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Brasília-DF. 
Redes IndustRIaIs
Elaboração
Alex Sander de Magalhães Pivoto
Atualização
Rodrigo Paduan Mendonça
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
Sumário
APRESENTAÇÃO ................................................................................................................................. 4
ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA .................................................................... 5
INTRODUÇÃO.................................................................................................................................... 7
UNIDADE I
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS ...................................................................................................... 9
CAPÍTULO 1 
HISTÓRICO E EVOLUÇÃO DAS REDES ....................................................................................... 9
CAPÍTULO 2
CLASSIFICAÇÃO DAS REDES .................................................................................................. 17
CAPÍTULO 3
VANTAGENS DAS REDES ......................................................................................................... 23
CAPÍTULO 4
INTEGRAÇÃO ENTRE REDES .................................................................................................... 28
UNIDADE II
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS ...................................................................................................... 31
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS ......................................................................................... 31
CAPÍTULO 2
PRINCIPAIS MEIOS FÍSICOS INDUSTRIAIS ................................................................................... 37
UNIDADE III
REDES INDUSTRIAIS .............................................................................................................................. 57
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO À REDE ASI ....................................................................................................... 57
CAPÍTULO 2
REDE INDUSTRIAL HART ........................................................................................................... 86
CAPÍTULO 3
REDE INDUSTRIAL PROFINET .................................................................................................. 108
PARA (NÃO) FINALIZAR ................................................................................................................... 120
REFERÊNCIAS ................................................................................................................................ 121
4
Apresentação
Caro aluno
A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se 
entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. 
Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como 
pela interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia 
da Educação a Distância – EaD.
Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da 
pluralidade dos conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar 
conceitos específicos da área e atuar de forma competente e conscienciosa, 
como convém ao profissional que busca a formação continuada para vencer os 
desafios que a evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo.
Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de 
modo a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal 
quanto na profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira.
Conselho Editorial
5
Organização do Caderno 
de Estudos e Pesquisa
Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em 
capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos 
básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam tornar 
sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta para 
aprofundar seus estudos com leituras e pesquisas complementares.
A seguir, apresentamos uma breve descrição dos ícones utilizados na organização 
dos Cadernos de Estudos e Pesquisa.
Provocação
Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes 
mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor 
conteudista.
Para refletir
Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e 
reflita sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. 
É importante que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus 
sentimentos. As reflexões são o ponto de partida para a construção de suas 
conclusões.
Sugestão de estudo complementar
Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, 
discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso.
Atenção
Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a 
síntese/conclusão do assunto abordado.
6
Saiba mais
Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões 
sobre o assunto abordado.
Sintetizando
Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o 
entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos.
Para (não) finalizar
Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a 
aprendizagem ou estimula ponderações complementares sobre o módulo 
estudado.
7
Introdução
Mais uma vez a percussora na implementação de redes industriais para minimizar 
custos e melhorar a efetividade de seus processos foi a indústria automobilística.
Diante da enorme demanda na fabricação de automóveis foi necessário investir em 
tecnologia a fim de otimizar suas linhas de produção diminuindo gastos e melhorando 
o controle e efetividade dos processos. Em concordância com este cenário, as 
indústrias farmacêuticas bem como as de bens de consumo também iniciaram seus 
processos de automatização de suas linhas de produção.
Vislumbrando o enorme potencial comercial que este mercado demonstra muitas 
empresas da área de automação iniciaram o desenvolvimento de novos produtos e 
soluções para atender aos novos conceitos e necessidades do chão de fábrica. Dessa 
forma, abordaremos nesta disciplina as algumas das tecnologias de redes industriais 
mais utilizadas atualmente, tais como a rede AS-i uma das pioneiras, rede PROFINET 
e HART.
Objetivos
 » Promover ao aluno um contato direto as redes industriais de campo mais 
utilizadas no ambiente produtivo despertando sua atenção bem como 
melhorando seus conhecimentos técnicos/científicos objetivando uma 
visão crítica em projetos e análises para implementação da tecnologia 
nesta área.
 » Analisar os conceitos abordados pelo material bem como ser capaz 
de implementar soluções criativas baseada em técnicas e exemplos 
abordados.
 » Compreender a importância da automatização dos processos de 
produção no ambiente industrial utilizando para este fim o conceito 
de redes industriais possibilitando assim maior eficiência, confiança e 
repetibilidade no ambiente fabril.
