 100 Mbit/s (futuro 1 Gbit/s )• Os dispositivos de campo utilizando blocos de funcao padronizados• Possui interface com qualquer outro tipo de protocolo

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