Redes Industriais e Transmissão de Sinais

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REDES INDUSTRIAIS E 
SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
Professor Valério Oscar de Albuquerque
Curso Engenharia Elétrica
Unidade 2. Transmissão Digital de Sinais
Unidade
Unidade 2. Transmissão Digital de Sinais
Carga horária: 4 Aulas
Conteúdo:
2.0. Introdução;
2.1. Par trançado;
2.2. Cabo coaxial;
2.3. Fibra óptica;
2.4. Modos de operação em redes de dados;
2.5. Tipos e ritmos de transmissão;
2.6. Interface RS232;
2.7. Interface RS485;
2.8. Ethernet industrial.
Unidade
Unidade 1. Conceitos de Redes
Carga horária: 4 Aulas
Bibliografia para esta aula:
I. Filippo Filho, Guilherme. Automação de processos e de sistemas
1. ed.. São Paulo: Érica, 2014. Cap. 2
II. Camargo, Valter Luís Arlindo de Elementos de automação / Valter
Luís Arlindo de Camargo. -- 1. ed. -- São Paulo : Érica, 2014. Cap.
1, 2 e 4
III. Apresentação: Redes Industriais - Prof. Murilo - IFTPR COELE –
2011.
IV. Manual da Comunicação Serial RS232 / RS485 – WEG -
Documento: 0899.5740 / 02 – Abril/2008
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ Definição: é o uso de comandos lógicos programáveis e de
equipamentos mecanizados para substituir as atividades
manuais que envolvem tomadas de decisão e comandos-
resposta de seres humanos
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ Vantagens:
• Operadores humanos com tarefas de trabalho pesadas ou
monótonas podem ser substituídos;
• Operadores humanos que realizam tarefas em ambientes
perigosos, como aqueles com temperaturas ou atmosferas
radioativos e tóxicas, podem ser substituídos;
• Tarefas que estão além da capacidade humana foram
facilitadas. O manuseio de cargas grandes e pesadas, a
manipulação de elementos minúsculos ou as exigências
para se fabricar um produto de forma muito rápida ou
muito lenta são exemplos disso.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ Desvantagens:
• A tecnologia atual não é capaz de automatizar todas as
tarefas desejadas. Certas tarefas não podem ser facilmente
automatizadas, com a produção ou a montagem de
produtos cujos componentes têm inconsistência de
tamanhos ou tarefas em que a habilidade manual é
necessária. Alguns produtos precisam de manipulação
humana;
• Algumas tarefas custam mais para serem automatizados
do que para serem realizadas de forma manual. A
automação é aplicável em processos repetitivos,
consistentes e que envolvem um grande volume de
produtos.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ Sistemas de automação podem ser classificados com base na
flexibilidade e no nível de integração das operações do
processo de fabricação.
• Automação Fixa:
Os primeiros sistemas de automação eram construídos
especificamente para um determinado propósito. A lógica de
funcionamento do sistema era implementada utilizando-se
uma composição de componentes eletromecânicos, como
relés e contatores. O fundamento então era feito por meio da
conexão de fios e cabos, também conhecida como
hardwired. Fica evidente que, depois que o sistema
estivesse construído, qualquer alteração na lógica
envolveria refazer conexões, um processo demorado,
custoso e complexo - características não desejáveis na
indústria.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
• Automação Programável:
É utilizada para fabricar produtos personalizados. A linha de
produção é projetada a fim de ser adaptável às diferentes
características e configurações dos produtos a serem
fabricados. Essa adaptabilidade é conseguida mediante a
utilização de um equipamento que seja capaz de armazenar
toda a lógica de funcionamento necessária, incluindo a
sequência de acionamentos, e que possa ligar e desligar
dispositivos automaticamente. Os Controladores Lógicos
Programáveis (CLPs) são os principais equipamentos
utilizados nesse tipo de automação.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
• Automação Flexível:
É uma solução de compromisso entre a automação fixa e a
programável, ou seja, possui algumas características de
ambas. No caso da indústria automobilística, por exemplo,
mesma linha de produção pode ser utilizada para fabricar
diferentes modelos de veículos. Uma característica
importante desse tipo de automação é que o tempo entre a
troca de produção de um tipo de produto para outro deve
ser pequeno. Ou seja, não se deve perder muito tempo
nessa operação. Portanto, essa é a característica que a
diferencia da automação programável.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
• Relação entre a quantidade produzida e a variedade de
produtos conforme o tipo de automação.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ Automação Integrada:
• É a automação completa de uma fábrica, com todos os
processos funcionando sob o controle de um sistema de
informação, que integra as diferentes aéreas. Pode incluir
tecnologias, como Computer Aided Design (CAD),
Planejamento e Controle da Produção (PCP), Manufatura
Integrada por Computador (CIM), máquinas de controle
numéricos e sistemas de movimentação de materiais
automatizados, como robôs e guindastes transportadores.
