Rockwell
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Tendências da Automação Tendências da Automação IndustrialIndustrial
Redes IndustriaisRedes Industriais
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TENDÊNCIAS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIALTENDÊNCIAS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
•• IntroduçãoIntrodução–– HistóricoHistórico–– Estágio atual Estágio atual –– Principais evoluções à vistaPrincipais evoluções à vista
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HistóricoHistórico
•• Sala de Controle CentralSala de Controle Central–– Quilômetros de cabos Quilômetros de cabos
•• Milhares de conexões = pontos de falhaMilhares de conexões = pontos de falha
–– Centenas de indicadoresCentenas de indicadores•• Difícil compreensãoDifícil compreensão•• Alta probabilidade de erro de operaçãoAlta probabilidade de erro de operação
–– No máximo, controle automáticoNo máximo, controle automático•• Coleta manual de dados p/ relatórioColeta manual de dados p/ relatório•• Difícil Difícil rastreabilidaderastreabilidade
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Fatores de mudançaFatores de mudança
•• Ambiente de maior CompetitividadeAmbiente de maior Competitividade–– Redução de custos Redução de custos
•• ImplementaçãoImplementação•• ManutençãoManutenção
–– Manutenção da qualidade dos produtosManutenção da qualidade dos produtos
•• Revolução da InformáticaRevolução da Informática–– Integração de circuitos em larga escalaIntegração de circuitos em larga escala–– Utilização de computadores na indústriaUtilização de computadores na indústria–– Surgimento dos microcomputadoresSurgimento dos microcomputadores–– Redes de comunicação digitalRedes de comunicação digital
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Estágio atualEstágio atual
•• Controladores ProgramáveisControladores Programáveis–– Substituição dos painéis de relésSubstituição dos painéis de relés
•• Alterações no automatismo sem alterar fiaçãoAlterações no automatismo sem alterar fiação•• Alta velocidade de processamentoAlta velocidade de processamento•• “Hardware” cada vez mais confiável“Hardware” cada vez mais confiável•• Ampla oferta de recursos de programaçãoAmpla oferta de recursos de programação
•• Computadores de Supervisão Computadores de Supervisão –– Substituição dos painéis de controleSubstituição dos painéis de controle
•• Significativa economia de cabosSignificativa economia de cabos•• Organização das informações apresentadas ao operadorOrganização das informações apresentadas ao operador
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Estágio atualEstágio atual
•• Computadores de Supervisão Computadores de Supervisão –– Substituição dos painéis de controleSubstituição dos painéis de controle
•• Significativa economia de cabosSignificativa economia de cabos–– Computadores ligados aos CLP’sComputadores ligados aos CLP’s–– Forte dependência da rede de comunicação digitalForte dependência da rede de comunicação digital
•• Organização das informações apresentadas ao operadorOrganização das informações apresentadas ao operador–– Amplo acréscimo de recursos ao sistema de Amplo acréscimo de recursos ao sistema de
automaçãoautomação
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Estágio atualEstágio atual
Dispositivosde Campo
PLC PLC
Computadores de Supervisão
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TendênciasTendências
•• Controlador programável / InstrumentaçãoControlador programável / Instrumentação–– Tendência a distribuição das E/STendência a distribuição das E/S
•• Economia muito significativa de fiaçãoEconomia muito significativa de fiação
–– Principais fatores de mudançaPrincipais fatores de mudança•• Instrumentos inteligentesInstrumentos inteligentes•• Várias Várias opçôesopçôes de redes p/ comunicação a nível de “chão de de redes p/ comunicação a nível de “chão de
fábrica”fábrica”
–– Padronização Padronização ????•• Nenhuma rede atende a todas as aplicaçõesNenhuma rede atende a todas as aplicações•• Novas tecnologias tem surgido Novas tecnologias tem surgido
