Tecnologias em Redes Industriais

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Tecnologias em
Redes Industriais
Prof. Raphael de Souza dos Santos
Descrição
Estudo da rede AS-I, amplamente utilizada em processos de
automatização industrial; os conceitos de Profibus e Profinet e suas
aplicações em sistemas empregados aos processos produtivos; a rede
definida por software e sua importância nos processos industriais
modernos.
Propósito
As redes Profibus e Profinet são amplamente utilizadas no meio
industrial, com grande relevância na implementação dos sistemas
inteligentes e da indústria 4.0. Por isso, compreender as tecnologias
aplicadas às redes industriais é fundamental ao profissional atuante na
respectiva área.
Objetivos
Módulo 1
As redes AS-I
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Identificar as redes AS-I.
Módulo 2
As redes Pro�bus e Pro�net
Distinguir as redes Profibus e Profinet.
Módulo 3
Rede de�nida por software
Reconhecer o conceito de rede definida por software.
Introdução
Para começar nosso estudo, assista ao vídeo a seguir para
compreender as tecnologias em redes industriais.

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1 - As redes AS-I
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as redes AS-I.
Vamos começar!
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
A rede AS-I
A rede Interface Atuador-Sensor, também denominada de AS-I, vem
representando uma solução para a automatização de sistemas simples.
Ela é fortemente indicada para o desenvolvimento de redes simples de
sistemas de automação formados por conjuntos de sensores e
atuadores digitais, ou seja:
Sensores digitais

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Capazes de fornecerem sinais estritamente lógicos (0 ou 1).
Atuadores digitais
Capazes de receberem sinais estritamente lógicos (0 ou 1).
Esse tipo de rede se popularizou rapidamente ao utilizar, de maneira
eficiente, apenas um par de fios para controlar e energizar os
dispositivos. Dessa forma, é possível observar que a rede AS-I passou a
representar uma excelente opção em aplicações mais simples
envolvendo dispositivos de pequeno porte.
Conceito de uma rede AS-I
A automatização dos processos produtivos foi acompanhada da
utilização de sistemas computadorizados, sensores e atuadores. Na
imagem a seguir, é possível observar a comunicação entre elementos de
um processo industrial.
A comunicação entre os dispositivos de um processo produtivo é
fundamental para que a automatização seja bem-sucedida. Isso
motivou o desenvolvimento de uma rede de comunicação específica
para sensores e atuadores: a rede AS-I.
A rede de interface entre o atuador e o sensor (AS-I) permite que essa
ligação entre os elementos seja implementada a um baixo custo e de
maneira simples. Além disso, outro fator positivo na utilização dessa
rede é a baixa susceptibilidade a interferências eletromagnéticas.
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Topologia
Uma grande vantagem na utilização da topologia AS-I é a conexão com
o controlador. Convencionalmente, em uma rede automatizada de um
processo produtivo, cada elemento que compõe o processo, entre
sensores e atuadores, é conectado de maneira individual ao controlador,
como pode ser visto na próxima imagem.
Na rede AS-I, utiliza-se apenas um par de fios para conectar diversos
elementos que fazem parte do sistema. Esse tipo de ligação permite,
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por exemplo, que sejam feitas distribuições por setores ou por outras
subdivisões do processo produtivo, conforme demonstra a próxima
imagem.
Na prática, os sistemas projetados para uso de uma rede AS-I podem
ser montados nas instalações elétricas já existentes. Por causa da sua
robustez, essa rede não apresenta limitações em relação às topologias
já encontradas. Vejamos que topologias são essas!
Nessa topologia, também conhecida como ponto a ponto, todos
os equipamentos são ligados em um par de fios que os conecta
ao controlador.
Topologia linear para uma rede AS-I.
Linear 
Estrela 
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Os dispositivos são conectados de maneira independente ao
controlador.
Topologia linear para uma rede AS-I.
Nessa topologia, um barramento de dados é utilizado para envio
e recebimento de todas as informações do processo, permitindo
a intercomunicação entre os diversos elementos.
Topologia barramento para uma rede AS-I.
Nessa topologia, os instrumentos são interligados ao
controlador em um formato de anel. Essa topologia apresenta a
vantagem de quase todos os elementos terem dois vizinhos,
tornando mais fácil e rápida a conexão entre eles.
Barramento 
Anel 
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Topologia estrela para uma rede AS-I.
Embora possa ser utilizada nas mais diversas topologias, a rede AS-I foi
desenvolvida originalmente para utilização na configuração do tipo
barramento, permitindo uma conexão mais simples e rápida entre as
máquinas de pequeno porte disponíveis no meio industrial. Ainda que
não seja uma restrição, as conexões na rede AS-I são usadas
preferencialmente entre equipamentos que utilizam lógicas digitais, ou
seja, apenas estados lógicos em seu funcionamento (0 ou 1; aberto ou
fechado; ligado ou desligado), pela facilidade.
Comunicação mestre-escravo
Na conexão dos equipamentos na rede AS-I, o mais comum é a
utilização dos cabos chatos autorregenerativos de duas vias. Nesses
cabos, a conexão dos equipamentos é realizada por meio de conectores
do tipo “vampiro”.
Em caso de remoção dos equipamentos, ocorre uma regeneração do
revestimento e a permanência em condições operacionais. Dessa forma,
os elementos de entrada e saída podem ser facilmente conectados e
desconectados, para remoção ou mudanças de local, garantindo uma
grande flexibilidade nas instalações.
