Slides Redes Ind Eng Prova1 -...

Conteúdo• Arquitetura PROFIBUS• - Tecnologia Profibus• - Níveis de comunicação (Profinet, PROFIBUS DP e PA)• - Meio físico, cabeamento e instalações PROFIBUS DP e PA• - Couplers, links, terminadores e repetidores• - Número de dispositivos e limites de troncos e ramos• - Fontes de alimentação e topologia de rede• - Níveis de sinais e medições de redes H1• - Aspectos de redundância em redes PROFIBUS• - Aspectos de segurança em redes e aplicações PROFIBUS• - Blocos funcionais PA• - Mestres classe 1 e 2• - Arquivos GSD• - Aspectos de dimensionamento de redes PROFIBUS

ConteúdoArquitetura Fundation Fieldbus• - Tecnologia FF• - Aspectos do protocolo FF• - Camada física: HSE e H1• - Serviços da camada de enlace• - Camada do usuário – blocos de funções• - Aspectos de comunicação OPC – Supervisão• - Meio físico, cabeamento e instalações FF• - Fontes de alimentação e topologias de rede• - Limitação de troncos, ramos e número de equipamentos H1• - Segurança intrínsica em aplicações FF• - Níveis de sinais e medições de redes H1• - Blocos funcionais• - Mecanismos de propagação de status e falha segura• - Aspectos de dimensionamento de redes FF

1 Sem. /2011 Redes Industriais

• Bibliografia• ALDABÓ, Ricardo. Sistemas de redes para controle e automação. Rio de

Janeiro: Book Express, c2000.• www.fieldbus.org• www.profibus.org.br• www.as-interface.net• www.iebmedia.com

• Fabricantes:

• www.smar.com.br• www.sense.com.br• www.encoderonline.com• www.softing.com• www.procentec.com• www.siemens.com

• Artigos e matérias técnicas durante o semestre.

Avaliação

2 Provas individuais – 60% da nota final.

Trabalhos individuais ou em grupo de até 3 alunos – 30% da nota final.

Exercícios ou atividades individuais ao final daaula para entrega na aula seguinte – 10% danota final.

Informações importantes

• Horário• Notebook• Celular• Material

Previsão de provas:

• 03/05 – Primeira prova• 28/06 – Segunda prova• 05/07 – Substitutiva

• Nota para aprovação: 6,0• Não há exame final!


• Perguntas?

Qual a finalidade de uma rede industrial?


Redes Industriais: Introdução• 1768 – James Watt – Máquina a vapor• 1878 – James Maxwell – Teoria / Controlador de Watt• 1930 – Harry Nyquist – Teorias em Controle Automático

Neste período alguns artefatos mecânicos, sobretudo munidos de sistemas hidráulicos e pneumáticos passaram a ser aplicados nas linhas de produção, reduzindo os esforços dos operadores e aumentando a precisão no controle dos processos e equipamentos.

Horas de Trabalho - Fábricas:

1780 - 80 horas por semana;

1820 - 67 horas por semana;

1860 - 53 horas por semana

Já no século XX, houve o início da produção em série, sobretudo das técnicas desenvolvidas e aplicadas por Henry Ford nos Estados Unidos;

Com a evolução do controle alguns processos passaram a ser realizados através de gigantescos e elaborados circuitos lógicos controlados por dispositivos eletromagnéticos, originando o que conhecemos como lógica de relés;

Os sistemas controlados por lógicas de relés trouxeram grande avanço na automação de processos produtivos dos automóveis

Entretanto havia alguns inconvenientes:

– O espaço ocupado era imenso;– A capacidade de trabalho com variáveis analógicas

era muito limitada;– Na ocorrência de um defeito, o diagnóstico era muito

demorado. O pessoal da manutenção poderia levardias para encontrar uma bobina queimada ou umcontato defeituoso dentro do circuito;

– Quando era necessário mudar o comportamento dosistema (devido à mudança no modelo de carroproduzido, por exemplo) era necessário sucateartodo o processo e começar a fazer tudo do zero oque custava meses de trabalho;

• Painel de relés de controle de elevadores:

• A eletrônica e os processadores:– Com o advento da eletrônica e o aperfeiçoamento das

técnicas e sistemas de medição & controle durante adécada de 50, a indústria começa a trabalhar comequipamentos de controle e comando numérico; com isso,o conceito de distribuição de salas de controle começa aser difundido;

– Em 1947, Willian Shockley, John Barden e Walter Brattaindesenvolvem o transistor;

• A partir de 1961 surgem os primeiros computadores quecomeçaram a ser utilizados na indústria dando origem aosprimeiros robôs industriais;

• Os computadores podiam tomar decisões de controle deuma máquina como ligá-la, desligá-la, movimentá-la,sinalizar defeitos e até gerar relatórios operacionais;

• Dentro deste conceito, surgiram microcomputadoresdesenvolvidos especialmente para efetuar operações econtroles lógicos sobre os equipamentos compossibilidade de reprogramação de suas funções;

• Este equipamento especial foi chamado de PLC(Programmable Logic Controller) ou em português, CLPControlador Lógico Programável.

Processos Industriais – Controle Contínuo

• Uma planta pode ser imaginada como uma coleção detanques em que os materiais são aquecidos, refrigeradose/ou reagidos, e também das tubulações em que essesmateriais fluem.

Controle Automático de Processos

IMPORTANTE:As redes industriais são fundamentaispara processos contínuos ou em batelada, pois o processo produtivo é diferente daindustria de manufatura.

Uma Malha de controle é Composta por 8 módulos distintos:

1 – Elementos Primários;2 – Indicadores Analógicos, Digitais e Vídeo;3 – Transmissores, Transdutores, Conversores, Interfaces;4 – Linha de Transmissão;5 – Registradores, Memória;6 – Controladores;7 – Elementos Finais de Controle;8 – Sistema de Alarme e Segurança

Definições em Controle

Transmissores InteligentesTRANSMISSOR A 2 FIOS

- Alimentação (24 Vdc) e comunicação (4 a 20 mA) no mesmo par de fios.

TRANSMISSOR A 4 FIOS

- Alimentação e comunicação independentes.

Alimentação (110 vac)

Saída digital

Saída 4 a 20 mA

IMPORTANTE:Transmissores a 2 e 4 fios são maisantigos e mais caros.Seu princípio de funcionamento éanalógico e sofre interferênciaeletromagnética.

Controladores Analógicos – CD600 Smar


DCS TradicionalRede Local

DCS

CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102

4 - 20 mA

E/S

IMPORTANTE:

DSC: Sistema de controle digital distribuídoOs protocolos de E/S são proprietáriosCentraliza-se as informações dos controladores somente, ou seja, telemetria.

Segmentos de Mercado

Redes de Comunicação Digital

REDE DEREDE DE CAMPO CAMPO

REDE DEREDE DE CONTROLE CONTROLE

A outros níveisA outros níveis

REDE DEREDE DEGERENCIAMENTO GERENCIAMENTO

Rede de ControleRede de Controle

SupervisãoSupervisãoBanco deBanco de Dados Dados

Rede de PlantaRede de Planta

Rede deRede deCampoCampo

Rede em Fibra Ótica Redundante

Salas de Controle atuais

Conceitos em Redes Industriais

• A automação industrial vem há vários anos tentando substituir ovelho padrão de corrente 4-20mA, por um sistema decomunicação serial (digital);

• As redes industriais apresentam como grande vantagem aredução significativa de cabos de controle e seus acessórios(bandejamento, leitos, eletrodutos, conectores, painéis, etc) queinterligam os elementos de campo ao sistema controlador;

• A redução também é muito significativa no projeto e nainstalação, pois com menos cabos, diminui-se o tempo de projetoe dos detalhes de encaminhamento dos cabos.


• Na instalação inicial o tempo também é reduzido na mesmaproporção, pois menos cabos serão lançados e painéis derearranjo não serão mais necessários e menos conexõesserão realizadas;

• Do ponto de vista da manutenção, ganha-se à medida que osistema fornece mais informações de status e diagnósticos,mas por outro lado requer-se pessoal mais qualificado etreinado para compreender e utilizar os recursos disponíveis.

• Existe também uma tendência de todos os dispositivos sereminteligentes e poderem se comunicar com a rede,principalmente devido a crescente redução dos custos doscomponentes microcontrolados;

• Por outro lado nem sempre há distribuição total dainteligência nos elementos básicos tais como: sensores,chaves, sinaleiros, relés, etc;

• Pode-se ainda optar por módulos E/S inteligentes queconcentram as informações de vários elementos básicosprincipalmente de E/S digitais reduzindo o tráfico na rede.

Tradicional:Cada dispositivo é conectado

individualmente ao controlador

Tendência:Dispositivos ligados em rede com o

controlador


• Requisitos de comunicação fabril:- Compartilhamento de recursos;- Gerenciamento da heterogeneidade;- Gerenciamento de diferentes tipos de diálogo;- Garantia de tempo de resposta médio ou máximo;- Confiabilidade dos equipamentos e da informação;- Conectividade e interoperabilidade;- Evolução (update/upgrade) e Flexibilidade.

• É necessário definir arquiteturas, topologias e protocolosapropriados para redes de comunicação industrial;

• Redes do tipo ponto-a-ponto: centralização das funçõesde comunicação;

• Redes de difusão: possibilidade de descentralização dacomunicação;


• Idéia do final dos anos 70 e início 80: rede única paratoda a fábrica;

• Idéia atual: não existe uma rede única que atende asnecessidades de todas as atividades existentes em umafábrica;

• Nas empresas modernas temos grande quantidade decomputadores operando em diferentes setores;

• Operação do conjunto será mais eficiente seestes computadores forem interconectados,permitindo:

– Possibilidade de compartilhar recursos;– Possibilidade de troca de dados entre máquinas de

forma simples e confortável para o operador;– Vantagens gerais de sistemas distribuídos e

downsizing atendidos;• Redes são muito importantes para a realização

da filosofia CIM (Computer IntegratedManufacturing).

