4 - CAI - REDES INDUSTRIAIS [SLIDES]

Prévia do material em texto

09/04/2023
1
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA /MECATRÔNICA 
Controle e Automação Industrial
Redes Industriais
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
O que são Redes Industriais e para que servem?
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Redes industriais são formas de comunicação automatizada para gerenciar os
processos industriais. Podem ser utilizados equipamentos como: atuadores,
computadores, máquinas, sensores e interfaces.
Eles transmitem informações, compartilhando dados entre si. Esta tecnologia
pode ser adaptada para cada empresa.
Tal controle de informações torna-se necessário visto o grande fluxo de
atividades realizadas diariamente nas indústrias.
09/04/2023
2
Como funcionam as redes industriais?
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
As redes industriais fazem parte do conceito de automação industrial e
consistem na implantação de protocolos de comunicação para
supervisionar e gerenciar processos, com troca rápida e precisa de
informações entre sensores, computadores, máquinas, atuadores, entre
outros equipamentos.
As redes industriais podem atuar em diferentes níveis, desde o chão de
fábrica até os setores administrativos das industrias. Elas servem para
interligar diversos equipamentos que executam tarefas automatizadas.
A coleta de dados é muito importante para termos uma planta industrial
eficiente. Todo sistema de controle industrial necessita dessa ação para
processar as variáveis de processo.
Como funcionam as redes industriais?
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Um maneira apropriada de coletar dados é a partir de uma rede de comunicação,
que necessita de poucos cabos para fazer os acionamentos. Assim, um meio físico
praticamente único trabalha com diversas variáveis, formando uma rede industrial.
09/04/2023
3
Quais são as vantagens do uso de redes industriais?
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Há inúmeras vantagens de trabalhar com uma rede de comunicação na
indústria. A comunicação em rede facilita, reduz custos e gera confiabilidade em
todas as etapas do processo produtivo.
Com o uso das redes industriais, obtêm-se benefícios como:
 Diagnóstico de problemas em tempo real, possibilitando a correção rápida de
desvios e falhas decorrentes da produção;
 Redução de tempos ociosos e de parada;
 Diminuição de gastos com energia e instalações elétricas;
 Gerenciamento remoto;
 Aumento de produtividade e de qualidade na fabricação, com o processo
industrial fluindo melhor, graças à troca de informações rápida e ágil.
 A fábrica torna-se mais segura, já que atividades mais complexas são
realizadas por equipamentos, e não mais por mão de obra humana.
REDES E SUAS CAMADAS - MODELO OSI 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
OSI é a sigla para Open Systems Interconnection – ou Sistemas Abertos de
Interconexão, em português. Basicamente, esse modelo consiste em um padrão
para os protocolos de rede. Em síntese, ele determina quais regras de
comunicação devem ser seguidas para a conexão entre dois ou mais
computadores/dispositivos.
Modelo OSI divide as funções em 7 camadas, são elas: 
09/04/2023
4
REDES E SUAS CAMADAS - MODELO OSI 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Camada Física – esta camada descreve a tecnologia de transmissão dos dados,
a pinagem dos conectores e os parâmetros técnicos e elétricos que devem ser
cumpridos. É nesta camada que ocorre o transporte dos dados representados por
um conjunto serial de bits entre dois dispositivos, via um suporte de transmissão,
que são os meios físicos. A camada Física não interpreta os dados; ela somente
passa os dados para a Camada de Enlace.
Camada de Enlace – aqui é feita a detecção e correção de erros, controle do
fluxo de dados e controle de acesso ao meio, por exemplo, quando há passagem
de token. Isso significa que apenas terá direito de acessar o barramento quem
possuir o token….isso garante que não haverá nenhuma colisão entre os pacotes
que trafegam pelo barramento.
Camada de Rede – cuida da rota que os dados devem seguir e fazem um
controle de congestionamento dos meios de transmissão.
REDES E SUAS CAMADAS - MODELO OSI 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Camada de Transporte – sua função é garantir que a transferência dos dados
seja feita de forma segura e econômica, entre origem e destino.
Camada de Sessão – cuida da sincronização entre máquinas para que se possa
fazer longas transferências de dados.
Camada de Apresentação – esta camada cuida do conteúdo dos dados, sendo
possível alterá-los.