Estrutura da mensagem
A estrutura de comunicação de uma rede AS-I entre os escravos e o
mestre é denominada telegrama. A estrutura do telegrama e sua
formação pode ser vista a seguir:
O ciclo de comunicação da rede AS-I leva um máximo de 5ms, mesmo
nas situações em que a rede está completa (todos os endereços
preenchidos). Dessa maneira, os dispositivos ligados à rede (botoeiras,
motores, válvulas, entre outros) apresentam uma boa velocidade de
comunicação dentro do processo produtivo.
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Por exemplo, suponha que um telegrama entre mestre e 31 escravos em
uma rede AS-I. Determine o ciclo de comunicação dessa rede com base
nas seguintes especificações:
Tempo de cada bit = 6µs/bit.
Pedido do mestre = 13 bits.
Pausa do mestre = 18µs.
Resposta do escravo = 7 bits.
Pausa do escravo = 12µs.
Dessa forma, o tempo de ciclo é definido como:
78μs + 18μs + 42μs + 12μs = 150μs por escravo.
Como são 31 escravos:
31 × 150μs = 4650μs
Estrutura do pedido mestre-escravo
A estrutura da mensagem no sentido mestre para o escravo é a
seguinte:
Onde:
4650μs ≅4, 6ms ≅5ms
 ST
Representa o bit de início (start bit) que inicia a
transmissão. Esse bit sempre será 0.
 CB
R t bit d t l d d 0
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Estrutura da resposta escravo-mestreRepresenta o bit de controle, podendo ser: 0 no
caso de transferência de dados, parâmetros ou
endereços; e 1 no caso de transferência de
comandos.
 A4 ... A0
Representa os bits de endereçamento do escravo:
como são 5bits (A4 A3 A2 A1 A0): endereços = 2bits
= 32 endereços possíveis. Sendo 31 escravos, 5 bits
são suficientes para todos os endereços.
 I4 ... I0
Representa os bits contendo as informações que se
deseja transmitir. Quando CB = 0, são 4 bits de
dados (I3 ao I0), pois I4 = 0. Quando CB = 0, são 4
bits de parâmetros (I3 ao I0), pois I4 = 1. 1. Quando
CB = 1, são 5 bits de comando (I4 ao I0).
 PB
Representa o bit de paridade (check bit).
 EB
Representa o bit final (end bit) que finaliza a
transmissão. Esse bit sempre será 1.
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A estrutura da mensagem no sentido do escravo para o mestre é a
seguinte:
Onde:
Exemplos de comunicação
Alguns exemplos de comunicação em uma rede do tipo AS-I podem ser
vistos abaixo:
 ST
Representa o bit de início (start bit) que inicia a
transmissão. Esse bit sempre será 0.
 I3 ... I0
Representa os bits contendo as informações que se
deseja transmitir.
 PB
Representa o bit de paridade (check bit).
 EB
Representa o bit final (end bit) que finaliza a
transmissão. Esse bit sempre será 1.
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Troca de dados
É a mensagem básica para leitura da resposta de um escravo e
transferência de bits. Em negrito, estão os valores dos bits efetivamente
enviados (de A4 a A0 e PB – informação vinda do escravo).
Escrita de parâmetros
Escreve um determinado dado para o escravo:
Endereçamento de um escravo
Consiste na definição de um novo endereço para um escravo. Em um
primeiro momento, deve-se apagar o endereço do escravo. Isso é
necessário, pois um escravo deve possuir um endereço do tipo 0000
para poder receber um novo endereçamento.
Após apagar o endereço do escravo, envia-se o novo endereçamento:
Define-se assim o novo endereço (A40 a A00) do escravo.
Reset do escravo
É um comando do mestre para apagar as informações de um escravo
selecionado:
Leitura das con�gurações de entrada e saída
Permite a leitura das configurações de entrada e saída (I/O) de um
escravo específico:
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Leitura do código de identi�cação de um
escravo
Permite a leitura do código ID de um escravo (ID code):
É interessante observar que, em caso de redes com extensões, os
comandos serão específicos para as redes adicionais.
Primeira extensão
Segunda extensão
Leitura dos dados da memória
Permite a leitura dos dados de comunicação da memória:
Leitura e reset dos dados da memória
Permite a leitura dos dados de comunicação da memória:
Leitura e reset dos dados da memória
Permite apagar os dados de toda a rede:
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Expansão da rede
O comprimento máximo de uma rede AS-I é de 100 metros. Para que
seja possível a sua expansão, é necessário o uso de repetidores. Com o
uso dos repetidores, uma rede de até 300 metros é possível.
Capacidade da rede
Na configuração mestre-escravo, a rede AS-I suporta uma quantidade
razoável de equipamentos, por apresentar um “bom número de
endereços de rede”, dependendo das configurações do controlador e da
rede. Por exemplo, pode-se classificar a rede AS-I em:
Rede AS-I 2.0 – capacidade de 31 endereços.
Rede AS-I 2.1 – capacidade 2 escravos por endereço
(denominados de escravos A e escravos B), totalizando 62
escravos (31 endereços A + 31 endereços B).
Rede AS-I 3.0 – capacidade de 62 endereços.