–– Mais recursos do que simples substituição de cabosMais recursos do que simples substituição de cabos–– Viabilização de novos tipos de soluçãoViabilização de novos tipos de solução
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Distribuição E/SDistribuição E/S
Tradicional: Cada dispositivo individualmenteligado ao CLPAlto custo de instalação
Atual: Blocos de E/Sdistribuídos ao longoda fabrica.Menor custo de instalação
Tendência: Sensoresinteligentes. Ganho funcionalBaixo custo de instalação
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Redes de ComunicaçãoRedes de Comunicação
•• Interligação de ComputadoresInterligação de Computadores
•• Integração de computadores aos CLP’sIntegração de computadores aos CLP’s
•• Integração dos CLP’s a dispositivos Integração dos CLP’s a dispositivos inteligentesinteligentes–– Terminais de válvulasTerminais de válvulas–– BalançasBalanças–– Sistemas de IdentificaçãoSistemas de Identificação–– SensoresSensores–– Centros de Comando de MotoresCentros de Comando de Motores
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Sensores InteligentesSensores Inteligentes
•• Incorporação de recursos computacionaisIncorporação de recursos computacionais–– Microprocessador p/ realizar comunicação digitalMicroprocessador p/ realizar comunicação digital–– Funções de diagnóstico, suporte a manutenção, autoFunções de diagnóstico, suporte a manutenção, auto--
calibração etc...calibração etc...–– Exemplos:Exemplos:
•• Válvulas que “guardam” histórico de manutençãoVálvulas que “guardam” histórico de manutenção•• Sensores óticos c/ alarme de Sensores óticos c/ alarme de desalinhamentodesalinhamento mecânicomecânico
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CCM inteligenteCCM inteligente
•• Dispositivos inteligentes p/ proteção de Dispositivos inteligentes p/ proteção de motoresmotores–– Medição direta da corrente dos motoresMedição direta da corrente dos motores
•• Não depende de processo térmico (bimetálico)Não depende de processo térmico (bimetálico)•• Atuação imediataAtuação imediata•• Outras proteções: falta de fase, % desbalanceamentoOutras proteções: falta de fase, % desbalanceamento
• Integração ao PLC/Supervisor => Monitoração contínuada corrente.Viabiliza algoritmo de queima zero.
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Padronização de protocolosPadronização de protocolos
•• O que é mesmo protocolo?O que é mesmo protocolo?–– Conjunto de regras p/ comunicação digitalConjunto de regras p/ comunicação digital–– Idioma da rede. Dispositivo transmissor necessita Idioma da rede. Dispositivo transmissor necessita
ser compreendido pelo receptorser compreendido pelo receptor
•• Cada fabricante tem seus próprios padrõesCada fabricante tem seus próprios padrões
•• Esforço internacional para padronizaçãoEsforço internacional para padronização–– Dificuldades p/ atender todas as aplicaçõesDificuldades p/ atender todas as aplicações
•• Tendência: Tendência: –– Diversos padrões numa mesma fabricaDiversos padrões numa mesma fabrica
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A conexão elétrica é feita quando alguém atende ao telefone
Comunicações TelefônicasComunicações Telefônicas
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Não foi possível estabelecer comunicação porque as pessoas não estão falando o mesmo idioma
Comunicações TelefônicasComunicações Telefônicas
A conexão elétrica é feita quando alguém atende ao telefone
Português InglêsComunicação
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A comunicação só ocorre quando a conexão elétrica é feita E as pessoas falam a mesma língua
Comunicação
A conexão elétrica é feita quando alguém atende ao telefone
Comunicações TelefônicasComunicações Telefônicas
Português InglêsComunicação
Português Português
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Modelo Produtor/ConsumidorModelo Produtor/Consumidor
Novo ModeloNovo Modelo
•• Proporciona maior funcionalidadeProporciona maior funcionalidade
•• Aumenta o fluxo de informaçãoAumenta o fluxo de informação