8
9
UNIDADE IINTRODUÇÃO ÀS 
REDES INDUSTRIAIS
CAPÍTULO 1 
Histórico e evolução das redes
Figura 1. Sistema de rede ponto a ponto.
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=psfS2mKg2fM.
O processo evolutivo dos sistemas de produção por meio de técnicas modernas 
de gerenciamento de processos tornou-se extremamente necessária quando o 
que se busca é maior produtividade, maior controle dos processos e segurança.
O aprimoramento deve ser constante a fim de cada vez mais transferir ao chão de 
fábrica a autonomia e inteligência necessária para que cada vez mais os processos a 
serem mais independentes e autônomos.
Histórico e evolução das redes
Histórico
Todo o princípio de uma rede de comunicação se baseia na descoberta e posterior 
evolução dos computadores e sistemas industriais. De modo geral, os primeiros 
computadoresMeio físico – fibra óptica
Com a evolução das tecnologias e inteligência dos equipamentos utilizados nas redes 
de comunicação industrial, surgiram cada vez mais fortes a demanda por maiores 
50
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
processamentos de dados e de maiores distâncias de comunicação de uma rede 
industrial.
Cada vez mais os dispositivos estão atuando de forma mais inteligente e independente, 
bombardeando o barramento de comunicação com informações em tempo real em 
qualquer dispositivo inserido ao barramento de comunicação.
Dessa forma, houve a necessidade de barramento principal ser capaz de possibilitar 
uma maior banda de transmissão, maior velocidade de comunicação e maior 
comprimento final da rede industrial, tudo isso, é claro, sendo cada vez mais imune 
a ruídos eletromagnéticos. Dessa forma, iniciaram-se os estudos e atualmente já 
está incorporado ao sistema, meios físicos de transmissão capazes de suprir as 
necessidades. São as fibras ópticas.
Como ainda, está tecnológica de meio físico é recente, é aplicada apenas para redes 
Profibus DP ou Ethernet.
As principais vantagens da utilização da fibra óptica em comparação aos meios 
tradicionais são:
 » Imunidade às interferências eletromagnéticas → ao contrário 
dos outros meios de transmissão, a fibra óptica é totalmente imune 
às interferências eletromagnéticas, ruídos externos, interferência de 
estações de rádio, radar e à passagem da corrente elétrica.
 » Segurança na transmissão → a fibra óptica possibilita uma grande 
confiabilidade e um sigilo quase absoluto das informações transmitidas, 
devido à dificuldade de se desviar sinais ópticos sem causar danos ao 
sistema. O que não ocorre nos meios tradicionais do qual é possível 
desviar sinais sem causar danos ao sistema.
 » Baixa atenuação → com baixa atenuação, as fibras ópticas originam 
em grandes distâncias entre pontos e repetidores sem a necessidade de 
amplificador. 
 » Maior capacidade de transmissão → as fibras ópticas têm 
capacidade de transmissão muito superior aos dos meios tradicionais, 
permitindo elevadas velocidades de transmissão.
 » Melhor qualidade de transmissão → devido à imunidade das fibras 
ópticas as interferências eletromagnéticas têm qualidade na transmissão 
muito maior que a dos meios tradicionais:
51
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
 » Maior distância na transmissão → pelos fatos das fibras ópticas 
serem um meio físico de baixíssima atenuação ao sinal transmitido é 
possível conseguir comunicações, sem amplificadores ou repetidores a 
distâncias extremamente grandes, se comparados aos meios de físicos 
tradicionais.
A figura 26 ilustra um Conversor Cabo/Fibra – Phoenix Contact, real utilizado para 
conversão de sinais elétricos para o meio físico fibra óptica.
Figura 26. Conversor Cabo/Fibra – Phoenix Contact.
 
Conversor 
Cabo/Fibra – 
Phoenix Contact 
Receptor fibra – 
HFBR-2528 – 
Agilent Transmissor fibra 
– HFBR-1528 – 
Agilent 
Anode 
Cathode 
Ground 
Ground 
Ground 
Ground 
Ground 
Ground 
Ground 
VCC 
V0 
NO CONNECT 
Fonte: Imagem editada apostila Meios Físicos INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 23 fevereiro 2015.