Comprimento do barramento
O comprimento de um barramento pode ser estimado de uma forma
simples. Considera-se o comprimento do barramento e adiciona-se o
somatório dos cabos utilizados por todos os escravos multiplicado por
2 (margem de segurança). Assim, uma rede com 50 metros de
barramento e 5 acessórios com 2 metros de cabo cada, dará uma rede
de:
50 + 2 × 5 × 2 = 70 metros.
É importante destacar que, em caso de expansões sem escravos
intermediários, basta a utilização de um extensor, como na imagem a
seguir:
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Expansão de uma rede com o uso de um extensor.
No caso de uso de escravos em todos os trechos, é necessário o uso de
repetidores a cada 100 metros, conforme exemplifica a próxima
imagem.
Expansão de uma rede com o uso de repetidores.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Entre as redes industriais, a rede AS-I é uma excelente configuração
para a comunicação entre os dispositivos de um processo
produtivo. Pode-se considerar uma das grandes vantagens dessa
rede
A
a conexão individual de cada elemento ao
controlador.
B a conexão de apenas um atuador e um sensor.
C
o longo alcance sem o uso de extensores ou
repetidores.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
A rede AS-I permite a utilização de apenas um par de fios para
conectar os diversos elementos que fazem parte de um sistema.
Isso possibilita a utilização das instalações elétricas já existentes.
Questão 2
Em uma rede AS-I com 20 escravos e 1 mestre, determine o ciclo de
comunicação dessa rede supondo as seguintes especificações:
• Tempo de cada bit = 5 µs/bit.
• Pedido do mestre = 10 bits.
• Pausa do mestre = 20 µs.
• Resposta do escravo = 4 bits.
• Pausa do escravo = 10 µs.
D
a utilização de apenas um par de fios para conectar
os diversos elementos.
E
a utilização de uma rede de comunicação separada
de uma rede de energização.
A 2,0 ms
B 2000 μs
C 50 μs
D 2,0 μs
E 20 μs
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Parabéns! A alternativa A está correta.
O ciclo de comunicação é definido pelo somatório do tempo de
cada elemento (mestre + escravos). Assim:
50μs + 20μs + 20μs + 10μs = 100 μs por escravo
Como são 31 escravos:
20 × 100μs = 2000μs
2000μs = 2,0ms
2 - As redes Pro�bus e Pro�net
Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir as redes Pro�bus e Pro�net.
Vamos começar!
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.

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A rede Pro�bus DP
A troca de dados entre equipamentos e sistemas se tornou fundamental
para o desenvolvimento dos processos produtivos nas mais diversas
plantas industriais e na automatização dos mais diferentes sistemas
domésticos. É por meio dessa troca de dados que os equipamentos
conseguem compartilhar informações e realizar a integração dos mais
diferentes processos produtivos.
Com o advento da indústria 4.0 e o desenvolvimento tecnológico
associado aos sistemas inteligentes, as redes de comunicação foram
colocadas em evidência, sendo cada vez mais latente a necessidade de
segurança e confiabilidade nesses diferentes meios de comunicação.
Dessa necessidade nasceu o padrão Profibus, um
padrão de comunicação aberto (independente de
fabricantes) que possibilitou uma ampla integração
entre os processos de manufatura e automatização
industrial.
O Profibus é visto como um protocolo digital, amplamente utilizado em
sistemas de controle, que possibilita a comunicação entre diversosequipamentos dos mais diferentes fabricantes. Entre as vantagens da
rede Profibus, é possível citar:
Facilidade de cabeamento com custo reduzido.
Operacionalidade simples.
Fácil centralização de comandos em uma sala de controle.
Possibilidade de utilização em área classificadas.
Elevadas taxas de comunicação (especificamente no Profibus
DP).
Fácil configuração, parametrização e gerenciamento.
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Padrão aberto (possibilita um contínuo processo evolutivo).
Essas características tornam o Profibus preferido por alguns projetistas
e operadores quando comparado com a tecnologia 4mA a 20mA das
redes analógicas convencionais.
Alguns parâmetros devem ser considerados quando projetada a
arquitetura dos sistemas de controle de processo, tais como:
O número de estações host.
O número de controladores.
A hierarquia da comunicação.
A distribuição dos equipamentos.
Os métodos de conexão.
As condições de interferência.
Um exemplo genérico de uma arquitetura Profibus (DP e PA) pode ser
visto na imagem a seguir.
Exemplo genérico de uma arquitetura Profibus.
O Pro�bus DP
O Profibus Periférico Descentralizado (Profibus DP) possui como uma
de suas principais vantagens a velocidade de comunicação, podendo
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alcançar uma taxa de transmissão e recebimento de 12Mb/s. O tempo
de reação também é reduzido, na faixa de 1ms a 5ms, sendo ideal para
sistemas que demandam alta velocidade de comunicação.
Características como a interoperabilidade e a alta confiabilidade
tornaram a rede Profibus DP altamente empregada no chão de fábrica
dos mais diversos processos produtivos. Na comunicação por meio do
Profibus DP, podemos destacar os seguintes equipamentos:
Controladores lógicos programáveis (CLPs)
São utilizados como o cérebro de alguns sistemas, recebendo
as informações dos sensores e encaminhando as instruções
aos periféricos.
Interfaces homem-máquina (IHM)
São utilizadas para a relação entre o operador e o maquinário,
por meio de uma interface que pode ser visual.
