Características das redes industriais

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Curso: 
Engenharia de Controle e Automação 
Disciplina: 
Redes industriais (90000041)
Professora:
Dra. Thais Reggina Kempner
thaisrgk@gmail.com
Introdução
 Em todo o campo da moderna tecnologia de Automação Industrial, novos modos de interconectar máquinas (eletronicamente) e plantas industriais estão sendo desenvolvidos.
 A enorme competitividade e o custo são fatores que pesam fortemente em todas as áreas de produção e processos de engenharia, necessitando a exploração potencial mais racional.
 Dentro desse ponto de vista a fiação paralela (convencional) de interconexão de sensores e atuadores em uma máquina, passa a ser inviável com relação ao custo e o fator tempo.
 Uma solução para este problema é a interconexão serial dos componentes, no menor nível de hierarquia de automação, por meio de sistemas de Redes de Comunicação Industrial.
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Características das redes industriais
O que são redes industriais?
As redes industriais são uma forma de automação de indústria, que consistem em protocolos de comunicação usados para supervisionar e gerenciar processos.
Isso se dá por meio de uma veloz e precisa troca de informações entre sensores, computadores, máquinas, atuadores, entre outros equipamentos. O diferencial da tecnologia consiste no fato de que o procedimento será feito de forma automática.
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Características das redes industriais
Redes industriais
As Redes Industriais é quem interliga todos os envolvidos no processo de automação e faz o transporte dos dados; o fluxo de informações de toda a planta para todas as camadas, ajudando no processo de tomada de decisões; 
Isso é realizado através da combinação gradual de diferentes sistemas e protocolos de comunicação;
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Características das redes industriais
Protocolos de comunicação
Para que uma mensagem trafegue na rede de dados, é preciso estabelecer um conjunto de regras que defina como, de que forma, essa mensagem vai chegar ao seu destino;
Ao conjunto de regras, procedimentos e leis que governam a troca de informação entre dois ou mais processos, define-se como um Protocolo de Comunicação.
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Características das redes industriais
Protocolos de comunicação
O Protocolo tem como objetivo permitir a troca de informações entre dois processos quaisquer, dentro de um sistema distribuído;
Todos os protocolos possuem funções tais como: 
➢ Endereçamento; 
➢ Estabelecimento de conexão; 
➢ Confirmação de recebimento; 
➢ Pedido de retransmissão; 
➢ Conversão de código; 
➢ Numeração e sequência;
 ➢ Controle de fluxo.
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Características das redes industriais
Pirâmide da automação
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Características das redes industriais
As Redes Industriais é quem interliga todos os envolvidos no processo de automação e faz o transporte dos dados; o fluxo de informações de toda a planta para todas as camadas, ajudando no processo de tomada de decisões; 
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Nível 5: Administração dos recursos da empresa. Softwares para gestão de vendas e financeira. Decisão e gerenciamento de todo o sistema. 
Nível 4: Nível da programação e planejamento da produção, realizando o controle e a logística dos suprimentos. 
Nível 3: Controle do processo produtivo da planta (sistema SCADA). Constituído por banco de dados, com informação sobre índices e qualidade da produção, relatórios e estatísticas de processo, índices de produtividade, algoritmos de otimização da operação produtiva. 
Nível 2: Controladores digitais, dinâmicos e lógicos, e de algum tipo de supervisão associada ao processo. Aqui se encontram concentradores de informações sobre o Nível 1, e as Interfaces Homem-Máquina (IHM) 
Nível 1: É o nível das máquinas, dispositivos e componentes (chão de-fábrica). 
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Características das redes industriais
Aplicações nas Plantas Industriais
Nível 4
Administração Corporativa
Nível 3
Gerenciamento de Produção
Nível 2
Sistemas de Supervisão
Nível 1
Dispositivos de Controle
Nível 0
Sensores / Atuadores
Nível 2 - DataBus
Computadores (Hosts)
Nível 1 - FieldBus
Dispositivos Inteligentes
Nível 0.5 - DeviceBus
E/S e Periféricos
Nível 0 - SensorBus
Dispositivos
Dispositivos
Redes
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Nível 0 - SensorBus
Sensores e Atuadores tipicamente discretos
Dados em formato de bits.
Conexão
Poucos equipamentos.
Equipamentos simples;
Ligação direta.
Características:
Comunicação rápida em níveis discretos. Frequência de comunicação de dezenas de milissegundos;
Pequenas distâncias. Distância de dezenas de metros;
Concepção determinística.