•• Facilita a migração futuraFacilita a migração futura
. . . Tudo isto com redução de tráfego na rede. . . Tudo isto com redução de tráfego na rede
Comunicação mais ágil + melhor Comunicação mais ágil + melhor desempenho = MAIOR PRODUTIVIDADEdesempenho = MAIOR PRODUTIVIDADE
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Agilidade da comunicação Agilidade da comunicação ((throughputthroughput))
tempo decorrido entre a tempo decorrido entre a deteçãodeteção de um evento de um evento (entrada) e a atuação de uma (entrada) e a atuação de uma saída com base em uma saída com base em uma decisão lógicadecisão lógica
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Fatores que afetam a agilidade da redeFatores que afetam a agilidade da rede
•• Taxa de transmissãoTaxa de transmissão 11 33–– velocidade dos “bits” no fiovelocidade dos “bits” no fio
•• Eficiência do Protocolo (“Overhead”)Eficiência do Protocolo (“Overhead”) 22 22–– bytes de dados x total de bytes na redebytes de dados x total de bytes na rede
•• Modelo da redeModelo da rede 33 11–– conceituação do fluxo de informaçãoconceituação do fluxo de informação–– número de mensagens necessáriasnúmero de mensagens necessárias–– frequênciafrequência de troca das mensagensde troca das mensagens
IMPORTÂNCIAIMPORTÂNCIAPercebida / RealPercebida / Real
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Modelos de redesModelos de redes
•• Origem/DestinoOrigem/Destino (ponto a ponto)(ponto a ponto)
–– ação sincronizada entre os nós é muito ação sincronizada entre os nós é muito dificildificil uma uma vez que os dados chegam aos nós em momentos vez que os dados chegam aos nós em momentos diferentesdiferentes
–– desperdício de recursos em função da repetição desperdício de recursos em função da repetição dos mesmos dados quando apenas o destino é dos mesmos dados quando apenas o destino é diferente diferente
•• Produtor/Consumidor Produtor/Consumidor (dados são identificados)(dados são identificados)
–– múltiplos nós podem simultaneamente consumir os múltiplos nós podem simultaneamente consumir os dados de um mesmo produtordados de um mesmo produtor
–– nós podem ser sincronizadosnós podem ser sincronizados–– utilização mais eficiente da banda de comunicaçãoutilização mais eficiente da banda de comunicação
srcsrc dstdst datadata crccrc
identifieridentifier datadata crccrc
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Informando que horas são numa sala Informando que horas são numa sala com 20 pessoascom 20 pessoas
Modelo Origem/DestinoModelo Origem/Destino
•• Uma pessoa (origem) informa individualmente a cada Uma pessoa (origem) informa individualmente a cada uma das outras pessoas na sala (destino) o horário uma das outras pessoas na sala (destino) o horário marcado em seu relógio (dado)marcado em seu relógio (dado)
•• O tempo continua passando enquanto a “origem “ O tempo continua passando enquanto a “origem “ informa o horário a cada uminforma o horário a cada um–– dados não estarão corretos após as primeiras dados não estarão corretos após as primeiras
pessoas pessoas –– Tanto origem como destinos terão que fazer ajustes Tanto origem como destinos terão que fazer ajustes
para se alcançar algum tipo de sincronismopara se alcançar algum tipo de sincronismo
•• A agilidade deste processo varia em função A agilidade deste processo varia em função do número de pessoas na salado número de pessoas na sala
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Informando que horas são numa sala Informando que horas são numa sala c/ 20 pessoasc/ 20 pessoas
•• Uma pessoa informa o horário (produtor) a todos os Uma pessoa informa o horário (produtor) a todos os presentespresentes
•• Todas as 20 pessoas recebem a informação Todas as 20 pessoas recebem a informação simultaneamentesimultaneamente
•• Algumas pessoas podem optar por “consumir”os dados Algumas pessoas podem optar por “consumir”os dados (reconhecer a recepção por um gesto, ajustar seus (reconhecer a recepção por um gesto, ajustar seus relógios, etc..)relógios, etc..)
