Aula 6

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Redes Industriais e Sistemas Supervisórios
Aula 6: Barramentos e protocolos mais utilizados – parte 2
Apresentação
As redes industriais ganham a cada dia mais importância no meio industrial, ao ponto que as indústrias que desejam se
manter competitivas e e�cientes devem buscar acompanhar o desenvolvimento desta tecnologia.
Com a modernização dos processos e equipamentos, a quantidade de informações dentro de uma indústria aumenta a
cada dia. Para que essas informações circulem de maneia e�ciente, com a velocidade necessária, por exemplo, os
protocolos de rede são constantemente aprimorados.
Entre estes protocolos é possível citar alguns como o protocolo Foundation Fieldbus, o INTERBUS, o PROFIBUS e o AS-i.
Objetivos
Descrever os protocolos Foundation Fieldbus, INTERBUS, PROFIBUS e AS-i;
Analisar as principais características dos protocolos Foundation Fieldbus, INTERBUS, PROFIBUS e AS-i;
Comparar os protocolos Foundation Fieldbus, INTERBUS, PROFIBUS e AS-i.
Foundation Fieldbus
A Foundation Fieldbus (FF) é um padrão aberto o qual engloba diversas tecnologias aplicadas no controle de processos e
automação industrial:
1
Processamento distribuído
2
Diagnóstico avançado
3
Redundância
A FF é um sistema heterogêneo e distribuído. O sistema é composto
por softwares de con�guração e supervisão, equipamentos de campo,
interfaces de comunicação e supervisão e usa como fonte de
alimentação a própria rede de conexão.
Os equipamentos de campo têm como uma de suas principais funções executar a aplicação de controle e supervisão do
usuário que foi distribuída pela rede. Esta função pode ser descrita como sendo a principal diferença entre FF e outras
tecnologias como Hart ou Pro�bus, as quais tem uma dependência de um controlador central para executar os algoritmos.
Algumas características do sistema analógico 4 – 20mA foram mantidas
pelo FF:
• Interface física padronizada do cabeamento;
• Dispositivos alimentados por um único par de cabos;
• Opções de segurança intrínseca.
Apesar destas características mantidas do sistema 4 – 20mA a FF também oferece alguns benefícios adicionais e
funcionalidades aos usuários.
O padrão FF segue o padrão IEC 61158 e apresenta dois tipos de aplicação: H1 e HSE.
FF H1
No tipo FF H1, observa-se uma rede de
transmissão de dados em tempo real para
comunicação com equipamentos de
instrumentação e controle de plantas
industriais.
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
FF HSE
Já no tipo FF HSE (High Speed Ethernet)
pode ser observada uma rede de
transmissão mais veloz, a qual pode
trabalhar a 100Mbits/s.
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01 Alimentação pelo par de cabos do sistema e possibilidade de segurança intrínseca para uso em áreas perigosas;
02 Estruturação com topologia em barramento ou árvore, podendo fazer uso de múltiplos mestres no barramento decomunicação;
03 Comportamento determinístico, mantendo a redundância em vários níveis;
04 Interfaces padronizada para facilitar a interoperabilidade;
05 Possibilidade de modelagem de aplicações a partir do uso de linguagem de blocos funcionais;
06 Recomenda-se o uso de cabos de par trançado com blindagem STP.
Atenção
Neste protocolo cada nó deve possuir seu próprio endereço (o endereço atual que o segmento está́ utilizando para o dispositivo).
Além disso, cada dispositivo deve possuir um tag de endereço físico único e seu endereço de rede correspondente.
Interbus
O Interbus foi uma das primeiras plataformas FieldBus a adquirir
popularidade. Este protocolo continua a ser popular, principalmente
por causa da sua versatilidade, velocidade, capacidade de diagnóstico
e autoendereçamento.
Neste protocolo, cada nó escravo tem dois conectores, um para receber dados e outro que passa o dado para o próximo
escravo. A informação de endereçamento não está contida neste protocolo. Os dados neste protocolo são passados na rede de
uma maneira circular e o mestre é capaz de determinar que nó está sendo lido ou escrito. Isso é realizado a partir da
identi�cação da sua posição no anel. Portanto, o protocolo tem uma sobrecarga mínima.
Para instalações típicas que incorporam algumas dezenas de nós, e talvez uma dúzia de entradas e saídas por nó, poucos
barramentos são tão rápidos quanto o Interbus. Devido a sua topologia, o Interbus tem duas outras vantagens:
1
Um mestre pode ser con�gurado sozinho devido à
topologia em anel
2
Possibilidade de se obter informações precisas sobre a
falha ocorrida.