Os Níveis Hierárquicos de Integração FabrilAdministraçãoCorporativa

Planejamento(Factory)

Área(Shop)

Célula(Cell)

Subsistema(Subsystem)

Componente(Component) S A S A S A S A

EnterpriseNetwork

EthernetFieldbus,Profibus,DeviceNet

Sensorbus

Características da comunicação em CIM

Vida útil etamanho

médio dosdados

Tráfegomédio

Pacotes /seg.

Tempoocioso entre

transmissões

Númerode

estações /segmento

Administração Corporativa

Planejamento

Área

Célula

Unidade (subsistema)

Componente

Customédio

de umaestação

Hostilidadedo meio

Conceitos em Redes Industriais• Maioria das redes de comunicação existentes foram concebidas

para automação de escritórios;

• Ambiente industrial tem características e necessidades que tornamredes para automação de escritórios mal adaptadas:

- Ambiente hostil para operação dos equipamentos (perturbaçõeseletromagnéticas, elevadas temperaturas, sujeira, áreas desegurança intrínseca, etc.);

- Troca de informações se dá entre equipamentos e, às vezes,entre um operador e o equipamento;

- Tempos de resposta críticos;

- Segurança dos dados crítica;

- Grande quantidade de equipamentos podem estar conectadosà rede acarretando alto custo de interconexão (críticidade).

Características e Requisitos Básicosdas Redes Industriais

1 - Comportamento Temporal - Sistemas em Tempo Real;

2 – Confiabilidade;

3 - Requisitos do Meio Ambiente:- Meios de Transmissão;- Segurança Instrínsica

4 - Tipo de Mensagens e Volume de Informações;

5 – Conectividade / Interoperabilidade (Padronização).

1- Comportamento Temporal

• Aplicações Industriais freqüentemente requerem sistemas decontrole e supervisão com características em Tempo-Real;

• Em aplicações em tempo real, é importante poder determinar ocomportamento temporal do sistema de comunicação;

• Mensagens em STR podem ter restrições temporais:

– Periódicas: tem que ser enviadas em intervalos conhecidos efixos de tempo. Ex.: mensagens ligadas a malhas de controle.

– Esporádicas: mensagens sem período fixo, mas que temintervalo de tempo mínimo entre duas emissões consecutivas.Ex.: pedidos de status, pedidos de emissão de relatórios.

– Aperiódicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, semperíodo nem previsão. Ex.: alarmes em caso de falhas.

Sistemas em Tempo-Real

• Um STR é um sistema computacional que deve reagir a estímulos(físicos ou lógicos), oriundos do ambiente dentro de intervalos detempo impostos pelo próprio ambiente.;

• A correção não depende somente dos resultados lógicos obtidos, mastambém do instante no qual são produzidos;

• A aplicação de modelos e padrões se fará necessária para a garantiado determinismo no controle de processos.

Sistema

a

Controlar

(Ambiente)

Sistema

de

Controle

SENSOR

ATUADOR

INTERFACE

estímulo

resposta

Arquitetura para Sistemas Tempo-Real

M1

DL = 10

End. 01

M2

DL = 15

End. 02

M3

DL = 50

End. 03

M4

DL = 25

End. 04

M5

DL = 5

End. 05

• Mensagens pendentes em cada estação devem serentregues a seu destino antes de um prazo limite(deadline) associado;

• Problema de comunicação tempo real: como definirconcessão do direitos de acesso ao meio de forma agarantir que todas as mensagens sejam entreguesantes de seu deadline ?

A Problemática da Comunicação em Tempo-Real

• O protocolo MAC precisa garantir rápido acesso aobarramento para mensagens esporádicas de alta prioridade.

• O protocolo MAC deve atender mensagens periódicas com amaior eficiência possível, respeitando seus deadlines.

• O MAC deve ter comportamento determinista e, idealmente,permitir escalonamento ótimo global de mensagens.

• O LLC (Controle Lógico de Enlace) deve escalonarmensagens locais pendentes por deadline ou prioridadeassociada.

Comunicação em Tempo-Real

Camada de Aplicação

Controle Lógico de enlace (LLC)

Controle de Acesso ao Meio (MAC)

Camada Física

AP APSoftware

Aplicativo

Arquitetura do software de rede para Comunicação em Tempo Real

Classificação dos Protocolos MAC

• Alocação fixa: alocam o meio às estações pordeterminados intervalos de tempo, independentementede haver ou não necessidade de acesso (ex.: TDMA =Time Division Multiple Access);

• Alocação aleatória: permitem acesso aleatório dasestações ao meio (ex.: CSMA = Carrier Sense MultipleAccess). Em caso de envio simultâneo por mais de umaestação, ocorre uma colisão e as estações envolvidastem que transmitir suas mensagens após a resolução doconflito resultante (protocolos de contenção);

Classificação dos Protocolos MAC• Alocação controlada: cada estação tem direito de

acesso apenas quando de posse de uma permissão,que é entregue às estações segundo alguma seqüênciapredefinida (ex.: Token-Passing, Master-Slaves);

• Alocação por reserva: para poder usar o meio, asestações tem que reservar banda com antecedência,enviando pedidos a uma estação controladora duranteum intervalo de tempo pré-destinado e este fim (ex.:CRMA = Cyclic Reservation Multiple Access);

• Híbridos: consistem de 2 ou mais das categoriasanteriores.

Classificação dos Protocolos MAC

• Classificação com relação ao comportamento temporal:

– protocolos deterministas: caracterizados pelapossibilidade de definir um tempo limite para aentrega de uma dada mensagem (mesmo quesomente em pior caso);

– protocolos não deterministas: tempo de entrega nãodeterminável (aleatório ou probabilístico).

Protocolos MAC não deterministas

• CSMA 1-persistente, p-persistente e não persistente

- CSMA = Carrier Sense Multiple Access (Acesso Múltiplo porDetecção de portadora) : baseia-se no conceito de escuta domeio de transmissão para a seleção do direito de acesso aeste;

- CSMA p-persistente: estação que quer enviar dados escutameio. Se canal livre, envia quadro com probabilidade “p”.Senão, aguarda na escuta até que o meio esteja livre. Casoparticular: p=1;

- CSMA não persistente: idem anterior, mas se canal ocupado,estação espera um período de tempo aleatório e escuta ocanal novamente.

CSMA persistente e não persistente• CSMA 1-persistente: faz melhor uso da banda, mas tem

grande chance de gerar colisões• CSMA não persistente: faz pior uso da banda, mas tem

menor probabilidade de gerar colisões• CSMA p-persistente (p

O protocolo CSMA/CD• CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection:

- Se mais de uma estação está pronta para emitir umamensagem com o meio livre, gera-se uma colisão;

- A primeira estação que detectar a colisão interrompe atransmissão, reiniciando-a após um tempo aleatório =>improvável ocorrência de nova colisão.

emissor

emissor receptor

emissor

O protocolo CSMA/CD• Métodos de acesso CSMA convencionais: tempo de

reação não pode ser exatamente determinado (nãodeterminismo);

• Não se sabe de antemão:– se haverá colisões;– quantas colisões seguidas podem ocorrer;– o tempo (aleatório) de espera em caso de colisão.

• Tempo de espera é randomizado segundo algoritmoBEB (Binary Exponential Backoff).

Probabilidade de colisão

Tráfego x número estações

CSMA/CD

Protocolos MAC Deterministas

- Métodos de acesso deterministas: tem tempo deresposta limitado e determinável (ao menos pior caso).

- Podem ser classificados em:

- Métodos com comando centralizado (ex.: Mestre-Escravos, árbitro de barramento);

- Métodos com comando distribuído (ex.: Token-Passing, variantes deterministas do CSMA).

escravo escravo escravo escravo

Comando Centralizado: Mestre-escravos

receptor

emissorficha

Comando Distribuído: Token-bus

Estação

Interfacep/ anel

anel unidirecional

TAP

Token

Comando Distribuído: Token-Ring

Comando Distribuído: Forcing Headers

- Variante determinista de CSMA (CSMA/NBA = CSMAwith Nondestructive Bitwise Arbitration);

- Estações enviam bit a bit um identificador da mensagem,que define prioridade da mesma;

- Cada mensagem tem que ter prioridade diferente dasdemais;

- Se todos os bits do identificador são 0, prioridademáxima;


- Camada física executa AND sobre cada bit enviado aobarramento (Collision Detection ativada ao enviar um 1 edesativada ao enviar um 0);

- Transmissão interrompida quando um 1 é enviado eocorrer colisão (0 é lido);

- Se o identificador é transmitido até o fim sem colisão, orestante da mensagem é enviado.

100 dados

000 dados 001 dados 010 dados 011 dados

Frame a enviarNó 4

Nó 0 Nó 1 Nó 2 Nó 3

Header do frame



• Para evitar o monopólio do meio pelo nó gerador de mensagemde alta prioridade, espaços entre quadros são preenchidos porum campo de bits em 1 inserido no final de cada quadro;

• O barramento só é considerado livre para o mesmo nó enviarnova mensagem, após ter detectado que o espaço inter-framesnão foi interrompido por um bit em 0;

• A estação possuidora da mensagem de alta prioridade terá queesperar ao menos o envio de uma mensagem de prioridademenor para tomar o barramento para si novamente.

Comando Distribuído: Comprimento De Preâmbulo

• Variante determinista de CSMA/CD;

• A cada mensagem é associado um preâmbulo comcomprimento diferente, que é transmitido com CDdesativada;

• Após o término de envio do preâmbulo, o CD éreativado;

• Se há colisão, existe outra mensagem mais prioritáriasendo enviada e a estação fica a espera de meio livre.

