Experimento N 1

Engenharia de Controle e Automao

Engenharia de Controle e Automao

HENRIQUE FERREIRA FARIASMAYCON LIMA DE ASSUNOREDES INDUSTRIAISREDES MODBUS, PROFBUS E HARTSerra ES, Abril de 2014REDES INDUSTRIAIS

REDES MODBUS, PROFBUS E HART

Serra ES, Abril de 2014SumrioObjetivos .......................................................................................................................4Introduo......................................................................................................................4

Metodologia....................................................................................................................4Desenvolvimento..............................................................................5,6,7,8, 9,10,11 e 12Concluso..................................................................................................................... 12Referncias bibliogrficas..............................................................................................12ObjetivosConhecer as 3 Redes Industriais MODBUS, PROFBUS e HART, com suas caractersticas e especificaes alm de suas variaes e diferenas. Saber a sua vantagem e desvantagens de uma rede e outra e suas especificaes com que equipamento pode trabalhar e seus recursos e diagnostico-o pode oferecer. Alm de melhorar o rendimento do controle de processos de uma indstria, aumentar eficincia, qualidade, segurana no sistema produtivo e facilitar a instalao dos equipamentos.Fornecer diagnsticos rpidos e detalhados, facilitar a manuteno, configurar dispositivos com maior rapidez, utilizar menor quantidade de fios e reduzir custos.IntroduoAtualmente as Redes Industriais descrevem-se os diversos sistemas que coordenam o processo produtivo atravs de modelos conceituais. Devido complexidade destes sistemas comum estrutur-los em nveis hierrquicos para facilitar a compreenso. Cada nvel hierrquico tem associado um nvel de comunicao com exigncias prprias na rede. Necessidade da indstria pela integrao de equipamentos e dispositivos em todos os nveis de automao e de tecnologias de comunicao de dados especificamente desenvolvidas para atender os requisitos industriais.

Metodologia

Conhecer e obter novos resultados para aplicao em Redes Industriais em grandes empresas do ramo, onde assim sempre vamos ter uma tima produtividade, conhecimento e rendimento para aplicar as Redes MODBUS, PROFBUS E HART em nosso dia a dia.DesenvolvimentoRedes MODBUS Desenvolvido e publicado pela Modicon Industrial Automation Systems em 1979 para uso do seu CLP, tornou-se um padro de fato na indstria.

um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de controladores lgicos programveis para aquisio de sinais de instrumentos e comandar atuadores usando uma porta serial.

Atualmente parte do grupo Schneider Electric, a Modicon colocou as especificaes e normas que definem o Modbus em domnio pblico.

O protocolo utilizado em milhares de equipamentos existentes e uma das solues de rede mais baratas a serem utilizadas em automao industrial.

MODBUS usualmente implementado usando RS232, RS422 ou RS485 sobre uma variedade de meios de transmisso.

A tecnologia de comunicao no protocolo o mestre-escravo, sendo que somente um mestre e no mximo 247 escravos podem ser conectados rede.

A comunicao sempre iniciada pelo mestre, e os ns escravos no se comunicam entre si. O mestre pode transmitir dois tipos de mensagens aos escravos, dentro de uma mesma rede:

Mensagem tipo unicast: o mestre envia uma requisio para um escravo definido e este retorna uma mensagem-resposta ao mestre (requisio e resposta);

Mensagem tipo broadcast: o mestre envia a requisio para todos os escravos, e no enviada nenhuma respostas para o mestre.

Existem dois modos de transmisso:

ASCII (American Code for Informastion Interchange), onde cada byte de mensagem enviado como 2 caracteres ASCII

RTU (Remote Terminal Unit) onde cada byte da mensagem enviado como 2 caracteres hexadecimais de 4 bits, que so selecionados durante a configurao dos parmetros de comunicao. Eles definem o contedo dos campos da mensagem transmitida serialmente.

As topologias fsicas usadas pelo MODBUS so:

Ponto a Ponto com RS-232

Barramento Mutiponto com RS-485Tipos de Protocolo MODBUSMODBUS TCP/IP: usado para comunicao entre sistemas de superviso e controladores lgicos programveis. O protocolo Modbus encapsulado no protocolo TCP/IP e transmitido atravs de redes padro Ethernet com controle de acesso ao meio por CSMA/CD.

MODBUS PLUS: usado para comunicao entre de controladores lgicos programveis, mdulos de E/S, chaves de partida eletrnica de motores, interfaces homem mquina etc. O meio fsico o RS-485 com taxas de transmisso de 1 Mbps.

MODBUS PADRO: usado para comunicao dos CLPs com os dispositivos de entrada e sada de dados, instrumentos eletrnicos inteligentes (IEDs) como rels de proteo, controladores de processo, atuadores de vlvulas, etc., o meio fsico o RS-232 ou RS-485 em conjunto com o protocolo mestre-escravo.