Conversores analógico-digital e digital-analógico
São funcionais na conversão de sinais analógicos oriundos do
campo para sinais digitais (para os controladores e
dispositivos digitais). Também atuam na conversão dos sinais
digitais em analógicos.
Inversores de frequência
São componentes que permitem o controle de velocidade de:
motores e bombas.
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Sensores (especí�cos para conexão em sistemas
Pro�bus DP)
São receptores das informações dos processos.
Atuadores (especí�cos para conexão em sistemas
Pro�bus DP)
São componentes que permitem uma atuação sobre o
processo produtivo.
Os dispositivos adequados para o padrão Profibus DP podem ser
classificados conforme a seguir:
Mestre DP classe 1
Os mestres dessa classe são os controladores centralizados que
trocam informações com os escravos dentro dos ciclos de mensagem,
tais como os CLPs e os controladores digitais.
Mestre DP Classe 2
Os mestres classe 2 são os programadores e dispositivos supervisórios.
São empregados na supervisão, no monitoramento e na operação dos
processos produtivos.
Escravo DP
Os escravos DP atuam sobre o processo tendo como referência
informações dos sensores ou entradas na rede.
Características do Pro�bus DP
A rede Profibus DP possui características importantes que o diferenciam
das redes convencionais (Ethernet, 485, Hart etc.). Vejamos algumas
delas!
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Multimestre
O Profibus DP permite a operação no modo multimestre. Isso significa
que é possível operar com diversos mestres conectados em um mesmo
barramento. Esses mestres podem ser classe 1 ou classe 2 e possuem
seus próprios subsistemas.
É importante observar que os dados de todos os escravos de uma rede
DP podem ser lidos por todos os mestres da rede. Contudo, somente um
mestre pré-configurado pode enviar informações para seus respectivos
escravos.
Exemplo genérico de uma arquitetura Profibus DP com múltiplos mestres.
Endereçamento
A rede Profibus DP suporta até 126 dispositivos (entre mestres e
escravos), além de 246 bytes de entrada e 246 bytes de saída. O
endereçamento de cada periférico na rede Profibus DP é realizado nas
configurações dos próprios equipamentos.
Protocolos Pro�bus DP
O protocolo de comunicação das redes Profibus DP possui diferentes
funções complementares:
 DP - V0
Permite definir as funções para troca de dados
cíclicos entre mestres e escravos, como:
Diagnósticos e Ferramentas de integração do tipo
GSD (descrição geral da estação, ferramenta que
it i t d fi õ d
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Meio físico de comunicação
Os dispositivos podem se comunicar em uma rede Profibus DP
mediante padrões do tipo RS-485 ou fibras ópticas.
O padrão RS-485 define que cada dispositivo da rede consiste
em uma carga, permitindo uma rede limitada a 32 unidades. Uma
vantagem do barramento RS-485 é o fato de permitir adição e
permite a maior parte das configurações de um
dispositivo sejam feitas de forma automática) –
arquivos do tipo GSD possuem dados de
configuração e que podem ser compartilhados na
rede.
 DP - V1
Permite definir as funções para troca de dados
acíclicos entre mestres e escravos, tais como:
alarmes, blocos funcionais, comunicação com
dispositivos de segurança (PROFIsafe - perfil de
segurança da rede Profibus) e ferramentas de
integração do tipo EDD (descrição de dispositivo
eletrônico) e FDT (ferramenta de dispositivos de
campo) - possibilitam a integração com periféricos
dos mais diversos fabricantes.
 DP - V2
Permite definir as funções avançadas de
redundância e comunicação, tais como:
Comunicação entre dispositivos Hart e dispositivos
Profibus DP, Redundância e Sincronismos de clock.
RS-485 
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remoção de dispositivos sem a influência nos dispositivos em
operação. É importante destacar que, no padrão RS-485, o início
e o fim do barramento devem ser conectados a terminadores de
rede.
Barramento e terminadores de uma rede Profibus DP.
Os terminadores são importantes para promover o casamento de
impedância de uma rede. Quanto maior o comprimento de uma
rede, maior é a distorção dos sinais. Essa distorção é atenuada
pela utilização dos terminadores, que são compostos
basicamente por dois componentes: um resistor de
aproximadamente 100ohms e um capacitor de cerca de 1µF
conectados em série. Esses componentes da rede Profibus têm
essencialmente duas funções: desviar a corrente referente ao
sinal de comunicação e proteger a rede contra reflexões de sinal.
Vale dizer que, em distâncias de até 1.200 metros, os
dispositivos podem ser interligados sem o uso de repetidores.
A utilização das fibras ópticas é capaz de garantir a imunidade
em relação às interferências eletromagnéticas e outras fontes de
ruídos.
Fibras ópticas 
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Conexão de cabo de fibra óptica.
Redundância
A confiabilidade de uma rede Profibus DP pode ser aumentada por meio
do uso de equipamentos com características semelhantes conectados
em paralelo, conforme exemplifica a imagem.
Redundância em uma rede Profibus DP.
O Pro�bus PA
O Profibus específico para automação de processos (Profibus PA) foi
projetado a fim de permitir o estabelecimento de uma rede de
comunicação para controlede processos industriais e instrumentação.
Uma das vantagens na utilização dessa rede interligando os dispositivos
de instrumentação e controle é a não obrigatoriedade do uso de
controladores lógicos programáveis (CLPs). Por meio dessa rede, as
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funções de controle podem ser exercidas diretamente pelos
equipamentos ligados na rede.