Sensores de baixo custo.
• Objetivo Principal: Minimizar custo.
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Características das redes industriais
Dados em formato de bits.
Conexão
- poucos equipamentos.
- Equipamentos simples
- Ligação direta.
• Características:
– Comunicação rápida em níveis discretos.
– Sensores de baixo custo.
– Pequenas distancias.
• Objetivo Principal:
– Minimizar custo. 
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Nível 0.5 - DeviceBus
Distribuição de periféricos de controle;
Mensagens de dados de bytes ou words;
Frequência de comunicação de dezenas de milissegundos;
Distância de centenas de metros, podem cobrir distâncias de até 500 m. ;
Concepção determinística.
Possuem os mesmos requisitos temporais da rede Sensorbus, porém podem manipular mais
equipamentos e dados.
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Características das redes industriais
Dados em formato de bytes
• Podem cobrir distâncias de até 500 m.
• Equipamentos
– Predominantemente de variáveis discretas.
• Algumas redes permitem a transferência de
blocos de dados com prioridade menor aos
dados em formato de bytes.
• Possuem os mesmos requisitos temporais das
rede Sensorbus, porém podem manipular mais
equipamentos e dados.
• Exmplos:Device-Net e Profibus DP. 
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Nível 1 - FieldBus
Redes mais inteligentes;
Podem conectar mais equipamentos a distâncias mais longas.
Mensagens de dados de words ou blocos;
Frequência de comunicação de centenas de milissegundos;
Distância de centenas de metros;
As taxas de transferência de dados podem ser menores que as anteriores, porém estas são capazes de comunicar vários tipos de dados: discretos, analógicos, parâmetros, programas e informações de usuário.
Modbus+
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Características das redes industriais
Redes mais inteligentes:
– Podem conectar mais equipamentos a distâncias
mais longas.
• Os equipamentos conectados a rede possuem
inteligência para executar funções específicas:
– Sensor, atuador, controle.
• As taxas de transferência de dados podem ser menores
que as anteriores, porém estas são capazes de
comunicar vários tipos de dados:
– discretos, analógicos, parâmetros, programas e
informações de usuário.
• Exemplos:
- Fieldbus Foundation e Profibus PA. 
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Nível 2 - DataBus
Transferência maciça de dados entre equipamentos;
Mensagens de dados de blocos ou arquivos;
Frequência de comunicação de segundos ou minutos;
Grandes distâncias (LAN / WAN / Internet).
ETHERNET
FDDI
MAP
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Características das redes industriais
Em 1940, a instrumentação operava com sinais de 3-15 psi para monitorar dispositivos de controle no chão de fábrica;
Em 1960, os sinais analógicos de 4-20 mA foram introduzidos na indústria para medição e monitoramento de dispositivos;
Na década de 1970 houve a ideia de utilizar os computadores para monitorar processos.
A evolução das redes industriais
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Características das redes industriais
Transmissão pneumática
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Em 1980 iniciou-se o desenvolvimento dos primeiros sensores inteligentes, bem como dos controles digitais;
Nasceu-se então a ideia de uma rede que unisse todos os dispositivos e disponibilizasse todos os sinais do processo num mesmo meio físico;
Com isso, a necessidade de uma rede fieldbus era clara, bem como um padrão que a tornasse compatível com o controle de instrumentos inteligentes.
A evolução das redes industriais
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Características das redes industriais
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Os protocolos surgiram no meio industrial com as seguintes finalidades:
Aperfeiçoar o controle dos instrumentos de Campo;
Aumentar a capacidade do tráfego de informações;
Prover mensagensde diagnóstico;
Configuração remota dos componentes.
Indústria
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Características das redes industriais
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Ao longo do tempo a quantidade de informações trafegadas dentro da indústria aumentou substancialmente;
Além das redes industriais aqui estudadas, vêm se falando muito em sistemas sem fio dentro da indústria (wireless);
Pouco a pouco sistema centralizado com o CLP vêm sendo substituído por redes industriais.
Indústria
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Características das redes industriais
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O principal fator de expansão das Redes industriais é a miniaturização dos componentes eletrônicos e seus custos baixos pela produção em larga escala:
Microprocessadores;
Microcontroladores;
Memórias;
Sensores.
O custo com redes industriais é menor se comparado aos sistemas centralizados como CLP por exemplo.