Camada de Aplicação – é nesta camada que é feita a interface entre a máquina
e o usuário.
09/04/2023
5
Principais tipos de redes industriais
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Nas redes industriais existem vários protocolos que transportam os dados. Cada
um tem suas características específicas.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Principais tipos de redes industriais
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Também possuem determinado número de camadas que realizam as ações
necessárias para transportar os dados.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
6
Protocolos transporte dados mais difundidos na indústria nacional
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Sensorbus - Este protocolo de comunicação leva dados de atuadores e sensores
digitais aos CLPs (Controladores Lógicos Programáveis).
Geralmente transmite dados de baixas dimensões. Comunica-se rapidamente
com dispositivos por meio de sinais discretos. Cobre pequenas distâncias.
Devicebus - As redes do tipo Devicebus interligam os controladores industriais.
Transmitem dados em formato de bytes e cobrem distâncias de até 500m.
Muito usadas com servo motores e outros equipamentos escravos.
Fieldbus - Aceita um nível maior de transmissão de informações, como
parâmetros e programas.
É capaz de conectar um número maior de equipamentos, a distâncias também
maiores. Este protocolo contém as camadas OSI – sigla em inglês para Open
System Interconnection (Sistema Aberto de Interconexão).
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
REDES DIGITAIS
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
redes de sensores ou Sensorbus - são redes apropriadas para interligar
sensores e atuadores discretos tais como chaves limites (limit
switches),contatores, desviadores, etc.;
redes de Dispositivos ou Devicebus - são redes capazes de interligar
dispositivos mais genéricos como CLPs, outras remotas de aquisição de dados e
controle, conversores AC/DC, relés de medição inteligentes, etc.;
redes de Instrumentação ou Fieldbus - São redes concebidas para integrar
instrumentos analógicos no ambiente industrial, como transmissores de vazão,
pressão, temperatura, válvulas de controle, etc.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
7
Protocolos transporte dados mais difundidos na indústria nacional
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Rede Ethernet - Amplamente utilizada,esta tecnologia é considerada simples,
eficiente e de baixo custo. Ela aceita atuar com diversos protocolos de
comunicação.
Além do uso industrial, também é bastante adotada em âmbito doméstico.
Trabalha enviando e recebendo pacotes de dados.
Necessita de componentes como switches, gateways e firewalls, entre outros.
Este tipo de rede está em constante evolução.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Qual tipo de rede escolher?
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
A arquitetura a ser utilizada vai influenciar diretamente no sucesso do sistema
para alcançar os objetivos de desempenho, modularidade, expansibilidade, etc.
(SEIXAS FILHO, 2002). Portanto, é de extrema importância a escolha da
arquitetura apropriada.
09/04/2023
8
ARQUITETURA REDES DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
REDE DE GERENCIAMENTO 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
Nas grandes empresas, é comum a escolha de um backbone de grande
capacidade para interligação dos sistemas de ERP (Enterprise Resource
Planning), Supply Chain (gerenciamento da cadeia de suprimentos), e EPS
(Enterprise Production Systems), nível 4 camada gerenciamento .
Este backbone pode ser representado pela rede ATM ou GigaEthernet ou
mesmo por uma Ethernet 100-BaseT, utilizando como meio de transmissão cabo
par trançado nível 5. Esta última rede vem conquistando um espaço crescente no
segmento industrial, devido ao baixo custo e à sua simplicidade.
 Backbones são como estradas que conectam as cidades (redes menores),
responsáveis pelas ruas (sua conexão), ou seja, são redes que possibilitam a
conexão de dispositivos que podem ser um computador doméstico ou um
servidor distante.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
9
BACKBONE
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
Backbone é a espinha dorsal da internet, a coluna ou troncal de vários pontos de
conexão. Como no corpo humano, um backbone conecta e sustenta os seus
membros, aqui entendidos como servidores distantes.
Um backbone designa o esquema de ligações centrais de um sistema mais
amplo, tipicamente de elevado desempenho.
 O backbone deve ser concebido com protocolos e interfaces apropriados ao
débito que se pretende manter.