O uso do Interbus facilita de maneira signi�cativa o uso de entradas e saídas digitais e analógicas. O canal PCP é um
mecanismo pelo qual transferências de blocos de dados podem ser encapsuladas no protocolo Interbus sem interferir na
transmissão normal de dados de entrada e saída. O Interbus é comumente encontrado em máquinas de montagens, solda e
manipulação de materiais.
Exemplo
Outros exemplos onde pode ser veri�cado o uso do Interbus:
Sensores multientrada;
Válvulas pneumáticas;
Leitores de código de barras;
Drivers;
Interfaces com o operador.
Como citado acima, este protocolo possui a capacidade de autoendereçamento, o que facilita seu processo de inicialização.
Uma desvantagem veri�cada é o fato de um erro na conexão poder levar à desabilitação de toda a rede. Também se apresenta
a capacidade limitada de transmitir pacotes de dados consideravelmente grandes.
A tabela a seguir apresenta algumas características do protocolo Interbus:
Empresa responsável Phoenix Contact
Ano de criação 1984
Topologia Shift Register de alta velocidade
Número máximo de escravos 256
Meios de transmissão Cabo de par trançado, fibra ótica, anel slip ou infravermelho
Conectores D-Shell de nove pinos e DIN circular de 23 mm
Distância de transmissão 400 m por seguimento com um total de 12,8 km
Taxa de transmissão 500 kbps
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PROFIBUS (Process Field Bus)
O PROFIBUS surgiu em 1987 na Alemanha a partir de uma iniciativa conjunta de fabricantes e usuários juntamente com o
governo alemão. Este protocolo segue normas bem delimitadas através da norma DIN 19245, seguindo a norma europeia
Cenelec EM 50170 e as normas IEC61158 e IEC61784.
O protocolo PROFIBUS é um protocolo aberto utilizado em plantas industriais para diversas aplicações em automação de
processos. Este protocolo destaca-se por atuar nos diversos níveis do processo industrial: ambiente de fábrica, processo e
gerência.
Ele oferece características diversas de protocolos de comunicações, as quais são observadas nos tipos descritos a
seguir:
• PROFIBUS DP (Descentralized Peripherical): é o mais usado dentre os protocolos, ele é caracterizado pela
velocidade, e�ciência e baixo custo de conexão. Foi projetado especialmente para comunicação entre sistemas de
automação e periféricos distribuídos;
• PROFIBUS FMS (Field Message Speci�cation): é um protocolo de comunicação geral para as tarefas de
comunicações solicitadas. FMS oferece muitas funções so�sticadas de aplicações para comunicação entre
dispositivos inteligentes;
• PROFIBUS PA (Process Automation): Este protocolo de�ne os parâmetros e blocos de funções dos dispositivos de
automação de processo, tais como transdutores de medidas, válvulas e IHM (Interface Human Machine);
• PROFINet (Pro�bus for Ethernet): Comunicação entre CLPs e PCs usando Ethernet/TCP-IP;
• PROFISafe: para sistemas relacionados a segurança;
• PROFIDrive: para sistemas relacionados a controle de movimento.
Os meios de transmissão mais aplicados nos protocolos PROFIBUS são:
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
1
RS-485
Destaca-se por utilizar um cabo de par trançado,
possibilitando taxas de transmissão de até́ 12Mbps;
2
RS-485-IS
É um meio de transmissão a 4 �os para uso em instalações
de risco;
3
MBP (Manchester Code Bus Powered)
É um meio de transmissão usado em aplicações na
automaçãode processos que necessitem de alimentação
através do barramento e segurança intrínseca dos
dispositivos;
4
Fibra Ótica
É́ utilizada em áreas com alta interferência eletromagnética
ou onde grandes distâncias são necessárias.
Comparação entre os meios de transmissão
MBP RS485 RS485-IS Fibra Ótica
Taxa de
transmissão
31,25kbps 9,6 a 12000kpbs 9,6 a 1500kbps 9,6 a 12000kpbs
Cabeamento STP STP STP – 4 fios Fibra monomodo ou
multimodo
Alimentação Opcional (cabo do sinal) Opcional (cabo adicional) Opcional (cabo adicional) Opcional (linha híbrida)
Topologia Barramento ou árvore Barramento Barramento Estrela, barramento ou
anel
Número de
estações
32 por segmento, 126
por rede
32 sem repetidor, 126 com
repetidor
32 sem repetidor, 126 com
repetidor
126 por rede
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
O protocolo PROFIBUS utiliza um modelo de comunicação mestre-escravo. Este modelo pode utilizar apenas um mestre
(monomestre) ou múltiplos mestres (multimestre). Para que seja possível utilizar o modelo multimestre, faz-se necessário o
uso do token.
O token controla o acesso dos mestres ao barramento. A comunicação entre os mestres e os escravos é feita através do
processo de varredura. Versões mais avançadas permitem a comunicação acíclica entre mestres e escravos, além da
possibilidade de comunicação entre os escravos, o que diminui o tempo de resposta na comunicação.
