Aula 1

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Redes Industriais e Sistemas Supervisórios
Aula 1: Conceituação geral da rede de automação industrial
Apresentação
As redes de automação industrial ou redes industriais surgiram como uma forma de integrar os processos e sistemas de
uma indústria a �m de tornar os processos produtivos mais e�cientes.
Essas redes surgiram à medida que dispositivos de controle e monitoramento foram sendo desenvolvidos. Era necessário
integrar tais dispositivos para que suas informações pudessem ser utilizadas de maneira interligada, permitindo, por
exemplo, que parâmetros de sensores norteassem a ação de atuadores.
O desenvolvimento das redes industriais passou por uma série de etapas, desde a época em que os sistemas eram
predominantemente centralizados até a criação dos sistemas distribuídos. Essa evolução tornou ainda mais necessário o
conhecimento de suas vantagens e parâmetros durante o processo de implantação de uma rede industrial.
Objetivos
Apontar as vantagens das redes de campo.
Comparar os sistemas centralizados e distribuídos, e sistemas proprietários e abertos;
Comparar os sistemas centralizados e distribuídos, e sistemas proprietários e abertos;
Palavras iniciais
As redes de controle industrial são o resultado da evolução e da
so�sticação de um processo observado desde antes da criação da
eletrônica: a produção industrial.
Ao longo dos séculos, grandes inovações tecnológicas permitiram o desenvolvimento das indústrias e consequentemente do
processo produtivo:
Século XVIII
No século XVIII, foram desenvolvidos grandes sistemas mecânicos, que ajudaram a alavancar a revolução industrial;
Século XIX
O século XIX foi considerado a era das máquinas a vapor, tecnologia que foi de extrema importância para o aumento da
capacidade produtiva das indústrias;
Século XX
Já no século XX, as principais conquistas tecnológicas estiveram relacionadas à capacidade de aquisição, transmissão
e processamento de informações.
1940
Até a década de 1940, as plantas industriais eram operadas de maneira manual com o uso de um grande número de
trabalhadores. Eles faziam uso de alguns poucos instrumentos mecânicos elementares, a partir dos quais realizavam
controle local de toda a planta industrial.
1960
Apenas na década de 1960 começou a ser empregado o termo automação, neologismo criado por setores de
marketing das indústrias com o objetivo de enfatizar a participação de computadores no controle automático industrial.
A palavra automação descreve um conceito amplo, envolvendo um conjunto de técnicas de controle a partir das quais é criado
um sistema capaz de fornecer a resposta ou ação adequada, em função das informações que ele recebe do processo em que
está atuando. Assim surgem as redes industriais.
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As redes de automação industrial ou redes industriais surgiram como uma
forma de integrar os processos e sistemas de uma indústria, tornando os
processos produtivos mais e�cientes. Um sistema industrial pode ser
centralizado ou distribuído. Quando centralizado, ele depende de uma
central de comando ou de um computador central para gerenciar e
comandar todos os processos.
Esses sistemas centralizados representam um custo mais elevado para a implantação da rede, devido ao maior gasto com
estruturas como cabeamento. Além disso, o processo de expansão de um sistema centralizado é altamente complexo,
principalmente quando comparado ao processo de expansão de um sistema distribuído. Dessa forma, os sistemas distribuídos
possuem consideráveis vantagens:
01 Ausência da dependência de uma central de comando;
02 Facilidade de instalação, operação, manutenção e ampliação;
03 Possibilidade do uso de ferramentas de diagnóstico distribuídas pela rede;
04 Redução do custo de instalação;
05 Possibilidade da interligação de equipamentos de diferentes fabricantes.
Assim, as redes industriais utilizadas são essencialmente sistemas distribuídos, ou seja, diversos elementos trabalham de
forma simultânea a �m de supervisionar e controlar um determinado processo. Esses elementos (sensores, atuadores, CLPs,
CNCs, PCs etc.) necessitam estar interligados para que possam trocar informações de forma rápida e precisa.
Inicialmente os sistemas existentes eram baseados em controladores de malha única de realimentação (Single-Loop
Controllers – SLC). Já nos anos 1960 surgiram os sistemas de controle digital direto (Direct Digital Controller – DDC). Desde
essa época, o desenvolvimento do controle industrial é altamente in�uenciado e dependente do avanço na tecnologia dos
microprocessadores e microcontroladores, os quais possibilitam que os sistemas se tornem cada vez mais distribuídos.
As redes distribuídas existem desde antes da revolução da eletrônica digital, que proporcionou o surgimento do DDC. A
principal diferença é que não tinham um funcionamento integrado – muito pelo contrário, funcionavam de forma
desorganizada, através de um conjunto de malhas de controle independentes.
