Professor: MSc. Ricardo Augusto de Almeida Consultor – Cientista
Industrial Optimization Consulting
Doutorando
Faculdade de Engenharia Química Faculdade de Engenharia de Alimentos
Departamento de Engenharia de Sistemas Químicos
Laboratório de Automação e Controle de Processos de Alimentos
22 Fevereiro de 2016
Faculdade Anhanguera de Sumaré
REDES INDUSTRIAIS
Sumário
1. INTRODUÇÃO 2. RS232 3. RS422 4. RS485 5. Ethernet 6. AS-i 7. Fieldbus 8. Profibus 9. HART 10. Integração de Protocolos 11. Exemplos de Aplicações 12. Conclusões• As redes de comunicações digitais começaram a serem utilizadas nos computadores para compartilhar aplicações, equipamentos e serviços entre computadores instalados em industrias.
• O compartilhamento de aplicações, equipamentos e serviços foi motivado pelo elevado custo na implementação repetida de
equipamentos idênticos ou similares em diversos setores ou áreas de uma determinada indústria.
• Com esta necessidade surgiram os primeiros Protocolos de
Comunicação Digitais, como RS232,RS422 e RS485. Os protocolos de comunicação estabelecem um padrão de comunicação entre
dispositivos, equipamentos, computadores.
1. Introdução
Os primeiros protocolos padrões utilizados por computadores para a comunicação entre equipamentos forma o do tipo serial
RS232, serial RS422 serial 485, (também conhecido por EIA
RS-232C ou V.24). Estes protocolos são um padrão para troca
serial de dados binários entre um DTE (equipamento terminal
de dados, de Data Terminal Equipment) e um DCE (equipamento comunicador de dados, de Data Communication Equipment).
Foi comumente usado nas portas seriais dos PCs.
2. RS232
3. RS422
RS422 é uma evolução do padrão RS232 e tem como principal
novidade a implementação de linhas de transmissão
balanceadas, o que torna a comunicação extremamente imune a ruídos, permitindo o envio de informações à distâncias de até 1200 metros de maneira extremamente confiável.
O padrão RS422 é mais utilizado em comunicações ponto a ponto, embora seja possível utilizar o mesmo em pequenas redes.
3. RS422
Para operação em rede o número máximo de dispositivos que podem ser conectados é limitado pois cada circuito de saída RS422 pode ser ligado no máximo a 10 entradas. Também não é possível a utilização de um único par de fios para operar como "barramento" ou seja, os dados são
transmitidos por uma linha e recebidos por outra. O principal uso do padrão RS422 é para estender a comunicação RS232 a grandes distâncias, de maneira transparente ao usuário sem a necessidade de alterar programação e protocolos.
3. RS422
4. RS485
RS485 é uma evolução do padrão RS422, tendo como
principal foco a comunicação em rede, ou seja, com apenas um par de fios é possível se comunicar com diversos
equipamentos em rede usando o mesmo barramento. Assim como o RS422, o RS485 utiliza linha de dados
balanceada, bastante similar as linhas de dados da interface RS422, logo também permite comunicação em distâncias de até 1200 metros de maneira extremamente confiável.
4. RS485
Bifásico
• Manchester
– Transição no meio de cada tempo de bit – Transição server como relógio e dados – “1” – transição baixo para alto
– “0” – transição alto para baixo
– Utilizado no padrão LAN IEEE 802.3 (Ethernet)
• Differential Manchester
– Transição no meio do bit é somente para relógio – “0” - transição no início de um bit
– “1” – nenhuma transição no início do bit
Redes Industriais - Ricardo Augusto de Almeida – Sumaré 13 – 31
5. Ethernet
A Ethernet (também conhecida sob o nome de norma IEEE 802.3) é um padrão de transmissão de dados para rede local baseada no princípio seguinte:
Todas as máquinas da rede Ethernet estão conectadas a uma mesma linha de comunicação, constituída por cabos cilíndricos
5. Ethernet
Distingue-se diferentes alternativas de tecnologias Ethernet, segundo o tipo e o diâmetro dos cabos utilizados:
•10Base2: O cabo utilizado é um cabo coaxial fino de fraco diâmetro, chamado thin Ethernet,
•10Base5: O cabo utilizado é um cabo coaxial de grande diâmetro,
chamado thick Ethernet, 10Base-T: O cabo utilizado é um par entrançado (o T significa twisted pair), o débito atingido é de cerca de 10 Mbps, •100Base-FX: Permite obter um débito de 100Mbps utilizando uma fibra óptica multimode (F significa Fiber).
•100Base-TX: Como 10Base-T mas com um débito 10 vezes mais importante (100Mbps),
•1000Base-T: Utiliza um duplo par entrançado de categoria 5.o e permite um débito Gigabit por segundo.
•1000Base-SX: Baseado numa fibra óptica multimode que utiliza um sinal de fraco comprimento de onda (S significa short) de 850 nanomètrs (770 à 860 nm).
•1000Base-LX: Baseado numa fibra óptica multimode que utiliza um sinal de comprimento de onda elevado (L significa long) de 1350 nm (1270 à 1355 nm).