•• Outros podem optar por não “consumir” a informação.Outros podem optar por não “consumir” a informação.
•• Altamente eficiente (os dados são produzidos apenas Altamente eficiente (os dados são produzidos apenas uma vez, não são necessários ajustes adicionais para uma vez, não são necessários ajustes adicionais para produtores e/ou consumidores)produtores e/ou consumidores)
•• Altamente Altamente determinísticodeterminístico (tempo de transmissão não (tempo de transmissão não muda se mais pessoas entrarem ou muda se mais pessoas entrarem ou sairemsairem da sala)da sala)
Modelo Modelo Produtor/ConsumdorProdutor/Consumdor ((MulticastMulticast))
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Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor
•• Mensagem #1Mensagem #1–– referência de posição do sensor transmitida em referência de posição do sensor transmitida em multicastmulticast aos CTRL1, 2 e aos CTRL1, 2 e
IHMIHM
•• Mensagem #2Mensagem #2–– comando de velocidade do CTRL1 transmitido comando de velocidade do CTRL1 transmitido simultâneamentesimultâneamente aos 3 aos 3
inversorsinversors e IHMe IHM
•• MulticastMulticast não é possível com modelo origem/destinonão é possível com modelo origem/destino–– no sistema acima teríamos necessariamente 7 mensagensno sistema acima teríamos necessariamente 7 mensagens
inversor1inversor1 inversor3inversor3inversor2inversor2
CTLR1CTLR1 HMIHMI
SensorSensor
CTLR2CTLR2 ALLEN-BRADLEY
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#1#1#2#2
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Exemplos de modelos de redes Exemplos de modelos de redes
Origem/DestinoOrigem/Destinomestre/escravo mestre/escravo multimestremultimestre
Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor
ProfibusProfibus DPDP
InterbusInterbus--SS
ASIASI
RIORIO
ProfibusProfibus FMSFMS
ModbusModbus PlusPlus
LONWorksLONWorks
DH+DH+
DeviceNetDeviceNet ControlNetControlNetFoundationFoundation FieldbusFieldbus
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Tipos de MensagensTipos de Mensagens
•• Mensagens explícitasMensagens explícitas–– utilizadas para carregar/descarregar programas, utilizadas para carregar/descarregar programas,
modificar configurações de parâmetros, etc...modificar configurações de parâmetros, etc...
–– o campo de dados contém:o campo de dados contém:•• informações do protocoloinformações do protocolo•• instruções sobre o serviço a ser executadoinstruções sobre o serviço a ser executado•• endereço interno que o serviço deve utilizarendereço interno que o serviço deve utilizar
–– flexíveis porém lentasflexíveis porém lentas
–– dispositivos devem interpretar e gerar respostasdispositivos devem interpretar e gerar respostas
–– exemplos: exemplos: ProfibusProfibus--FMSFMS, , LonworksLonworks, DH+, DH+
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Tipos de MensagensTipos de Mensagens
•• Dados de E/S Dados de E/S (“significado implícito”)(“significado implícito”)–– utilizados para dados críticos de CONTROLEutilizados para dados críticos de CONTROLE
–– campos de dados contém apenas dadoscampos de dados contém apenas dados
–– significado dos dados é présignificado dos dados é pré--estabelecidoestabelecido
–– pouco flexível, mas altamente eficientepouco flexível, mas altamente eficiente
–– dispositivo apenas reage utilizando os dadosdispositivo apenas reage utilizando os dados
–– exemplos: exemplos: ProfibusProfibus--DPDP, RIO, RIO
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Modelo Produtor/Consumidor suporta Modelo Produtor/Consumidor suporta ambosambos os tipos de mensagensos tipos de mensagens
•• Na mesma rede trafegam dados de controle Na mesma rede trafegam dados de controle (E/S) e configuração (Mensagens Explícitas)(E/S) e configuração (Mensagens Explícitas)