Conversor com conector de fibra óptica - PSI-MOS-PROFIB/FO 660 E – 2708290, 
para ser mais acesse: https://www.phoenixcontact.com/online/portal/
br?urile=pxc-oc-itemdetail:pid=2708290&library=brpt&tab=1
Meio físico – Wireless
Dando continuidade no processo evolutivo dos meios físicos de comunicação 
empregados no ambiente industrial e considerando as altas taxas de transmissão de 
dados objetivando um controle cada vez maior sobre o processo automatizado, buscou-
se um novo modelo de redes industriais no qual além de possibilitar a transferência 
de dados às taxas elevadas pudesse diminuir a complexidade das interligações entre 
dispositivos e equipamentos nos processos industriais. Dessa forma, a utilização 
de sistemas sem fio, conhecido como Wireless tem se tornado uma realidade e se 
expandindo cada vez objetivando aperfeiçoar o sistema de conexão física entre os 
sistemas que compõe a rede. A figura 27 ilustra um exemplo de uma aplicação em rede 
wireless.
52
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
Figura 27. Exemplo de uma aplicação utilizando rede industrial Wireless.
Fonte: . 
Acesso em: 23 fev. 2015.
Vantagens e desvantagens das redes wireless
Como qualquer outra rede industrial, as redes wireless possuem algumas vantagens 
e outras desvantagens se comparada a outro meio de comunicação. Como se trata de 
uma tecnologia relativamente nova no ambiente de redes industriais, diversos anseios 
ainda precisam ser ratificados a fim de tornar esta tecnologia mais confiável e sólida 
dentro do ambiente industrial.
Algumas características das comunicações Wireless no ambiente industrial:
 » muito utilizado na área de Telecomunicações;
 » em Automação ainda não é muito confiável devido à fácil distorção do 
sinal pelo ruído;
 » pode ser aplicado no Profibus DP, DeviceNet ou Modbus;
 » deve ser considerada a atenuação do meio, frequência para transmissão, 
potência de transmissão e obstáculos entre transmissor e receptor.
Segundo o artigo Tecnologias Wireless para Automação Industrial: Wireless_Hart, 
Bluetooth, Wisa, Wi-Fi, Zigbee E Sp-100, segue alguns pontos importantes quanto às 
vantagens de utilização das redes wireless no ambiente industrial.
Início do trecho retirado do artigo mencionado acima:
Faixa de frequência → A faixa utilizada pelo dispositivo Wireless 
é a mesma conhecida como ISM (Industrial, Scientific and Medical), 
que apresenta faixas liberadas sem necessidade de licenciamento. Isso 
53
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
facilita a aplicação, porém obriga a convivência entre esses dispositivos 
com outras fontes de RF (Rádio Frequência) na mesma faixa, como 
exemplo: telefones sem fio, dispositivos Bluetooth e rádios.
Facilidade de instalação → sem requerer estrutura prévia, as redes 
sem fio podem ser instaladas de forma rápida e fácil. No caso das redes 
baseadas no padrão IEEE 802.11x, basta ser instalado um ponto de 
acesso (AP-Access point) que esteja conectado à rede cabeada do local 
ou à Internet; as estações podem ser adicionadas, posteriormente, de 
acordo com a necessidade.
Atenuação do sinal transmitido → Os sinais transmitidos sofrem 
alguma forma de atenuação, seja a do espaço livre, sendo função da 
distância e da frequência, seja por absorção, quando o sinal atravessa 
algum material, seja por reflexões em obstáculos. O nível de sinal 
que chega à antena receptora deve ser suficiente para uma operação 
confiável e com a taxa de dados esperada.
Mobilidade → Dentro de uma área de alcance limitada, os 
dispositivos podem se reposicionar a qualquer instante, permitindo 
acesso às informações e recursos computacionais, às posições de 
trabalho e às aplicações.
Redução de Custo → em virtude da mobilidade, a eficiência dos 
funcionários de uma empresa aumenta pelo fato de poderem contar 
com os recursos dos quais precisam em qualquer lugar e instante; bem 
como diminuem os custos decorrentes da instalação e manutenção das 
redes, principalmente quando considerados os custos de instalação de 
redes cabeadas em locais que requerem obra civil ou regiões de difícil 
acesso.
Disponibilidade de menor Banda de Transmissão → 
as redes sem fio em geral proveem enlaces com menor banda 
passante. Como exemplos podem citar as redes locais cabeadas 
Ethernet, que, hoje, atingem a taxa de transmissão da ordem de 
dezenas de Gbps, comparados às redes locais sem fio, que operam 
tipicamente até dezenas de Mbps ou menos. Este ponto está em pleno 
desenvolvimento, com grandes grupos de pesquisa buscando melhorar 
a taxa de transmissão das redes e dos dispositivos.
