Redes Industriais: Panorama e Topologia

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REDES INDUSTRIAIS 
AULA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Juliano de Mello Pedroso 
 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
 Sem dúvida, nas últimas décadas, com a ascensão tecnológica, cada vez 
mais o setor produtivo procura maneiras de se tornar mais competitivo e, de 
maneira sustentável, obter lucro e reinvestir em seu negócio. Notadamente a 
eletrônica digital tem avançado a passos largos, passando a ter ferramentas 
novas em áreas como as de controle de processo e supervisão em conjunto com 
sistemas de comunicação baseados em protocolos de redes industriais. 
 Nesse contexto, nossa aula abordará os seguintes tópicos sobre redes 
industriais: panorama de redes industriais, topologia de rede, padrões abertos e 
fechados, meios físicos de transmissão, métodos de acesso ao meio. 
TEMA 1 – PANORAMA DE REDES INDUSTRIAIS 
 O processo de automatização brasileira não tem o mesmo padrão e tem 
passado por vários dilemas, tanto tecnológicos quanto organizacionais. Diversos 
setores aplicam soluções tendo como base um único fabricante, na maioria das 
vezes do exterior do país. Existe a chance de essas soluções serem 
ultrapassadas e terem na sua manutenção corretiva aperfeiçoamentos 
insuficientes providos pelo fabricante. 
 Esse panorama pode ser alterado atualizando processos fabris, atendo-
se ao fato de já possuirmos empresas nacionais que podem competir de igual 
para igual fornecendo dispositivos, mão de obra e suporte técnico no mesmo 
nível das empresas do exterior. 
 Os fornecedores de dispositivos e softwares colocam como exemplo de 
casos de sucesso alguns setores brasileiros, tais quais: 
 Siderúrgico; 
 Automobilístico; 
 Papel e celulose; 
 Petroquímico; 
 Farmacêutico; 
 Alimentício. 
Na indústria brasileira, o processo de atualização da automação ainda 
está ocorrendo. É nosso papel construir uma reestruturação para uma economia 
 
 
3 
atual, que defina uma produção fabril competitiva internacionalmente e 
fundamentada no uso eficaz da informação e da gestão do conhecimento. 
Temos uma história recente no campo da automação. No ano de 2000, a 
indústria brasileira entrou nas estatísticas mundiais de robôs implantados. Nesse 
momento, a automação industrial começou a elevar seu nível. 
Lentamente, companhias competitivas apareceram, não só pelo motivo 
financeiro e pela liberdade de mercado, mas pelo crescimento dos processos 
fabris fundamentados pela qualidade. 
No início da automação existiam vários processos separados, que não 
tinham ligações entre si. Desse modo, era necessário que o ser humano 
integrasse todas as informações necessárias e realimentasse o sistema de 
forma a se obter uma sincronização desses processos. 
Nesse momento viu-se a necessidade de se criarem políticas de 
centralização dos dados para que fosse unificado em um só lugar e desse lugar 
partiriam as tomadas de decisão. Dessa maneira, a utilização de redes de 
computadores no ambiente industrial caiu como uma luva, impulsionando a 
automação no processo produtivo. 
Uma rede industrial provê propósitos próprios da engenharia de controle 
e automação. Provê também no custo do processo fabricação uma diminuição, 
que se dá pela manipulação mais efetiva e controlada do processo completo, 
gerando assim um aumento na produtividade. 
A grande maioria das redes industriais são usadas nas LANs (Local Area 
Networks), ou seja, dentro da rede local. Isso não significa que não se possa 
transmitir dados e informações do processo para redes externas, mas não é 
usual controlar uma válvula do chão de fábrica pela internet. Mas pode-se em 
níveis superiores do processo ter alguma conexão com a rede mundial. 
Na Figura 1 temos novamente a pirâmide da automação. Note que, a partir 
do nível 4 para cima, podemos ter a necessidade de se controlar o processo com 
base na internet. Em contrapartida, se descemos os níveis, queremos que 
nossas variáveis fiquem na rede local. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 1 – Pirâmide da automação 
 