Frame a enviarNó 4

Nó 0 Nó 1 Nó 2 Nó 3

Preâmbulo do frame

Comando Distribuído: Comprimento De Preâmbulo

Mensagem do nó 4

Mensagem do nó 3

Mensagem do nó 2

Mensagem do nó 1

Mensagem do nó 0

Instantes de inicio de detecção de colisão em cada estação

Comando Distribuído: Comprimento de Preâmbulo

• Um dos requisitos de uma rede é a possibilidade de acessomúltiplo ao bus, ou seja, vários nós podem ler do bus aomesmo tempo mas, para evitar colisões (dois ou mais nós aenviar ao mesmo tempo uma mensagem diferente, o queresultaria numa mensagem inválida), é preciso ummecanismo de prioridades;

• O mecanismo utilizado é o Carrier Sense MultipleAccess/Deterministic Collision Resolution (CSMA/DCR);

Comando Distribuído: CSMA/DCR


• Cada mensagem leva consigo um identificador, umaidentidade que é atribuída pelo nó. Quando o bus estáem estado de espera (idle), vários nós podem iniciar assuas transmissões ao mesmo tempo;

• Cada nó lê do bus os bits enviados e compara seusvalores. Caso o bit que o nó tenha tentado escrever sejarecessivo (1), será lido do bus um bit recessivo, se esomente se, todos os nós que estão transmitindonaquele momento estiverem enviando um bit recessivo;


• Durante a transmissão do identificador da mensagem, oalgoritmo CSMA/DCR decide de forma unívoca, nãodestrutiva e sem atrasos ou retransmissões quemtransmite ou não a mensagem;

• No funcionamento do algoritmo CSMA/DCR em que nnós tentam escrever no bus, e assumindo que todostentam enviar mensagens diferentes, n-1 nós vãodesistir de transmitir a mensagem para que o nórestante possa transmitir a dele;


• Depois da transmissão da mensagem do nó que“ganhou” o bus, os outros nós tentam novamentetransmitir as suas mensagens;

• Com a utilização do algoritmo CSMA/DCR, é possívelestabelecer ordens de prioridade nas mensagens,porque estas têm identificadores programáveis;

• A figura a seguir mostra um exemplo de funcionamentodo algoritmo CSMA/DCR;


• O caso descrito mostra três nós (1,k,n) que tentamenviar uma mensagem em certo momento;

• No bit 7, o nó 1 percebe que enviou um bit recessivomas leu do bus um bit dominante e desiste de enviar asua mensagem – fica em modo de escuta apenas;

• No bit 3, o nó n também entende que enviou um bitrecessivo mas leu um bit dominante. Também este nódesiste de transmitir a mensagem. Desta forma, o nó kprevalece e transmite a sua mensagem.

2 - Confiabilidade• Em aplicações industriais, erro de 1 bit pode ter

conseqüências desastrosas;

• Para aumentar confiabilidade, enlace usa teste cíclico deredundância (CRC - Cyclic Redundancy Check) sobrequadros (técnica polinomial);

• Em sistemas que necessitem de uma operação contínua,pode ser utilizado um meio de transmissão e estaçõesredundantes;

• Recomenda-se usar cabos blindados em ambientes comfortes campos magnéticos;

• Uso crescente de fibra óptica.

3 - Requisitos do Meio Ambiente• Perturbações eletromagnéticas requerem escolha adequada

do meio de transmissão;

– Fontes: acionamentos de motores elétricos de grandeporte, fontes chaveadas, estações de solda, conversoresestáticos, etc.

Par trançado (assíncrono)

Par trançado (síncrono)

Cabo coaxial

Fibra Ótica Custos

Sensibili-dade àpertur-

Taxade

transmissão

Distância

bações

Meios De Transmissão

• Cabo coaxial:

- Boas características elétricas.

- Requer resistências terminais.

- Conectores BNC fáceis de abrir.

• Par trançado:

- Usualmente usado com HUB/Switcher

- Atualmente solução mais usada para chão fábrica.

- UTP (Unshielded Twisted Pair) CAT-5 / STP(Shielded Twisted Pair).

Meios De Transmissão

• Fibra Óptica:

- Ótimo para rejeitar perturbações eletromagnéticas.

- Dificuldade de realizar topologia em barramento(bus): derivações ativas x passivas.

- Mais usado em topologias ponto a ponto: anel,estrela, árvore.

- Aplicações envolvendo HUB e Switch.

Áreas de Risco (Segurança Intrínsica)

• Sujeitas a incêndio, explosão;

• Presença de líquidos ou gases inflamáveis/explosivos;

• Não pode haver faiscamento;

• Freqüência de sinais elétricos limitada;

• Modelo de Entidade baseado em valores (cálculo) deTensão, Corrente, Potência, Capacitância, Indutância enas características e Resistência dos Cabos;

Redes Industriais


• Modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept):desenvolvido na Alemanha pelo PTB (PhysikalischTechnische Bundesanstalt);

• Reconhecido mundialmente como modelo básico paraoperação de redes em áreas de risco de explosão ouincêndio.


• Princípios de transmissão segundo modelo FISCO:– Cada segmento possui uma única fonte de alimentação;– Não se alimenta o barramento enquanto uma estação está

enviando;– Cada dispositivo de campo consome uma corrente constante

de pelo menos 10 mA e que alimenta o dispositivo;– Os dispositivos de campo funcionam como uma carga

passiva de corrente;– Existe uma terminação passiva em ambos os extremos da

rede;– Topologias permitidas: linear, em árvore e em estrela.


• Norma IEC 1158-2 para camada física:– Transmissão de dados: digital, bit - síncrona, Manchester;– Taxa de transmissão: 31,25 kbit/s, modo voltagem;– Cabo: STP com 2 fios;– Alimentação remota: opcional, via linhas de dados;– Classes de proteção contra explosão: Intrinsically safe

(EEx ia/ib) e encapsulation (EEx d/m/p/q);– Topologias: linha e árvore ou uma combinação;– Numero de estações: até 32 estações por segmento,

máximo de 126 com 4 repetidores.

Tipo de Mensagens e Volume de Informações• Níveis hierárquicos superiores:

- mensagens grandes (KByte);- podem ter tempos de transmissão longos (seg. até min.);- longos intervalos entre transmissões.

• Aplicações mais próximas ao processo: mensagens curtas:- ligar ou desligar uma unidade = 1 bit ;- fazer leitura de um sensor / medidor = 8 Bytes ;- alterar o estado de um atuador = 8 Bytes ;- verificar o estado de uma chave ou relê = 1 bit .

• Requisitos: taxa de transmissão de dados não muito elevada;taxa de ocupação do barramento elevada (grande número depequenos pacotes a serem transmitidos); tempo de entregaconhecido.

Conectividade / Interoperabilidade(Padronização)

• Verifica-se a necessidade de uma especificação de redeslocais para aplicações industriais diferente daquela adotadaem automação de escritório;

• Já existem diversas redes proprietárias para ambiente fabril,mas não permitem a interligação de equipamentos de outrosfabricantes;

• Maior entrave à conectividade e interoperabilidade: nãopadronização das interfaces e protocolos de comunicação;

• Grandes esforços tem sido despendidos para solucionarestes problemas (padronização de projetos).

Redes Industriais

Redes Industriais

Aula 2

Protocolos Industriais

• Durante a década de 50 foram introduzidos os conceitosde transmissão de dados ou informações representadaspor sinais analógicos de 4-20mA que passaram aemular os sinais 3-15psi em uso;

• Nos anos 80 surgiu a transmissão digital de dados, e ouso de microprocessadores implementando oschamados protocolos de comunicação de redes;

Protocolos Industriais• Atualmente, devido a seu grande avanço tecnológico, as redes

de automação são largamente utilizadas, apresentandovantagens em relação a sistema convencionais de cabeamento:diminuição da afiação, facilidade na manutenção, flexibilidadena configuração da rede e, principalmente, diagnóstico dosdispositivos;

• Alem disso, por usarem protocolos de comunicação digitaispadronizados, essas redes possibilitam a integração deequipamentos de vários fabricantes distintos. Tais sistemasdizem-se abertos, e são uma tendência em todas as áreas datecnologia devido a sua flexibilidade e capacidade de expansão;

Categorias dos Protocolos de Campo

• Nível Baixo: conecta equipamentos simples e pequenosdiretamente à rede;

• Os equipamentos deste tipo de rede necessitam decomunicação rápida em níveis discretos e sãotipicamente sensores e atuadores de baixo custo;

• Estas redes não almejam cobrir grandes distâncias,sendo sua principal preocupação manter os custos deconexão tão baixos quanto for possível;

• Exemplos típicos de rede sensorbus incluem Seriplex,AS-i e INTERBUS Loop.

Categorias dos Protocolos de Campo

• Nível Médio: Pode cobrir distâncias de até 500 m;• Os equipamentos conectados a esta rede terão mais pontos

discretos, alguns dados analógicos ou uma mistura deambos;

• Além disso, algumas destas redes permitem a transferênciade seis blocos em uma menor prioridade comparados aosdados no formato de bytes;

• Esta rede tem os mesmos requisitos de transferência rápidade dados da rede de sensorbus, mas consegue gerenciarmais equipamentos e dados;

• Alguns exemplos de redes deste tipo são CAN, DeviceNet,PROFIBUS-DP, LONWorks, Modbus e INTERBUS-S.

Categorias dos Protocolos de Campo• Nível Alto: dados no formato de pacotes de mensagens, a

rede se interliga aos equipamentos de I/O mais inteligentes epode cobrir distâncias maiores;

• Os equipamentos acoplados à rede possuem inteligênciapara desempenhar funções específicas de controle tais comoloops PID, controle de fluxo de informações e processos;

• Os tempos de transferência podem ser longos, mas a rededeve ser capaz de comunicar-se por vários tipos de dados(discreto, analógico, parâmetros, programas e informaçõesdo usuário);

• Exemplos: 4-20mA/HART, Wireless HART, FoundationFieldbus e PROFIBUS-PA.

Sensorbus• Seriplex• AS-i• INTERBUS Loop

Devicebus• CAN• DeviceNet• PROFIBUS-DP• LONWorks• Modbus• Interbus-S

Fieldbus• 4-20mA/HART• Wireless HART• Foundation Fieldbus• PROFIBUS-PA

Quantidadede

Dados

Tipos de Controle

ControleProcessos

ControleLógico

Menorbit

Médiobyte

Maiorbloco

Equipamentos Simples Equipamentos Complexos

ControleProcessos

Com Diagnóstico

E o Ethernet ???