Em outras palavras, simboliza a integração total de
processos e gestão de operações com tecnologias de
informação e comunicação.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ A automação fixa é apropriada nas seguintes circunstancias:
• Baixa variabilidade no tipo de produto, seja no tamanho,
na forma ou no número de peças e materiais que o
compõe;
• Demanda previsível e estável, de maneira que a exigência
de capacidade de produção também seja;
• Alto volume de produção desejado por unidade de tempo;
• Baixo custo de implantação.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação
▪ A automação fixa é apropriada nas seguintes circunstancias:
• Variabilidade significativa no tipo de produto. Uma mesma
linha de produção é utilizada para fabricar produtos que
podem ser formados pela combinação de diferentes partes
(produção personalizada);
• O ciclo de vida do produto é curto, o que exige
atualizações frequentes do modelo, mu- dando suas
características;
• Os volumes de produção são moderados e a demanda não
é totalmente previsível.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Os elementos básicos de um sistema de controle são os
sensores, os controladores e os atuadores.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Tipos de controlador:
• Sensores - elementos que enviam ao controlador as
informações sobre o sistema. Basicamente podem indicar
os valores das grandezas físicas do processo, como
temperatura, pressão, nível, velocidade de motores e
estados de chaves e botoeiras (acionados/pressionados)
utilizados para enviar comandos de liga/desliga.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Tipos de controlador:
• Atuadores - quando o controlador detecta, por meio dos
sensores, que alguma correção é necessária no pro-
cesso, ele atua sobre o sistema, enviando um comando
para ligar ou desligar algum dispositivo cuja finalidade é
modificar alguma variável do processo. Os atuadores
podem ser elétricos (motores, resistências elétricas e
solenoides), hidráulicos (válvulas, motor e pistão
hidráulico), pneumáticos (cilindros pneumáticos) ou,
ainda, uma combinação de todos.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Tipos de controlador:
• Controladores - O controlador é o elemento responsável
por tomar as ações necessárias, no intuito de manter o
sistema funcionando corretamente. A decisão de quando
acionar algum atuador é baseada na informação recebida
dos sensores, no estado do processo e em suas regras
especificas. Essa lógica pode ser implementada de várias
formas, dependendo do controlador utilizado.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Sistema de pneumático:
• Os sensores sãoelementos que captam os sinais de
entrada e os enviam para o controlador. São normalmente
compostos por válvulas de controle direcionais, as quais
podem ser acionadas manual ou mecanicamente.
• Componentes de um sistema de controle pneumático.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Sistema de eletropneumático:
• Nos sistemas totalmente pneumáticos, os sinais são
mecânicos e pneumáticos. Nos sistemas
eletropneumáticos, aparecem os sinais elétricos. Então,
um sistema eletropneumático é composto por sinais
elétricos, mecânicos e pneumáticos.
• Componentes de um sistema de controle
eletropneumático.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Vantagens dos controladores eletropneumáticos:
• Como, no controlador, a lógica de funcionamento é
programável por software, é mais fácil modificar o
funcionamento do circuito quando necessário.
• A vida útil desse controlador é maior, porque ele apresenta
menos partes móveis sujeitas a desgaste.
• Ele exige menor esforço de instalação e manutenção.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Controladores eletrônicos:
• São utilizados dispositivos como microcontroladores,
CLPs e microprocessadores, entre outros. Todos eles
possuem em comum a capacidade de se comunicarem
com o mundo externo por meio de portas, as quais podem
ser de entrada, de saída ou bidirecionais.
• As portas de entrada costumam ser adotadas para receber
sinais dos sensores, enquanto as de saída, para enviar
comandos aos atuadores. As portas bidirecionais podem
ser destinadas a realizar a comunicação com outros
sistemas, como computadores e redes de comunicação
industrial.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Controladores eletrônicos:
• Fluxo dos sinais em um sistema de controle.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Principais blocos funcionais de um CLP:
• Arquitetura básica: diagrama simplificado de um CLP.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Principais blocos funcionais de um CLP:
• CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de
Processamento): são sistemas microprocessados que são
responsáveis por executar um programa armazenado na
memória e tomar as ações necessárias;
• Interfaces de entrada/saída (I/O): a troca de informações
entre o equipamento e o PLC se dá por meio de
dispositivos de entrada e saída; os principais dispositivos
são:
o Entradas analógicas: interfaces de comunicação que podem
receber sinais de sensores de pressão, temperatura,
indicadores de posição etc. Normalmente utilizam um
conversor analógico-digital, a fim de converter o sinal
analógico vindo do sensor em um sinal digital, mais adequado
para utilização dos sistemas computacionais.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Elementos de Controle
▪ Principais blocos funcionais de um CLP:
o Entradas digitais: interfaces de comunicação que podem receber
sinais de sensores cujos elementos tenham somente dois
estados: botões, pressostatos e termostatos, chaves de nível e
de fim de curso etc.
o Saídas analógicas: a CPU processa os sinais no formato digital;
para que os atuadores possam receber o sinal analógico
desejado, deve haver uma conversão de digital para analógico.
Esses sinais serão usados para acionar válvulas finais de
controle, servomotores, posicionadores etc.
o Saídas digitais: similares às entradas digitais, acionam
elementos que funcionam a dois estados, como contatores,
válvulas solenoide, lâmpadas etc.
▪ Software: local em que ficam armazenadas as instruções de
funcionamento do controlador. Ele deve agir de acordo com
as diversas situações.