Fonte: Santos, 2017. 
Vários fabricantes de dispositivos industriais desenvolvem diversos tipos 
de protocolos usados em redes industriais, os quais, é importante lembrar, não 
proveem compatibilidade entre si. 
Os protocolos de comunicação industrial mais conhecidos são: 
 Interbus; 
 Modbus; 
 Ethernet Industrial; 
 Devicebus; 
 Profibus; 
 Fieldbus. 
Saber as características desses protocolos pode ser a chave para 
implementar uma rede industrial eficiente. 
TEMA 2 – TOPOLOGIA DE REDE 
 Uma topologia de rede descreve como a rede está interligada, tanto no 
aspecto lógico quanto no aspecto físico, ou seja, temos numa rede industrial 
topologias lógicas e topologias físicas. Quando se fala em topologia física, 
consideramos a ligação dos cabos e dispositivos físicos. Quando se fala em 
topologia lógica, consideramos o caminho que percorrerão as informações 
encontra-se o software para gestão de 
vendas e de finanças 
o 
Nível de chão de fábrica, 
 
 
5 
transmitidas. As principais topologias físicas são: barramento, anel, estrela, 
árvore e mista. 
 Na literatura correlata, outros nomes que descrevem essas topologias 
podem ser encontradas, por exemplo, a topologia mista ser chamada de híbrida. 
2.1 Barramento 
 Nesse tipo de topologia temos um cabo central que interliga todos os 
dispositivos da rede. Na Figura 2, temos um exemplo dessa topologia. 
Figura 2 – Topologia em Barramento 
 
Fonte: <https://faqinformatica.com/tipos-de-topologia-de-redes/>. 
 A topologia barramento usa em suas conexões conectores BNC que 
podem ser vistos na Figura 3 para conectar dispositivos entre si. Nas 
extremidades, usa-se um terminador, que nada mais é que uma resistência que 
indica o início e o fim da rede demonstrado na Figura 4. 
Figura 3 – Conectores BNC 
 
Fonte: <http://nti.ufpb.br/~beti/pag-redes/conectores.htm>. 
Figura 4 – Conectores BNC e terminador 
 
 
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Fonte: <http://www.nti.ufpb.br/~beti/pag-redes/cabos>. 
Esse tipo de rede usa o cabo coaxial e tem suas transmissões de dados 
em forma de broadcast, ou seja, quando um transmite dados todos os outros 
dispositivos da rede recebem essa informação. Então podemos considerar que 
uma grande desvantagem dessa topologia é que, se um nó cair, todos os outros 
nós ficam sem comunicação. 
Podemos dizer que essa topologia tem uso restrito a algumas aplicações, 
mas ainda assim tem uso. Alguns exemplos de uso são as redes de circuito 
fechado de TV e TV a cabo. 
2.2 Anel 
A topologia anel é constituída por ligações ponto a ponto entre diversos 
componentes formando um anel. Podemos ver um exemplo dessa topologia na 
figura 05. 
Figura 5 – Topologia em anel 
 
Fonte: <https://estudoderedes.wordpress.com/tag/anel/>. 
 
 
 
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Normalmente esse tipo de topologia cria um atraso de transmissão cada 
vez que passa num dispositivo da rede. 
Essa topologia é muito utilizada no protocolo de rede token ring. 
2.3 Estrela 
 A topologia estrela é uma das mais usadas atualmente. Trata-se de uma 
topologia que tem um hardware central, normalmente um switch ou hub, que 
interliga todos os dispositivos de rede. Na figura 6, temos uma descrição gráfica 
dessa topologia. 
Figura 6 – Topologia em estrela 
 
Fonte: <https://estudoderedes.wordpress.com/tag/anel/>. 
2.4 Mesh 
 A topologia mesh também é conhecida como topologia em malha, usada 
quando queremos que nossa rede seja tolerante a falhas, ou seja, nesse tipo de 
topologia, temos diversos caminhos que interligam o mesmo destino, como pode 
ser visto na Figura 7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 7 – Topologia mesh 
 
Fonte: <https://sites.google.com/site/disciplinadeiccr/Home/topologias-logicas-e-topologias-
fisicas/4--topologia-em-malha-ou-mesh>. 
2.5 Mista 
 A topologia mista (ou também chamada de híbrida) nada mais é do que 
uma somatória de duas ou mais topologias diferentes. Na Figura 8, temos um 
exemplo dessatopologia. 
Figura 8 – Topologia mista 
 
Fonte: <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrcompam/pagina_2.asp>. 
 