Protocolo Ethernet Industrial

• A Ethernet é a tecnologia de rede local (LAN) maisutilizada no mundo em aplicações de rede decomunicação comercial. Ela está presente nos maisvariados segmentos (automação bancária, controle deprocessos, aplicações científicas, entre outras);

• Sua versão industrial é largamente aplicada nogerenciamento de processos de fábrica. Nos últimosanos é grande o interesse da indústria pela redeEthernet como uma real alternativa no chão de fábrica eno controle de processos.


• A rede Ethernet é uma especificação de cabos,conectores e níveis de sinais criadosoriginalmente pela empresa XEROX, no final de1970. Em 1985 foi incrementada, passando aser utilizada até hoje;

• A technologia Ethernet (padrão IEEE 802.3utiliza a camada Física (1) e Enlace (2) domodelo OSI, conforme a figura ao lado;

Níveis não definidos

TCP/IP

IP

Ethernet1

3

5

4

6

7

2


• As velocidades da rede evoluíram de 10 Mbps para 100Mbps, e deverão alcançar em breve a taxa de 1 Gbps deacordo ao IEEE802.3z ou Gigabit Ethernet;

• Devido às dificuldades apresentadas no tratamento decolisões (determinismo), esta rede é indicada parapacotes de informação de gerenciamento, deixando onível de células para outros protocolos (FF, Profibus,DeviceNet, etc);

Redes Industriais


• A Ethernet Industrial difere da Corporativa em algunsaspectos:– Não definição das camadas mais altas;– Formato de frame diferenciado:

• TPID – tag protocol identifier;• TCI – tag control information;• CFI – canonical format indication

Preâmbulo(7 Bytes)

SFD(1 Bytes)

MAC Dest(6 Bytes)

MAC Orig(6 Bytes)

TAG(4 Bytes)

Dados / PAD(46 a 1500 Bytes)

FCS(4 Bytes)

COMP/TIPO(2 Bytes)

TPID TCITag Protocol ID

16 bitsPrior. do Usuário

3 bitsCFI1 bit

VLAN ID12 bits


– Temperatura de funcionamento, conectores, tipos decabos, encapsulamento e tensão de alimentação,conforme tabela abaixo:

Itens Produtos para Ethernet Comercial

Produtos para Ethernet Industrial

Temp. Operação 5C a 40C 0C a 60CPlaca multi layer e imunidade a ruído

Não Sim

Conectores RJ-45 DB9, RJ45 e Fibra ÓticaRedundância Não Sim

Encapsul. Ind. Não SimAlimentação 110 Vac 24 Vdc

Sim


• A Ethernet possui importantes característcas que sãosignificativas para várias aplicações:– Rápido startup graças a simplicidade de conexão;– Alto grau de flexibilidade, expansão e performance, já

(tecnologia de Switches);– Integração em diferentes aplicações, desde a área de

escritórios, até a produção;– Comunicação integrada de toda a planta, já que pode

ser conectada a uma WAN (Wide Area Network), taiscomo ISDN (Integrated Services Digital Network –telefonia) e Internet.

Serviços TCP/IP Disponíveis

• Entre os serviços disponíveis ao TCP/IP, destacam-se:

– HTTP (Hypertext Transport Protocol): trata-se de umgrupo de regras que controla a troca de arquivos nainternet. Em automação este serviço funciona nosdispositivos com servidores WEB que permite amanutenção e o diagnostico dos produtos alocadosna rede através de um navegador padrão;

Serviços TCP/IP Disponíveis– DHCP ("Dynamic Host Configuration Protocol" ou

"protocolo de configuração dinâmica de endereços derede") permite que todos os micros da rede recebamsuas configurações de rede automaticamente a partirde um servidor central, sem que você preciseficar configurando os endereços manualmente emcada um;

– SNMP (Simple Network Management Protocol): todosos equipamentos com esse serviço podem sermonitorados por um software-padrão, permitindo seudiagnostico e analise de desempenho;


• Virtual LAN: Permite suporte de segurança e isolaçãopor segmentação virtual dos dados do chão de fábricaque são enviados de outros componentes e usuários;

• Fast Spanning Tree: Este protocolo permite uma rápidaconvergência da rede. Se ocorrer um defeito em algumnó da rede, o link redundante alternativo assumiráautomaticamente a comunicação. Assim, as redes sãocomutadas de forma muito veloz e os nós se tornamdisponíveis em menos de um segundo.


– OPC (OLE for Process Control): é uma especificaçãotécnica não proprietária que define um conjunto deinterfaces padrão baseadas na tecnologiaOLE/DCOM da Microsoft;

– O OPC cria um ambiente ininterrupto entre asaplicações de automação e controle, bem comosistemas e componentes de campo e aplicações donível administrativo.

Vantagens do Ethernet• Enorme popularidade da tecnologia;

• Baixo custo de implementação, treinamento e manutenção;

• Alta velocidade e alta performance;

• Atualização tecnológica constante;

• Facilidade de interconectividade e acesso remoto;

• Capacidade de alavancar tecnologia comercialmente barata;

Vantagens do Ethernet• Os principais fabricantes de CLP ou SCD suportam sistemas

de fieldbus específicos, mas todos suportam Ethernet;

• Capacidade de transportar elevado fluxo de informações entreo processo industrial e a corporação;

• Elevado número de pessoal técnico qualificado;

• Habilidade de prover diagnóstico e atuação remotamente;

• Aplicação como “BACKBONE” das arquiteruras de controledigital em aplicação;

Desvantagens para o padrão de campo:

• Ausência de interoperabilidade pela falta da camada deaplicação (por si só, apresenta definições apenas paraas camadas 1 e 2 do modelo ISO);

• Falta de determinismo e tempo de resposta insuficientepara algumas aplicações industriais;

• Dificuldades de sincronismo no nível de ms;

• Falta de solução para segurança intrínseca.


• Com objetivo de resolver o desempenho das redesEthernet Industrial é preciso combinar a solução de usocorreto dos serviços e pacotes de dimensionamento eprojeto físico das redes;

• A configuração de um sistema deve levar emconsideração:– Para baixar a probabilidade de atrasos, o tráfego

deve ser mantido significativamente inferior aoslimites teóricos, evitando as possíveis colisões;


– Redes Ethernet mais rápidas não eliminam as colisões, maspodem aumentar a probabilidade de entrega dos pacotesnum instante predeterminado e quando acontece a colisão,esta afeta diretamente a largura de banda;

– Para atenuar os problemas relacionados ao determinismopode-se empregar recursos de segmentação de rede,através de Domínios (grupo de computadores ecomponentes de rede que possuem um nome associado) eWorkgroups (grupo de computadores que regularmentedividem os mesmos recursos de uma rede), conectados viaswitches e roteadores.


• Outros problemas associados:– Geração de Runts – pacotes de dados muito

pequenos, que violam as regras da Ethernet,originados na rede;

– Broadcast Storm – difusão de grande quantidade depacotes do tipo broadcast em um curto espaço detempo, que podem ser melhorados em sua maioriapelo seccionamento da rede em grupos menores.

Barramento de Campo SERIPLEX

• Difundido pela Schneider Electric durante os anos 90;

• Cerca de 2.500 instalações e 1 milhão de nós instalados;

• Aplicado em configurações:– Mestre - Escravo a 4 fios;– Ponto a ponto (sem mestre);– Distâncias de 1650m (5000 pés);– Tempo de varredura menores que 1 ms;– Endereços definidos pelo mestre ou por programação;– 32 funções lógicas embutidas;

Aplicações SERIPLEX

• Apoio a módulos Mestres de Barramento:− (PLCs, Acopladores e Gateways);

• Botoeiras, Partida de Motores, Banco de Indicações;

• Módulos de Interface para acionamento rápido;

• Indutores de Proximidade, Detectores Fotoelétricos;


• Topologia:– Estrela, árvore, anel ou barramento;– Distâncias de até 1500m;– Até 510 dispositivos;

• Comunicação e alimentação (24V) em um mesmocabo com 4 fios;

• Comunicação direta com PLC ou Gateway ou semmestre.


• O Barramento Seriplex é um concorrente direto do AS-ie Interbus-Loop com possibilidade de manipular maioresquantidades de dados (até 64 bits por elemento);

• Na configuração mestre-escravo há um controlador narede único capaz de determinar mudanças nas saídasdos dispositivos da rede;

• Na configuração ponto a ponto os nós enviam as suasinformações a todos os outros elementos da rede;

Redes Industriais



• Cada dispositivo em uma rede Seriplex contém umCHIP Seriplex onde é configurado um endereço de 3dígitos entre 001 e 255 usando um terminal portátil deconfiguração hand-held;

• O dispositivo é conectado ao cabo blindado com 4condutores. O cabo fornece alimentação CC aodispositivo e também fornece uma linha de clock(sincronização).


• Um CLP é geralmente usado e contém o módulo desincronização assim como a fonte de alimentação CC,contudo estas funções são disponíveisindependentemente de um CLP;

Protocolo INTERBUS - S

• O Interbus-S foi desenvolvido na Alemanha pela empresaPhoenix Contact em 1987;

• O Interbus-S foi concebido para integração de sensores eatuadores a um elemento de tomada de decisão (CLP,CNC, etc.), envolvendo controle determinístico evelocidade otimizada;

• O INTERBUS é utilizado em mais de 10 milhões de nósinstalados e possui mais de 600 fabricantes em todo omundo;


• O elemento de tomada de decisão (PLC) opera comoestação mestre;

• Sensores e atuadores formam as estações escravasque executam operações de entrada/saída;

• Interbus-S adotou a comunicação EIA-485 e topologiaem anel;

• O mestre monta um quadro único contendo camposreservados para cada um dos escravos;

Protocolo INTERBUS - S• O mestre preenche o campo reservado àquele escravo

com os dados de processo ou parâmetros a enviar;

• O quadro então é enviado ao primeiro escravo no anel;

• O primeiro escravo reconhece no quadro o início de suajanela de dados e verifica o conteúdo somente docampo reservado a ele;

• O escravo lê a informação contida no seu camporeservado e substitui o conteúdo do campo pelos dadosde resposta;


• Em seguida, o primeiro escravo envia o quadrocompleto para o próximo escravo no anel;

• O processo se repete até que o quadro tenha percorridotodos os escravos do anel e retornado ao mestre;

• Este processo também é conhecido como shift register;

• O tempo que o quadro somado leva para percorrer oanel (ciclo de varredura), depende do número deescravos e é determinista;

Redes Industriais


• Analogia pode ser feita com um trem (quadro somado)que pára em diversas estações (escravos), deixandoalguns passageiros e pegando outros.