Taxas de Erro → as redes sem fio apresentam uma taxa de erro de bit 
(BER - Bit Error Rate) superior às redes com fio. No caso de umenlace 
54
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
de fibra ótica, o BER típico varia entre 10-8 e 10-9, em um enlace sem 
fio, essa taxa cai na faixa de 10-4 a 10-6, sendo necessário, portanto, o 
monitoramento constante dessas taxas e a adoção de mecanismos de 
controle de colisão de dados a fim de garantir o envio e o recebimento 
da informação.
Endereçamento → em uma rede cabeada, o endereço lógico de uma 
estação é usualmente vinculado ao endereço da rede na qual a estação 
está conectada. No caso de redes sem fio, devido à mobilidade das 
estações, o seu endereçamento fica mais complicado, não podendo 
depender da sua localização geográfica.
Roteamento → no caso das redes sem fio, as suas estações movem de 
um lado a outro de forma não determinística, criando uma topologia 
dinâmica. Isso tem impacto direto, não somente no endereçamento, 
como foi mencionando anteriormente, mas também nos algoritmos e 
protocolos de roteamento.
Fim do trecho retirado do artigo mencionado acima: 
Assim, como qualquer outro tipo de rede de comunicação de dados, as redes wireless 
possuem alguns padrões de protocolos que tem como objetivo padronizar o ambiente 
de atuação dos equipamentos e processos, os dados, transportados neste ambiente. 
Podemos citar, por exemplo, alguns protocolos como:
 » Wi-Fi.
 » BLUETOOTH.
 » ZIG BEE.
 » WIRELESS HART.
 » ISA100.
 » WISA.
A figura 28 ilustra alguns destes protocolos de comunicação wireless mencionados 
anteriormente.
55
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
Figura 28. Alguns padrões Wireless utilizado em redes de comunicação.
 
Padrões Wireless: 
• ZigBee 
• WISA 
• BlueTooth 
• 802.11 
Padrão Utilizado na 
Automação 
Industrial 
H
ig
h 
La
te
nc
y 
L
ow
 L
at
en
cy
 
Low Date Rate High Date Rate 
Fonte: . Acesso em: 24 fevereiro 2015.
O protocolo WISA (Wireless Interface for Sensors and Actuators) foi desenvolvido 
especificamente para trabalhar com os sensores e atuadores (SA), principalmente 
para as aplicações em que os demais protocolos não conseguem atender. O ponto forte 
desse protocolo é o tempo de resposta, tendo uma latência menor quando comparada 
com os demais.
Características básicas WISA:
 » distância máxima utilizada = 20 metros (sala de controle);
 » potência de transmissão = até 1mW;
 » tempo de resposta máximo da rede = 20ms;
 » número máximo de equipamentos = 120;
 » frequência de transmissão = 2,45GHz (portadora);
 » taxa de transmissão = 750Kbps.
Para saber mais a respeito dos protocolos de comunicação Wireless consulte os 
artigos científicos e livros:
Comparativo e Estudo das Tecnologias Wireless para Automação Industrial;
Tecnologias Wireless para Automação Industrial: Wireless_Hart, Bluetooth, Wisa, 
Wi-Fi, Zigbee E Sp-100;
56
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
Catálogo Geral de Produtos de automação – ABB. Site da Internet: ABB 
Automação.
Na figura 29 ilustra a automatização de uma planta industrial composta por inúmeras 
máquinas e equipamentos, muitos integrados por meio da tecnologia WISA em seu 
processo de automatização.
Figura 29. Níveis de automatização de uma planta de alta densidade de máquinas de dispositivos 
que o sistema WISA é utilizado.
 
100.000 
10.000 
1.000 
100 
10 
1 
Amount of wires 
in a plant 
Plant Intranet or 
Internet 
Control Network 
Fieldbus level 
Machine-and 
Device Level 
Sensors with integrated 
AS-Interface 
Standard Sensors, 
Actuators 
WISA – Wireless Interface to 
Sensors and Actuators 
Fonte: . Acesso em: 24 fevereiro 2015.