Inicialmente o uso do computador no controle de processos foi obrigatoriamente centralizado, devido ao elevado custo desses
equipamentos na época em que começaram a ser utilizados. O controlador era �xado próximo à unidade que ele controlava, e
assim o operador, estando em um ponto de controle, não tinha informações do que ocorria no resto da planta industrial.
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 Shutterstock Por Jenson
Um marco importante para o desenvolvimento das redes industriais foi o desenvolvimento dos transistores: a partir deles
passou a ser possível levar os sinais da variável de processo até́ uma sala de controle central onde os controladores realizavam
as devidas correções e os sinais retornavam ao campo para atuar nos elementos �nais de controle.
Inicialmente em uma fábrica não existia somente uma central de controle, mas sim várias. Cada central de controle
concentrava informações sobre determinada área da planta industrial. Podemos perceber que não existia uma integração de
todas as informações das variáveis da planta industrial. Assim, um operador, estando em um ponto de controle, não tinha
informações do que estava ocorrendo no resto da planta. Atualmente o uso dos DDCs é praticamente nulo.
 Transitores – Shutterstock - Por pockethifi
Sistemas de controle distribuído
Na década de 1990, surgiram os sistemas digitais de controle distribuído (SDCD). O SDCD tem como principal função o
controle de processos de forma a permitir uma otimização da produtividade industrial, estruturada na diminuição de custos de
produção, melhoria na qualidade dos produtos, precisão das operações e segurança operacional.
Atenção
Esses sistemas possuem processadores e redes redundantes, permitindo uma descentralização do processamento de dados e
decisões, através do uso de unidades remotas na planta. Outro diferencial desse sistema é a possibilidade de oferecer uma
interface homem-máquina (IHM), que possibilita o interfaceamento com controladores lógicos programáveis (CLP), controladores
PID, equipamentos de comunicação digital e sistemas em rede.
Nos SDCD puderam ser usados DDCs com tecnologias mais avançadas, implementando um grande número de malhas de
controle em um único computador, o que centralizou um conjunto de informações e funções de controle. Esses DDCs são
conectados via um barramento de comunicação de dados que inclui ainda um sistema supervisório.
Apesar de ter sua denominação como redes industriais, esse tipo de sistema é utilizado em diversas áreas que necessitam de
algum tipo de automação:
01 Usinas de geração elétrica e redes de abastecimento elétrico;
02 Sistemas de controle de meio ambiente;
03 Semáforos;
04 Sistemas de automação residencial;
05 Sistemas de tratamento de água;
06 Re�narias de petróleo;
07 Usinas químicas;
08 Indústria farmacêutica;
09 Redes de sensores de monitoramento meteorológico;
10 Indústria de metalurgia.
À medida que surgiram os sistemas de redes de automaçãoindustrial,
diversos protocolos foram desenvolvidos. Entretanto, alguns deles tinham
seu uso restrito por serem proprietários, ou seja, por pertencerem a uma
determinada empresa. Já outros, por serem abertos, possibilitavam sua
utilização de maneira livre.
Além disso, protocolos como o MODBUS eram inicialmente proprietários, porém tiveram seu uso liberado, tornando-se
protocolos abertos. Essas redes de campo passaram também a ser divididas em cinco níveis:
Clique nos botões para ver as informações.
estão presentes a maior parte dos dispositivos de campo como atuadores e sensores;
Primeiro nível 
caracterizado como um nível de controle. Nele estão presentes equipamentos que realizam o controle automatizado da
planta, como, por exemplo, controladores lógicos programáveis e relés;
Segundo nível 
destinado principalmente aos processos de supervisão e otimização da planta;
Terceiro nível 
destinado ao gerenciamento e planejamento de toda a planta;
Quarto nível 
responsável pelo gerenciamento de toda a empresa. Aqui são realizados os processos de gestão �nanceira, planejamento
de produção e administração de recursos. As decisões tomadas neste nível necessitam de dados obtidos a partir dos
outros níveis
Quinto nível 
Para que essas redes de automação industrial sejam planejadas e instaladas, devem-se levar em conta algumas variáveis.
Assim, para garantir que uma rede de comunicação e controle atenda às necessidades da planta industrial, devem ser
consideradas as seguintes variáveis:
Taxa de transmissão;
Topologia física da rede;
Meio de transmissão (guiado ou não);
Tecnologia de comunicação;
Algoritmo de acesso ao barramento
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Além disso, é necessário atentar aos fatores que viabilizam a instalação da
rede, como:
Compatibilidade da rede com a planta;
Custo de instalação do projeto;
Facilidade de instalação, con�guração e expansão do sistema;
Manutenção;
Quantidade de dispositivos;
Disponibilidade de produtos e segurança.
