REDES INDUSTRIAIS E SISTEMAS SUPERVIS

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 3 Aula 2 - CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS DAS REDES INDUSTRIAIS 
 Protocolos de comunicação são convenções ou regras utilizadas por um programa ou sistema operacional para a comunicação entre dois ou mais pontos. 
 Sistemas Proprietários e Sistemas Abertos 
 Sistemas Proprietários apenas um fabricante lança produtos compatíveis com a sua própria arquitetura de rede
Sistemas Abertos interoperabilidade entre equipamentos de diversos fabricantes, isto é,
 a utilização de redes abertas padronizadas.
Meio de transmissão Meio de transmissão é o caminho físico pelo qual os sinais elétricos e 
as ondas eletromagnéticas se propagam 
Par Trançado Quando dois fios de cobre muito próximos conduzem sinais elétricos, ocorre
 uma certa quantidade de interferência eletromagnética, chamada diafonia 
UTP - Não revestido com capa metálica protetora Não é recomendado ser instalado próximo a equipamentos que possam gerar campos magnéticos 
 
 
STP Usa uma blindagem individual para cada par de cabos. Reduz interferência entre os pares de cabos e melhora a tolerância do cabo com relação à distância; 
 
SSTP blindagem individual para cada par de cabos com uma segunda blindagem envolvendo todos os pares adequados a ambientes com fortes fontes de interferências. 
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Coaxial um fio de cobre rígido que forma o núcleo, envolto por um material isolante que por 
sua vez é envolto em um condutor cilíndrico, freqüentemente na forma de uma malha entrelaçada 
a) Coaxial fino também conhecido como cabo coaxial banda base ou 10Base2.Possui maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa freqüência 
 
 
b) Coaxial grosso também conhecido como cabo coaxial de banda larga ou 10Base5 é utilizado para transmissão analógico. É muito utilizado para aplicações em redes locais com integração de serviços de dados, voz e imagens 
Fibra Ótica filamento de vidro com diâmetro bastante reduzido, feito de quartzo de alta pureza,
 com duas partes principais: o núcleo, por onde se propaga a luz, e a casca, que serve para 
manter a luz confinada no núcleo. A fibra ótica proporciona o alcance de taxas de transmissão
 (velocidades) elevadíssimas, da ordem de 40Gbps, com baixa taxa de atenuação por quilômetro. 
Sem fio (Wireless) a transmissão de dados e informações sem a necessidade do uso de cabos
 sejam eles telefônicos, coaxiais ou óticos. Isso é possível graças ao uso, por exemplo, de
 equipamentos de radiofrequência, de comunicações via infravermelho. 
Topologia 
Topologia formas como estão dispostos os equipamentos de uma rede. 
a) Barramento o meio físico de comunicação é compartilhado entre todos os processadores,
 sendo que o controle pode ser centralizado ou distribuído ,
Vantagem custo reduzido com o cabo de rede, pois esta topologia utiliza um único cabo para interligar os dispositivos 
 
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desvantagens é que qualquer problema no cabo ou em alguma placa da rede, fatalmente irá 
paralisar totalmente o tráfego 
Também pode ocorrer sobrecarga de tráfego do barramento, devido ao aumento do número
 de máquinas conectadas ou da carga de comunicação, que pode levar à diminuição ou a
 inviabilização da continuidade da comunicação; 
 
b) Anel arquitetura ponto a ponto onde cada processador é conectado a outro, fechando-se o último ao primeiro. 
 
vantagens são o custo médio baixo e se a ligação entre um computador qualquer e o anel se desfaça, todos os outros computadores continuam trabalhando normalmente em rede. 
desvantagens e quanto à limitação de expansão devido ao aumento de “retardo de transmissão” (intervalo de tempo entre início e chegada do sinal ao nó de destino); 
Estrela um nó central para gerenciar a comunicação entre as máquinas 
 
vantagens são a fácil manutenção, fácil construção do hardware e nós em falha não afetam os outros 
desvantagens são a limitação de estações ditada pela capacidade de expansão física de ligações do computador central e se o computador central para, a rede para. 
d) Árvore baseia-se num conjunto de concentradores, distribuídos de forma semelhante aos nós dos ramos de uma árvore e que repetem a informação da raiz para os seus diversos ramos. 
 
vantagens são que a falha de um nó não implica a total inoperabilidade da rede e essa falha na rede pode ser facilmente detectada e isolada 
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desvantagens são que a extensão da rede pode implicar a aquisição de novos nós, aumentado o investimento necessário e se não existirem portas livres, a ligação de novas estações à rede pode não ser simples. 
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Características de Transmissão de Dados 
Representação dos dados 
Sinal analógico sinal para o qual a variação de tensão pode assumir quaisquer valores de tensão entre um instante e outro 
Sinal digital variação de tensão é permitida dentro de certos valores discretos, ou seja, uma quantidade finita de valores entre dois instantes Os sinais digitais podem ser binários, caso os valores discretos de tensão possíveis de serem assumidos sejam apenas dois. 
 