O Profibus PA possui um protocolo de comunicação bidirecional e a
comunicação é realizada, assim como ocorre no Profibus DP e no AS-I,
pelos cabos de alimentação dos próprios dispositivos. Essa
característica reforça a simplicidade de conexão entre os elementos
dessa rede. Cabe destacar que, em casos específicos, fontes de
alimentação alternativas são destinadas à energização dos
equipamentos fora dos cabos de comunicação.
Assim como ocorre com o Profibus DP, o Profibus PA possui algumas
características específicas, tais como:
Capacidade de ser utilizado em áreas classificadas (zonas
intrinsicamente seguras ou potencialmente explosivas).
Possibilidade de conexão e desconexão durante a operação da
rede sem interferência.
Comunicação
A alimentação dos dispositivos adequados para instalação em redes
Profibus PA é realizada por meio de tensões e correntes contínuas
(alimentação CC ou DC). Isso permite que os sinais de comunicação,
alternados e com amplitudes que variam entre 750mV e 1.000mV, sejam
sobrepostos aos sinais de alimentação.
Essa superposição é possível mediante uma modulação do tipo shift-
keying (chaveamento de frequência) que permite a formação de trens de
pulsos de valores máximos e mínimos de durações variáveis. No caso
da comunicação entre dispositivos Profibus PA, essa modulação é do
tipo Manchester.
Para ser possível utilizar essa comunicação, os dispositivos devem ser
conectados em paralelo no mesmo par de fios. Cada barramento
comporta até 32 equipamentos de diferentes fabricantes.
Atenção!
Uma rede Profibus PA possui um comprimento máximo de 1.900m sem
a utilização de repetidores. Com a utilização de até 4 repetidores, pode-
se chegar a um alcance de quase 10km.
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Exemplo de uma malha de controle com Profibus PA.
O Pro�net
O padrão Profinet surgiu diante da necessidade de expansão dos
processos industriais, com o aumento significativo do uso de novos
recursos e equipamentos, ampliando consideravelmente o volume de
dados em redes de alta velocidade. Ele partiu da evolução da rede
Ethernet, representando uma modernização nos protocolos de
comunicação. Sua grande vantagem e facilidade para sua popularização
foi a utilização de recursos e funcionalidades existentes no padrão
Ethernet.
O Profinet permite a comunicação entre controladores lógicos
programáveis (CLPs) e dispositivos de entrada (sensores e telas de
operação) e saída (atuadores e outros componentes da rede) de dados.
Ele utiliza como base o padrão já definido e amplamente utilizado na
Ethernet, sendo compatível com seus componentes e facilmente
integrado aos sistemas de automatização que já utilizam esse padrão
em seu funcionamento.
O padrão Profinet garante ao sistema a velocidade e a precisão
necessárias na troca de dados entre os controladores e os
instrumentos, tornando a produção mais eficiente, segura e rápida. Além
disso, oferece ao sistema as ferramentas para um bom desempenho em
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tempo real (real time) e as funcionalidades de controle e gerenciamento
inerentes ao padrão Ethernet. Assim como o Ethernet, o Profinet oferece
a possibilidade de comunicação sem fio através de redes wi-fi e
bluetooth.
Características do padrão Pro�net
Apesar das similaridades, o padrão Profinet possui algumas diferenças
em relação aos padrões Profibus e Ethernet.
Assim como o Profibus, o Profinet foi desenvolvido pela Profibus e
Profinet International, que consiste em uma entidade privada de
associação voluntária focada na disseminação de informações sobre os
padrões Profibus, Profinet e AS-I.
Contudo, enquanto o Profibus se assemelha ao padrão serial clássico,
apresentando um protocolo digital tradicional, o Profinet está mais
próximo da Ethernet Industrial, permitindo uma comunicação mais
rápida e uma banda mais larga. Sendo assim, as próprias conexões são
diferenciadas:
Rede Pro�bus
Utiliza o padrão clássico
RS-485 com conectores
DB9 ou M12.
Rede Pro�net
Utiliza os cabos
Ethernet (par trançado,
por exemplo o CAT 5) e
conectores RJ45.
Em relação às camadas do padrão de comunicação, camadas do
modelo OSI (referência para os sistemas de comunicação), elas são
reduzidas para 4 no padrão Profinet, em vez das 7 do modelo original.
Isso ocorre porque o Profinet se baseia no padrão Ethernet, que já
apresenta uma redução e não utiliza as camadas. Ele combina as
camadas física e de enlace, transformando-as em uma camada de
acesso à rede ou padrão Ethernet, como pode ser visto na imagem:

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Camadas do padrão Profinet.
Vejamos detalhadamente cada camada!
Camada padrão Ethernet
É a camada física que recebe o sinal lógico e faz a adaptação
para a transmissão para o meio de comunicação definido (par
trançado, fibra óptica, wi-fi, entre outros). O enlace cuida da
proteção dos dados. Além disso, é nessa camada que os
pacotes provenientes da camada de rede são recebidos e
convertidos em bits. Após essa conversão, eles são transmitidos
pela camada física.