Indústria
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Características das redes industriais
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Sistema Ponto a Ponto
Alto custo de implementação em virtude da grande quantidade de hardware (cabos), e a dificuldade para encontrar problemas relativos ao sistema. 
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Sistema atual com rede industrial
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Ponto a Ponto Vs Rede industrial
Redução do custo total  um cabo simples em vez de vários multicabos;
Aumento da flexibilidade e capacidade da planta  um único cabo para todos os sinais. Mesmo cabo tanto para I/O como para dispositivos inteligentes.
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Características das redes industriais
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Importância das redes industriais
Conforme a indústria cresce, os processos tornam-se mais complexos e variáveis, necessitando um elevado grau de controle e regulação. O desenvolvimento industrial está intrinsecamente atrelado ao mecanismo de conexão entre dados. Caso ele não seja eficiente, a produção ficará estagnada.
Quanto mais informação, melhor uma planta pode ser operada e sendo assim, mais produtos pode gerar e mais lucrativa pode ser. A informação digital e os sistemas verdadeiramente abertos permitem que se colete informações dos mais diversos tipos e finalidades de uma planta.
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Características das redes industriais
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Importância das redes industriais
A utilização de redes e protocolos digitais prevê um significativo avanço nas seguintes áreas:
Custos de instalação, operação e manutenção;
Procedimentos de manutenção com gerenciamento de ativos;
Fácil expansão e upgrades;
Informação de controle e qualidade;
Determinismo (Permite determinar com precisão o tempo necessário para a transferência de informações entre os integrantes da rede);
Baixos tempos de ciclos;
Várias topologias;
Padrões abertos;
Redundância em diversos níveis;
Menor variabilidade nas medições com a melhoria das exatidões;
Medições multivariáveis.
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Modo como a informação é transmitida
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Características das redes industriais
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Tipos de redes
Uma rede é um sistema de dispositivos eletrônicos que estão conectados com o propósito de compartilhar informações. Cada dispositivo na rede é chamado de nó.
O meio físico usado para interconectar os dispositivos numa rede é chamado de meio de transmissão. Diferentes tipos de rede foram sendo desenvolvidos para atender necessidades específicas. Elas foram desenvolvidas para atenderem eficientemente a grande variedade de tipos de dados encontrados num sistema de controle. Cada protocolo de rede possui uma estrutura de dados diferente e incorpora diferentes conjuntos de características. 
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Características das redes industriais
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Redes de controle
Interligam o equipamentos e sistemas inteligentes de controle, como por exemplo: CLP´s, SDCD´s, etc.
 Entre os principais tipos tem-se: Profibus HSE, Microsoft (Ethernet, TCP/IP) 
 Fazem troca de dados entre equipamentos e o sistema administrativo
Tipos de redes
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Características das redes industriais
SDCD Sistema Digital de Controle Distribuído
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Redes de dispositivos 
Subordinadas a um equipamento inteligente de controle, como por exemplo SDCD, CLP ou computador com software adequado.
Redes de processos
Para comunicação entre equipamentos de campo (sensores, atuadores, etc.) e sistemas inteligentes (SDCD, CLP). Exemplos: HART, Foundation Field Bus, Profibus PA, etc.
Tipos de redes
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Redes abertas 
são redes que suportam equipamentos e dispositivos de diferentes fabricantes. 
 Vantagens: não gera dependências ou limitações, é mais versátil para controlar o processo. 
 Desvantagens: possibilidade de falhas de comunicação, velocidades variáveis de comunicação, domínio do protocolo de cada fabricante.
Redes proprietárias 
são redes utilizadas pelos fabricantes para estabelecer a conectividade entre seus equipamentos.
 Vantagens: estabilidade de comunicação, facilidade de instalação de novos
 equipamentos. 
 Desvantagens: utiliza um único fabricante, dependência de upgrades dedicados.
Tipos de redes
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Referências
Lugli, Alexandre B.; Santos, Max M. Dias. Redes industriais: características, padrões e aplicações. 1º ed. São Paulo: Érica, 2014..
Redes industriais de comunicação. Disponível em: http://www.singularsantoandre.com.br/portal/epn/ar/professores/Roni/REDES_ind.pdf
Classificação das redes para automação industrial. 2005. Disponível em:
	http://www.dca.ufrn.br/~affonso/DCA0447/aulas/rai_cap3_part1.pdf 
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Características das redes industriais
Thais Reggina Kempner
thaisrgk@gmail.com 
Obrigada!