 Por exemplo, se um operador deseja fornecer 10 linhas de 1Mbit com garantia
de qualidade de serviço, o backbone terá que ser, obrigatoriamente, superior a
10Mbit (fora uma margem especial de tolerância)
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
CARACTERÍSTICAS REDE GIGA ETHERNET
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
O padrão Gigabit Ethernet é primariamente um padrão de camada física (PHY -
Physical Layer) e de controle de acesso à mídia (MAC – Media Access
Control), especificando a camada de Enlace (Layer 2) do modelo OSI, enquanto
que os protocolos das camadas superiores como o TCP e o IP especificam
porções das camadas de Transporte (Layer 4) e de Rede (Layer 3). Este padrão é
a base para comunicação ponto-a-ponto entre os equipamentos de rede.
A Gigabit Ethernet é uma conexão com suporte para velocidades mais rápidas
de dados. O outro nome que recebe é 10/100/1000, pois suporta conexões
nominais de até 1000Mbps ou 1Gbps.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
10
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
REDE DE CONTROLE 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
Interliga os sistemas industriais de nível
III ou sistemas SCADA (Supervisory
Control And Data Acquisition) aos
sistemas de nível II representados por
CLPs e remotas de aquisição de dados.
Alguns equipamentos de nível IV como
sistemas PIMS (Plant Information
Management System) e MES
(Manufacturing Execution System)
também podem estar ligados a este
barramento.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
11
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
CABOS DE REDE
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Existem, basicamente, três tipos de cabo de rede:
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.
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
CABOS DE REDE
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Fibra Óptica - Tipo de transmissão mais rápido que existe, converte o sinal de
dados em luz. O receptor, que recebe a luz, converte novamente esse sinal para
dados. Pode transmitir grandes quantidades de informação com uma atenuação
bastante baixa. Em compensação, é um tipo caro para compra e manutenção. Se
classificam em Monomodo (só pode atender um sinal por vez, apresentam menor
dispersão e podem possuir vários quilômetros entre um retransmissor e outro) e
Multimodo (vários sinais ao mesmo tempo, por isso é recomendado para
distâncias de, no máximo, 300 metros, visto que acima disso começam a ocorrer perdas.)
09/04/2023
12
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
Dispersão Modal
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Este tipo de dispersão só existe nas fibras multimodo, sendo provocada
basicamente pelos vários caminhos possíveis de propagação (modos) que a luz
pode ter no núcleo. Não ocorre dispersão modal em fibras monomodo, pois
apenas um modo de luz será guiado através da fibra.
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
CABOS DE REDE
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
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. Veja a seguir:
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 categoria anterior.
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 5.
CATEGORIA 5: É a mais utilizada, pois compatibiliza 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.
09/04/2023
13
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
CABOS DE REDE
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLEE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Cabo de par-trançado – Vantagens X Desvantagens
VANTAGENS
 Maior taxa de transferência de arquivos;
 Cabo barato;
 Baixo custo de manutenção;
 Flexível, ideal para locais em que é
necessário passar o cabo por paredes, etc.
DESVANTAGENS
 Comprimento de no máximo 100m. Acima
disso começam a ocorrer perdas;
 Baixa imunidade a interferência externas
(pode ser minimizada com blindagem, mas
o custo também aumenta).
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Cabo de par-trançado – Detalhes (Crossover x Direto)
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.
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
CABOS DE REDE
09/04/2023
14
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Cabo de par-trançado – Detalhes (Crossover x Direto)
A diferença "física" entre os dois tipos é a maneira como os cabos são dispostos
no conector RJ45.
MEIOS DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
CABOS DE REDE
REDE DE CONTROLE 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
As estações clientes se comunicam com seus servidores através da rede de
informação. As estações Servidores se comunicam com os CLPs através da
rede de controle.
A pouco tempo atrás o padrão mais utilizado era o Ethernet 10Base-T. Hoje o
padrão mais usado é o Ethernet 100Base-T.
Esta nova concepção de rede é denominada de rede Ethernet Industrial.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
15
REDE DE CONTROLE 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
DISPOSITIVOS DE REDE DE CONTROLE
Hubs versus Switches
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Hub apenas conecta vários dispositivos ethernet em um único segmento.