 
 
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TEMA 3 – PADRÕES ABERTOS E FECHADOS 
 Quando se escolhe uma tecnologia, existem vários fatores de escolha, 
tais como preço, suporte técnico, entre outros. Porém um fator de escolha 
importante é saber se o padrão escolhido é aberto ou fechado. Esse tipo de 
escolha influencia em decisões que deveremos tomar futuramente, pois são dois 
caminhos distintos e, na maioria das vezes, difícil de se juntarem. 
3.1 Padrão aberto 
 Quando se tem uma tecnologia de padrão aberto, ela é de domínio 
público, ou seja, qualquer pessoa pode alterar suas configurações em benefício 
próprio. Este padrão normalmente é estabelecido por órgãos oficiais de 
normatização ou padronização. 
 Um exemplo de protocolo de redes industriais aberto é o protocolo 
Profibus. 
 Na verdade, um termo que é extremamente importante é a 
interoperabilidade, ou seja, é a características dos sistemas que padrão de 
protocolos abertos trafegarem informações entre si, inclusive quando são 
provenientes de fabricantes de dispositivos diferentes. 
 Outro termo deveras importante é o de portabilidade, que é a 
característica de um software rodar em plataformas desiguais. Essa 
característica é muito importante quando temos que atualizar uma planta que 
esteja trabalhando num processo produtivo. 
3.2 Padrão fechado 
 Já a tecnologia de padrão fechado normalmente é estabelecida por algum 
fabricante de equipamentos e está restrita aos seus equipamentos. 
Normalmente os protocolos fechados não são tão conhecidos quanto os abertos, 
porque normalmente estes facilitam a pesquisa. Encontrar materiais online fica 
mais fácil também. 
TEMA 4 – MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO 
 Um meio físico de transmissão é o componente de uma comunicação por 
onde passam os dados de um dispositivo ao outro. Antes de instalarmos um 
 
 
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sistema automatizado em nossa planta ou processo produtivo, devemos 
escolher um tipo adequado de meio físico de transmissão. 
 Imagine que exista uma planta que não possa desmontar para passar 
cabeamento e não se deve passar cabeamento de forma externa, pois pode 
comprometer, uma vez que tem movimento e prejudica a estética. Para esse 
problema, temos uma solução, que é usar equipamentos de rede sem fio. 
 As características que devemos analisar em cada meio de transmissão 
são: 
 Velocidade de conexão; 
 Sensibilidade ao ruído; 
 Custo e confiabilidade; 
 Conexão ponto a ponto ou multiponto; 
 Limitação de distância dependendo da atenuação; 
 Equipamento com a interface do meio de transmissão disponível. 
A seguir, falaremos sobre os tipos de meio físico mais utilizados. 
4.1 Fios de cobre 
 A primeira impressão é que fica mais fácil passar um cabo de um 
equipamento ao outro e temos a configuração da rede facilitada. Na verdade, 
temos que tomar uma série de cuidados na escolha do meio de transmissão. Os 
cabos de cobre são uma categoria muito sensível a ruídos externos. Inclusive o 
ambiente industrial é um grande gerador de ruído por natureza, ou seja, várias 
cargas indutivas, fornos, interferência eletromagnética de diversas origens etc. 
 Por esse motivo, saiba escolher o tipo de cabo e também cuide das 
normas de passagem dos cabos de dados. 
 Por exemplo, não devemos passar cabos de dados sem proteção contra 
ruído perto da fiação da instalação da rede de alimentação do processo 
produtivo. 
 Os tipos de cabos mais usados são: 
4.1.1 Cabo coaxial 
 É um cabo formado por um fio central de cobre sólido envolto por um 
isolante, depois uma malha fina metálica e, por último, uma isolação externa. 
Podemos ver um exemplo desse tipo de cabo na Figura 9. 
 
