Redes Industriais:
Meios Físicos
Prof. Msc. Alexandre Baratella Lugli - baratella@inatel.br
Sumário
●
1 – O que é meio físico ?
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2 – Principais meios físicos
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3 – RS-485 ou RS-422
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4 – RS-232
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5 – CAN
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6 – Manchester/APM
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7 – Ethernet
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8 – Fibra Óptica
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9 - Wireless
1. O que é meio físico ?
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Adequação do sinal trafegado pela rede em determinados padrões para evitar ruídos e aumentar comprimento da rede;
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Esses padrões conseguem uma maior eficiência na distância da rede;
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Grande imunidade a ruídos eletromagnéticos (EMC).
Principais meio físicos das redes industriais:
● RS-485 ou RS-422 – Profibus DP, Modbus, Interbus;
● RS-232 – Comunicação ponto a ponto;
● CAN – DeviceNet;
● Manchester/APM – AS-i, Foundation Fieldbus e Profibus PA;
● Ethernet – Ethernet Industrial;
● Fibra Óptica – Profibus DP;
● Wireless – substituição do RS-485 ou CAN.
2. Principais Meios Físicos
Meio físico – RS-485 e RS-422
3. RS-485 ou RS-422
Introdução
● Criados e normalizados pela EIA (Electronic Industries Association) no final da década de 70;
● RS = Recommended Standard (norma especifica para cada meio físico);
● Sistema balanceado – o sinal trafegado é a diferença entre os sinais dos dois canais de comunicação (A e B);
3. RS-485 ou RS-422
Diferenças
● RS-422 é mais antigo;
● Apenas 1 driver e 10 receivers e tensão de alimentação dos transceivers de + - 7Vcc;
● RS-485 é uma evolução do antigo RS-422;
● Pode-se ligar até 32 transceivers (caso haja necessidade de aumentar o número de transceivers, utiliza-se repetidores) e alimentação de +12 a -7Vcc;
● Driver = Transmissor;
● Receiver = Receptor;
● Transceiver = Transmissor e receptor juntos em um só componente.
● ZT = 220 omhs (impedância resultante deve ser de 110 omhs);
● Tem que se utilizar terminadores na rede para altas distâncias (casamento de impedâncias).
3. RS-485 ou RS-422
Terminação
● Para se evitar a influência de ruídos, deve-se colocar resistores de pull- up e pull-down (tipicamente de 390 ohms);
● O sinal da rede (A e B) deve ser isolado do restante do circuito (através de foto-acoplador para evitar transientes de alta energia no equipamento (isolação mínima 1500Vac).
3. RS-485 ou RS-422
Características especiais
Circuito integrado ADM1486 para rede Profibus DP www.analog.com (Analog Devices)
3. RS-485 ou RS-422
Aplicação real –ADM1486
Meio físico – RS-232
● Criado e normalizado pela EIA (Electronic Industries Association) no final da década de 60;
● Sistema desbalanceado – sinal trafegado está referenciado ao terra no positivo e negativo;
● Distância máxima = 16,66 metros;
● Taxa de transmissão máxima = 19,2Kbps.
4. RS-232
Características
Conector DB-9
Sinal RS-232
4. RS-232
Características
4. RS-232
Aplicação real-MAX232
Circuito integrado MAX232 – Texas Instruments
Baixo índice de ruído Alto índice de ruído
Ruído no cabo
Médio Baixo
Custo
Redes industriais de sensores
Comunicação entre PC’s e periféricos Utilização
10 Kbits/seg até 10 Mbits/seg
20 Kbits/seg Máx. Taxa de
transmissão
1333 m (4000 ft) 16,667 m (50 ft)
Máx. Comprimento do cabo
32 transceivers 1 drive e 1 receptor
Num. Drivers e receptores
balanceado desbalanceado
Modo de operação
EIA485 EIA232
ESPECIFICAÇÃO
4. RS-232
Comparação
Meio físico – CAN
5. CAN
Características
● Criado e normalizado pela Bosh na década de 80 (ISSO 11898-2);
● Sistema balanceado – referenciado ao terra no positivo e no negativo (o sinal trafegado é a diferença entre CANH e CANL);
● CAN = Control Area Network;
● Distância máxima = 500 metros (para 125Kbps);
● Taxa de transmissão máxima = Até 1Mbps (mais comum até 500Kbps).