Modos de Operação (Direção) 
Simplex - canais em que a comunicação se processa em um único sentido 
Half-Duplex - canais em que a informação se processa alternadamente em cada um dos sentidos 
Full Duplex canais em que a comunicação se processa simultaneamente nos dois sentidos, 
 
Enquadramento Refere-se ao processo de particionar uma sequência de bits em unidades discretas ou blocos de dados denominados quadros (frame). O enquadramento facilita a detecção e correção de erros. 
Transmissão das Informações 
paralela o computador envia (ou recebe) todos os bits ao periférico de uma só vez por um conjunto de fios. Para cada bit de informação existe um fio para o seu tráfego 
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serial é o processo pelo qual bit a bit é transmitido de forma seqüencial por uma linha física 
Modos de sincronismo 
Assíncrono o sincronismo é mantido durante o tempo necessário para a envio de apenas um pacote de dados que é realizado através do uso de bit de “Start” no início e “Stop” no final de cada pacote de dados; 
 Sincronismo troca de dados entre dispositivos que tanto transmissor quanto receptor estejam de acordo quanto ao início e término de uma unidade de informação 
Síncrono consiste na transmissão de forma contínua da mensagem dividida em blocos de dados de tamanho fixo enviados de uma só vez 
 
Métodos de comunicação 
Mestre-Escravo – um ou mais mestres e multiplos escravos. Escravo é um periférico passivos que somente responde a requisição direta vinda do mestre Em uma rede, pode existir um mestre (monomestre) onde ele controla todo o barramento ou pode existir diversos mestre (multimestre) onde todas as informações dos escravos pode ser lida por todos os mestres porem um mestre pode controlar um dado escravo; 
Ponto a Ponto a comunicação é feita de um ponto a outro. Neste método há um desperdicio
 de banda, visto que os dados devem ser enviados várias vezes para cada destino especificamente 
c) Produtor-Consumidor multiplos nós podem transmitir dados para outros nós. Os dados possuem um identificador único, origem-destino e alguns nós podem assumir os papéis de produtor e consumidor 
 