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação Industrial
▪ Para o chão-de-fábrica, a automação, por exemplo, através de
sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition),
permite a coleta de dados em tempo real dos processos de
produção, possuindo, também, interfaces para a transferência
dos dados para os sistemas administrativos da empresa
(MARTINS, 2002).
▪ Nessa configuração, o PC é a plataforma preferida de
supervisão e operação de processos. Os softwares de
supervisão e controle apareceram em diversos tamanhos, em
diversos sistemas operacionais, com diversos repertórios de
funcionalidades e os fabricantes de CLP, também, passaram a
produzir sistemas SCADA (SEIXAS, 2000).
Transmissão Digital de Sinais
2.0. Introdução
❑ Automação Industrial
▪ Verifica-se, também, na figura abaixo, que o controle sobe um
nível na pirâmide de automação, de forma que ele deixa de ser
exclusividade do CLP para interagir com o sistema SCADA,
facilitando a interação com o usuário e aumentando a
flexibilidade do projeto. A receita que começa a ser planejada
e definida no ERP (Enterprise Resource Planning) é refinada e
personalizada para os equipamentos de uma determinada
linha (SEIXAS, 2000).
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Introdução
▪ Para haver comunicação de dados, é necessário que exista
um meio de transmissão (mídia física);
▪ Temos os meios guiados ou com fio (wired ); e os meios não-
guiados ou sem fio (wireless);
▪ Os meios com fio podem ser metálicos ou óticos;
▪ Vale salientar que é muito comum um sistema combinado
(misto) com diferentes tipos de mídia.
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Meios Físicos
▪ Os meios físicos dependem de fatores temporais, históricos,
de desempenhos, econômicos e científicos, e estão
diretamente relacionados com a tecnologia empregada.
▪ Os meios mais comuns nas transmissões de dados são: fios
de cobre (cabo coaxial e par trançado), fibra óptica e wireless.
▪ O cabo coaxial hoje é pouco utilizado por problemas de custo
e desempenho.
▪ Cabeamento Estruturado - sistema de cabos, conexões,
terminações e normas de instalação e administração que
providenciam à integração dos serviços de voz, dados,
imagem, vídeo, controle e sinalização, independente dos
sinais transmitidos, dos equipamentos usados ou do layout
do local da instalação.
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Principais Meios de Transmissão
▪ Par trançado;
▪ Cabo coaxial;
▪ Fibra ótica;
▪ Radio difusão;
▪ Infravermelho;
▪ Microondas;
▪ Ondas de luz.
Transmissão Digital de Sinais
Meios guiados
Meios não-guiados
2.1. Par trançado
❑ Características próprias do meio
▪ Banda passante;
▪ Atenuação do sinal;
▪ Distância geográfica;
▪ Imunidade a ruído;
▪ Confiabilidade;
▪ Facilidade de instalação e manutenção;
▪ Custo (além do meio, custo de interfaces com a rede, e
estrutura adequada).
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ O par trançado representa hoje a melhor relação custo
benefício, e é o meio mais utilizado em redes locais.
▪ Tipos:
• Sem blindagem - UTP (Unshielded Twisted Pair);
• Com blindagem – STP (Shielded Twisted Pair).
▪ O cabeamento por par trançado (Twisted pair) é um tipo de
cabo que tem um par de fios entrelaçados um ao redor do
outro para cancelar as interferências eletromagnéticas de
fontes externas e interferências mútuas (linha cruzada ou, em
inglês, crosstalk) entre cabos vizinhos. O cabo tipo UTP é
mais popular e utiliza conector 8P8C(RJ-45).
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Efeito de Cancelamento
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Esse tipo de cabo é composto por pares de fios de cobre e é
dividido em 7 categorias, cada uma com seu próprio padrão,
frequência e taxa de transferência de dados:
• CATEGORIA 1: Não é mais reconhecida pela TIA (Associação da
indústria de telecomunicação). Foram utilizadas em instalações
telefônicas e redes antigas;
• CATEGORIA 2: Também não é mais reconhecida pela TIA. Foi
projetado para antigas redes token ring, assim como a categoriaanterior;
• CATEGORIA 3: Primeiro padrão desenvolvido especialmente para
redes. É certificado para sinalização de até 16 MHz;
• CATEGORIA 4: Não é mais reconhecida pela TIA. Utilizado para
transmitir dados a uma frequência de até 20 MHz e dados a 20
Mbps. Substituído pela categoria.
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Esse tipo de cabo é composto por pares de fios de cobre e é
dividido em 7 categorias, cada uma com seu próprio padrão,
frequência e taxa de transferência de dados:
• CATEGORIA 5: É a mais utilizada, pois pode ser ligado com
qualquer placa de rede. A categoria reconhecida pela TIA
atualmente é a CAT5e, que pode ser usado para frequências até
125 MHz.
• CATEGORIA 6: Trabalha com a frequência de 250 MHz, mas seu
alcance é de apenas 55 metros (a CAT6a permite até 100m).
Suportam frequências de até 500 MHz e com maior poder de
reduzir interferências e perda de sinal.
