Redes-Industriais-de-Comunicacao-SENAI

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Redes Industriais de 
Comunicação
 Universidade Estadual de 
Londrina
 Classificação
Redes Industriais
 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, Micrisofot (Ethernet, 
TCP/IP) 
 Fazem troca de dados entre equipamentos e o sistema administrativo
Classificação
 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, Foudantion Field Bus, Profibus PA, etc.
 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
 Par trançado 
 Possui dois tipos de construção: com blindagem (shielded) e sem 
blindagem (unshielded)
 Cabos par trançado sem blindagem (UTP – Unshielded Twisted Pair)
 - aplicados em telefonia e em redes de alta velocidade
 - quanto mais apertado o enrolamento, maior a taxa de transmissão. 
Meios Físicos de Transmissão
 Cabos par trançado com blindagem (STP – Shielded Twisted Pair)
- Para ambientes sujeitos a interferências
 Cabos coaxial
- Em algumas aplicações é mais eficiente que o par trançado
 Fibra ótica
- Constituída por um núcleo de fibra de vidro, envolvido por várias camadas de 
material isolante
- Ideal para grandes distâncias
 Controle centralizado
Tipos de Controle
 Controle ponto a ponto
 Controle produtor-consumidor
 Sistema digital de controle distribuído (SDCD)
Comparação das Tecnologias
A escolha das tecnologias de redes de comunicação a 
serem utilizadas
depende dos requisitos de cada aplicação.
 A IEC 61158 Comunicação Digital para Medição e Controle Fieldbus para Uso 
em Sistemas de Controle Industrial, considerou um padrão multi-opção, que 
inclui oito protocolos de campo:
 (Type 1) - Fieldbus Foundation H1,
 (Type 2) - ControlNet;
 (Type 3) – PROFIBUS (PROcess FIeld BUS)
 (Type 4) - P-Net;
 (Type 5) - Fieldbus Foundation High-Speed Ethernet;
 (Type 6) - SwiftNet;
 (Type 7) - WorldFIP; e
 (Type 8) - Interbus-S.
IEC 61158 Fieldbus Standard
 Pirâmide da Automação
Modbus
SensorBus
DeviceBus
FieldBus
DataBus
ETHERNET
Níveis de Aplicação
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
Nível 0 - SensorBus
 Sensores e Atuadores 
tipicamente discretos
 Mensagens de dados de 
alguns bits
 Frequência de comunicação 
de dezenas de milisegundos
 Distância de dezenas de 
metros
 Concepção determinística
Nível 0 - DeviceBus
 Distribuição de periféricos de 
controle
 Mensagens de dados de 
bytes ou words
 Frequência de comunicação 
de dezenas de milisegundos
 Distância de centenas de 
metros
 Concepção determinística
Nível 1 - FieldBus
 Integração entre unidades 
inteligentes
 Mensagens de dados de 
words ou blocos
 Frequência de comunicação 
de centenas de milisegundos
 Distância de centenas de 
metros
Modbus+
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)
ETHERNETETHERNET FDDI MAP
Estrutura das Redes - Modelo OSI (Open System Interconnection)
Física
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Ligação
Utilização da Rede 
(serviços)
Formatação e codificação de 
dados
Alocação de recursos para 
a aplicação e sincronização
Transferência de informações
Roteamento de informações
Estruturação, acesso e 
checagem de erros
Transmissão de dados binários 
através do meio de comunicação
Assunto a ser tratado
Linguagem comum
Enquanto um fala o outro 
escuta
Central telefônica
Sistema de comunicação
Conversão da voz em 
sinal modulado
Sinal elétrico e linha telefônica
Exemplo
Estrutura da Rede Ethernet TCP/IP (DataBus)
Física
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Ligação
Par Trançado / Coaxial / FO
Internet Protocol 
Transmission Control Prot.
CSMA - CD
 A Ethernet foi criada antes do modelo OSI
Estrutura Típica Sensor/Device/FieldBus
 As camadas estão implementadas em componentes padronizados e 
intrínsecos aos dispositivos simplificando a estrutura a apenas três 
níveis.
Física
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Ligação
Multiplos Meios Físicos
ASIC / Chip Set
Drivers / Software
Critérios para Dimensionamento
 Meio Físico de Comunicação
 Cobertura Geográfica (Topologia e Distância)
 Método de Acesso
 Desempenho (Velocidade x Throughput)
 Confiabilidade (Determinística x Probabilística)
 Protocolo de Comunicação
Meios Físicos de Comunicação
 Elemento físico utilizado para a propagação de dados
Jacket of PVC or Teflon
Jacket made of PVC or Teflon
Cabo Coaxial
Cabo de Par Trançado
Fibra Óptica
Radio Frequência
Cobertura Geográfica
 Topologia: forma de interligação dos elementos na Rede
 Distância: espaço máximo coberto pelo meio físico de comunicação 
utilizado pela Rede.