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AS-I (Actuator Sensor Interface)
A tecnologia AS-I foi desenvolvida por um consórcio de 11 empresas
europeias e introduzido no mercado em 1993. Esta interface prometia
uma solução inovadora para o controle de sensores e atuadores em
redes industriais. Inicialmente foi concebida para interligar via rede
elementos periféricos que requerem uma informação mínima para
operar, como sensores e atuadores.
A AS-I utiliza o princípio do cabo comum, onde são conectados todos os elementos periféricos. O cabo é composto por dois
condutores não blindados e é utilizado também para alimentação dos escravos, podendo ter até́ 100 metros de comprimento.
Através do uso de repetidores é possível expandir esse comprimento até 500 metros. A tecnologia AS-I é compatível com a
maioria dos barramentos de campo ou rede. Existem gateways para ligação a CAN/Open, Pro�bus, Interbus, FIP, LON, RS485,
RS232 e E/S remotas. Esta tecnologia foi desenvolvida de acordo com as normas europeias EN50295, IEC 62026-2.
A AS-I foi desenvolvida como um sistema mestre/escravo utilizando apenas um mestre por rede para controlar a troca de
dados. O mestre executa uma varredura cíclica dos escravos, de maneira a solicitar uma resposta de cada escravo de maneira
sequencial. O mestre possibilita as funções de diagnóstico, monitoramento contínuo da rede, reconhecimento de falhas e
atribuição de endereço correto quando um nó é removido para manutenção.
Atenção
Duas versões da AS-I foram desenvolvidas: a versão 2.0 e a versão 2.1. A versão 2.0 suporta até 31 escravos em um barramento.
Como cada escravo pode ter 4 entradas ou saídas, o número máximo de elementos binários que podem ser ligados aos escravos
é de 124. A varredura completa dos 31 escravos, atualizando todas as 124 entradas e saídas requer aproximadamente 5ms.
A tabela apresenta as principais características das duas versões:
Versão 2.0 Versão 2.1
Número máximo de escravos 31 62
Tempo máximo do ciclo 5ms 10ms
Transmissão Dados e energia Dados e energia
Dados 16 bytes para dados digitais e analógicos 124 bytes para dados analógicos
Distância máxima de cabos 100 m sem repetidor e 500 m com repetidor 100 m sem repetidor e 500 m com repetidor
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Além disso, a AS-I possibilita a troca ou adição de escravos durante uma situação normal de operação, sem afetar na
comunicação com os outros nós. Cada dispositivo tem um endereço único na rede.
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Atividades
1. O protocolo Foundation Fieldbus segue qual dos padrões abaixo?
a) IEC 61158.
b) DIN 19245.
c) IEC61784.
d) EN50295.
e) IEC 62026.
2. Qual o número máximo de escravos no protocolo INTERBUS?
a) 16.
b) 512.
c) 64.
d) 128.
e) 256.
3. O protocolo PROFIBUS surgiu em qual país?
a) França.
b) Alemanha.
c) EUA.
d) Brasil.
e) Inglaterra.
4. Na versão 2.0 da tecnologia AS-I, qual o tempo máximo de um ciclo?
a) 5ms.
b) 10ms.
c) 20ms.
d) 1ms.
e) 15ms.
Notas
FF H1 - Continue lendo...1
Entre esses equipamentos podem ser observados transmissores atuadores e controladores, podendo ser utilizados em
aplicações que tenham demanda de especi�cações com relação aos requisitos de segurança. A taxa de transmissão veri�cada
é de 31,25kbps e interconecta dispositivos de campo.
FF HSE – Continue lendo...2
Este tipo também fornece integração de controladores de alta velocidade (CLP), servidores, subsistemas FF por meio de
dispositivos de acoplamento e estações de trabalho.
Referências
______. PROFIBUS Brochure. Technical Description - Order-No. 4.002, September 19
99.
BORGES, F. Redes de Comunicação Industrial - Documento técnico n. 2. Edição de Setembro de 2007. Schneider Electric.
Disponível em: //www.schneiderelectric.pt/documents/productservices/training/doctecnico_redes.pdf. Acesso em: 13 set. 2019
MORAES, C. C.; CASTRUCCI, P. L. Engenharia de Automação Industrial. 2. ed. LTC, 2007.
PERES FILHO, G.F.; MATA, R. S. Tecnologia Foundation Fieldbus. In: Revista Mecatrônica Atual. São Paulo, ed. 18, p. 80-84,
out/nov. 2004.
SOUZA, F. C. Foundation Fieldbus. 2004. 69p. Monogra�a (Engenharia de Automação). Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo. São Paulo, 2004.
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