• CATEGORIA 7: Ainda está em desenvolvimento, visto que está
sendo criada para permitir a criação de redes de 100Gbps em
cabos de 15m usando fio de cobre.
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Categorias de cabos par trançado
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Na hora de montar o cabo, devemos ter o cuidado de saber
exatamente o que precisamos. Isso porque podemos montar
um cabo direto ou um cabo crossover.
▪ Mas qual a diferença?
• O cabo crossover é usado quando queremos interligar dois
computadores através de suas placas de rede, sem a necessidade
de um hub ou switch. O crossover também é utilizado quando é
necessário conectar um hub a outro.
• Quando é necessário interligar três ou mais computadores,
devemos utilizar um hub ou switch. Dessa maneira, o cabo direto
é o que deve ligar todas essas máquinas. A diferença “física”
entre os dois tipos é a maneira como os cabos são dispostos no
conector RJ45.
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Pinagem
Transmissão Digital de Sinais
2.1. Par trançado
❑ Cabo de par trançado
▪ Vantagens
• Simplicidade;
• Baixo custo do cabo e dos conectores;
• Facilidade de manutenção.
▪ Desvantagens
• Necessidade de outros equipamentos como hubs ou switches, com
distâncias limites de 100 metros;
• Susceptibilidade à interferência externas provocando ruídos e perda de
informação (UTP);
• Problemas de atenuação.
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2.2. Cabo Coaxial
❑ Cabo Coaxial
▪ Já foi muito usado redes locais, em especial, com o ethernet
na topologia em barra 102 e 105.
▪ Uso atual:
o Em circuitos fechados de TV (CFTV);
o CATV e Internet via Cabo.
▪ Núcleo de cobre circundado por um condutor externo em
malha, separados por plástico flexível.
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2.2. Cabo Coaxial
❑ Cabo Coaxial
▪ Constituído por um fio de cobre condutor revestido por um
material isolante e rodeado duma blindagem. Utiliza um
conector BNC.
▪ Apesar de poder reduzir os efeitos e sinais externos sobre os
sinais que transmite, caiu em desuso e está presente somente
em algumas redes antigas, visto que são mais propensos a
mau contato, conectores mais caros e pouca flexibilidade.
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2.2. Cabo Coaxial
❑ Cabo Coaxial
▪ Vantagens:
• Melhor blindagem do que o par trançado;
• Alta largura de banda;
• Atinge maiores distâncias que o par trançado;
• Mais barato que o par trançado blindado;
• Melhor imunidade contra ruídos e contra atenuação do sinal que o
par trançado sem blindagem.
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2.2. Cabo Coaxial
❑ Cabo Coaxial
▪ Desvantagens:
• Mais caro que o par trançado sem blindagem;
• A ligação ao cabo também é mais cara;
• Por não ser flexível o suficiente, quebra e apresenta mau contato
com facilidade.
o Dificulta a instalação.
• Dependendo da topologia, caso o cabo quebre ou apresente mau
contato, o segmento inteiro da rede deixa de funcionar (redes em
barra).
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2.3. Fibra óptica
❑ Cabo fibra óptica
▪ A fibra óptica é essencial em alguns pontos de redes
corporativas e está cada vez mais substituindo as redes com
par trançado, principalmente pela diminuição de seus custos
de instalação e manutenção.
▪ Fibra óptica: filamento de sílica ou plástico por onde é
realizada a transmissão de um sinal de luz, codificado dentro
do domínio de frequência do infravermelho (1012 a 1014 Hz).
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2.3. Fibra óptica
❑ Cabo fibra óptica
▪ Cabos de fibra óptica estão substituindo fios de cobre para
aumentar a velocidade de transmissão de informação digital.
▪ Estes cabos são feixes de “fios de vidro” extremamente puros
que foram revestidas em duas camadas de plástico reflexivo.
▪ Uma fonte de luz é ligada e desligada rapidamente a uma
extremidade do cabo de transmissão de dados digitais. A luz
viaja através dos fios de vidro e de forma contínua reflete fora do
interior dos revestimentos plásticos espelhados em um processo
conhecido como reflexão total interna.
▪ Sistemas baseados em fibra óptica pode transmitir bilhões de bits
de dados por segundo, e eles podem até mesmo levar vários
sinais ao longo da mesma fibra usando lasers de cores
diferentes. Esses cabos são tão finos quanto um fio de cabelo
humano que carregam a informação digital ao longo de grandes
distâncias.
Transmissão Digital de Sinais
2.3. Fibra óptica
❑ Cabo fibra óptica
▪ Mesmo confinada a um meio físico, a luz transmitida pela fibra
óptica proporciona o alcance de taxas de transmissão
(velocidades) elevadíssimas, da ordem de 109 à 1010 bits por
segundo (cerca de 40Gbps), com baixa taxa de atenuação por
quilômetro.
Transmissão Digital de Sinais
2.3. Fibra óptica
❑ Cabo fibra óptica
▪ Imune a interferências eletromagnéticas e ruídos;
▪ Alcançam enormes distâncias (dezenas de Km);
▪ Suporta taxas de transmissão de terabytes;
▪ Facilita a instalação pois são finas e flexíveis;
o A junção de fibras (fusão) ainda é tarefa bastante delicada.