BARRAMENTO
(BUS)
ANEL
(RING)
ESTRELA
(STAR)
ÁRVORE
(TREE)
Método de Acesso
 Polled Access
 Pergunta-Resposta (Query - Response)
 Mestre-Escravo
 Token Access
 Equalização de Acesso à Rede
 Redes Peer-to-Peer
 Carrier Sense Multiple Access (CSMA)
 Acesso Aleatório
 Cliente-Servidor
Método de Acesso
Mestre / EscravoMestre / Escravo
Pergunta
Resposta
Método de Acesso
Token RingToken Ring
Método de Acesso
HUB
CSMACSMA
Desempenho da Rede
 Velocidade:
 Taxa de transferência total de dados por unidade de tempo.
 Considera informações (dados úteis) e o envelope de comunicação 
(dados de controle do protocolo).
 Throughput:
 Taxa de transferência de informações por unidade de tempo.
 Considera apenas os dados efetivamente úteis para os integrantes 
da rede.
bps
Confiabilidade
 Redes Probabilísticas:
 Permite apenas calcular a probabilidade da transferência de 
informações ocorrer em um determinado intervalo de tempo.
 Redes Determinísticas:
 Permite determinar com precisão o tempo necessário para a 
transferência de informações entre os integrantes da rede.
Confiabilidade
 Checagem de erros:
 É feita por meio de algoritmo utilizado para garantir a integridade 
dos dados transferidos na rede.
 Exemplos:
 Paridade:
 Probabilidade de 50 %
 CRC-16 (Ciclical Redundant Check 16 bits):
 Probabilidade de 10-15 %
Considerações Adicionais
 Compatibilidade Rede - Ambiente (Física / Elétrica)
 Baixo Custo (Projeto / Instalação / Produtos)
 Fácil Instalação / Configuração / Expansão
 Procedimento de Manutenção Simples
 Quantidade de Dispositivos
 Tecnologia Consolidada
 Disponibilidade de Produtos
Protocolos de Comunicação
 AS-i (Actuator Sensor Interface)
 PROFIBUS (PROcess FIeld BUS)
 Foudation Field Bus
 Protocolo AS-i (Actuator Sensor Interface)
 AS-I surgiu em 1990, quando empresas se uniram em um consórciopara 
tornar seus equipamentos compatíveis
 Foi concebida como um sistema monomestre com comutação Cyclic polling 
(processo de varredura), neste sistema somente o mestre insere dados nos 
escravos em intervalos de tempo definidos.
 Foi desenvolvida para atender aos requisitos de comunicação a nível de 
“chão-de-fábrica”.
Características
 Classificação: SensorBus
 Ampla oferta de produtos
 Topologia:Barramento / Anel / Estrela / Arvore
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 4.7ms
 Max. número de nós 248 E/S (31 dispositivos)
 Distância Máxima: 100 metros / 300 c/ repetidor
 Mestre-Escravo c/ pooling cíclico
Níveis de Aplicação
 Nível de gerenciamento: computadores são conectados uns 
com os outros, às vezes fábricas inteiras via Ethernet; o volume 
de dados é da ordem de megabyte e não precisa ser em tempo 
real;
 Nível de produção e processo: cada vez mais o PROFIBUS está 
se difundindo; o tipo DP com 12Mbit/s é perfeito para altas 
exigências;
 Nível de atuadores e sensores: a rede AS-i consagrou-se com 
mais de um milhão de pontos já instalados; 
Arquitetura Típica
7 8 9
4 5 6
1 2 3
+ 0 -
1
2
3
4
Sensores
Inteligentes
Sensores
Partida de
Motores
Interfaces
Máquina
Interfaces de Operação
Painel
Gateway
Fonte
Processo com Rede ASi
Acessórios
Cabo
Derivador para 
dispositivo ASi
Derivador para dispositivo 
convencional
Cabo plano
AS-i
Concetividade
Interoperabilidade
Interoperabilidade
Protocolo PROFIBUS
 PROFIBUS desenvolvido na Alemanha, inicialmente pela Siemens 
em conjunto com a Bosch e Klockner-Moeller em 1987.