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Capacidade e velocidade de uma transmissão 
velocidade implica taxa de dados, ou seja, o quão rápido os dados podem ser transmitidos de um nó para outro e capacidade indica a quantidade de dados que podem ser transportados por um canal de comunicação 
Controle de acesso ao meio de Transmissão 
Os nós pertencentes ao sistema têm um procedimento específico para acessar os informações
 da rede 
centralizado existe um nó mestre na rede que controla o direito de transmissão de dados 
de cada nó da rede 
Polling (varredura) – o mestre da rede "pergunta" a cada um dos computadores da rede se estes
 querem utilizar algum recurso da LAN ou não, sucessivamente 
TDMA 
cada dispositivo pode acessar a rede numa janela pré-determinada no tempo. O acesso é
 descentralizado,
mas a função de sincronização de relógio pode ou não ser centralizada; 
Descentralizado, cada nó deve decidir sobre a transmissão de dados na rede 
Token Passing – o acesso ao canal é controlado pelo token sendo que somente o dispositivo 
com o token pode acessar o canal naquele instante; 
CSMA um dispositivo começa a transmitir dados assim que detecta que o canal está disponível.
 Caso dois dispositivos tentem transmitir simultaneamente, haverá uma colisão, os dispositivos 
detectam essa colisão e abortam sua transmissão, e, após um tempo randômico, tenta
 transmitir novamente 
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Mudança de Estado Dispositivos produzem dados apenas quando têm seu estado alterado. Em segundo plano, um sinal é transmitido ciclicamente para confirmar que dispositivo esta operando normalmente. 
 Aula 3 – REDES INDUSTRIAIS 
REDES INDUSTRIAIS interligar os vários equipamentos de uma aplicação 
Benefícios 
a) Custos de instalação 
b) Procedimentos de manutenção 
c) Opções de upgrades 
d) Informação de controle de qualidade 
e) Informações de instrumentos para manutenção 
f) Configurações dos instrumentos à distância 
As industriais são padronizadas sobre 3 níveis de hierarquias cada qual responsável pela conexão de diferentes tipos de equipamentos com suas próprias características de informação 
 nível mais alto, nível de informação da rede, é destinado a um computador central que processa o escalonamento da produção da planta e permite operações de monitoramento estatístico da planta sendo imlpementado, geralmente, por softwares gerenciais 
 TCP/IP é o mais comumente utilizado neste nível. 
nível intermediário nível de controle da rede, é a rede central localizada na planta
 incorporando PLCs, DCSc e PCs informação deve trafegar neste nível em tempo real para 
garantir a atualização dos dados nos softwares que realizam a supervisão da aplicação. 
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nível mais baixo nível de controle discreto, se refere geralmente às ligações físicas da rede 
ou o nível de I/O. Este nível de rede conecta os equipamentos de baixo nível entre as partes
 físicas e de controle. 
classificam se as redes quanto aos tipos de equipamentos a ela ligados e aos dados que ela transporta. Então temos: 
a) Rede Corporativa (DataBus); 
b) Rede de Controle (ControlBus ou FieldBus); 
c) Rede de Campo (DeviceBus e SensorBus). 
Redes SensorBus automação de manufatura com controle lógico, onde trafega dados no formato
 de bits , equipamentos simples e pequenos diretamente à rede , comunicação rápida em níveis
 discretos e são tipicamente sensores e atuadores de baixo custo, Estas redes não almejam cobrir
 grandes distâncias. Exemplos típicos de rede Sensorbus incluem ASI, CAN e INTERBUS Loop. 
Redes DeviceBus Comunicação entre controladores, acionamentos inteligentes e módulos 
de entradas e saídas. Esta rede tem os mesmos requisitos de transferência rápida de dados da 
rede de sensorbus, mas consegue gerenciar mais equipamentos e dados.
 Alguns exemplos são DeviceNet, Profibus DP, LONWorks e INTERBUS-S. 
Redes ControlBus (FieldBus) rede central localizada na planta incorporando estações que possuem inteligência para realizar funções especificas de controle como Controladores Lógicos
 Programáveis (CLPs) e Sistemas Descentralizados de Controle (DCS’s). Fieldbus interliga os equipamentos de I/O mais inteligentes e pode cobrir distâncias maiores. Exemplos de redes
 Fieldbus incluem: Fieldbus Foundation, Profibus PA e HART. 
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Redes Databus Rede que interliga sistemas gerenciais que podem, inclusive, estar geograficamente distribuídos. Exemplo de rede é o Ethernet. 
Padrão Serial padrões EIA RS 232, RS 422 e RS 485 Erroneamente tem-se o conceito de que
 estes padrões definem protocolos de comunicação específicos especificam apenas as 
características elétricas de um protocolo, portanto, dizem respeito apenas a sua primeira 
camada (nível físico). 
RS 232 conexão serial Conexão para mouse, impressora, modem, distância máxima de 15m. 
transmissões assíncronas 
RS 422 conexão serial utilizada computadores Apple Macintosh grande imunidade a ruído 
quando comparado com RS 232 
RS 485 comunicação bidirecional mais utilizado em aplicações industriais e sistemas de
 aquisição de dados (DAS) permite a criação de redes com até 32 nós e transmissão à 8 
distância de até 1200m por segmento , comunicação half-duplex , apenas 2 fios para a transmissão e recepção dos dados e possui boa imunidade a ruídos Quanto à topologia, a mais indicada para a rede RS 485 é a denominada Daisy Chain. 
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 Aula 4 – PROTOCOLOS INDUSTRIAIS 
 AS-i (Actuator Sensor Interface) propicia a interligação de sensores e atuadores, via uma rede de baixo custo, e que pode operar no ambiente industrial poluído eletromagneticamente usa um par de fios que interligar todos os sensores atuadores um único mestre e com varredura cíclica ou seja, consulta os dados de todos os outros participantes (escravos) em espaços de tempo exatamente definidos (varredura).