 
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Figura 9 – Cabo coaxial 
 
Fonte: <http://www.redesecia.com.br/cabeamento-estruturado/cabeamento-coaxial/>. 
 Nesse tipo de cabo, os dados passam pelo fio central e a malha serve 
como aterramento. Se em algum ponto da rede a malha encostar no fio central, 
a comunicação cessa. Normalmente utilizado na topologia barramento, tem 
velocidade na ordem de Mbps (megabits por segundo). 
 Apresenta como vantagens não necessitar de um hardware central como 
hub ou switch, mas o custo do metro normalmente é maior que o par trançado. 
Possui menor sensibilidade a ruídos e perdas nos dados em relação aos outros 
tipos de cabos de cobre. 
 Já como desvantagens temos a grande possibilidade de mau contato e 
difícil localização de eventuais problemas, pois quando um dispositivo não 
funciona, todos os outros param de transferir dados. Quanto mais grosso esse 
tipo de cabo for escolhido, mais difícil manipular. É lento em diversas aplicações. 
4.1.2 Par trançado 
O próprio nome já diz: trata-se de cabos trancados dentro de um invólucro 
plástico. Existem cabos par trançado de dois pares de fios enrolados em forma 
de espiral, a qual é calculada de forma a reduzir o ruído eletromagnético. esses 
cabos são normalmente usados para telefonia enquanto os cabos par trançado 
com 4 pares de fios enrolados são normalmente usados para redes de 
computadores. Esses tipos de cabos permitem comunicação de dados digitais e 
analógicos com uma banda passante de até Gbps. 
Cada segmento de rede usando par trançado pode medir até 90 metros, 
permitindo a conexão de dois pontos de rede. Suas vantagens abrangem 
flexibilidade, custo baixo, e instalação simples. Entretanto lances de cabos curtos 
 
 
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têm alta sensibilidade a ruídos gerados por cargas indutivas como motores 
quadros de luz, geladeiras etc. Essas são algumas das desvantagens desse tipo 
de cabeamento. Pode ser de dois tipos distintos: UTP (unshielded twisted pair), 
que são cabos sem proteção contra interferência eletromagnética, leves, finos e 
indicados para cabeamentos internos através de eletrodutos; ou STP 
(unshielded twisted pair), que são cabos que têm uma proteção interna contra 
interferência eletromagnética. Na Figura 10, temos um exemplo de cabo UTP e 
STP. 
Figura 10 – Cabos UTP e STP 
 
 
Fonte: <http://110202-108061.webnode.pt/ferramentas/cabo-stp-utp/>. 
4.2 Fibra ótica 
 O cabo de fibra ótica tem o aspecto físico parecido com o coaxial, mas 
internamente o fio do núcleo tem mais ou menos a espessura de um fio de 
cabelo. São cabos que atingem distâncias longas de até 60km sem a 
necessidade de dispositivos de repetição, operando com velocidade de 1Gbps, 
inclusive sendo imune a interferências eletromagnéticas. 
 O material do fio do núcleo da fibra pode ser feito de plástico ou vidro, 
utilizando um conector ST, transmitindo apenas num sentido da fibra de cada 
vez. Na Figura 11, podemos ver um esquema de fibra ótica submarina. Obse4rve 
que temos vários fios no núcleo de diâmetro pequeno. 
Figura 11 – Cabo de fibra ótica 
 
 
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Fonte: <https://tubaron.com.br/site-novo/2016/02/03/google-vai-ligar-uruguai-e-brasil-com-cabo-
de-fibra-otica-submarina/>. 
 Em cada ponta da fibra temos um transmissor ótico que pode ser um 
laser ou um led. 
 Esse tipo de cabeamento é mais usado em conexões de backbone, sendo 
um cabeamento muito seguro. 
 Existem dois tipos de fibras óticas que devemos conhecer: 
Multimodo – usa diferentes feixes de luz em diferentes ângulos. Tem a 
distância limitada em 2 km. Coma velocidades de 100 Mbps são muito usadas 
em redes locais. 
Monomodo – O feixe de luz se propaga em um único caminho. Tem 
distâncias de 60km em velocidades de 1Gbps, sendo muito bem usadas em 
redes Wan. 
 As vantagens da fibra ótica são a alta velocidade e o isolamento elétrico, 
sem falar na distância, o que já foi ressaltado, porém apresenta algumas 
desvantagens, como alto custo, difícil instalação, se dobrar quebra com 
facilidade e tem dificuldade em ligações multiponto, necessitando de 
equipamentos específicos. 
 Saiba que normalmente não diferenciamos a fibra monomodo da 
multimodo somente olhando, mas, se analisara Figura 12, verá que as fibras 
monomodo e a multimodo têm diâmetros do núcleo bem diferentes. 
Figura 12 – Fibra monomodo e multimodo 
 