•• Os sistemas podem:Os sistemas podem:–– trocar dados de E/Strocar dados de E/S–– salvar e descarregar programassalvar e descarregar programas–– proporcionar diagnóstico dos dispositivosproporcionar diagnóstico dos dispositivos–– configurar dispositivosconfigurar dispositivos
•• Dados são priorizadosDados são priorizados–– dados de E/S tem prioridade mais altadados de E/S tem prioridade mais alta–– projeto da rede pode impedir que Mensagens projeto da rede pode impedir que Mensagens
Explícitas tenham impacto sobre o desempenho dos Explícitas tenham impacto sobre o desempenho dos dados de E/S dados de E/S
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Mestre/EscravoMestre/Escravo
•• Um Mestre, múltiplos escravosUm Mestre, múltiplos escravos
•• Dispositivos escravos trocam dados apenas Dispositivos escravos trocam dados apenas com o Mestrecom o Mestre
•• Dados de E/S (Mensagens Implícitas) são Dados de E/S (Mensagens Implícitas) são predominantes neste tipo de comunicaçãopredominantes neste tipo de comunicação
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MultimestreMultimestre
•• Mais de um mestreMais de um mestre
•• Cada mestre tem seu próprio conjunto de Cada mestre tem seu próprio conjunto de escravosescravos
•• Dispositivos escravos apenas trocam dados com Dispositivos escravos apenas trocam dados com seus mestresseus mestres
•• Dados de E/S (Mensagens Implícitas) também Dados de E/S (Mensagens Implícitas) também predominam neste tipo de comunicaçãopredominam neste tipo de comunicação
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““PeerPeer--toto--PeerPeer””
•• Dispositivos enquadrados numa mesma categoria Dispositivos enquadrados numa mesma categoria livres para tomar iniciativa de comunicaçãolivres para tomar iniciativa de comunicação
•• Dispositivos podem trocar dados com mais de um Dispositivos podem trocar dados com mais de um dispositivo ou múltiplas trocas com um mesmo dispositivo ou múltiplas trocas com um mesmo dispositivodispositivo
•• Mensagens Explícitas predominam neste tipo de Mensagens Explícitas predominam neste tipo de comunicaçãocomunicação
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Redes Produtor/Consumidor podem Redes Produtor/Consumidor podem suportar os três tipossuportar os três tipos
•• Os sistemas podem ser Mestre/Escravo, Os sistemas podem ser Mestre/Escravo, MultimestreMultimestreou “ou “peerpeer--toto--peerpeer” para E/S e mensagens Explícitas” para E/S e mensagens Explícitas
•• Sistemas híbridos são permitidos Sistemas híbridos são permitidos
•• Diferentes tipos de mensagens também são Diferentes tipos de mensagens também são suportadas suportadas
•• Suporte a configuração do sistema/dispositivosSuporte a configuração do sistema/dispositivos
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Métodos de troca de dados: Métodos de troca de dados: ““PollingPolling””
•• Quando os dispositivos recebem dados Quando os dispositivos recebem dados (normalmente saídas) imediatamente enviam seus (normalmente saídas) imediatamente enviam seus dados (normalmente entradas)dados (normalmente entradas)
•• Compatível com sistemas Mestre/Escravo & Compatível com sistemas Mestre/Escravo & MultimestreMultimestre–– Normalmente não é utilizado com “Normalmente não é utilizado com “peerpeer--toto--peerpeer””
•• Desenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravoDesenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravo
•• Inerentemente ponto a ponto, não há Inerentemente ponto a ponto, não há multicastmulticast
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Métodos de troca de dados: Métodos de troca de dados: CíclicaCíclica
•• Dispositivos produzem dados a uma taxa configurada pelo Dispositivos produzem dados a uma taxa configurada pelo usuáriousuário
•• Transferência cíclica é eficiente porque:Transferência cíclica é eficiente porque:–– os dados são transferidos numa taxa adequada ao os dados são transferidos numa taxa adequada ao