 
 Em 1988 tornou-se um "Trial Use Standard" no contexto da 
norma DIN (DIN V 19245, parte 1), que define as camadas Física e 
Enlace.
 Posteriormente, grupo de 13 empresas e 5 centros de pesquisa 
propuseram alterações nas camadas Física e Enlace e definiram a 
camada de Aplicação (norma DIN V 19245, parte 2). 
 Esta proposta é atualmente apoiada por mais de 300 empresas 
européias e internacionais.
Protocolo PROFIBUS
 É uma rede de campo aberta, independente dos fabricantes, ao alcance de 
uma larga variedade de aplicações de manufatura e processos de 
automação
 A sua independência e a garantia de ser uma rede aberta é assegurada 
pelas normas internacionais
 A comunicação entre dispositivos de diferentes fabricantes ocorre sem 
ajustes especiais
 Pode ser usado em tarefas que requerem comunicação em tempo real, alta 
velocidade e de comunicação complexa
 Perfis de comunicação
 PROFIBUS – DP (Distribuited Process)
 PROFIBUS – PA (Process application) 
 PROFIBUS – FMS (Fieldbus Massage Especification)
Protocolo PROFIBUS
 PROFIBUS DP
 É o perfil de comunicação mais utilizado
 Otimizado para velocidade, eficiência, baixos custos de ligação e está projetado para 
comunicações entre sistemas de automação e periféricos distribuídos
 PROFIBUS PA
 Permite conectar sensores e atuadores até mesmo em um barramento comum em áreas 
intrinsicamenteseguras
 Pode ser usado com tecnologia 2 fios de acordo com o padrão internacional IEC 1158-2
Protocolo PROFIBUS
 PROFIBUS – FMS 
 Solução de propósito geral para comunicação de tarefa ao nível de 
célula
 Os recursos FMS poderosos abrem um amplo alcance de aplicações 
com grande flexibilidade
 Pode ser usado para tarefas de comunicação extensas e complexas
Protocolo PROFIBUS
Profibus DP / PA
 Classificação: Devicebus
 Mais de 300 fornecedores de equipamentos
 Topologia:Linha / Estrela / Anel
 Velocidade de transmissão: DP - Máx: 12 Mbps ; PA - Max: 31.25 kbps 
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): < 2.0 ms (dependente 
da configuração) 
 Max. número de nós: 127
 Distância Máxima: 100m entre segmentos (12Mbaud) ; 24Km (Dependente 
do meio e do Baudrate) 
 Mestre-Escravo - “peer to peer”
Profibus DPProfibus DP Profibus PAProfibus PA
Process AutomationProcess Automation
Arquitetura Típica Profibus DP/PA
SegmentSegment
CouplerCoupler
• Inserindo Mestre • Inserindo Escravos
Configuração Profibus DP/PA
• GSD - Identificador do dispositivo
Configuração Profibus DP/PA
• Configuração do sistema via software
Profibus DP / PA
Foundation Fieldbus - H1
 Classificação: Fieldbus
 Crescente número de fornecedores de equipamentos
 Topologia: Barramento / Estrela 
 Velocidade de transmissão: 31.25 kbps
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): < 100 ms
 Max. número de nós: 240 /segmento - 65.000 segmentos
 Distância Máxima: 1900m (31.25 K) 
 Cliente / Servidor - Notificação de eventos
Arquitetura Típica Foundation Fieldbus H1
Arquitetura Típica Foundation Fieldbus HSE
 HSE – high speed ethernet trabalha a 100 Mbits/s e fornece integração de 
controladores de alta velocidade (CLP´s) e subsistemas 
Principais Tecnologias Existentes
Modbus
ETHERNET
Não existe uma solução única que atenda
a todas as necessidades de comunicação de dados
em automação industrial.
Conclusões
 As linguagens de programação de CLP´s já seguem um padrão, sendo que 
as mais utilizadas são Ladder e Grafcet;
 As outras linguagens estão difundindo-se;
 Atualmente, as redes industriais são aplicadas, na maioria das vezes, em 
processos de grande porte;
 Os protocolos mais aplicados, ultimamente, são o Profibus e ASi;
 Em pequenos processos, o custo da instalação de redes é razoavelmente 
alto;
 A tendência é de que as redes sejam mais utilizadas, mesmo em processos 
de pequeno porte.
 Não existe uma solução única que atenda a todas as necessidades de um 
processo de comunicação de dados em automação industrial.
OBRIGADO !
 Filme Walking Technology
Referências
 CLP – Curso Avançado, SENAI-DN.
 Redes Industriais – Curso Avançado, SENAI-DN.
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