▪ Custo ainda é relativamente alto (cabo, infra estrutura,
interfaces, fusão);
▪ Utilizada em conexões ponto-a-ponto e multipontos.
Transmissão Digital de Sinais
2.3. Fibra óptica
❑ Componentes de um sistema óptico
▪ Fontes de luz:
o Diodo emissor de luz (LED);
o Laser.
▪ Meio de transmissão:
o Fibra de vidro ultrafina.
▪ Detector:
o Conversor óptico/elétrico (transceiver).
Transmissão Digital de Sinais
Comparação entre diodos e LEDs utilizados como fontes de luz
2.3. Fibra óptica
❑ Componentes de um sistema óptico
▪ A transmissão de luz é unidirecional, por isso, normalmente o
uso de duas fibras:
o Transmissão (Tx);
o Recepção (Rx).
▪ Porém, o uso da multiplexação por comprimento de onde
(WDM), permite uma ligação full-duplex com o uso de apenas
uma fibra;
▪ Conectores mais comuns: MTRJ, ST, SC, LC.
Transmissão Digital de Sinais
MTRJ ST SC LC
2.3. Fibra óptica
❑ Tipos de fibra
▪ Multimodo:
o Fibra com núcleo mais grosso;
o Luz sofre reflexão nas paredes da fibra.
▪ Monomodo:
o Fibra com núcleo mais fino;
o Luz chega diretamente no receptor.
Transmissão Digital de Sinais
2.3. Fibra óptica
❑ Multimodo
▪ Composta por um núcleo e uma casca com índices de
refração diferentes;
▪ Baseado na reflexão total dos feixes de luz;
▪ Multimodo refere-se a existência de feixes que se propagam
em diferentes ângulos;
▪ Dispersão Modal: pulsos de luz seguem diferente trajetórias
na fibra.
o Limitante na taxa de transmissão e distâncias.
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2.3. Fibra óptica
❑ Monomodo
▪ Composta por um núcleo de diâmetro tão pequeno que
apenas feixes de luz paralelos podem ser transmitidos;
▪ Comprimento e desempenho maior do que as fibras
multimodo;
▪ Custos mais elevados.
Transmissão Digital de Sinais
2.3. Fibra óptica
❑ Implementação de Redes Mistas
Transmissão Digital de Sinais
2.4. Modos de operação em redes de dados
❑ Modos de transmissão de dados▪ Para a transmissão entre duas máquinas, a
comunicação pode ser realizada de diferentes maneiras.
Ela se caracteriza pelo sentido das trocas, por como as
trocas são realizadas, pelo modo de transmissão, pelo
número de bits enviados simultaneamente e pela
sincronização entre o emissor e o receptor.
• Ex: formato do sinal.
Transmissão Digital de Sinais
2.4. Modos de operação em redes de dados
❑ Introdução
▪ O Ethernet tem a função receber os dados entregues
pelos protocolos de alto nível e inseri-los dentro de
quadros que serão enviados pelo meio físico;
▪ Existem três modos de transmissão de dados:
• Ligação simplex;
• Ligação Half-duplex;
• Ligação full-duplex.
Transmissão Digital de Sinais
2.4. Modos de operação em redes de dados
❑ Ligação simplex
▪ Caracteriza-se pela circulação dos dados em apenas um
sentido, ou seja, do emissor para o receptor. Esse tipo
de ligação é útil quando os dados não precisam circular
nos dois sentidos (por exemplo, do seu computador
para a impressora ou do mouse para o computador).
Transmissão Digital de Sinais
2.4. Modos de operação em redes de dados
❑ Ligação half-duplex
▪ Caracteriza-se pela circulação dos dados nos dois
sentidos, mas um de cada vez. Assim, com este tipo de
ligação, cada extremidade emite apenas na sua vez.
Esse tipo de ligação permite ter uma ligação
bidirecional, utilizando a capacidade total da linha.
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2.4. Modos de operação em redes de dados
❑ Ligação full-duplex
▪ Caracteriza-se pela circulação dos dados de maneira
bidirecional e simultânea. Assim, cada extremidade da
linha pode emitir e receber ao mesmo tempo, o que
significa que a banda larga está dividida em dois para
cada sentido de emissão dos dados, caso um mesmo
suporte de transmissão seja utilizado para as duas
transmissões.
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Introdução
▪ O modo de transmissão designa o número de unidades
de informação (bits) que podem ser transmitidas
simultaneamente pelo canal de comunicação. Um
processador (o computador) nunca trata só um bit de
cada vez, normalmente atuando sobre 8 bits (ou 1 byte)
ao mesmo tempo. É por isso que a ligação básica em
um computador é chamada de paralela.
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Ligação paralela
▪ Na ligação paralela a transmissão simultânea de N bits.
Esses bits são enviados simultaneamente para N vias
diferentes (em geral, uma via é um fio, cabo ou outro
suporte físico). A ligação paralela dos computadores
precisa geralmente de 10 fios:
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Ligação série
▪ Na ligação em série, os dados são enviados, bit por bit,
pela via de transmissão. Contudo, já que a maior parte
dos processadores trata as informações de maneira
paralela, trata-se de transformar dados que chegam de
maneira paralela como dados em série no emissor e, no
sentido inverso, no receptor:
• Essas operações são realizadas graças a um controlador
de comunicação, na maior parte do tempo um chip UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter -
Transmissor Receptor Assíncrono Universal).