57
UNIDADE IIIREDES INDUSTRIAIS
Com a grande tendência mundial de se automatizar as linhas de produção e 
manufatura integrando-as em sistemas computadorizados, criou-se a necessidade 
de se utilizar redes de comunicação, dedicada, para os sensores de proximidade e 
atuadores.
A rede AS-Interface propicia a interligação de sensores e atuadores, via uma rede de 
baixo custo, e que pode operar no ambiente industrial poluído eletromagneticamente.
CAPÍTULO 1
Introdução à Rede ASI
AS-International, a organização que apoia o AS-Interface, formou-se em 1991 por 
meio de um consórcio de 11 empresas europeias que desenvolveram a norma. Hoje, 
esta associação está aberta a qualquer fornecedor ou utilizador desta tecnologia, 
alcançando 100 empresas em todo o mundo e oferecendo mais de 600 produtos e 
serviços.
No mercado norte-americano, a AS-i Trade Organization (ATO) existe desde 1996. Por 
meio da ATO, os seus membros podem submeter produtos AS-Interface para testes de 
conformidade e certificação.
Em 1990, criou-se a associação ASI Verein (Alemanha) sendo a Schneider um dos 
membros desta associação.
Em 1997, inicia-se o desenvolvimento do A2S-Interface, que permite o dobro dos 
escravos, estando disponível o “chip” desde 1998.
A figura 30 ilustra o símbolo correspondente à tecnologia AS-i internacionalmente 
conhecido.
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UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Figura 30. Logomarca da rede AS-i.
Fonte: . Acesso em: 25 fevereiro 2015.
A rede AS-i é um tipo de rede que se enquadra em uma classe denominada 
Sensorbus, ou seja, é uma rede industrial especificamente desenhada para tráfego 
de I/O (Entradas e Saídas) entre dispositivos sensores e atuadores em campo e um 
controlador (que pode ser um CLP – Controlador Lógico Programável).
Como a rede AS-i é direcionada para I/O, esta é uma rede do tipo mestre-escravo, ou 
seja, haverá um controlador ou dispositivo mestre que gerenciará os comandos de 
leitura e escrita para os nós escravos (sensores e atuadores).
Dentre as redes existentes a rede AS-i (Atuactor-Sensor-Interface) é a mais barata e 
simples de ser operada. 
Como principais características da rede podemos listar:
 » a alimentação e a comunicação são feitas no mesmo par de fios;
 » permite derivações a qualquer momento inclusive com a rede 
energizada;
 » permite montagem em várias topologias: estrela, linha, ramos ou árvore;
 » permite no máximo quatro bits de dados, podendo ser bidirecionais (IN 
/ OUT).
 » pode se comunicar com outras redes, tipo Profibus, Interbus, DeviceNet 
etc., por meio de adaptadores de protocolos (Gateway).
 » sua impedância varia entre 80 e 120Ω;
 » taxa de transmissão é de 167Kbps e tempo de resposta de 5ms.
Existem basicamente três versões de AS-I:
 » Versão 1 (AS-i 2.0).
 » Versão 2 (AS-i 2.1).
 » Versão 3 (AS-i 3.0).
59
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Quadro 3, podemos visualizar algumas diferenças entre estes três tipos de versões:
Quadro 3. Comparativo entre as versões AS-i.
Versões 2.0 2.1 3.0
Número máximo de escravos 31 62 62
Número de i/o’s
124 Entradas
124 Saídas
248 Entradas
186 Saídas
248 Entradas
248 Saídas
Sinal Dados e Alimentação (Até 8A) Dados e Alimentação (Até 8A) Dados e Alimentação (Até 8A)
Meio físico
Cabo
2 x 1,5 mm2
Cabo
2 x 1,5 mm2
Cabo
2 x 1,5 mm2
Ciclo máximo 5 ms 10 ms
10 ms (entradas)
20 ms (Saídas)
Tempo de leitura de sinais 
analógicos
- 7 ciclos 1 ciclo
Comunicação Mestre – Escravo Mestre – Escravo Mestre – Escravo
Comprimento do cabo
300 Metros com repetidor
600 Metros com terminador
Fonte: autor.
A rede ASI é composta por:
 » controladores (Mestres);
 » escravos (Sensores, Atuadores e Módulos de I/O);
 » conversores de protocolo (Gateway);
 » fonte AS-i;
 » endereçador Portátil (Handheld);
 » cabo flat.