Como já falado, uma das maiores vantagens da Profinet é a
velocidade de transmissão. Essas redes podem alcançar
velocidades que variam de 100Mbit/s a 1Gbit/s. Além disso,
suas mensagens podem chegar a 1440 bytes. Isso faz com que
as redes Profinet sejam mais rápidas e tenham maior largura de
banda que as Profibus, que apresentam velocidades que chegam
a 12Mbit/s e podem chegar a 244 bytes.
É responsável pelo envio, recebimento, endereçamento e
roteamento dos dados entre a fonte e o destino. Essa camada
Camada padrão Ethernet 
Camada de rede 
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utiliza o protocolo IP (Internet Protocol) para definição do
percurso que os dados farão entre a origem e o destino.
É a camada responsável pelo empacotamento dos dados e
verificação da consistência da informação (se os dados
transmitidos chegaram corretamente ao destino).Embora utilize
o protocolo TCP/IP, a rede Profinet pode "decidir" não executar
essas instruções e passar diretamente para a próxima camada.
Isso é feito quando determinadas necessidades dos processos
industriais precisam ser atendidas e segue um desempenho
determinístico. Essa ação pode ser importante em casos de
ações urgentes e para evitar acidentes.
É a camada do usuário e permite o acesso aos serviços de rede
e uso de aplicativos. Entre os protocolos mais comuns estão
HTTP, SNMP, SMTP e o próprio Profinet.
Camada de transporte 
Camada de aplicação 
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A rede Profibus permitiu a conexão entre diversos dispositivos
inteligentes fundamentais para o desenvolvimento da indústria 4.0.
Entre as classificações utilizadas no Profibus DP, aquela cujos
mestres são controladores centralizados que trocam informações
com os escravos é denominada
A escravo DP classe 1.
B mestre DP classe 2.
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Parabéns! A alternativa C está correta.
A classificação mestre DP classe 1 é aquela na qual os
controladores centralizados trocam informações com os escravos
em ciclos de mensagens.
Questão 2
Os protocolos de comunicação são essenciais para a padronização
da comunicação em uma dada rede ou entre camadas de um meio
físico. Entre os protocolos da rede Profibus DP, aquele que permite
a definição de funções e troca de dados cíclicos entre mestres e
escravos é o
Parabéns! A alternativa B está correta.
C mestre DP classe 1.
D escravo DP.
E mestre e escravo classe 1.
A DP-V1.
B DP-V0.
C DP-V2.
D DP-V3.
E DP-V4.
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O protocolo DP-V0 permite a troca de dados cíclicos entre mestres
e escravos como ferramentas de integração e de diagnóstico.
3 - Rede de�nida por software
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer o conceito de rede de�nida por
software.
Vamos começar!
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
O que é SDN?

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Uma rede definida por software (software defined networking - SDN) é
uma variação das redes tradicionais que utiliza controladores baseados
em programas ou interfaces de programação de aplicativos (APIs) para
estabelecer uma comunicação com a infraestrutura de hardware
subjacente e um direcionamento para o tráfego de informações em uma
rede de dados.
Esse modelo é consideravelmente diferente das configurações de redes
tradicionais que utilizam dispositivos periféricos (hardwares) dedicados
(roteadores e switches) para estabelecer o controle de tráfego de dados
em uma rede. A SDN pode realizar esse controle de tráfego de duas
maneiras distintas:
Criando e controlando uma rede virtual.
Controlando um hardware tradicional via software.
A criação de uma rede virtual (denominada virtualização de redes)
permite que as SDNs conectem diferentes redes virtuais em uma única
rede física ou fragmentem uma rede física em diferentes redes virtuais.
De maneira similar, também permitem que diferentes dispositivos em
diferentes redes físicas sejam conectados para criarem uma única rede
virtual. Assim, uma rede definida por software possibilita uma maneira
diferente de controlar o roteamento de pacotes de dados por meio de
um servidor centralizado.
Ilustração de uma SDN.
Quais são as vantagens de uma SDN?
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A rede definida por software representa um avanço tecnológico em
relação às redes de comunicação de dados tradicionais. Entre as
vantagens de uma SDN, quando comparada com uma rede tradicional,
pode-se destacar:
Flexibilidade
Nas redes definidas por programas, possibilitam a escolha de
um único protocolo para comunicação com todos os
periféricos, independentemente do número, que estejam
conectados a esse controlador central.
Maior controle e maior velocidade
Na rede SDN, não é necessário programar diretamente
(manualmente) diversos dispositivos de hardware (periféricos)
que podem ou não ser de diferentes fornecedores. Na prática,
os programadores podem controlar o fluxo de dados da rede
virtual apenas programando um controlador baseado em um
programa aberto.
Infraestrutura versátil
Nessa rede, como é garantida aos programadores e
desenvolvedores a liberdade para configuração dos serviços de
rede e alocação dos recursos virtuais, eles podem alterar essas
infraestruturas em tempo real por meio de um controlador
centralizado. Assim, eles podem otimizar os fluxos de dados,
evitar conflitos e priorizar os aplicativos que demandem mais
disponibilidade (prioritários).
Segurança
Nas redes definidas por software permitem que toda a rede
seja visualizada o tempo todo (alta visibilidade),
proporcionando uma visão mais ampla de possíveis ameaças à
segurança. Essa característica é particularmente interessante,
pois, com o avanço da indústria 4.0 e das tecnologias
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inteligentes, os dispositivos periféricos estão cada vez mais
conectados ao mundo virtual e à rede de computadores
(internet). Assim, a SDN oferece vantagem de criar zonas de
segurança específicas para os dispositivos mais sensíveis ou
que necessitem de mais proteção. Também possibilitam que
dispositivos contaminados sejam colocados em isolamento
(quarentena) de maneira imediata, de modo que não
comprometam os demais — não permitindo a infecção do
restante da rede — sem afetar o funcionamento da rede de
dados.