dispositivo/aplicaçãodispositivo/aplicação–– recursos podem ser preservados p/ dispositivos com alta recursos podem ser preservados p/ dispositivos com alta
variaçãovariação–– melhor determinismomelhor determinismo
•• Compatível com Mestre/Escravo, Compatível com Mestre/Escravo, MultimestreMultimestre, “, “peerpeer--toto--peerpeer” e ” e MulticastMulticast
analog I/Oanaloganalog I/OI/O
a cada 100msa cada 100msa cada 100ms
a cada 2000msa cada 2000msa cada 2000msa cada 5msa cada 5msa cada 5ms
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Métodos de troca de dados:Métodos de troca de dados:Mudança de estadoMudança de estado
•• Dispositivos produzem dados apenas quando tem Dispositivos produzem dados apenas quando tem seu estado alteradoseu estado alterado–– Sinal em segundo plano transmitido ciclicamente para Sinal em segundo plano transmitido ciclicamente para
confirmar que o dispositivo está confirmar que o dispositivo está okok. . •• Mudança de estado é eficiente porque:Mudança de estado é eficiente porque:
–– reduz significativamente o tráfego da redereduz significativamente o tráfego da rede–– recursos não são desperdiçados processandorecursos não são desperdiçados processando--se se
dados antigosdados antigos
digital I/Odigital I/O
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Apenas as redes Apenas as redes Produtor/ConsumidorsuportamProdutor/Consumidorsuportam todos todos
os mecanismos de trocaos mecanismos de trocaE/SE/S ExplícitasExplícitas
Mestre/escravoMestre/escravo 44 4 4
MultimestreMultimestre 44 4 4
““PeerPeer--toto--PeerPeer”” 44 4 4
DisparoDisparo MudMud. estado, Cíclico, . estado, Cíclico, PollingPolling
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Como as Como as RedesRedes IndustriaisIndustriaispodempodem ser ser integradasintegradas entreentre sisi..
Information
Automation and Control
24vdc
509 -BOD
T
Device
Ethernet TCP/IPEthernet TCP/IP
ControlNet ControlNet
DeviceNet &DeviceNet &H1 Foundation fieldbusH1 Foundation fieldbus
www.controlnet.orgwww.controlnet.org
www.odva.orgwww.odva.org
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Comunicação Comunicação DeviceNetDeviceNet
Módulo “scanner” para rede Devicenetpossibilita a uma CPU SLC 500 operarcomo mestre da rede de dispositivos
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Atualmente, todas as conexões FieldbusFoundation convergem para um só ponto
Vários barramentos de campo com poucos dispositivoss em cadatercho. Os dados são filtrados através de um Servidor
Mux DiscretoAtuador TransmissorSupervisório
Power Monitor
atuador
inversor
transmissor
Display
DiscreteMux
Analog Mux
atuador
transmissorScale
DiscreteMux
atuador
transmissor
transmissor
MagnewHoneywell
Servidor
H1H1
H1 H1
H1
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Power Monitor
atuador
inversor
transmissor
Display
DiscreteMux
Analog Mux
atuador
transmissorBalanças
DiscreteMux
atuador
transmissor
transmissor
MagnewHoneywell
Supervisório
PLC
ControlNet & Fieldbus
LD
T
LD
T
LD
T
Open ControlNet
FlexManutenção
T T
Qualidade inversor
PLC
Configuração
Todos os dispositivos na Controlnet tem acesso direto a todos osdados dispostos nos barramentos Fieldbus
40
S L C 5 / 0 3
A L L E N - B R A D L E Y
MagnewHoneywell
A L L E N - B R A D L E Y
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MagnewHoneywell
A L L E N - B R A D L E Y
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4 5 6
1 2 3
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< - - - - - - - - - - - - - - - - - '<--
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F 10
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v
S L C 5 / 0 3
A L L E N - B R A D L E Y
CCMiCCMi
CCMi
CCMi
ControlNet
Fieldbus H1
DeviceNet EthernetEthernet TCP/IPTCP/IP
Arquitetura Integrada