Benefícios da rede AS-i:
 » economia de hardware;
 » um mestre em lugar a vários cartões de I/O;
 » instalação simples e segura com menos conexões;
 » baixo custo por nó de rede instalado;
 » benefícios ao cliente;» baixo tempo de manutenção;
 » fácil operação e monitoramento;
60
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
 » menor custo na instalação;
 » único cabo na rede.
 » padrão internacional aberto ( – norma Europeia 
- EN50295).
Algumas Limitações da rede AS-i:
 » os dados trafegados na rede AS-i são limitados a quatro bits por escravo 
que podem ser trocados a cada ciclo de varredura;
 » é estritamente uma rede mestre-escravo, com Polling cíclico por escravo 
(impede transmissão assíncrona de diagnósticos);
 » máximo de 31 escravos para versão 2.0, 62 para versão 2.1 (com 4 
entradas e 3 saídas por escravo) e 62 para versão 3.0 (com 4 entradas e 4 
saídas por escravo);
 » a transferência de dados de escravo só pode ser feita via mestre da rede;
 » comprimento limitado até 100 metros sem repetidor, 300 metros com 
repetidor e 900 metros com terminador e repetidor;
 » tempo de ciclo de 5 ms para versão 2.0 e 10 ms para versões 2.1 e 3.0.
Mestre AS-i
O Mestre AS-i é o dispositivo que gerencia a rede. Esta pode ser uma placa para PC, 
um módulo Scanner (cartão para PLC) ou Mini-PLC.
O Mestre ASI possui recursos como:
 » monitoração dos escravos;
 » endereçamento automático e manual dos escravos;
 » detecção de erro com alarme;
 » interpretação de mensagem de erro.
Se o Mestre for do tipo Mini-PLC, este pode trabalhar em Stand Alone ou conectada ao 
PC via RS-232, RS422 e RS-485. O mestre do tipo Mini-PLC deve ser alimentado com 
uma fonte de 24VDC e a fonte AS-i (30,5Vdc). Sua comunicação pode ser feita via RS 
232, RS 422 ou RS485.
61
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
O Programa aplicativo fica armazenado no mestre, e este é editado em um Software 
gerenciador de rede. A figura 31 ilustra um Mestre AS-i.
Figura 31. Módulo Scanner AS-i sistema S7-300 – Siemens.
Fonte:. 
Acesso em: 26 fevereiro 2015.
Gateway
O Gateway é um adaptador de protocolos e serve para ligar a rede AS-i a redes de 
nível mais alto do tipo DeviceNet ou Profibus DP. Este dispositivo é um nó da rede de 
maior nível. A figura 32 ilustra um Gateway Devicenet/AS-i e outro Profibus/AS-i.
Figura 32. Gataway aplicáveis nas redes AS-i.
 
Devicenet/AS-i Profibus/AS-i 
Fonte: https://www.bihl-wiedemann.de/en/products/as-interface-mastergateways/gateways/product-selector-gateways/s/
bwu1955.html e https://shop.murrelektronik.com/pt/Sistemas-I-O/MASI/Gateway-Profibus-DP-AS-i-1-Master-P24-56471.html. 
Acesso em: 9 setembro 2019.
https://shop.murrelektronik.com/pt/Sistemas-I-O/MASI/Gateway-Profibus-DP-AS-i-1-Master-P24-56471.html
62
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Escravo AS-i
O Escravo é um dispositivo que transfere seus dados de entrada para o mestre e por 
si só não tem autonomia para mudar os estados de saída, ficando dependente da rede 
para acioná-las. Os Escravos podem ser:
 » sensores;
 » atuadores;
 » módulos de entrada;
 » módulos de saída;
 » módulos de entrada e saída;
O escravo possui internamente um microcontrolador (Chip ASI – Veja no anexo um as 
características do chip AS-i) que é alimentado pelo mesmo par de fios da comunicação e 
possui 4 bits de dados, 2 bits strobe e 4 bits de parâmetros. Os quatro bits de dados são 
bidirecionais e permitem transferir um dado proveniente de uma entrada de sensor ou 
acionar um relé para acionamento de um solenoide. Os dois bits Strobe são utilizados 
para habilitação de componentes externos quando é necessário um “barramento” para 
transferência de 4 bits de entrada e 4 bits de saída. Os quatro bits de parâmetros são 
utilizados para parametrizações operacionais, ou seja, podem configurar um circuito 
de saída para operar em NA ou NF. Estes são setados no programa aplicativo.