INÍCIO - Terminador = 120 omhs
FIM - Terminador = 120 omhs Linhas: CANHigh e CANLow
5. CAN
Características
MCP2551 – Microchip www.microchip.com
5. CAN
Aplicação real-MCP2551
Meio físico – Manchester/APM
6. Manchester/APM
Características
● A codificação Manchester/APM é um código de linha que tenta manter a integridade da informação;
● Evita uma seqüência longa do mesmo bit e com isso evita a perda de
sincronismo. Consiste em substituir do sinal NRZ (não retorna a zero) o bit ‘0’
por ‘10’ e ‘1’ por ‘01’;
● O sinal codificado é modulado em APM (Alternate Pulse Modulation), onde o sinal digital é convertido em variações de fase de um sinal analógico;
● Taxa de transmissão típica = 31,25 Kbps (podendo chegar até 167,5 Kbps);
● Distância = depende do cabo utilizado (pode chegar até 1900 metros no Foundation Fieldbus);
● Transmitido sobre um sinal DC (rede com apenas 2 fios).
0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0
NRZNRZ
Manchester Manchester
APMAPM
6. Manchester/APM
Características
Meio físico – Ethernet
7. Ethernet
Características
● Vem se tornando um padrão na área industrial;
● Três redes principais: Profinet, Ethernet/IP e HSE (High Speed Ethernet);
● Ethernet é, na realidade, o nome da primeira camada (rede) do padrão TCP/IP;
● Norma IEEE802.3;
Name Cable Max. segment length
Nodes per segment
10Base5 Thick Coaxial 500m 100
10Base2 Thin Coaxial 185m 30
10BaseT Twisted Pair 100m 1024
10BaseF Optical Fibre 2km 1024
Possíveis meios físicos para padrão Ethernet.
7. Ethernet
Características
Thick Coaxial
Thin Coaxial
Twisted Pair
7. Ethernet
Características
Meio físico – Fibra Óptica
8. Fibra Óptica
Características
● Utilizado para rede Profibus DP ou Ethernet;
● Objetivo: Aumento da distância da rede em até 30Km e imunidade a ruídos eletromagnéticos;
● Fibra tipo monomodo – 650nm ou 850nm;
● Conexão:
8. Fibra Óptica
Características
8. Fibra Óptica
Topologias
Árvore
Anel
Estrela
Linha
8. Fibra Óptica
Aplicação real
Conversor Cabo/Fibra – Phoenix Contact
Transmissor fibra – HFBR-1528 – Agilent Receptor fibra – HFBR-2528 – Agilent
Meio físico – Wireless
9. Wireless
Características
●
Muito utilizado na área de Telecomunicações;
●
Em Automação não é muito confiável devido a fácil distorção do sinal pelo ruído;
●
Pode ser aplicado no Profibus DP, DeviceNet ou Modbus;
●
Deve ser considerada a atenuação do meio, freqüência para
transmissão, potência de transmissão e obstáculos entre transmissor e
receptor.
9. Wireless
Características
Padrões Wireless:
ZigBee WISA
BlueTooth 802.11
Utilizado na Automação Industrial
9. Wireless
Características
Características WISA:
● WISA = Wireless Interface to Sensors and Actuators;
● Distância máxima utilizada = 20 metros (sala de controle);
● Potência de transmissão = até 1mW;
● Tempo de resposta máximo da rede = 20ms;
● Número máximo de equipamentos = 120;
● Freqüência de transmissão = 2,45GHz (portadora);
● Taxa de transmissão = 750Kbps.