 
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Fonte: Ferreira, 2012. 
4.3 Sem Fio 
As redes sem fio são uma grande solução para lugares onde não temos 
condição de passar nenhum tipo de cabeamento, ou as redes mudam de 
condição física muito rápido. Tais redes utilizam o ar como meio de transmissão. 
São conhecidas também por rede wireless, termo inglês. Existem várias 
tecnologias que utilizam o ar como meio de transmissão, tais como bluetooth, 
wifi, zigbee, entre outras. 
A grande desvantagem desse tipo de meio de transmissão é que no 
ambiente industrial temos diversos tipos de ruídos que interferem na velocidade, 
alcance. 
TEMA 5 – MÉTODOS DE ACESSO AO MEIO 
 Quando se fala em método de acesso ao meio, isso significa definir 
como será acessado o meio físico utilizado pela rede industrial, ou seja, são 
protocolos com conjunto de regras especificas para acessar os diferentes meios 
de transmissão que estudamos. Existem vários tipos. Falaremos de alguns que 
ajudam a entender pilhas de protocolos industriais. 
5.1 CSMA 
 O termo CSMA significa acesso múltiplo com sensoriamento de portadora. 
Esse método é um método de acesso ao meio compartilhado, onde existem 
colisões. Colisões são tentativas de transferências de dados que ocorrem no 
barramento ao mesmo tempo, ou seja, se dois dispositivos tentarem transmitir 
ao mesmo tempo os dados, eles colidem. Essas colisões diminuem a velocidade 
 
 
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de transmissão, atrapalhando a rede. Se forem muitas colisões, podem inclusive 
parar a transmissão. 
 Existem diversas variantes desse tipo de acesso, tais como CSMA-CD, 
np-CSMA, CSMA-CA. 
 O método de acesso CSMA-CD trabalha da seguinte forma: 
1. Detecta se o meio está em transmissão; 
2. Se o meio não estiver com transmissão em andamento tenta transmitir, 
mas nesse momento outra estação também fez esse procedimento ai 
temos a colisão; 
3. Então o controle de acesso ao meio para a transmissão e os dois 
dispositivos tentam transmitir depois de um tempo aleatório, caindo a 
probabilidade de nova colisão. 
Nesse tipo de acesso ao meio, não temos nenhuma preferência. Todos 
têm a mesma prioridade 
5.2 Polling 
 Nesse tipo de acesso ao meio, um controlador tem o papel de perguntar 
a cada dispositivo se quer transmitir, não tendo dessa maneira nenhum tipo de 
colisão. Se o controlador perguntar e o dispositivo não quiser transmitir, o 
controlador passa a prioridade para outro e assim por diante. 
5.3 Slot 
Nesse tipo de acesso ao meio desenvolvido para topologia em anel, é 
dividido o tempo de transmissão em slot de tempo predeterminado que é 
atribuído a cada dispositivo que transmite em seu slot. 
 Como cada dispositivo só transmite nesse momento, então também não 
temos colisão. Entretanto temos um tempo predefinido que deve ser usado, 
podendo ser um limitante quando se quer flexibilidade de rede 
5.4 Passagem de permissão em barramento 
O método de acesso ao meio com a passagem de permissão também não 
tem colisão porque somente o dispositivo tem a permissão, ou seja, o token. 
Pode transmitir e tem a vantagem de não depender de tempo para transmitir. 
Podemos relacionar essa rede com uma corrida de revezamento, na qual só 
 
 
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pode correr quem tiver com o bastão, sendo análogo a esse tipo de método de 
acesso ao meio. 
FINALIZANDO 
O projeto de implantação de uma rede industrial implica conhecer o 
processo produtivo automatizado atual. Depois disso, é preciso traçar as 
propriedades que a rede industrial deve ter para atender a todos os requisitos 
para que seja usada de forma eficiente. 
Por esse motivo, abordamos o panorama de redes industriais, estudamos 
os tipos de topologias de rede, para que possamos escolher a que melhor atende 
o processo automatizado. Diferenciamos também os padrões abertos e fechados 
para saber as vantagens de cada uma, estudamos também o meio físico, item 
vital para se planejar uma rede industrial e, por fim, conhecemos alguns métodos 
de acesso ao meio de transmissão. 
 Não fique por aqui! Pesquise outros métodos de acesso ao meio, pois 
cada protocolo de rede industrial tem o seu. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
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<http://www.redesecia.com.br/cabeamento-estruturado/cabeamento-coaxial/>. 
Acesso em: 29 maio 2018. 
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FERREIRA, C. Fibras ópticas. Projeto de Redes, 2012. Disponível em: 
<http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_fibras_opticas.php>. Acesso 
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