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Transformação paralelo-série
▪ A transformação paralelo-série é feita graças a um
registro de desfasamento. Ele permite, através de um
relógio, deslocar o registro (o conjunto dos dados
presentes em paralelo) para uma posição bem à
esquerda e depois emitir o bit de peso forte (o mais à
esquerda) e assim sucessivamente:
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Transformação série-paralelo
▪ A transformação série-paralelo é realizada quase da
mesma maneira. O registro de desfasamento permite
deslocar o registro de uma das posições para a
esquerda a cada recepção de um bit e depois emitir a
totalidade do registro em paralelo quando este está
cheio e assim sucessivamente:
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Transmissão síncrona e assíncrona
▪ Com os problemas que surgem na ligação paralela, a
ligação em série é a mais utilizada. Contudo, já que
apenas um fio transporta a informação, existe um
problema de sincronização entre o emissor e o
receptor, ou seja, o receptor não pode, a priori,
distinguir os caracteres (ou, de maneira mais geral, as
sequências de bits) porque os bits são enviados
sucessivamente.
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Transmissão síncrona e assíncrona
▪ Conexão assíncrona - cada caractere é emitido de
maneira irregular no tempo (ex: um usuário que digita
caracteres no teclado). Assim, imaginemos que só um
bit seja transmitido durante um longo período de
silêncio. O receptor não poderia saber se a sequência é
00010000 ou 10000000, por exemplo. Para remediar
esse problema, cada caractere é precedido de uma
informação que indica o início da transmissão do
caractere ('bit START') e termina com o envio de uma
informação de fim de transmissão ('bit STOP').
Eventualmente, há vários 'bits STOPS'.
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Transmissão síncrona e assíncrona
▪ Conexão síncrona, emissor e receptor são
sincronizados pelo mesmo relógio. O receptor recebe
continuamente (mesmo quando nada é transmitido) as
informações no ritmo em que o emissor as envia. Além
disso, informações suplementares são inseridas para
evitar erros durante a transmissão. Em uma
transmissão síncrona, os bits são enviados de maneira
sucessiva, sem separação entre caracteres. Assim, é
preciso inserir elementos de sincronização.
Transmissão Digital de Sinais
2.5. Tipos e ritmos de transmissão
❑ Transmissão síncrona e assíncrona
▪ O principal inconveniente da transmissão síncrona é o
reconhecimento das informações no receptor, pois
podem existir diferenças entre os relógios do emissor e
receptor. Por isso, cada envio de dados deve ser feito
em um período bastante longo, de modo que o receptor
possa distingui-lo;
▪ A velocidade de transmissão não pode ser muito
elevada em uma ligação síncrona.
Transmissão Digital de Sinais
2.6. Interface RS232
❑ Introdução
▪ Em uma interface serial os bits de dados são enviados
sequencialmente através de um canal de comunicação ou
barramento;
▪ Diversas tecnologias utilizam comunicação serial para
transferência de dados, incluindo as interfaces RS232 e
RS485;
▪ As normas que especificam os padrões RS232 e RS485, no
entanto, não especificam o formato nem a sequência de
caracteres para a transmissão e recepção de dados;
▪ Neste sentido, além da interface, é necessário identificar
também o protocolo utilizado para comunicação;
▪ Dentre os diversos protocolos existentes, um protocolo
muito utilizado na indústria é o protocolo Modbus-RTU.
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2.6. Interface RS232
❑ Kit RS232-01 (WEG: 10051958)
▪ Composto pelo módulo de comunicação RS232, guia de
montagem e parafuso de fixação;
▪ Interface segue o padrão EIA RS232C;
▪ Permite a conexão entre o CFW-11 e o mestre da rede
(ponto-aponto);
▪ Distância máxima para ligação dos dispositivos de 10
metros.
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2.6. Interface RS232
❑ Pinagem do Conector
▪ O módulo para comunicação RS232 possui um conector
DB9 macho (XC8).
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2.6. Interface RS232
❑ Indicações e Chaves
▪ LED TX: LED para indicação de transmissão de dados
pelo inversor, na cor verde.
❑ Conexão com a Rede RS232
▪ Os sinais RX e TX do inversor devem ser ligados
respectivamente aos sinais TX e RX do mestre, além da
conexão do sinal de referência (GND);
▪ A interface RS232 é muito susceptível a interferências.
Por este motivo, o cabo utilizado para comunicação
deve ser o mais curto possível – sempre menor que 10
metros – e deve ser colocado em separado da fiação de
potência que alimenta o inversor e motor.
Transmissão Digitalde Sinais
2.6. Interface RS485
❑ Kit RS485-01 (WEG: 10051957)
▪ Composto pelo módulo de comunicação RS485, guia de
montagem e parafuso de fixação;
▪ Interface segue o padrão EIA-485;
▪ Interface isolada galvanicamente e com sinal
diferencial, conferindo maior robustez contra
interferência eletromagnética;
▪ Permite a conexão de até 32 dispositivos no mesmo
segmento. Uma quantidade maior de dispositivos pode
ser conectada com o uso de repetidores;
▪ Comprimento máximo do barramento de 1000 metros.