5. Ethernet
Todos os computadores de uma rede Ethernet estão ligados a uma mesma linha de transmissão, e a comunicação faz-se com um protocolo chamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect que significa que se trata de um protocolo de acesso múltiplo com vigilância de portador Carrier Sense e
detecção de colisão).
Com este protocolo qualquer máquina está autorizada emitir sobre na linha a qualquer momento e sem noção de prioridade entre as máquinas. Esta
comunicação faz-se de maneira simples :
Cada máquina verifica que não há nenhuma comunicação na linha antes de emitir Se duas máquinas emitirem simultaneamente, então há uma colisão (ou seja,
várias tramas de dados encontram-se na linha ao mesmo momento) As duas máquinas interrompem a sua comunicação e esperam um prazo
aleatório, seguidamente aprimeira que ultrapassou este prazo pode então emitir de novo
9. As-i
Actuator and Sensor Interface.
Instalados no chão de fábrica encentram-se válvulas, sensores, atuadores e acionamentos, ou seja, componentes dos mais
variados precisam ser controlados pelo sistema de automatização. Atualmente são instalados dispositivos de periferia distribuída com AS-interface para estas tarefas.
Por intermédio de um cabo de duas vias sensores e atuadores são conectados a um controlador lógico.
Com isto a alimentação e o dados são transportados através de um único cabo.
6. HART
A tecnologia Hart surgiu em meados da década de 80 devido à necessidade de se conectar os equipamentos inteligentes no campo, como transmissores de pressão e posicionadores de válvula, até configuradores portáteis e PCs.
Essa demanda cresceu à medida que a eletrônica dos
instrumentos de campo evoluiu, exigindo maior interação entre o usuário e o equipamento, seja para configurar suas funções e ler suas variáveis ou diagnosticar seu estado operacional.
6. HART
Hart não define apenas um protocolo de comunicação digital. Define também meio físico, categorias de equipamentos,
linguagem de descrição de equipamentos para integração nos sistemas de software e até mesmo técnicas de aplicação.
Uma vez que o padrão dominante para controle de processos na indústria era (e ainda é) a sinalização analógica 4-20 mA, nada mais natural que aproveitar o próprio par de fios da malha de corrente para a comunicação digital.
Assim, a infra-estrutura poderia ser aproveitada, bem como os sistemas de controle analógicos existentes.
6. HART
Observando a especificação do protocolo Hart, encontramos
diferentes meios físicos: FSK sobreposto ao 4-20 mA, 232, RS-485 etc.
Nesta apresentação abordaremos apenas informações
relacionadas à comunicação FSK sobreposta ao 4-20 mA, que cobre mais de 95% dos equipamentos Hart de mercado e desde o início é o mais usado, sendo então uma comunicação híbrida
analógica e digital.
A sigla Hart significa “Highway Addressable Remote Transducer”, cuja livre tradução é algo como “Rede Endereçável de Transdutores Remotos”.
6. HART
7. Fieldbus Foundation
Com base na arquitetura da rede HART, a rede FF modula um sinal de rede de transmissão de dados respeitando o range de amplitude de 9 a 32VDC.
Esta amplitude de sinal é muito utilizada no controle processos químicos para atuar dispositivos de campo.
7. Fieldbus Foundation
8. Profibus
O PROFIBUS se destina para a conexão de equipamentos de chão de fábrica, tais como periferia descentralizada ou acionamentos com
sistemas de automatização.
O PROFIBUS é um sistema de barramento (Bus) aberto, normalizado e de grande performance. Disponibilizando uma porta de comunicação com baixos tempos de ração, é implementável em diversas variações de
protocolo.
O PROFIBUS-DP é apropriado para a conexão de periferia
descentralizada, com taxa de transferência elétrica ou ótica de até 12 Mbits/s.
8. Profibus
O PROFIBUS-PA é a versão de segurança intrínseca do PROFIBUS, apropriado para a troca de dados em ambientes explosivos como, muito usado na indústria química.
O PROFIBUS-FMS é apropriado para a conexão de sistemas de chão de fábrica com sistemas de nível superior, com exigências de transferências em tempo real.
8. Profibus
ERP MES / WMS LIMS Supervisão SCADA Controle PLC Sensores / Atuadores
10. Integração de Protocolos
Empresas de Alimentos
Ethernet PC Desktop Tablet PC Laptop PC Industrial Servidor ERP RF 802.11x PDA - WiFi Impressora Código Barras Balança Industrial Servidor MES Master Clock RS232 Wndows 2K/2003 IIS Server SQL/Oracle Server SAP R/3 BPCS JDE Windows PocketPC/ Mobile Windows Tablet XP Windows 2K/XP Windows 2K/XP
11. Exemplos de Aplicação
Motivação
12. Conclusão
Os protocolos de comunicações industriais vem evoluindo ao longo dos anos para padrões de comunicações mais eficazes e com menos ruídos. E possível que dentro de alguns anos quase todos os dispositivos
utilizados nas industrias não tenham a necessidade de transmissão por fios, e para algumas indústrias esta realidade já é plausível.