PROFIBUS PROcess FIeld BUS PROFIBUS foi concebida a partir de 1987 em uma iniciativa conjunta de fabricantes, usurios e do governo alemo.

A rede est padronizada atravs da norma DIN 19245 incorporada na norma europia Cenelec EN 50170 e tambm IEC61158 e IEC61784.

Padro aberto de barramento de campo para uma larga faixa de aplicaes em automao de fabricao e processos.

Pode atuar nos diversos nveis do processo industrial: ambiente de fbrica, processo e gerncia.

Protocolos comunicaes: PROFIBUS DP (Descentralized Peripherical): o mais usado dentre os protocolos. Caracterizado pela velocidade, eficincia e baixo custo de conexo. Foi projetado especialmente para comunicao entre sistemas de automao e perifricos distribudos;PROFIBUS FMS (Field Message Specification): um protocolo de comunicao geral para as tarefas de comunicaes solicitadas. Oferece muitas funes sofisticadas de aplicaes para comunicao entre dispositivos inteligentes;

PROFIBUS PA (Process Automation): Define os parmetros e blocos de funes dos dispositivos de automao de processo, tais como transdutores de medidas, vlvulas e IHM (Interface Human Machine); PROFINet (Profibus for Ethernet): Comunicao entre CLPs e PCs usando Ethernet/TCP-IP;

PROFISafe: para sistemas relacionados a segurana;

PROFIDrive: para sistemas relacionados a controle de movimento.

Os meios de transmisso:RS485, RS485-IS, MBP e a Fibra ptica.

O RS485 o mais empregado. Utilizando um cabo de par tranado, possibilita transmisses at 12 Mbits/s. Usado quando grandes velocidades so necessrias. O RS485-IS um meio de transmisso a 4 fios para uso em reas explosivas. O MBP (Manchester code bus powered) um meio de transmisso usado em aplicaes na automao de processo que necessitem de alimentao atravs do barramento e segurana intrnseca dos dispositivos.

HART OU REDE FIELDBUSO protocolo HART (Highway Adressable Remote Transducer) foi desenvolvido em meados da dcada de 1980 pela Rosemount Inc., este protocolo foi inicialmente desenvolvido para ser utilizado em instrumentos de campo inteligentes. Originalmente o protocolo foi logo publicado para uso gratuito, em 1990, formou-se o Grupo de Usurios HART. Em 1993, a marca comercial registrada e todos os direitos autorais do protocolo foram transferidos para a HART Communication Foundation (HCF).HART classificada como uma rede fieldbus, que se caracteriza por ter dados transferidos no formato de pacotes de mensagens, uma rede mais inteligentes que pode se conectar com mais de um equipamento a distncias mais longas, os equipamentos ligados a rede podem desempenhar funes especficas de controle tais como loops de PID, controle de processos.

A HART permite a sobreposio do sinal de comunicao digital aos sinais analgicos 4~20mA no mesmo cabo, sem interferncia entre ambos sinais.Padro aberto que engloba diversas tecnologias aplicadas no controle de processos e automao industrial, tais como: processamento distribudo, diagnstico avanado e redundncia.

Sistema heterogneo distribudo, composto por softwares de configurao e superviso, equipamentos de campo, interfaces de comunicao e superviso, fontes de alimentao pela prpria rede que os interconecta.

Uma das funes dos equipamentos de campo executar a aplicao de controle e superviso do usurio que foi distribuda pela rede. Essa a grande diferena entre FF e outras tecnologias como Hart ou Profibus, que dependem de um controlador central para executar os algoritmos Foundation Fieldbus.

O Foundation Fieldbus mantm muitas das caractersticas operacionais do sistema analgico 4-20 mA, tais como uma interface fsica padronizada da fiao, os dispositivos alimentados por um nico par de fios e as opes de segurana intrnseca, mas oferece uma srie de benefcios adicionais aos usurios.

Este protocolo, que segue o padro IEC 61158, apresenta dois tipos de aplicao: H1 e HSE.

O FF H1 uma rede de transmisso de dados em tempo real para comunicao com equipamentos de instrumentao e controle de plantas industriais, tais como transmissores atuadores e controladores, podendo, inclusive, ser utilizado em aplicaes que requeiram especificaes quanto aos requisitos de segurana intrnseca.

Possui taxa de transmisso de 31,25 Kbits/s e interconecta dispositivos de campo.

A rede FF HSE (High Speed Ethernet) uma rede de transmisso que trabalha a 100 Mbits/s e fornece integrao de controladores de alta velocidade (CLPs), servidores, subsistemas FF HI (via dispositivos de acoplamento) e estaes de trabalho.