Hub equipamento pioneiro em possibilitar a instalação e a distribuição de cabos
para pontos individuais, acabando com a dependência do barramento único exigido
por cabos coaxiais, mas a ideia de propagar dados para todas as portas sem
nenhum controle limitou suas aplicações.
Hubs são fáceis de instalar, não oferecem tantos recursos mas custam mais
barato.
Switch permite endereça individualmente o tráfego e permite dividir o tráfego em
várias VLANs.
Switch é mais inteligente que um hub, principalmente ao determinar e encaminhar
o destino dos dados sem a necessidade de encaminhar o pacote de dados para
toda a rede.
Switches são equipamentos que exigem mais conhecimento para a instalação,
configuração, possuem maior desempenho e custam mais caro.
09/04/2023
16
DISPOSITIVOS DE REDE DE CONTROLE 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Switch
Hub
Servidores ERP SCADA MES
REDE DE CONTROLE 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
17
ARQUITETURA DE REDE ÚNICA
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
As redes de controle e informação também podem estar fundidas em uma rede
única. Esta topologia apresenta os seguintes inconvenientes:
▪ o tráfego na rede de controle é de natureza diversa do tráfego na rede de
informação, caracterizando-se por mensagens curtas e muito frequentes;
▪ o tráfego da rede de informação é em geral representado por arquivos maiores
transmitidos com baixa frequência;
▪ os requisitos de performance e segurança das duas redes também são
diferentes.
Embora este tipo de topologia seja muito utilizado, a topologia anterior é mais
recomendada por segmentar cada tipo de tráfego.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
ARQUITETURA DE REDE ÚNICA
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
18
REDES PROPRIETÁRIAS 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
Apesar da rede Ethernet ser hoje a preferida da área industrial muitas redes
proprietárias de concepção mais antigas são ainda muito usadas. Por exemplo a
rede DH+ (Data Highway Plus) da Rockwell.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
ARQUITETURAS DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Do ponto de vista de segurança, é interessante isolar o tráfego de controle do
tráfego de informação através de equipamentos de rede.
Hoje o equipamento mais utilizado para este fim é o Switch Ethernet e o padrão
mais utilizado é o 100Base-T.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
19
Definição - O que significa 100BASE-T?
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
100BASE-T é uma forma aprimorada de Ethernet 10BASE-T e um padrão de
rede usado para taxas de transferência de dados rápidas de até 100 Mbps.
O 100BASE-T é 10 vezes mais rápido que a Ethernet padrão e, como a
Ethernet padrão, segue a técnica de detecção de colisão / acesso múltiplo
Carrier Sense (CSMA / CD) para evitar colisão.
100BASE-T é um padrão IEEE 802.3u oficial que é usado para conectar nós ao
estabelecer uma rede local. Em 1998, a velocidade do sinal de 100BASE-T foi
substituída por Gigabit Ethernet.
100BASE-T é oficialmente conhecido como Fast Ethernet.
Redes locais Ethernet (padrão IEEE 802.3 e extensões) são compostas de
equipamentos que se comunicam, denominados estações (STA na padrão IEEE
802.3), de equipamentos que os interligam (hubs e switches), e do meio de
transmissão.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
ARQUITETURAS DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA
Além de evitar os problemas de divisão de banda, típico da arquitetura barramento, o
Switch segmenta a rede. O Switch assegura a criação de uma rede Ethernet livre de
colisões. Esta nova concepção de rede é denominada de Rede Ethernet Industrial.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
20
REDES DE CAMPO
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
Os CLPs são usados para ler os sensores discretos ou digitais e os valores dos
instrumentos analógicos. Caso uma rede digital não seja usada, os sinais de
campo serão conectados aos cartões de entrada e saída dos CLPs. Os sinais
discretos são codificados na faixa de 0 a 24Vcc ou 0-110Vac ou 0-220Vac. Já os
sinais analógicos são geralmente codificados na faixa de 0 a 20 mA ou de 0-10V.
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Rede de Campo
24vdc
509 -BOD
T
Redes de Campo
• Redução do custo da fiação e instalação do projeto,
• Comunicação bidirecional, permitindo configuração e calibração dos dispositivos,
• Distribuição de inteligência,
• Integração com diversos fabricantes,
• Normalmente possível conexão com até 1 centena de dispositivos,
• Velocidade normalmente na faixa de dezenas de Kbps, podendo atingir até 1 Mbps e
• Integraçãodo controlador ao sistema de atuação do equipamento.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
21
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Quais são os protocolos de comunicação mais comuns?