• O número máximo de entradas e saídas suportadas peloInterbus-S é de 4096, que podem ser varridas em 7.2ms;

• As distância entre estações consecutivas no anel podemchegar a 400 metros, expansíveis até 13km comacopladores e sem repetidores;

• Número máximo de 256 estações por barramentoremoto e 512 no total, conforme diagrama anexo;

Redes Industriais



• As informações que o mestre envia para os escravospodem ser:– Dados de processo: comandos a executar ou valores

a colocar em uma saída (sujeitos à restrições detempo real);

– Parâmetros de configuração do escravo (semrestrições de tempo) enviados em time slotsreservados no quadro somado.

Protocolo INTERBUS - S• A camada de Aplicação define serviços PMS (Peripherals

Message Services), que incluem:– gerenciamento de conexões;– identificação e verificação de status;– gerenciamento de objetos;– acesso a variáveis (read, write, update, etc.);– gerenciamento de programas (dowload, upload, start,

stop, resume, etc.);

• Organizações de empresas (DRIVECOM e ENCON)ocupadas em definir padrões de utilização e configuraçãopara INTERBUS-S;

Redes Industriais


• O protoco INTERBUS é baseado no modelo OSI porrazões de eficiência, utilizando as camadas de aplicação1, 2, e 7. Certas funções das camadas de 3 a 6, foramtambém incluídas na camada de aplicação 7.

Redes Industriais

Configuração Rede INTERBUS-S• O dado de processo é transmitido de forma acíclica em

tempo real, enquanto dados de parametrização sãoatualizados de forma acíclica em volumes maiores dedados como ou quando necessário.

Aplicações INTERBUS-S• Seu campo tradicional de aplicação é a indústria automotiva

indústria, mas o INTERBUS está cada vez mais sendo usadocomo uma solução de automação de outros processos como:

– Transporte de Materiais via esteira;

– Indústria de papel e impressão;– Alimentícia & Bebidas;

– Automação predial, Sistemas da segurança

– Indústria de transformação da madeira;– Montagem Robótica, Sistemas de aquecimento, ventilação

e ar condicionado;

– Iluminação de rua e controles públicos, etc.

Aplicações INTERBUS-S

• Para aplicações em condições ambientais críticas ouambientes que estão sujeitos a interferência eletromagnética,o cabo serial INTERBUS pode ser substituído por fibrasópticas;

• Dependendo dos requisitos, os usuários podem utilizaraplicações envolvendo cabo de cobre ou transmissão viafibra óptica, sem ter de fazer quaisquer mudanças natopologia da rede ou sistema de estrutura;

•Ambos os meios de transmissão podem ser combinados, conforme desejado na rede e sem restrições;


• Distribuição de Potência…


• Controle de Moagem...


• Mudança de Processo Alternativo em Centro deUsinagem...

Protocolo INTERBUS Loop• Em 1995 houve o desenvolvimento de INTERBUS Loop,

também conhecido como o loop de sensor – barramentode instalação local), como extensão lógica do INTERBUSpara a conexão direta de sensores e atuadores, atravésde cabo a dois fios;

• A tecnologia, INTERBUS Loop (loop sensor, IP 65),oferece uma método físico de transmissão onde osdispositivos individualmente serão conectados através deum cabo a 2 fios sem blindagem em forma de anel e ondea alimentação de 24 V para até 32 dispositivos também éfornecida através do cabo.

Protocolo INTERBUS Loop

Protocolo INTERBUS Loop• Os dados são transmitidos como sinais de corrente, que

têm um maior nível de imunidade a interferências do queos sinais de tensão normalmente utilizados;

• Os dados a serem transmitidos são modulados utilizando ocódigo Manchester na tensão de alimentação de 24 V;

• As características físicas do barramento são convertidaspor um módulo terminal adequado, que pode serconectado ao anel INTERBUS em qualquer ponto dosegmento remoto.

Protocolo INTERBUS Loop

Protocolo CAN - Control Area Network• Rede CAN (Controller Area Network) desenvolvida pela BOSCH em

1984 com colaboração da Intel para integrar elementos inteligentesem veículos autônomos (eletrônica embarcada);

• O CAN veio a ser posteriormente desenvolvido para a aquisição dedados de sensores discretos;

• Automóvel pode possuir mais de 200 microprocessadores:

- Carburação eletrônica;

- Frenagem anti-bloqueante (ABS);

- Controle e supervisão da temperatura do óleo e do radiador,pressão de óleo de freio, etc;

- Ajuste automático de espelhos retrovisores, banco do motorista,etc.

Protocolo CAN - Control Area Network

• Em 1987 lançado chip 82526 (INTEL);• A partir de 1991 outros fabricantes licenciados:

– Phillips/Signetics (chips 82C200, 87C592, 82CE598 e82C150).

– Motorola (chip 68HC05).– NEC (chip 72005).– Siemens, Thompson, National, Hitachi.

• Cia CAN in Automation: entidade constituída de usuários efabricantes de produtos para automação industrial baseadosno protocolo. Até 1993, a Cia já tinha 64 associados fora daindustria automobilística.

• CAN vendeu mais de 5 milhões de chips só em 1995.

Protocolo CAN - Control Area Network• Camada física (padrão ISO/DIS 11898):

Topologia: barramento ou estrela; Taxa de transmissão: 125 Kbps até 1 Mbps;Comprimento máximo do barramento 40m com taxa

de 1 Mbps e até 1Km com taxa de 125 Kbps;Número máximo de nós: 64 dispositivos;

• A comunicação entre os dispositivos do barramento érealizada em modo “Multi-Cast”, que consiste emidentificar a mensagem enviada para o barramento comum identificador único de rede (os dispositivos não têmidentificadores próprios);


• Os outros dispositivos que estão à escuta, ao receberema mensagem, verificam se a mensagem deve serprocessada ou não através de um teste de aceitabilidade;

• O identificador (IDENTIFIER) é também responsável peladefinição da prioridade da mensagem, ou seja, quantomenor for o seu valor numérico, maior será a prioridadeda mensagem no barramento. O método utilizado paratransmissão de mensagens é o CSMA/CD.


• Subcamada MAC: Método de acesso ao meio (Forcing Headers) com

prioridades para mensagens;

• Subcamada LLC: Comprimento máximo dos quadros de dados: 8

Bytes; Controle de erro por CRC de 16 bits.

• Camadas 3 até 6 do modelo OSI foram suprimidas.


• CSMA/NBA - Carrier Sense Multiple access with Non-destructive Bitwise Arbitration (Forcing Headers);

• Qualquer nó pode acessar o meio se estiver livre;• NBA garante 100% de utilização do meio e priorização de

mensagens baseada no identificador de 11 bits do frame;• Abaixo vemos um frame CAN:

SOF - Start of FrameEOF – End of FrameCRC - Cyclic Redundancy Check (CRC 16)

ACK - Acknowledgment

CRCACK

EOF

SOF

11 bit IDENTIFIER Length 0 to 8 bytes Data

ArbitrationField

ControlField

Data Field

Protocolo CAN - Control Area Network• Como na Ethernet, cada nó tenta transmitir se o meio encontra-

se livre. Diferentemente de Ethernet, não há colisões;• Se 2 ou mais nós iniciam transmissão simultânea, o conflito é

resolvido por arbitragem bit a bit usando o campo IDENTIFIER:– “0” é dominante no fio sobre “1” (operação AND binária);– Se um nó transmite “1”, mas escuta “0”, ele imediatamente

pára a transmissão;– O nó vencedor envia o resto da mensagem;– Mecanismo garante que não se perde informações nem

tempo;• O valor do campo IDENTIFIER define prioridade durante

arbitragem (IDENTIFIER mais baixo “vence”). Isto significa quedois frames não podem ter o mesmo IDENTIFIER.

CAN – Exemplo de Arbitragem

0 0 0 1 00000001 xxxx 11EOF

10110110100 0

Nó 1 Transmite:

No meio:

0 0 0 1 00000001 xxxx 01EOF

10110110100 0

Nó 2 Transmite:

0 10110111

Nó 2 perde arbitrageme pára transmissão!


• Modelos de comunicação:– Frame não contém campos específicos para endereço

destino/origem;– Campo IDENTIFIER pode conter endereço de uma

estação, grupo de estações (multi-casting) ou mensagensa serem difundidas para todas as estações (broadcasting);

– Campo IDENTIFIER pode identificar o conteúdo damensagem (dados), que é difundida para todas asestações;

• Gerador da mensagem: PRODUTOR;• Estações interessadas no conteúdo da mensagem:

CONSUMIDORES.

Protocolo CAN - Control Area Network• A norma CAN não define especificação para a camada de

Aplicação;• Especificação para aplicações em automação:

CMS (CAN Message Services): serviços de leitura eescrita de variáveis remotas e tratamento de eventos, baseados no MMS;

NMT (Network Menagement): serviços de inicialização e gerenciamento da rede;

DBT (Distributor): provê uma distribuição dinâmica de nomes definidos pelo usuário para identificar as mensagens.

• O sistema suporta até 2032 objetos, aos quais é associadoum número de identificação único na aplicação.