Muitos dos serviços e aplicações mais modernos, como a computação
em nuvem, teriam grandes dificuldades de funcionamento sem as SDN.
Essas redes definidas por software possibilitam a movimentação dos
dados mais facilmente entre os locais distribuídos, características
essenciais para a computação em nuvens. Além disso, a SDN comporta
uma rápida movimentação de cargas de dados em uma rede.
Como funciona uma SDN?
Em uma SDN, o programa é desacoplado do periférico (hardware).
Assim, em uma SDN, o plano de controle que define para onde enviar o
tráfego de dados é executado pelo programa, e não pelo hardware como
em uma rede tradicional. O hardware fica limitado ao fluxo real de
dados, ao caminho a ser seguido.
Isso possibilita que os desenvolvedores e administradores de redes
desenvolvam todo o programa e controlem todo o fluxo de dados, toda a
rede de dados, por meio de um único controlador e de maneira virtual,
em vez de mediante um dispositivo físico.
Uma rede SDN possui uma arquitetura-padrão definida, basicamente,
por três partes que podem estar localizadas em diferentes locais físicos.
Veja a seguir:
Aplicativos
São utilizados para a comunicação e solicitação de recursos e
informações sobre a rede como um todo.
Controladores
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São os periféricos que utilizam os programas ou as informações dos
aplicativos para decidir como rotear um pacote de dados.
Dispositivos de rede
São os periféricos que recebem as informações do controlador sobre
para onde os dados deverão ser movidos, qual caminho deverão seguir.
É interessante observar que os dispositivos da rede que existem
fisicamente ou virtualmente promovem de forma efetiva a
movimentação dos dados por meio da rede.
Na imagem que segue, é possível visualizar que, embora existam as
partes físicas da rede de dados, o controle é feito via programação.
Integração entre software e hardware em uma SDN.
Em alguns casos, os switches virtuais ou físicos, já que podem ser
incorporados ao software ou ao hardware, assumem a responsabilidade
dos switches físicos e consolidam as funções em um único switch
inteligente. Esse switch verifica a integridade dos pacotes de dados e de
seus destinos e movimenta os pacotes necessários.
Outra característica das redes SDN que as torna vantajosas em relação
às redes tradicionais é a capacidade de divisão de uma rede virtual em
diferentes seções. Essa técnica, denominada virtualização de funções
de rede (network functions virtualization – NFV), permite que os
provedores de dados e comunicações movam o atendimento ao cliente
para servidores mais acessíveis e baratos ou até mesmo para os
próprios servidores dos clientes.
Além disso, os provedores de serviços podem usar uma infraestrutura
de rede virtual para a transferência de cargas de trabalho de
infraestruturas de nuvens privadas para nuvens públicas, conforme
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necessário, edisponibilizar novos serviços aos clientes de maneira
instantânea.
A SDN também facilita a flexibilidade e o dimensionamento das redes
de dados, pois permite que os administradores de rede adicionem ou
removam máquinas virtualmente, estejam elas de maneira local ou em
uma nuvem.
Assim, por causa da velocidade e da flexibilidade desse tipo de rede, é
possível suportar as diferentes evoluções pelas quais a tecnologia vem
passando e comportar as tecnologias emergentes, incluindo-se a
computação em nuvem, a computação de borda e a internet das coisas,
além de comportarem as transferências de dados de maneira muito
mais rápida e um fácil controle de locais considerados remotos.
Diferenças entre a SDN e as redes
tradicionais
As principais diferenças entre uma SDN e as redes tradicionais é o fato
de a SDN ser baseada em software e as redes tradicionais, em
hardware. Assim, como o controle é baseado em programas, a rede SDN
é consideravelmente mais flexível do que as redes tradicionais. A SDN
também permite que os desenvolvedores e administradores:
controlem a rede;
alterem as configurações;
aloquem recursos;
aumentem ou diminuam a capacidade (velocidade, largura de
banda ou ambas).
Todas essas mudanças são realizadas por meio de uma interface
centralizada e apenas via programação. Outra grande diferença está no
quesito segurança de rede:
Segurança na SDN
A visibilidade garante o
desenvolvimento de
Segurança na rede
tradicional
As redes tradicionais
dependem das
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caminhos mais seguros
para os dados.
configurações
individuais dos
diferentes periféricos.
As redes tradicionais, em caso de contaminação, dependem das ações
dos usuários sobre aqueles dispositivos distintos.
Como nas redes definidas por software um controlador centralizado é
utilizado para gerenciamento de toda a rede, é essencial proteger esse
controlador para manter a rede segura.
Diferentes modelos de SDN
Embora a premissa seja o programa centralizado em um controlador
para estabelecimento do fluxo de dados em uma rede por intermédio de
switches e roteadores, as redes do tipo SDN também possuem
diferentes modelos, são eles:
No SDN aberto, os administradores de rede usam um protocolo
aberto, do topo OpenFlow (fluxo aberto), para controlar o
comportamento dos switches virtuais e físicos no nível de plano
de dados.