Ao longo dos anos, a tecnologia evoluiu, assim como os recursos ligados à
automação. Desde que essa alternativa se tornou viável, foram criados diversos
protocolos que viabilizam a comunicação entre as partes da Indústria 4.0.
A Indústria 4.0 é um conceito que representa a automação industrial e a
integração de diferentes tecnologias como inteligência artificial, robótica, internet
das coisas e computação em nuvem com o objetivo de promover a digitalização
das atividades industriais melhorando os processos e aumentando a
produtividade.
No parque industrial brasileiro, alguns protocolos são especialmente mais
usadas. A seguir, veja quais são os que recebem maior destaque.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Quais são os protocolos de comunicação mais comuns?
1 – Modbus - Ele é bastante utilizado para a transferência de dados entre
dispositivos e ajuda a estabelecer uma hierarquia, o que o faz funcionar com
servos motores. Também é ideal para o uso da comunicação sem fio, além de ser
considerada uma possibilidade padrão e de ser gratuito.
O controlador lógico programável (PLC ou CLP) é uma espécie de pequeno
computador que permite a programação e a execução dos códigos de automação.
Nesse sentido, o protocolo mais adotado é o Modbus.
2 – CANopen - Com estrutura em barramento, esse protocolo é uma opção
moderna, funcional, barata e segura.
Como o Modbus, também é muito usado em CLPs, por conta de sua robustez e
simples parametrização, além da alta compatibilidade.
Mais veloz que o protocolo anterior, o CANopen é multimestre e não exige um PC
host, escolhido para aplicações simples e complexas.
09/04/2023
22
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Quais são os protocolos de comunicação mais comuns?
3 – Devicenet - Protocolo aberto que atua com aparelhos analógicos e digitais, o
Devicenet é uma alternativa para economizar e fazer trocas rápidas entre pontos.
Utiliza a estrutura CAN, porém, consegue interligar controladores industriais, em
sistemas de automação. Também é ideal para servo motores e outros
equipamentos com relação de escravidão robótica.
4 – Hart - O protocolo Hart faz comunicação digital bidirecional usando loops de
corrente analógica. Auxilia na calibração e no ajuste de damping e range de
diversos dispositivos industriais, como sensores e atuadores.
Usa o formato mestre-escravo e é Inter operável. Alguns aspectos que o tornam
um protocolo popular e atrativo são a sua simplicidade e o seu baixo custo de
instalação.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Quais são os protocolos de comunicação mais comuns?
5 – OPC - A Open Platform Communications (OPC) tornou os Drivers Proprietários
obsoletos, usando a interface COM/DCOM (Component Object Model/Distributed
Component Object Model) e realizando a conexão entre dispositivos de protocolos
distintos.
Esse protocolo ou padrão pode ser definido como uma série de especificações –
criadas por fornecedores do setor, usuários e desenvolvedores de software – para
permitir acesso a informações em tempo real, históricos, programas e aplicativos.
6 – EtherCAT - Excelente empacotador de informações, o EtherCAT é muito escolhido
para projetos de automação industrial, devido à sua agilidade e velocidade.
Seu tempo de ciclo médio em servos motores é de 250 us, garantindo alta
performance em sincronismo. Além dos tempos de ciclo curtos, também tem baixo
custo de hardware e índices reduzidos de jitter para sincronização precisa.
Atende a aplicações que requerem tempo real hard e soft, faz testes e medições,
auxiliando os processos de produção.
09/04/2023
23
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Quais são os protocolos de comunicação mais comuns?
7 – AS-Interface - Outro coringa para projetos de automação, esse protocolo é prático
e barato, ideal para maquinário de pequeno porte, realizando a conectividade digital de
atuadores e sensores com os seus respectivos controladores.
Também chamado de AS-i, tem instalação simples e faz a comunicação rapidamente
por meio de módulos de rede, usando cabos regenerativos de duas vias.
Outra vantagem é que é adaptável a qualquer topologia de cabeamento, como
barramento, anelar, árvore ou estrela.