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2.6. Interface RS485
❑ Pinagem do Conector
▪ O módulo para comunicação RS485 possui um conector
plug-in de 4 vias (XC7).
Transmissão Digital de Sinais
2.6. Interface RS485
❑ Indicações e Chaves
▪ LED TX: LED para indicação de transmissão de dados
pelo inversor, na cor verde;
▪ Resistor de terminação (S1): chave para habilitar o
resistor de terminação necessário para a interface
RS485. Este resistor deve ser habilitado (posição ON)
somente nos dois dispositivos localizados nos
extremos do barramento principal.
Transmissão Digital de Sinais
2.6. Interface RS485
❑ Conexão com a Rede RS484
▪ É recomendado o uso de um cabo com par trançado
blindado;
▪ Recomenda-se também que o cabo possua mais um fio para
ligação do sinal de referência (GND). Caso o cabo não
possua o fio adicional, deve-se deixar o sinal GND
desconectado;
▪ A passagem do cabo deve ser feita separadamente (e se
possível distante) dos cabos para alimentação de potência;
▪ Todos os dispositivos da rede devem estar devidamente
aterrados, preferencialmente na mesma ligação com o terra.
A blindagem do cabo também deve ser aterrada;
▪ Habilitar os resistores de terminação apenas em dois
pontos, nos extremos do barramento principal, mesmo que
existam derivações a partir do barramento.
Transmissão Digital de Sinais
2.8. Ethernet industrial
❑ Introdução
▪ O Ethernet tem a função receber os dados entregues
pelos protocolos de alto nível e inseri-los dentro de
quadros que serão enviados pelo meio físico;
▪ Ele também define como isso será feito fisicamente;
• Ex: formato do sinal.
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2.8. Ethernet industrial
❑ Arquitetura Ethernet
Transmissão Digital de Sinais
LLC – Controle do Link Lógico
MAC – Controle de Acesso ao Meio
2.8. Ethernet industrial
❑ Modelo Prático Arquitetura Ethernet
Transmissão Digital de Sinais
2.8. Ethernet industrial
❑ Modelo utilizado
▪ Arquitetura de uma rede utilizando a pilha de protocolos
TCP/IP e o padrão Ethernet
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2.8. Ethernet industrial
❑ LLC – Controle de Link Lógico
▪ Receber os dados repassados pelo protocolo de alto
nível instalados na máquina (TCP/IP, NetBEUI*,
IPX/SPX) e acrescenta a informação de qual protocolo
foi responsável por gerar os dados;
▪ Por isso, quando quadro chega ao receptor a camada
sabe para qual protocolo de alto nível entregar;
Transmissão Digital de Sinais
* - NetBEUI é uma espécie de "vovô protocolo", pois foi lançado 
pela IBM no início da década de 80 para ser usado junto com o 
IBM PC Network
2.8. Ethernet industrial
❑ MAC – Controle de Acesso ao Meio
▪ Papel primordial de gerar o quadro Ethernet a partir dos
dados da camada imediatamente superior a ela (LLC)
acrescentando seu cabeçalho;
▪ Em seguida, a camada envia o quadro para a camada
Física, que responsável pela transmissão desse quadro
pelo cabeamento da rede;
▪ Também é responsável por verificar o estado
do meio (canal), ou seja, se está livre ou não;
▪ Utiliza um protocolo chamado CSMA/CD;
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2.8. Ethernet industrial
❑ CSMA/CD
▪ Carrier Sense Multiple Access with Colision;
▪ As redes Ethernet utilizam o método de contenção;
▪ Enquanto o meio está ocupado ninguém pode utiliza-lo;
▪ Isso só é válido para o Hub (topologia lógica em
Barramento);
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2.8. Ethernet industrial
❑ CSMA/CD
▪ Sequência para transmissão:
1. Verificar se o meio está livre;
2. Se o meio está livre, inicia transmissão;
3. Se o meio ocupado, a placa de rede aguarda um tempo
aleatório;
4. Passado o tempo ela verifica o meio novamente;
5. Com o meio livre é feita a transmissão.
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2.8. Ethernet industrial
❑ CSMA/CD
▪ Não existe nenhum tipo de prioridade, caso as placas
percebam que o meio está livre, elas podem iniciar uma
transmissão simultaneamente e com isso ocorrer uma
colisão;
• Caso ocorra colisão, as duas placas envolvidas aguardam
um novo tempo, mas nada impede de ocorrer outra
colisão, inclusive com outras placas de rede;
▪ O principal problema das redes Ethernet não é a
colisão, pois ela faz parte do mecanismo CSMA/CD;
▪ Seu maior problema está no tempo de espera, pois só
ocorre transmissão quando o meio está livre;
▪ Todo processo de entrega é baseado no endereço MAC.