Topologia AS-i permite a montagem em qualquer topologia (barra, árvore e estrela) 
Em um sistema padrão AS-Interface pode-se conectar no máximo 31 (especificação 2.0) escravos sendo que cada escravo pode ter até quatro entradas e quatro saídas (no total até 124 bits de entrada e 124 bits de saída) 
Na especificação 2.1 , permite se a utilização de 62 escravos, endereçados pelos números de 1 a 31 cada número subdividido em grupo A e B. Permitindo até 4 entradas e 3 saídas em cada escravo, totalizando 248 entradas e 186 saídas 
Componentes Principais 
Modulos de Entrada e Saída 
integrando componentes convencionais as características inteligentes, como a função de diagnóstico e parametrização; em instalações já existentes. Os módulos de entrada possuem até 4 entradas para sensores, botoeiras e demais contatos mecânicos. 
Figura 
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 escravo AS-Interface reconhece os bits de dados enviados pelo mestre e envia de volta os seus próprios 
 Mestre da AS-Interface forma uma conexão com redes superiores. Ele organiza através de atividade própria o trânsito de dados no cabo AS-Interface e os disponibiliza se necessário a um sistema bus num nível superior, como exemplo, o PROFIBUS. mestre transmite também parâmetros a cada um dos participantes, controla a rede continuamente e realiza diagnósticos O mestre executa automaticamente todas as funções que são necessárias para o funcionamento correto da ASInterface. Além disso, ele possibilita o auto-diagnóstico do sistema. Ele reconhece as falhas em qualquer ponto da rede, indica o tipo de falha e pode ainda determinar em que escravo ocorreu o problema. Vale ressaltar que, o mestre da rede se comunica com todos os endereços 
CABEAMENTO cabo amarelo e perfilado transmite ao mesmo tempo dados e energia
 auxiliar para os sensores atuadores é necessário uma tensão auxiliar alimentada adicionalmente (24 Vcc). Para poder utilizar a mesma técnica de instalação para os atuadores o cabo para a energia auxiliar (24 Vcc) é um cabo perfilado preto. 
EXTENSÃO DA REDE 
A extensão máxima de um segmento da rede ASI é 100 m. Com a utilização dos extensores e/ou repetidores, e é possível dimensionar uma rede de até 300 m de extensão. 
ENDEREÇAMENTO 
Os endereços em si são os valores de 1 até 31. 
OPERAÇÃO 
Analógicos trabalham com 0 a 20 mA ou de 4 até 20 mA 
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PROTOCOLO - CAN 
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O CAN(Controller Area Network) Sua aplicação inicial foi realizada em ônibus e caminhões, 
utilizado na indústria, em veículos automotivos, navios e tratores, entre outros 
É um protocolo de comunicação serial síncrono com capacidade para múltiplos mestres, regime multicast, caracterizado pelo envio de toda e qualquer mensagem para todos os módulos existentes na rede. Transmissor envia uma mensagem para todos os nós (broadcasting) 
Fundamentado no conceito CSMA/CD with NDA, Isto significa que todos os módulos verificam o estado do barramento, analisando se
outro módulo está ou não enviando mensagens com maior prioridade. 
Redes baseadas em 1, 2 e 4 fios. 
São representados por bits Dominantes e bits Recessivos, criados em função da condição presente nos fios CAN_H e CAN_L. 
Figura 
Protocolo INTERBUS 
A topologia Interbus é um sistema em anel 
baseadas nas três primeiras camadas do modelo OSI 
Utiliza procedimento TDMA , camada física é baseada no padrão RS-485
, par trançado para transmissão ,13km com repetidor 512 dispositivos. 
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 Aula 5 – PROTOCOLOS INDUSTRIAIS 
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 Família PROFIBUS é uma rede sincrona multimestres distinguindo os dispositivos em mestres e escravo. O controle de acesso ao meio é efetuado com uma mistura de Token Ring entre os mestres e Mestre-escravo
PROFIBUS DP (Decentralized Periphery) - Otimizado em alta velocidade e conexão de baixo custo, foi projetado especialmente para comunicação entre sistemas de controle de automação e seus respectivos I/O’s distribuídos ao nível de dispositivos. 
Pode ser usado para substituir a transmissão de sinais em 24 Vcc assim como para transmissão de sinais de 4 a 20 mA ou Hart em sistemas de automação de processos; 
b) PROFIBUS PA (Process Automation) - Mais importante perfil de aplicação Profibus, que define os parâmetros e blocos de função para dispositivos de automação de processo, tais como transmissores, válvulas e posicionadores. Utilizado para o controle de processo e para a indústria química (cumprindo as normas especiais de segurança, IEC 61158-2, segurança intrínseca1); 
c) PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) - Para comunicação entre células de processo ou equipes de automação onde oferece muitas funções sofisticadas de comunicação entre dispositivos inteligentes. No futuro com o uso do TCP/ IP no nível de célula, terá um papel menos significativo. 
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Os mestres também são chamados de estações ativas no protocolo PROFIBUS e são configurados em duas classe: 
a) Classe 1 tem permissão para ler e escrever dados nos dispositivos de campo, sendo geralmente um CLP. Sua presença é obrigatória e o seu ciclo de varredura é a base do sistema de automação; 
b) Classe 2 são dispositivos de configuração. Eles são implementados durante o comissionamento da planta ou ainda para uma manutenção ou diagnóstico da rede, sendo usado para configuração dos dispositivos escravos. 
tecnologias utilizadas para transmissão utilizadas são: 
a) RS-485 para aplicações gerais da automação da manufatura; 
b) Fibra ótica para maior imunidade a ruído e maiores distâncias;
c) IEC 1158-2 para uso na automação de processos.