Protocolo LonWorks• Lonworks faz parte de um conjunto grande de protocolos

e sistemas que são chamados de Fieldbus. Elesnasceram da necessidade de redução de custos e doaumento da qualidade em substituição ao modelo 4-20mAem uso desde os anos 60;

• A plataforma é construída em um protocolo de baixalargura de banda criado pela Echelon (USA) na década de90 para dispositivos de controle para funcionar sobre partrançado, transmissão de dados sobre a rede elétrica,cabo par trançado, fibras óticas e rádio frquência

Protocolo LonWorks

• É muito popular para automação de varias funçõesprediais como a iluminação, ar condicionado eclimatização (HVAC);

• Em 1999 o protocolo de comunicações (conhecido entãocomo LonTalk) foi submetido ao ANSI (American NationalStandards Intitute) e este aceitou-o como um padrão pararedes de controle;

Sistema de controle HVAC surge do termo em inglês"Heating, Ventilation and Air Conditioning", o termo érelacionado a sistemas que utilizam estas técnicas. "calefação, ventilação e ar condicionado".

Protocolo LonWorks

• O protocolo é também uma derivação do padrãoBACnet para a automatização de edifícios;

• De acordo com estatísticas da Echelon Corporation, jáexistem aproximadamente 60 milhões de dispositivosinstalados com a tecnologia Lonworks;

• Os fabricantes de uma variedade de áreas, incluindoconstrução civil, transportes, utilidades, automaçãoindustrial, adotaram o Lonworks como padrão;

Protocolo LonWorks• A tecnologia LonWorks possui um protocolo chamado

LonTalk que implementa as sete camadas do modeloOSI - Modelo de Referência para Interconexão deSistemas Abertos e possui mecanismos que impedem amodificação acidental ou intencional;

• Inclui ainda, outras características tais como: funções dereconhecimento, comunicação, prioridade natransmissão, detecção de mensagens duplicadas,evitam colisões, retransmissão automática, detecção ecorrecção de erros, padronização e identificação do tipode dados;

Protocolo LonWorks

• O protocolo prevê dois tipos de camadas físicas, as redesdedicadas por par trançado ou mesmo fibra ótica e acomunicação por linha de energia;

• Quando baseada em rede dedicada, opera em 78kbit/susando codificação Manchester enquanto a versãoutilizando a linha de energia, opera em 5.4kbit/s ou3.6kbit/s;

• A plataforma Lonworks é aberta permitindo sua integraçãocom redes TCP/IP, internet e implementação emprocessadores de mercado (solution provider);

Protocolo LonWorks

• Isto significa que aplicações que requeremprocessadores de 16 ou 32 bits não necessitam mais deprograma de interface para o microprocessador.

Protocolo LonWorks

• Camada de enlace:– subcamada MAC: CSMA preditivo p-persistente com

detecção de colisão e atribuição de prioridades àsmensagens (comportamento preditivo quando é usadoserviço com reconhecimento)

– subcamada LLC: serviços sem conexão (com ou semreconhecimento) e oferece funções de montagem dequadros e checagem de erros com CRC.

• Elementos para interconexão de subredes LON:– roteadores– pontes

Aplicações usando o Lonworks

• Linhas de montagem• Fabricação de semicondutores• Controle de iluminação• Controle e gerencia de Energia• Sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado• Sistemas da segurança• Automação residencial• Controles de dispositivos genéricos• Iluminação de rua e controles públicos• Controle da estação de Petróleo• Controle de freios em trens de carga

Aplicações usando Lonworks• Existem mais de 1 milhão de nós instalados nos USA em

aplicações tais como:– Controle de iluminação e controle de eletrodomésticos,

Termostatos e sistemas HVAC– Sensores de presença, luminosidade e segurança em

geral;– Equipamentos de áudio e vídeo (por exemplo, Home

Theaters);– Gerenciamento de energia;– Controle otimizado de elevadores;– Subsistemas de água e gás (válvulas, sensores de nível e

outros componentes), etc.

HART - Histórico

1. Sistema 4 a 20mA4 a 20mA

Se Resistor = 250Ω, a tensão variará de 1 a 5Vpara corrente entre 4 a 20mA

Comporta-se como umaFonte de corrente.

Programador Portátil(Handheld)

2. Sistema 4 a 20mA edigital proprietário

4 a 20mA

3. Sistema HARTProgramador Portátil

(Handheld)

4 a 20mA

Antigamente o controle de processo era feitocom sistemas analógicos: pneumático e corrente – 4 a 20mA. Com o barateamento dos microcontroladores e memórias, o sistema 4 a 20mA começou a ser substituído pelos sistemashíbridos proprietários (4 a 20mA e com protocolo de comunicação digital proprietário).

Tais sistemas não eram interoperáveis e prendiam o cliente nas mãos das empresasdevenvolvedoras do protocolo.

O HART, embora híbrido, foi adotado por várias empresas e tornou-se umareferência de protocolo simples e robusto e interoperável. A HART Communication Foundation foi criada em 1993. A rede HART é a malha de controle!>> Limitações dos equipamentos analógicos:a) Imprecisões no controle de loop fechado– Muitas conversões D/A e A/D desnecessárias

b) Nenhuma verificação (check) de integridade do sinal– Loops de terra e variação na impedância da fiação podem, por

exemplo, influenciar no sinal de controlec) Potência limitada (corrente operação < 4mA)– Limita o nível de sofisticação dos equipamentos

d) Risco da existência de faixas não casadase) Operam limitados à determinadas faixas de trabalho– Desperdiçam-se informações dos sensores fora da faixa calibrada

f) Equipamentos simples e pouco inovadoresg) Não suportam atualizações de firmwaresh) Não reportam alertas.

Protocolo HART• HART:

– Highway Addressable Remote Transducer• Origem:

– Fischer Rosemount– 1980

• Protocolo Aberto:– HCF – HART Communication Foundation 1989

• HART User Group:– Incluindo Siemens, Hitachi, Toshiba, Yokogawa,

ABB, Endress+Hauser, Fischer & Porter, RosemountInc., Camile Bauer, Smar International e outras).

Protocolo HART

Redes Industriais

Protocolo HART• Protocolo de comunicação de campo baseado no modelo Mestre /

Escravo.• Comunicação bi-direcional entre Mestre e Escravo.• Possibilidade de dois mestres (hospedeiros)

– Primário• Sistema de Controle, Asset Management, …

– Secundário• Programador Portátil – Handheld (HHT).

Protocolo HART

• Utiliza padrão de comunicação Bell 202 FSK (modulação em frequência porchaveamento);

• Opera em modo de comunicação half-duplex assíncrono, sobreposto ao sinalanalógico de corrente;

• Taxa de comunicação: 1200 bps.

1200 Hz“1”

2200 Hz“0”4

20

1 mA

Tempo

FSKFSKFSK

mA

Sinal analógico

• Simultaneos 4-20 mA e Comunicação Digital:

• Dois Mestres de rede possíveis: DCS e HHT

• Comunicação Multidrop, até 15 devices. Mestre-Escravo

• Compativel com cabos convencionais, controladores, registradores,indicadores, etc.

Redes Industriais

Protocolo HART• Topologia Multidrop:

– Permitidos até 15 equipamentos.• Cada um com endereço diferente (de 1 a 15).

– Sinal analógico de corrente fixo – 4mA

Protocolo HART

• Baseado em Comandos, que possibilitam a troca dedados entre hospedeiro e equipamento de campo

• São classificados em três classes:

– Universal;

– Common Practice;

– Device Specific.

Protocolo HART

• Universal commands :

– Reconhecidos e suportados por todos os equipamentosHART.

– Possibilitam acesso a informações importantes duranteoperação normal.

• Leitura da PV e unidades• Leitura de fabricantes e tipo de equipamento• Leitura da corrente de saída e porcentagem da faixa• Leitura do número de série e limites do sensor.

Protocolo HART• Common Practice commands :

– Opcionais. Não necessariamente implementados portodos os equipamentos HART. A Norma recomendaque sejam suportados quando aplicáveis:

• Comandos úteis para transmissores de pressãopodem não ser para transmissores de temperatura;

– Exemplos:• Execução de auto-diagnóstico;• Requisitar que a corrente de saída vá para um valor

fixo.

Protocolo HART

• Device Specific commands :

– Representam funções que são únicas, específicas paracada equipamento.

– Permitem acesso a informações de inicialização ecalibração do equipamento.

– Exemplos:• Leitura e escrita do tipo de sensor.• Leitura e escrita de tabelas com dados do

equipamento.

• Identificação do equipamento:– Tag;– Descriptor;– Tipo do equipamento.

• Calibração:– Faixa de operação;– Calibração dos valores de 4 e 20mA;– Unidade de engenharia da PV.

HART - Comissionamento

HART – Comissionamento

Comissionamento simples, terminado no campo. Loop test pode ser muito útil e, se possível, deve ser sempre efetuado paragarantir correta instalação e operação de todo o loop de controle. Indicadores, registradores e telas do sistema de controle podem ser verificados e validados.

• Verificação da integridade da malha de controle

50 % 50 % 50 % Modo de Corrente Constante

12 mA

Permite que se fixe a corrente da malha independente do processo;

É uma maneira fácil de testar e calibrar indicadores, registradores, controladores e telas de usuário.

12mA

Protocolo HART• Camada Física:

– Meio físico: par trançado com até 3.000 m;

– Taxa de transmissão: 1.200 bps;

– Transmissão assíncrona com caracteres UART (1 startbit, 8 bits de dados, 1 bit de paridade e 1 stop bit);

– Topologia: barramento ou árvore;

• Camada de Enlace:

– Mestre-Escravos e Token-Passing;

– Tempo médio de resposta: 378.5 ms;

Protocolo HART

• Camada de Aplicação:

– Comandos, respostas, definição de tipos de dados eemissão de relatórios de status.

• Os chips HT2012 (Smar Research) e SYM20C15 (SymbiosLogic) servem como modems de baixa potência para uso emequipamentos de campo;

• O chip requer a adição de filtros e comparadores para aoperação do protocolo.

