REDES - Aula-1 - Redes Industriais_Barramento de Campo

Universidade Paulista – UNIP

Redes Industriais

Jundiaí, Fevereiro de 2015

Profa. Renata

renata.caceres@gmail.com

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EDES

I

NDUSTRIAIS

- I

NTRODUÇÃO

O

QUE É UMA

R

EDE

I

NDUSTRIAL

?

Rede: Estrutura de comunicação digital que permite a troca de

informações

entre

diferentes

componentes/equipamentos

computadorizados.

Rede Industrial: Rede de comunicação dedicada ao contexto e ambiente

industrial.

Elas integram todo ou parte do conjunto de informações presentes em

uma indústria, sendo o Sistema distribuído eficaz no compartilhamento de

informações e recursos dispostos por um conjunto de máquinas

processadoras.

Vários usuários podem trocar informações em todos os níveis dentro da

fábrica.

Sistema Distribuído: Conjunto de computadores ligados em rede, com software que permita a partilha

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EDES

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NDUSTRIAIS

– E

STRUTURA

E

STRUTURA DA

R

EDE NA

A

UTOMAÇÃO

I

NDUSTRIAL

Para apresentarmos a disciplina Redes Industriais segue a estrutura da pirâmide

organizacional da Automação Industrial.

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STRUTURA

B

ASICAMENTE SÃO UTILIZADOS

3

NÍVEIS HIERÁRQUICOS DO MODELO

OSI

NAS

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NDUSTRIAIS

,

VISTO QUE ESSAS REDES TEM COMPLEXIDADE MENOR

.

1- O nível de planta ou gerenciamento (aplicação) Esse nível fornece interface para o software

aplicativo dos equipamentos (troca de dados entre equipamentos e o sistema administrativo).

Basicamente define como ler, escrever ou disparar uma tarefa em uma estação remota, bem como a sintaxe para as mensagens e o modo pelo qual a mensagem deve ser transmitida.

No gerenciamento temos também a definição da inicialização da rede: atribuição tag, atribuição

endereço, sincronização do tempo, escalonamento das transações na rede ou conexão dos parâmetros de e/s dos blocos funcionais.

Esse nível também controla a operação da rede com levantamento estatístico de detecção de falhas.

Rede de equipamentos e sistemas inteligentes de controle como CLPs, SDCDs (Sistemas Digitais de Controle Distribuído), etc.

2- O nível de controle (enlace) Esse nível pode ser separado em supervisório e controle; garante a

integridade da mensagem através de CRC, controla também o acesso ao meio de transporte,

determinando quem pode transmitir e quando e esse nível também garante que os dados cheguem ao equipamento correto.

Rede de equipamentos inteligentes de controle como CLPs ou computadores (controladores e outros sistemas).

3- O nível de campo (físico) faz o gerenciamento dos dispositivos de campo, esses são todos os

dispositivos utilizados para fornecerem uma gama de informações sobre temperatura, umidade,

pressão, a qualidade do ar, meteorologia, movimento, etc. Essa camada define o meio que transporta a mensagem, a forma, os limites de amplitude do sinal, taxa de transmissão de dados, distribuição de potência e topologias aceitáveis.

Rede de dispositivos de campo (controladores, sensores, atuadores, outros equipamentos, etc.)

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NTRODUÇÃO

As Redes Industriais surgiram da necessidade da indústria pela

integração de equipamentos e dispositivos em todos os níveis de

automação.

Troca de informações entre equipamentos:

Métodos iniciais: fitas K7, disquetes, fitas perfuradas, cartões.

Método atual: redes de comunicação (LAN – Local Area Network).

Portanto existe a necessidade de tecnologias de comunicação de

dados especificamente desenvolvidas para atender os requisitos

industriais.

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ISTÓRICO

 Década de 60:

• Transmissão analógica (0-10V ou 4-20 mA).

• Controladores digitais diretos – DDC (Direct Digital Controller).

• Painel de instrumentos conectados diretamente aos transdutores ou atuadores.

• Computadores eram utilizados de forma isolada, sem compartilhar recursos.  Década de 70/80:

• Transmissão digital: Sistemas de Controle Distribuído - DCS (controle digital direto entre controlador e os dispositivos de entrada/saída).

• Controlador Lógico Programável (CLP).

 Década de 90: Grande desenvolvimento na eficiência dos computadores

• Sistemas Digitais de Controle Distribuído SDCD - Redes de controladores de

lógica programável (controle distribuído – Fieldbus); sendo possibilitados pelo grande desenvolvimento na eficiência dos computadores, CLP, sensores,

atuadores e sistemas de comunicação.

• Controlador Programável (CP) e software supervisório central, que gerencia

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ISTÓRICO

 Atualmente:

• Redes que interligam dispositivos de campo inteligentes (sensores e atuadores), CLPs, etc.

• Os atuais SDCD implementam malhas de controle em pequenos grupos. Sendo cada grupo com seu próprio processamento (controlador), esses conectados via barra de comunicação de dados – BUS.

• Com o sistema SDCD pode-se ter o controle das funções tão independente quanto se desejar. Porém na atualidade muitos estão sendo substituídos por programas do tipo SCADA (Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados).

• Os sistemas com multicomputadores têm se desenvolvendo rapidamente nos últimos anos. Sendo definidos como subsistemas com mais de um

computador com interação online; dessa forma serão definidas algumas subcategorias (um exemplo os sistema a multiploprocessador).

• Um sistema multiploprocessador inclui as subclasses dos sistemas a

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ISTÓRICO

 Atualmente: (cont.)