Transmissão Digital de Sinais
2.8. Ethernet industrial
❑ Endereçamento MAC
▪ Cada interface de rede possui seu endereço MAC
exclusivo de fábrica, ele vem gravado na memória ROM
das placas de rede;
▪ Formado por seis bytes
• Os três primeiros;
o OUI (Organizationally Unique Identifier)
São padronizados pelo IEEE para identificar os
fabricantes;
▪ Os três últimos;
• Identificam a interface.
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2.8. Ethernet industrial
❑ Endereçamento MAC
▪ Pode identificar
• Um endereço;
o Unicast;
• Um grupo de endereços;
o Multicast;
• Todas as máquinas;
o Broadcast;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Quadro Ethernet
▪ Pode identificar
• Cabeçalho 22 bytes;
• Área de dados (payload) variando entre 46 e 1500 bytes;
• Um final com 4 bytes;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Quadro Ethernet
▪ Preâmbulo
• Marca o início do quadro;
• São 7 bytes 10101010;
• Junto com o SFD é usado para sincronismo, caso o SFD
venha setado, ele marca o início do quadro;
▪ SFD (Start Frame Delimiter)
• É um byte 10101011;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Quadro Ethernet
▪ Endereço MAC de Destino;
• Endereço MAC da placa de rede de destino;
▪ Endereço MAC de Origem;
• Endereço MAC da placa de rede de origem, ou seja, da
placa que originou o quadro;
▪ Comprimento /Tipo;
• Indica quantos bytes existem no campo dados, visto
• que tamanho do quadro é variável;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Quadro Ethernet
▪ Dados
• São as informações enviadas pela camada imediatamente
superior;
▪ PAD
• Caso o quadro fique menor que 46 bytes, então são
inseridos dados nesse campo para completar o tamanho
mínimo;
▪ FCS (Frame Check Sequence)
• Contém informações para controle de correção de erros;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Padrão Ethernet
▪ Meio físico
• Coaxial fino;
• Coaxial grosso;
• Par trançado sem blindagem;
▪ Topologias
• Barramento: utilizando cabos coaxiais fino ou grosso;
• Estrela: utilizando cabos de par trançado sem blindagem;
• Árvore: combinação das anteriores;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Padrão Fast Ethernet
▪ Manteve do padrão ethernet o endereçamento, o
formato do pacote, o tamanho e o mecanismo de
detecção de erro;
▪ Mudanças mais significativas:
• O aumento de velocidade que foi para 100Mbps;
• Modo de transmissão half-duplex ou full-duplex;
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2.8. Ethernet industrial
❑ CSMA/CD no Full-duplex
▪ Criação dos pause frames, são pacotes que a máquina
que está recebendo a informação envia a fonte para
avisá-la que deve pausar a transmissão durante um
período de tempo;
▪ Não existe mais diferenciação entre estar transmitindo e
estar recebendo;
▪ Não é mais necessário “perceber” o silêncio da linha, a
transmissão se faz quando o receptor se diz apto;
▪ Aumento da banda (200 Mbps);
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2.8. Ethernet industrial
❑ Fast Ethernet
▪ Cabos
• Coaxial fino;
• Par trançado sem blindagem;• Fibra ótica, multimodo e monomodo;
▪ Topologias
• Barramento: utilizando cabo coaxial fino;
• Estrela: utilizando cabos de par trançado sem blindagem;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Gigabit Ethernet
▪ Agregou valor não só ao tráfego de dados como
também ao de voz e vídeo;
▪ Suporta o quadro padrão ethernet:
• Manter a compatibilidade com a base instalada de
dispositivos ethernet e fast ethernet e não requerer
tradução do quadro;
▪ Taxa de transmissão de 1Gbps;
• Segue o padrão ethernet;
• Detecção de colisão;
• Regras de repetidores;
• Aceita modo de transmissão halfduplex e fullduplex.
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2.8. Ethernet industrial
❑ Transmissão Half-Duplex
▪ CSMA/CD;
▪ Permiti a utilização do gigabit em redes que utilizassem
hubs;
▪ Uso de rajada de quadros (frame burst)
• É uma característica opcional, através da qual uma
estação pode transmitir vários pacotes para o meio físico
sem perder o controle;
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2.8. Ethernet industrial
❑ Transmissão Full-Duplex
▪ Banda aumenta de 1Gbps para 2 Gbps;
▪ Aumenta as possíveis distâncias para o meio;
▪ Elimina a colisão;
▪ Utiliza o Flow Control.
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2.8. Ethernet industrial
❑ Flow Control
▪ Utilizado em enlaces ponto-a-ponto;
▪ Quando a estação receptora se torna congestionada,
ela envia de volta um quadro chamado pause frame;
▪ Esse quadro contem instruções para que seja parado o
envio de informações durante um intervalo de tempo
específico;
▪ A estação que estava enviando aguarda o tempo
requisitado e então reinicia a transmissão, ou a estação
receptora envia um outro pacote com time-to-wait igual
a zero e instruções para recomeçar o envio de
informações.
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2.8. Ethernet industrial
❑ Gigabit Ethernet
▪ Cabos
• Coaxial fino;
• Par trançado sem blindagem;
• Fibra ótica, monomodo e multimodo;
▪ Topologias
• Barramento: utilizando cabo coaxial fino;
• Estrela: utilizando cabos de par trançado sem blindagem;
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Dúvidas