No lugar de um protocolo do tipo aberto, a interface de
programação baseada em aplicativos controla o fluxo dos dados
que se movem pela rede e por cada dispositivo.
Na rede virtual, é executada em cima de uma infraestrutura de
hardware preexistente. Essa programação cria túneis dinâmicos
para diferentes hosts e centros de controle de dados (locais ou
remotos). A rede virtual aloca uma largura de banda grande o
SDN aberto 
SDN por aplicativo 
SDN por sobreposição 
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suficiente em vários canais e atribui dispositivos para cada uma
delas. Dessa maneira, a rede física local fica inalterada.
Na rede SDN, combinam-se redes de programas (softwares) e
redes físicas (hardwares). Essencialmente, essa rede combina
redes definidas por programa (SDN) com protocolos de redes
tradicionais formando um ambiente capaz de fornecer diferentes
funções de uma rede. O SDN assume a responsabilidade por
outro tráfego, o que possibilita aos administradores de rede que
seja introduzido o SDN em etapas distintas.
As configurações com outras topologias de rede permitem o
desenvolvimento de outros tipos. Vejamos quais são eles:
SDN híbrida 
 SD-Wan
Consiste em uma rede WAN adaptada para o
gerenciamento virtual. Uma de suas maiores
vantagens é a redução de custos de uma WAN,
usando linhas alugadas e mais acessíveis no
mercado.
 SD-Lan
Consiste em uma rede local (LAN) construída em
torno dos princípios da SDN. Embora possua
características da SDN, ela consegue desacoplar os
módulos de gerenciamento de controle e os planos
de arquitetura orientada (com ou sem fio) para o
gerenciamento de nuvens e conectividade sem fio.
É importante destacar que o gerenciamento pode
ser feito sem a ajuda de fios e sem a presença de
um controlador.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
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Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
As redes tradicionais promoveram uma revolução nos meios de
comunicação de dados dos processos produtivos. Entretanto, a
evolução das redes de comunicação, como a possibilidade de
gerenciamento e direcionamento do tráfego por meio de programas,
se mostrou um grande avanço. Esse tipo de rede baseada na
virtualização é denominado
Parabéns! A alternativa D está correta.
As redes SDN representaram um avanço significativo na
comunicação dos processos produtivos, permitindo a criação e o
controle de redes virtuais, bem como o controle de hardwares por
meio de programas (softwares).
Questão 2
As redes definidas por software possuem várias características que
as diferenciam das redes tradicionais. Entre elas, pode-se destacar
a alta visibilidade, que permite que toda a rede seja visualizada o
tempo todo, sendo definida como uma característica de
A Profinet.
B Profibus DP.
C Profibus PA.
D SDN.
E Fieldbus.
A
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Parabéns! A alternativa A está correta.
A visualização de toda a rede permite uma visão mais ampla de
possíveis ameaças à segurança, sendo bastante importante uma
vez que a indústria 4.0 define uma maior integração entre os
hardwares e as redes de dados.
Considerações �nais
Neste conteúdo, foram discutidas as principais redes aplicadas em
processos industriais. Foi apresentada a rede AS-I (interface atuador-
sensor), que consiste em uma rede para conexões eletromecânicas de
baixo custo. Ela é utilizada em sistemas de automação simples e é
capaz de transmitir a alimentação e os sinais de comunicação digital
em um mesmo cabeamento a distâncias próximas de 100 metros. É
indicada para atuadores e sensores digitais, ou seja, com níveis lógicos
(alto ou baixo, ligado ou desligado etc.).
Foram discutidas as redes do protocolo Profibus, reconhecidamente um
dos padrões mais confiáveis e empregados nos meios industriais. Além
disso, buscou-se identificar as diferenças entre os padrões Profibus DP
e Profibus PA e detalhar suas respectivas características. Também foi
apresentado o protocolo Profinet, considerado de excelência e grande
eficiência na implementação do conceito da indústria 4.0.
segurança.
B flexibilidade.
C versatilidade.
D controle.
E velocidade.
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Por fim, foi apresentada a SDN, uma abordagem de arquitetura que
permite o controle da rede de forma inteligente, centralizada e
programada. Essa configuração possibilita a virtualização dos objetos,
facilitando as configurações. Ainda, vimos que a SDN permite o
desenvolvimento de uma rede programável e centralizada em um
controlador programado, funcionando como o cérebro de uma rede de
comunicação de dados.
Podcast
Agora, o especialista encerra falando sobre os principais tópicos
abordados.

Explore +
As diversas partes que compõem uma rede Profibus têm suas funções
específicas e podem ser melhor conhecidas em sites de referência
como o PI Brasil, que oferece artigos técnicos e notícias recentes sobre
a evolução tecnológica nos dispositivos utilizados nessas redes de
comunicação.
Referências
FORMIGA,D. A. Implementação de um laboratório remoto para um
sistema supervisório utilizando as redes industriais AS-i e Profibus-DP.
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Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) –
Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, 2017.
HAESBAERT, R. Sobre as i-mobilidades do nosso tempo (e das nossas
cidades). Mercator, v. 14, n. 4, p. 83-92, fev. 2016.
PINHEIRO, B. A. Uma abordagem SDN para virtualização de redes. Tese
(Doutorado em Engenharia Elétrica) – Instituto de Tecnologia,
Universidade Federal do Pará, Belém, 2016.
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