• Existe pelo menos 3 razões básicas para se usar o processamento distribuído e paralelo (multicomputador) em sistemas de controle em tempo real:

1. Tempos de resposta necessários em alguns processamentos podem não ser alcançados com um único processador;

2. Múltiplas cópias dos componentes dos sistemas levam a uma maior flexibilidade e redundância;

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ISTÓRICO

• Evolução da Ligação/Topologia do CLP e dispositivos de E/S

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- T

OPOLOGIAS

Necessidades para a criação de Redes Industriais:

Algumas necessidades para a criação de Redes Industriais são: definir arquiteturas,

topologias e protocolos apropriados para redes de comunicação industriais. Exemplos de Topologias:

1. Redes do tipo ponto-a-ponto: centralização das funções de comunicação. 2. Redes de difusão: possibilidade de descentralização da comunicação.

Topologias utilizadas na Rede Industrial:

 Idéia do final dos anos 70/ início 80: rede única para toda a fábrica.

 Idéia atual: não existe uma rede única que atende as necessidades de todas as atividades existentes em uma fábrica.

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OPOLOGIAS

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- M

OTIVAÇÃO

Motivação para a criação de Redes Industriais:

Maioria das redes de comunicação existentes concebidas para automação de escritórios. Ambiente industrial tem características e necessidades que tornam redes para automação de escritórios mal adaptadas:

- ambiente hostil para operação dos equipamentos (perturbações eletromagnéticas, elevadas temperaturas, sujeira, áreas de segurança intrínseca, etc.); - troca de informações se dá entre equipamentos e, as vezes, entre um operador e o equipamento;

- tempos de resposta críticos; - segurança dos dados crítica;

- grande quantidade de equipamentos pode estar conectada na rede => custo de interconexão crítico.

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ARACTERÍSTICAS

Características e Requisitos Básicos:

 Comportamento temporal:

Aplicações Industriais freqüentemente requerem sistemas de controle e supervisão com características de Tempo-Real, importante determinar seu comportamento.

 Confiabilidade dos equipamentos e da informação:

Em aplicações industriais, erro de 1 bit pode ter conseqüências desastrosas e, em sistemas que necessitem de uma operação contínua, pode ser utilizado um meio de transmissão e estações redundantes. Recomenda-se usar cabos blindados em ambientes com fortes campos magnéticos.

 Requisitos do meio ambiente:

Qual o meio de transmissão mais adequado? Perturbações eletromagnéticas requerem escolha adequada do meio de transmissão. As fontes: acionamentos de motores elétricos de grande porte, fontes chaveadas, estações de solda, conversores estáticos, etc.

 Gerenciamento de diferentes tipos de mensagens e volume de informações

 Conectividade/interoperabilidade (padronização)

 Compartilhamento de recursos

 Gerenciamento da heterogeneidade

 Garantia de um tempo de resposta médio ou máximo

 Evolutividade e flexibilidade

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NDUSTRIAIS

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STRUTURA

 Fundamental a existência de padrões para a comunicação entre equipamentos.

Existem diversas redes proprietárias para ambiente fabril, mas não permitem a interligação de equipamentos de outros fabricantes. Além do maior entrave à conectividade e interoperabilidade pela não padronização das interfaces e protocolos de comunicação.

Grandes esforços tem sido despendidos para solucionar estes problemas => Projetos de Padronização.

 Diversos órgãos que atuam na padronização

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NDUSTRIAIS

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STRUTURA

A maior parte das redes industriais adotam uma arquitetura simplificada com apenas 3 camadas do Modelo OSI: Camada Física, Camada de Enlace de Dados (MAC e LLC) e a

Camada de Aplicação.

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STRUTURA

A maior parte das redes industriais adotam uma arquitetura simplificada com apenas 3 camadas do Modelo OSI: Camada Física, Camada de Enlace de Dados (MAC e LLC) e a

Camada de Aplicação.

 Camada de Enlace de dados:

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STRUTURA

A maior parte das redes industriais adotam uma arquitetura simplificada com apenas 3 camadas do Modelo OSI: Camada Física, Camada de Enlace de Dados (MAC e LLC) e a

Camada de Aplicação.

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STRUTURA

Exemplo da arquitetura simplificada de uma Rede Industrial (com apenas 3 camadas do Modelo OSI):

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- CLP

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LASSIFICAÇÃO

G

ERAL

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NDUSTRIAIS

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LASSIFICAÇÃO

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NDUSTRIAIS

Em sistemas de controle distribuído é comum designar-se o sistema de comunicação que

interliga os equipamentos de campo (sensores, atuadores, controladores, reguladores) por Barramento de Campo.

Tipicamente são barramentos seriais, digitais, multipontos e bidirecionais para

comunicação entre equipamentos de supervisão, de controle industrial e de instrumentação (transdutores, atuadores e sensores).

Cada dispositivo de campo incorpora certa capacidade de processo, que o converte em um dispositivo inteligente, mantendo sempre um baixo custo. Cada um destes elementos será capaz de executar funções simples de diagnóstico, controle ou manutenção, assim como de

comunicar-se bidirecionalmente através de um barramento.

O objetivo é substituir os sistemas de controle centralizados por sistemas de controle

distribuídos, que permitam melhorar a qualidade do produto, reduzir os custos e melhorarem a

eficiência. Para isso baseia-se em que a informação que enviam e/ou recebem os dispositivos de campo é digital, o que resulta muito mais precisão que os métodos analógicos.