Protocolo HARTDistância Máxima Tipo de Cabo mm2 (AWG)

1534 m Cabo de par trançado pela 0,2 (24)

3048 m Cabo de par trançado com blindagem

0,5 (20)

Instrumentos/ capacitância 65 nF/km 95 nf/km 160 nf/km 225 nf/km

1 2800 2000 1300 1000

5 2500 1800 1100 900

10 2200 1600 1000 800

15 1800 1400 900 700

Protocolo HART

• DD – Device Description:– Arquivo texto fornecido pelo fabricante do equipamento e

formatado segundo as linguagens DDL ou EDDL.– Descreve características e funções específicas de um

equipamento• Inclue detalhes de menus e diretrizes para

apresentação gráfica das características• Documenta acesso a todos os comandos suportados

pelo equipamento, bem como a todos os parâmetros edados no equipamento

– Usado pelo Hospedeiro (inclusive Programador Portátil),que usa o dado e apresenta-o como o usuário deseja.

• Comunicação digital não interfere no controle 4 a20mA;

• Fácil de usar e entender;• Altamente preciso e robusto;• Interoperável e confiável;• Larga variedade de equipamentos;• Suportado pela maioria dos fabricantes de

equipamentos e sistemas.

HART - Benefícios

1 Sem. /2011

Protocolo HART

Wireless HART

• Objetivo:

– Estabelecer um padrão aberto e interoperável decomunicação sem fio para as aplicações deprocessos industriais para as próximas décadas(século 21).

Arquitetura

• Network Manager– distribui chaves de segurança– configura e coordena equipamentos e rede.

• Gateways interfaceiam os equipamentos sem fio com os hospedeiros.– Serial, Ethernet e Wi-Fi, por exemplo, podem ser usadas.

• Adaptadores integram equipamentos HART existentes à rede.• Programadores Portáteis (sem fio).

Wireless HART - Mesh• Simples:- Todos os equipamentos sem fio têm

as mesmas potencialidades;- Todos podem ser roteadores.

• Confiável:- Podendo atingir 99% à medida que a

rede mesh cresce.

• Seguro :- Usa chaves e encriptação de dados- Algoritmo AES 128.

• Redundância de caminhogarantida:

- Por exemplo, em caso de obstrução

Meio Físico

Meio Físico EIA - 232

• O meio físico EIA-232 é constituído por um conjunto deespecificações elétricas publicado pela EIA - ElectronicIndustries Association, e que se destina a promover acomunicação série entre computadores;

• Podemos considerá-lo como um conjunto de definiçõese regras que descrevem a interface física e o protocolode comunicação de dados em comunicações série derelativamente baixa velocidade, e que são utilizadasnormalmente entre computadores e periféricos;

Meio Físico EIA - 232• Exemplos concretos da utilização deste protocolo são:

– A comunicação entre PCs, via porta série;– A comunicação entre PCs e e alguns tipos de

impressoras ou plotters;– A comunicação entre PCs e modems; entre PCs e

telemóveis; entre PCs e PDAs.


• No entanto estas aplicações mais "domésticas" estãohoje gradualmente sendo substituídas pela ligação USB(Universal Serial Bus);

• Assim as ligações por porta série mantêm-se hoje a umnível "mais industrial", concretamente em programaçãode PLCs, Centrais Telefônicas, Máquinas Industriais deCNC, etc.

Meio Físico EIA - 232 - Paralela• A porta paralela original de 8 bits foi desenvolvida pela

IBM em 1981, foi construída para ser usada como uminterface muito rápido para impressoras mecânicas deagulhas;

• Este tipo de comunicação resultava muito mais rápidado que usar a comunicação porta série. O sistema deporta paralelo é muito mais rápido que a porta série,pois utiliza 8 linhas paralelas por onde fluem os 8 bits deum byte simultaneamente. Assim o tempo que demora aenviar 1 byte, é mesmo que em comunicação sérielevaria a enviar um único bit

Meio Físico EIA - 232 - Paralela

• Além destes 8 bits de dados são também enviadosvários sinais de handshaking ou informações decontrole;

• Cada um destes sinais vai pela sua linha própria, logonão interferindo com a velocidade de transmissão dedados, e garantindo a consistência do processo detransmissão.


• O maior inconveniente do sistema de porta paralelaoriginalmente denominada SPP (Santdard Paralell Port),é o fato de permitir apenas um sentido nacomunicação, isto é, do computador para a impressora,pois originalmente a comunicação paralelo foidesenvolvida, para acelerar a velocidade defuncionamento das impressoras;

• Devido a isso o sistema SPP evoluiu para o ECP e EPP,como detalhado a seguir:

1 Sem. /2011

Sigla Significado Velocidade Descrição

SPP Standard Parallel Port. Razoável

Este protocolo a inclui 8 bits bidireccionais, mas mantém ainda 4 bits unidireccionais.Este tipo de norma foi incluída na BIOS de PCs construídos até 1995.

EPP Enhanced Parallel Port. Rápida

Permite operação com transmissão de dados em alta velocidade. Pode-se encontrar esta norma na BIOS de PCsconstruídos com chipsets Intel SL, ou compatíveis.

ECP Extended Capabilities Port. Mais rápida

Permite operação com transmissão de dados em alta velocidade. Pode-se encontrar esta norma na BIOS de PCsconstruídos após 1994 com chipsets da SMC e National, entre outros.

Meio Físico EIA - 232 - Paralela• O modo ECP permite uma transferência de dados,

bidirecional e simétrica. Os dados podem ser transferidosentre dois sistemas, oito bits de cada vez em modo halfduplex. Este modo permite velocidade de transmissão de2 Mbytes/s a 4 Mbytes/s;

• O modo EPP permite uma transferência de dadosbidirecional em half duplex e controlada pelo computador.Este modo é utilizado essencialmente para comunicaçãocom CDROMs externos, unidades de BACKUP externasligadas à porta paralelo e permite atingir velocidades detransmissão da ordem dos 2 Mbytes/s.


• Os principais inconvenientes que as últimasespecificações tentaram corrigir são o crosstalk e olimite de comprimento no uso de cabos.


• A EIA-422 (anteriormente RS-422) é um protocolo decomunicação de dados serial que descrevecomunicações a 4-fios, full-duplex, linha diferencial emulti-drop;

• Fornece transmissão de dados balanceada com linhasde transmissão unidirecionais;

• O comprimento máximo do cabo é de 1200m. A taxamáxima de dados é de 10 Mbit/s a 12m ou 100 Kbit/s a1200m;


• O EIA-422 não pode implementar uma rede de comunicaçãorealmente multi-point (tal como EIA-485), ainda que somenteum driver possa ser conectado a até 10 receivers;

• Um uso comum de EIA-422 é para extensões RS-232. Emestúdios de edição de vídeos ele é usado para interligar oquadro de controle central e os equipamentos deexecução/gravação de vídeo e áudio. Além disso, umavariante do EIA-422 compatível com EIA-232 usando umconector mini-DIN-8 foi amplamente usada em equipamentoMacintosh até ser substituída pelo Barramento SerialUniversal (USB) da Intel;


• O padrão EIA-485, criado em 1983, é capaz de proveruma forma bastante robusta de comunicação multipontoque vem sendo muito utilizada na indústria em controlede sistemas e em transferência de dados para pequenasquantidades e taxas de até 10 Mbps;

• No EIA-232, os sinais são representados por níveis detensão referentes ao terra. Há um fio para transmissão,outro para recepção e o fio terra para referência dosníveis de tensão;


• Este tipo de interface é útil em comunicações ponto-a-ponto a baixas velocidades de transmissão. Visto anecessidade de um terra comum entre os dispositivos,há limitações do comprimento do cabo a apenasalgumas dezenas de metros;

• Os principais problemas são a interferência e aresistência do cabo. Já o padrão EIA-485 utiliza umprincípio diferente, no qual apenas dois fios sãoutilizados, que serão chamados de A e B:


• Nesse caso tem-se nível lógico 1 quando, por exemploA for positivo e B negativo, conseqüentemente tem-senível lógico 0 quando B for positivo e Anegativo.Verifica-se que o nível lógico é determinadopela diferença de tensão entre os fios, daí o nome demodo de operação diferencial;

• Umas das vantagens da transmissão balanceada é suarobustez a ruídos e interferências


• O alcance do padrão EIA-485 pode chegar a 1300m (4000pés), porém quanto maior a distância a ser percorridapelos dados menor será a taxa de transmissão, tem-secomo base que para distância de até 40 pés a taxa podechegar a 10Mbps e para uma distância de 4000 pés ataxa varia em torno de 100Kbps;

• Como o padrão EIA-485 foi desenvolvido para atender anecessidade de comunicação multiponto o seu formatopermite conectar até 32 dispositivos, sendo 1 transmissore 1 receptor por dispositivo;


• Outra grande vantagem do padrão EIA-485 é afacilidade de conversão do padrão EIA-232 ao EIA-485,simplesmente utilizando um CI. Com isso tem-se que acompatibilidade com dispositivos existentes no mercadoé mantida, visto que a maioria dos computadores jápossui saída EIA-232;

• O protocolo RS-485 é do tipo half-duplex e não definenem recomenda nenhum protocolo de comunicação.