Atividades
1. A partir do século XX, as principais conquistas tecnológicas estavam relacionadas principalmente a que fatores?
a) Ao aumento progressivo das jornadas de trabalho, visto que foi verificado que os funcionários poderiam ser produtivos por uma
quantidade maior de horas por dia.
b) À capacidade produtiva bruta proveniente de máquinas cada vez maiores e com maior volume de produção.
c) À capacidade de coleta, transmissão e processamento de informações.
d) À busca de novos locais de instalação para indústrias, visto que as grandes cidades começaram a proibir grandes construções.
e) Ao desenvolvimento de sistemas a vapor mais modernos e precisos para aprimorar a qualidade dos produtos.
2. Qual é o principal motivo de haver um único computador central no início da aplicação de computadores nas plantas
industriais?
a) A velocidade de processamento.
b) O tamanho dos computadores.
c) O custo elevado desse equipamento.
d) A dificuldade de importação.
e) A dificuldade de contratar mão de obra especializada.
3. A partir dos conhecimentos sobre redes industriais obtidos até esta etapa da aula, indique a alternativa que identi�ca de
maneira correta quais a�rmativas estão corretas e quais são falsas.
( ) Em uma planta industrial, existia sempre apenas uma central de controle.
( ) Em uma planta industrial com mais de uma central de controle, os sistemas sempre são distribuídos e as centrais
interligadas.
( ) As plantas industriais utilizavam sistemas centralizados para minimizar os gastos com cabeamento.
( ) O desenvolvimento dos microcontroladores tornou os sistemas cada vez mais distribuídos.
( ) A redução dos custos de instalação é uma das vantagens do uso de sistemas distribuídos.
( ) O procedimento de expansão de um sistema centralizado é altamente complexo.
a) F – F – V – V – V – V
b) V – F – V – F – F – F
c) F – F – F – V – V – V
d) F – F – F – F – V – V
e) V – V – V – V – F – F
4. Como vimos até o momento as redes de automação não são aplicadas apenas na indústria. Marque a opção que NÃO
corresponde a uma área de utilização dessas redes de automação:
a) Usinas químicas
b) Artes plásticas
c) Automação residencial
d) Refinarias de petróleo
e) Usinas eólicas
5. À medida que os sistemas de redes de automação industrial evoluíram e se desenvolveram, sua estruturação se tornou mais
complexa. Assim, essas redes passaram a ser divididas em cinco níveis. Como podemos caracterizar o segundo nível?
a) Pode ser caracterizado como o nível de sensores e atuadores.
b) Pode ser caracterizado como o nível de mais alta supervisão, gerenciando a empresa como um todo.
c) Pode ser caracterizado como um nível de supervisão.
d) Pode ser caracterizado como um nível de controle.
e) Pode ser caracterizado como um nível de planejamento.
6. Para que as redes de automação industrial sejam planejadas e instaladas, algumas variáveis devem ser levadas em
consideração. Marque a alternativa que não corresponde a uma dessas variáveis:
a) Topologia física de rede.
b) Meio de transmissão.
c) Taxa de transmissão.
d) Algoritmo de acesso ao barramento.
e) Localização do estabelecimento.
7. Os sistemas digitais de controle distribuído têm como principal função o controle de processos de forma a permitir uma
otimização da produtividade industrial, estruturada na diminuição de custos de produção, melhoria na qualidade dos produtos,
precisão das operações e segurança operacional. Quando surgiram os sistemas digitais de controle distribuído?
a) Década de 1940
b) Década de 1990
c) Década de 1980
d) Década de 1950
e) Década de 1970
8. A implantação das redes industriais possui diversos benefícios para as empresas, trazendo inclusive modi�cações em sua
concepção. Qual das alternativas não corresponde a um benefício dessa utilização:
a) Redução de custos de produção.
b) Melhor aproveitamento de matéria-prima.
c) Aumento do risco para os trabalhadores.
d) Melhoria na qualidade dos produtos.
e) Aumento da segurança nas indústrias.
9. O uso de redes em indústrias mostra a importância das interconexões no mundo atual. Isso evidencia a necessidade cada vez
maior de comunicação entre pessoas e até mesmo dispositivos. Nesta era, qual é o principal patrimônio que se tem?
a) Os dispositivos de comunicação.
b) Os padrões.
c) A informação.
d) Os meios de transmissão.
e) A tecnologia de transmissão.
Notas
Referências
BERGE, J. Fieldbuses for Process Control: Engineering, Operation and Maintenance. Research Triangle Park, NC: ISA, 2002.
CHEN, D.; MOK, A. K. Developing New Generation of Process Control Systems. In: IEEE Real-Time Embedded System Workshop.
San Diego, 2001.
COGHI, M. A. Critérios para seleção de redes para automação industrial. In: Revista Mecatrônica Atual, n. 11, set. 2003. São
Paulo.
MORAES, C. C. de; CASTRUCCI, P. L. Engenharia de Automação Industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
REYNDERS, D.; MACKAY, S.; WRIGHT, E. Practical Industrial Data Communications. Best Practice Techniques. Newnes: Elsevier,
2005.
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Meios de comunicação
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