8 – EtherNet/IP - Tecnologia recente que apresenta confiabilidade e rapidez na
transmissão de dados, com boa conectividade. Entre seus principais atrativos, permite
a escolha da velocidade da interface de rede, além de apresentar arquitetura flexível.
Segue o modelo OSI (Open System Interconnection) – modelo padrão que normatiza a
comunicação em sete camadas – definindo a funcionalidade da rede.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Quais são os protocolos de comunicação mais comuns?
9 – Profinet - Versão melhorada da rede Profibus, suporta grande volume de
informações e corresponde bem às exigências da manufatura avançada. Faz a conexão
entre sistemas de controle e dispositivos industriais como sensores e atuadores.
Segue o padrão Ethernet Industrial, em conformidade com o IEEE 802, oferecendo
funcionalidades como o TCP/IP, usando a mesma estrutura de cabeamento e suportando
redes de fibra óptica, wifi e até Bluetooth.
10 – Profibus - Um dos protocolos mais difundidos, é indicado para maquinário de médio
a grande porte. Não necessita de fornecedores e é compatível com equipamentos de
fabricantes distintos.
O Profibus, assim como o Modbus, o CANopen e a Ethernet IP, é um exemplo de
protocolo de comunicação que usa os padrões RS422, RS485 e RS232 – que
especificam detalhes físicos, número de dispositivos, nível de tensão, etc.
Com imunidade a ruídos na rede, tais padrões são aplicados em CLPs, inversores de
frequência, switches, servo motores, etc.
09/04/2023
24
Processo Manufatura Sensores
Tamanho Mensagem alguns bytes alguns bytes alguns bits
Tempo de Resposta 5 a 50 ms 5 a 50 ms < 5ms
Tipo de Cabo Instrumentação Qualquer Baixo custo
Distância Max 2 Km 2 Km 100m
Áreas Classificadas Sim Não Não
Classificadas quanto a categoria dos dispositivos conectados 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
Tecnologia Rede AS-i
(Actuador & Sensor Interface) 
•Cabo Paralelo com dois condutores
•Até 31 escravos
•Cada escravo: 4 bits de I/O
•Até 100 m ou 300m com repetidores
•Sistema de comunicação mestre - escravo 
•Garantido um máximo de 4,7 ms com configuração 
máxima da rede
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
25
Tecnologia DeviceNet
Cabo par - trançado com 4 fios 
e uma blindagem; um par da 
alimentação e outro do sinal:
• Até 64 dispositivos
• Velocidades ajustáveis em: 
125; 250 e 500 Kbits/s,
• Até 500m em 125 Kbits/s e
• Sistema de comunicação 
mestre – escravo.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
TecnologiaProfibus - DP (Descentralized Peripheria) 
• Cabo Par - trançado com 2 fios e uma blindagem somente para sinal,
• Até 128 dispositivos divididos em 4 segmentos com repetidores,
• Velocidades ajustáveis de 9.600 a 12Mbits/s,
• De 100 a 1.200m conforme a velocidade, e
• Sistema de comunicação mestre – escravo.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
09/04/2023
26
• Cabo Par - trançado com 2 fios e uma blindagem, trafegando sinal e alimentação;
• Até 32 dispositivos sem alimentação e 12 com alimentação;
• Velocidades de 31,25 Kbits /s;
• Máxima distância de 1900 m conforme número de dispositivos, e
• Permite várias topologias.
Tecnologia Profibus - PA (Process Automation) 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
O protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer)‚ um sistema que combina o padrão 4 a 20 mA
com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1.200 bits/s e
modulação FSK ( Frequency Shift Key ). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a
existência de dois mestres na rede simultaneamente.
As vantagens do protocolo HART são as seguintes:
• Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital.
• Usa o mesmo tipo de cabo usado na instrumentação analógica.
• Disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes.
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir 
TECNOLOGIA HART 
09/04/2023
27
Fieldbus
Automação 
e
Sistemas de Supervisão
P
L
F
Processo
Fieldbus é um protocolo de comunicação bidirecional, digital multi-drop entre
dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão.
Então, Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de
campo.
TECNOLOGIA FOUNDATION FIELDBUS
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECATRÔNICA / ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL - Profº Ademir