Protocolo MODBUS• O protocolo MODBUS® foi criado em 1978 pela Modicon

(hoje Schneider Automation);• O protocolo visava originalmente implementar uma maneira

simples de transferir dados entre controladores, sensores eatuadores usando uma porta RS232 (serial convencional);

• Após sua criação, tornou-se padrão industrial “de-facto”adotado por muitas empresas com uma segunda opção paraintercâmbio de dados;

• MODBUS® é um protocolo proprietário da SchneiderAutomation. No entanto, a Schneider Automation optou poruma licença sem royalties e as especificações do protocoloestão disponíveis em seu web-site gratuitamente;

Protocolo MODBUS

• O MODBUS® essencilamente é uma estrutura de trocade mensagens usada para comunicação tipo mestre -escravo / cliente-servidor entre dispositivos inteligentes;

• Como o protocolo MODBUS é somente uma estruturade troca de mensagens, ele é independente da camadafísica subjacente;

• MODBUS é usualmente implementado tambémutilizando RS422, ou RS485 sobre uma variedade demeios de transmissão (fibra, rádio, celular, etc.);

Protocolo MODBUS

Exemplos: ler grupo de entradas; ler dados de um grupo de registradores; ler status do escravo para diagnóstico; escrever em um grupo de saídas ou registros; permitir carregamento, gravação ou verificação do programa no escravo;

Quando o escravo responde ao mestre, este campo indica se a operação ocorreu sem erros (ecoa dado recebido).

• A imagem abaixo mostra um exemplo de rede Modbuscom um mestre (PLC) e três escravos (módulos deentradas e saídas, ou simplesmente E/S);

• Em cada ciclo de comunicação, o PLC lê e escrevevalores em cada um dos escravos;

• Como o sistema de controle de acesso é do tipo mestre-escravo, nenhum dos módulos escravos iniciacomunicação a não ser para responder às solicitações domestre.

Protocolo MODBUS

• Basicamente, uma comunicação em Modbus obedece aum frame que contém o endereço do escravo, ocomando a ser executado, uma quantidade variávelde dados complementares e uma verificação deconsistência de dados (CRC);

• Exemplo: Se o PLC precisa ler as 10 primeiras entradasanalógicas (do endereço 0000 ao 0009) no módulo 2será necessário utilizar o comando de leitura demúltiplos registros analógicos (comando 3);

Variações MODBUS

• Em redes seriais baseadas em RS-485 ou RS-232 o Modbuspode ter duas variações: RTU e ASCII;

• Modbus RTU:– Neste modo os dados são transmitidos em formato binário

de oito bits, permitindo a compactação dos dados empequenos pacotes;

– RTU é a sigla inglesa para Remote Terminal Unit;– No modo RTU, os endereços e valores podem ser

representados em formato binário;– Números inteiros variando entre -32768 e 32767 podem

ser representados por 2 bytes;– O mesmo número precisaria de quatro caracteres ASCII

para ser representado (em hexadecimal).

Variações MODBUS• Em redes seriais baseadas em RS-485 ou RS-232 o Modbus

pode ter duas variações: RTU e ASCII;• Modbus RTU:

– Neste modo os dados são transmitidos em formato bináriode oito bits, permitindo a compactação dos dados empequenos pacotes;

– RTU é a sigla inglesa para Remote Terminal Unit;– No modo RTU, os endereços e valores podem ser

representados em formato binário;– Números inteiros variando entre -32768 e 32767 podem

ser representados por 2 bytes;– O mesmo número precisaria de quatro caracteres ASCII

para ser representado (em hexadecimal).

Redes Industriais

Aula 3

Redes Industriais

Redes de Automação IndustrialPirâmide da Automação:

nível de controle

nível de produção

nível de remotas

nível de processo e controle

nível de sensores e atuadores

ERP, Ethernet

PROFIBUS-DP/PAFoundation FieldbusDeviceNet,4-20mA/HART

AS-Interface

O que é um Sistema de Bus?

• Um sistema de Bus é uma rede de comunicaçãoserial usada para a transmissão de dados digitais.

Associação AS-i• Há 9 associações AS-Interface pelo mundo com 80

membros internacionais

Como o AS-i é Diferente?• Sistemas tradicionais consistem em fiação paralela

– Cada sensor terá 2 ou 3 fios conectados ao PLC;– Grande quantidade de fiação e localização de

problemas é um pesadelo;

Redes Industriais

O sistema AS-i• A alternativa inteligente:

– Sensores e atuadores podem ser conectados aosistema em qualquer ponto;

– Design modular;– O master AS-i substituí os cartões de E/S.

O sistema AS-i• Livre escolha da topologia da rede:

As Vantagens do AS-i• Um par de fios ao invés de multi-cabeamentos;• Auto-Sensing;• Tempo de Scan Rápido: 5,0ms a 10,0ms• Conexão de sensores e atuadores binários;• Instalação de baixo custo;• Menor tempo de comissionamento;• Conexão de sensores inteligentes;• Diagnóstico de todos os participantes AS-i;• Redução de documentação;• Melhora na manutenção - diagnóstico do tipo e localização de

problemas;• Economia - redução de fiação, menores cabines de controle, menor

tempo de planejamento e instalação;• Fácil programação.

Limitações do AS-i

• O AS-i foi conscientemente construído e otimizado parauso em aplicações abaixo dos fieldbuses;

• Sendo assim, algumas capacidades dos fieldbuses dealto nível não podem ser realizadas em AS-i. Algumaslimitações devem ser conhecidas:

Limitações do AS-i– Os dados transmitidos em AS-i são limitados a 4 bits

por escravos que podem ser trocados a cada ciclo.Mensagens longas podem ser transmitidas dividindo-as em vários ciclos. Isto pode ser usado emprocessos de dinâmicas lentas, como pressão outemperatura (valores analógicos);

– AS-i é estritamente mestre-escravo, com varreduracíclica por escravos. Isto impede a transmissãoassíncrona pelos sensores e atuadores. Os escravosdevem aguardar 10 ms (no caso de uma rede com 62escravos) até ser chamado novamente;

Limitações do AS-i

– A transferência de dados de escravo para escravo sóé possível via mestre;

– A limitação de comprimento do cabo é de 100m semo uso de repetidores. Esta limitação física se deve amanutenção de outros critérios como o tempo deciclo da rede, tipo de topologia livre e a não exigênciade resistores de terminação.

Características do AS-interface

Como o AS-i Funciona?

• O master AS-i organiza a comunicação com os escravos;

• A informação é transferida serialmente;

– Modo síncrono / Modo Assíncrono

• Os dados são codificados:

– A informação é transformada em uma forma de ondaque é mais fácil de transmitir, mais robusta e commaior nível de imunidade a ruídos.

Componentes da Rede AS-i

• Flat Cable

• Master AS-i

• Escravo AS-i

• Fonte AS-i

Comunicação Mestre - Escravo

ALLEN-BRADLEY

7 8 9

4 5 6

1 2 3

. 0 -

Características Rede As-i

Cabo AS-Interface:Alimentação CC no mesmo par de comunicação

Fonte ASI30,5 Vcc

100m Max.31 Escravos Max.

Topologias Aplicáveis

Topologia livre, somente há limitações no comprimento do cabo

Flat Cable AS-i

• O cabo perfilado previne a inversãode polaridade do cabo;

• Instalação de baixo custo graças atecnologia de conexão;

• Um módulo de acoplamento para umgrande range de aplicações:– Módulos de I/O, derivadores, etc.

• Para a transmissão de dados eenergia;

• Interface padronizada garante acompatibilidade.

Flat Cable AS-i

• Flat cable perfilado:– mesma tecnologia para a transmissão de dados AS-i

e alimentação• Tecnologia de conexão:

– Simples e segura– Proteção IP67

• Conexão simples e direta de sensores/atuadores oumódulos;

• Diferentes tipos de cabos:– Cabo PUR resistente a óleo– Cabo PVC resistente à agua

Flat Cable AS-i

Master AS-iControlador com 1 ou 2

masters e interface serial (RS 232 C or RS 485)

Controlador AS-i DP com 1/2 master(s), interfaces serial e

field bus (Profibus-DP)

Softwares AS-i

• De acordo com o padrão IEC 1131-3;• Softwares para o manuseio completo do controlador;• Escolha de diferentes linguagens de programação:

– Ladder Diagram– Blocos de Funções– Lista de Instruções– Sequential Function Chart (SFC)

• Permitem o desenvolvimento do projeto AS-i completo;• Comissionamento e teste de I/O‘s;• Controle e visualização do status do master;• Visualização integrada.

Software AS-i

Escravos AS-i

• Tecnologia modular AS-I;• Tecnologia de conexão de baixo custo – instalação, simples através de uma chave-de-fenda;• Pequenos módulos de I/O descentralizados para montagem em campo com fator de proteção IP 67;• Várias combinações possíveis por causa da interface EMS padronizada;• Parte inferior para a conexão de módulos, repetidores, extensores, derivadores;

• Opção de flat cable ou cabo coaxial.

Escravos AS-i

Sensor AS-i Inteligente

Fonte de Alimentação AS-i

• Fornece energia para a geração do sinal de dados

• Responsável pela filtragem de dados (potência e dadosno mesmo cabo);

• Modo chaveado projetado para uma maior eficiência,menor tamanho e peso;

• Diferente da maioria das fontes, a impedância de saídaé de natureza indutiva;

• Características especiais para o AS-i (geralmentedesnecessárias para outros sistemas de bus).


Dimensionamento Rede As-i

Redes AS-i

Repetidor AS-i

controladorAS-i

fonte AS-i 1

módulo I/Op.e. escravo 1

Fonte AS-i 2

trecho AS-i 1100 m

trecho AS-i 2100 m

para escravos adicionais

módulo compactop.e. escravo x

Extensor AS-i

controlador AS-i

nenhum módulo I/O permitido

neste trecho !

fonte AS-i 1

trecho AS-i 1100 m

trecho AS-i 2100 m

para escravos adicionais

módulo compactop.e. escravo x

extensor AS-i


Gateways (Integração)

Aplicações AS-i

Tecnologia de transportadores:• Configuração descentralizada

e modular;• Montagem simples e rápida;• Menos cabos e terminais;• Comissionamento simples de

seções da planta;• Programas menores e claros;• Uso de sensores inteligentes

em pontos críticos;• Expansão possível a qualquer

hora e ponto;

Aplicações AS-i

• Sistema ASi usado em linha de transportador de umprocesso de empacotamento:

Aplicações AS-i

• Monitores eacionadores AS-ipara atuadoresreduzem o tempode intalação e ocusto demanutenção

Aplicações AS-i• Silos de granulado

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