VARIAES E AS DIFERENAS ENTRE ELAS, EQUIPAMENTO QUE TRABALHE COM CADA UMA DAS REDES E SUAS ESPECIFICAES, RECURSOS E DIAGNSTICO;

O protocolo HART um protocolo utilizado para comunicao entre sistemas de tempo real, principalmente em aplicaes de automao industrial.Caractersticas: Segurana intrnseca para uso em reas perigosas, com alimentao e comunicao pelo mesmo par de fios; Topologia em barramento ou em rvore, com suporte a mltiplos mestres no barramento de comunicao; Comportamento previsvel (determinstico), mesmo com redundncia em vrios nveis; Interfaces padronizadas entre os equipamentos; Modelamento de aplicaes usando linguagem de blocos funcionais; Recomendado o uso de cabos STP desenvolvidos especialmente para o protocolo.

O PROFIBUS o tipo mais popular sistema de comunicao em rede Fieldbus, sendo que em 2004, estimava-se que existiriam mais de 10 milhes de ns instalados mundialmente.O MODBUS utilizado em milhares de equipamentos existentes e uma das solues de rede mais baratas a serem utilizadas em automao industrial. Atualmente h uma vasta variedade de padres.

um sistema de rede de comunicao industrial para controle em tempo real e um termo genrico empregado para descrever tecnologias de comunicao industrial; Tal tecnologia usada na indstria para substituir o sinal analgico de 4- 20 mA (miliampre). As solues distribudas de controle e automao baseadas em protocolos de comunicao como HART, Fieldbus FOUNDATION e PROFIBUS so atualmente o padro em diversos setores da indstria. Somente os protocolos de comunicao permitem total aproveitamento das vantagens funcionais da comunicao digital, como melhor resoluo dos valores medidos, configurao e diagnstico remotos. A apropriada implementao do HART, Fieldbus FOUNDATION e PROFIBUS requer especializao tanto nas aplicaes quanto nos sistemas, desde os estgios de planejamento at o start up. A Mettler Toledo - Diviso Processo possui esse knowhow e uma rede mundial de especialistas para atender as necessidades de suas instalaes. A interao entre os diferentes nveis da empresa, incluindo o MES (Manufacturing Execution System), permite que seu processo seja mais transparente, facilitando a otimizao total.As solues para medies analticas da Mettler Toledo - Diviso Processo so equipadas com protocolo padro HART e Fieldbus FOUNDATION, os quais permitem o aproveitamento das vantagens da comunicao digital, incluindo a facilidade de configurao e manuteno. Os dados do processo podem ser registrados e analisados em um formato que atende a regulamentao 21 CFR Parte 11, com um software de interface. Descries dos Dispositivos de Integrao: Os equipamentos da Mettler Toledo - Diviso Processo possuem as Descries dos Dispositivos (DD) para o comunicador 275 HART, assim como tambm para o AMS1. Os transmissores integrados so os seguintes: pH 2100 e pH 2220 O2 4100 e O2 4220 Cond 7100e Cond 7220 Alm da implementao padro do Fieldbus FOUNDATION, oferecemos recursos nicos, como a calibrao por produto. Isso permite o ajuste do valor medido a partir de seu nvel de controle.

Porm o PROFIBUS um protocolo de comunicao padro independente para uma ampla gama de aplicaes em automao de manufatura e processos. A independncia e abertura do fornecedor so garantidas pelos padres internacionais EN 50170, EN 50254 e IEC 61158. Somente o PROFIBUS oferece solues consistentes de automao para todas as reas. Atravs de contnuos desenvolvimentos tcnicos, o PROFIBUS o sistema de comunicao industrial preparado para o futuro. O PROFIBUS PA (EN 50 170 P4) foi desenvolvido a partir do PROFIBUS DP com dois recursos especiais para automao de processos. Permite alimentao do transmissor a 2 fios, tambm possvel em rea intrinsecamente segura. O mtodo de comunicao PROFIBUS PA foi feito sob medida para atender os requisitos de processos. Os recursos padronizados de comunicao garantem a interoperabilidade entre os dispositivos de campo de diferentes fornecedores, assim como tambm a modificao remota dos parmetros durante a operao.

Concluso Este trabalho aborda com muita clareza sua aplicao e funo sobre as Redes MODBUS, PROFBUS E HART. Este trabalho mostra que o Engenheiro de Controle e Automao tem que conhecer e saber para o que servem as Redes Industriais e onde aplic-las. Referncias bibliogrficashttp://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:X5v31Zfj0EsJ:alfa.facens.br/~sidney/Aula%25204%2520-%2520Redes%2520Industriais.ppt+&cd=3&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=brhttps://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110920205646AA7EitRhttp://br.mt.com/mt_ext_files/Editorial/News/0/System_Integration_May04_0x00001008409b94a2400029b3_files/System_Integration_for_Process_Automation_pt_Sept03.pdf

Trabalho apresentado nas aulas da disciplina de Redes Industriais no Curso de Engenharia de Controle e Automao do 9 perodo da Faculdade Brasileira ( MULTIVIX, como requisito parcial para avaliao ministrada pelo Prof. Robson Soares.

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