O chip ASI é alimentado com 30,5Vdc e regula 24Vdc para periféricos. Se o consumo 
de periféricos for >35mA deve se fazer um filtro com indutores e capacitores para 
preservar a integridade do sinal. A Figura 33 e Figura 34 ilustram duas redes AS-i 
implementadas com diferentes tipos de escravos pendurados no barramento.
Figura 33. Rede AS-i implementada com sensores (escravos) indutivo e fotoelétrico.
 
Fonte Asi 
Indutivo 
Unikon 
Fotoelétrico 
VF 
Indutivos M18 e M30 Pentakon 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 26 fevereiro 2015.
63
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Figura 34. Rede AS-i implementada com módulos (escravos) para conexão de sensores.
 
Fonte Asi 
Botoeira 
Módulos de Campo MD com terminal ou conector M12 
Módulos de Painel KD com terminal 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 26 fevereiro 2015.
O escravo AS-i possui uma memória não volátil EEPROM que armazena os seguintes 
dados:
Endereço, ID, IO
00 01 0B
No momento em que o escravo é ligado à rede e o mestre verifica se os dados que estão 
na EEPROM são iguais ao do programa aplicativo. Se não forem o mestre acusa o erro.
O endereço é um código de acesso que identifica a peça dentro rede. Este é gravado 
na memória EEPROM com “0” (default) e pode ser alterado pelo mestre ou pelo 
endereçador manual. O código I/O define a função de cada pino de dado, podendo ser 
na entrada ou saída. Para isto existe uma tabela com todas as possibilidades.
Tabela 2. Tabela de códigos I/O.
Code D0 D1 D2 D3 Code D0 D1 D2 D3
0H E E E E 1H E E E S
2H E E E E/S 3H E E S S
4H E E E/S E/S 5H E S S S
6H E E/S E/S E/S 7H E/S E/S E/S E/S
8H S S S S 9H S S S E
AH S S S E/S BH S S E E
CH S S E/S E/S DH S E E E
EH S E/S E/S E/S FH Z Z Z Z
Fonte: autor.
64
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
O quadro 4 ilustra um código ID identifica o escravo dentro de uma classificação do 
AS-i.
Quadro 4. Código de identificação de escravos dentro de uma rede ASI.
ID Dispositivo
0h Módulo I/O comum.
1h Sensores e atuadores comum.
2h Escravos com estrutura de telegrama estendido.
Fh Escravos com modos de operações especiais.
Fonte: autor. 
Comunicação
Como a troca de informações de uma rede AS-i se dá por meio de um protocolo 
específico, abordaremos todo o procedimento no protocolo de comunicação AS-i.
Neste capítulo, será estudado as características físicas de uma rede AS-i que permitam 
que seja possível estabelecer uma comunicação segura e robusta de forma a garantir a 
integridade do sistema.
A comunicação de uma rede AS-i se dá pela troca de informações entre um componente 
central da rede denominado de mestre entre os componentes controlados por este 
mestre, denominados de escravos.
Esta comunicação acontece de forma bilateral, ou seja, tanto um mestre pode se 
comunicar com um escravo quanto um escravo comunicar com o mestre da rede.
Para o caso específico da rede AS-i o meio físico deste sistema se dá por meio de 
cabo Flat desenvolvido especialmente para este fim. Este modelo é um cabo flexível 
de alta tensão e está em conformidade com as normas CENELEC ou DIN VDE 0291, 
designado por H05VV-F2X1.5. Uma boa característica para este cabo, além das 
demais, é seu custo relativamente barato e de fácil obtenção. 
Figura 35. Ilustração de um cabo AS-i.
 
AS-i (-) AS-i (+) 
Azul “-“ 0 V 
Marrom “+“ 
24 V 
Revestimento 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 27 fevereiro 2015.
65
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Como podemos visualizar por meio da figura 35 o cabo AS-i, que compõe o barramento 
de comunicação da rede AS-i se dá por meio de cabo perfilado (contra inversão de 
polaridade), não blindado com dois fios, o qual trafega dados e a alimentação para os 
escravos da rede. Pode ser utilizado no formato cabo redondo ou Flat, dispensando 
malha de aterramento.
O cabo tipo Flat é de borracha regenerativa para furos e tem formato especial que evita 
a inversão de polaridade e tem classe de proteção IP-65.
Para a conexão de equipamentos ao cabo AS-i, não se faz necessáriocortar ou decapar 
o mesmo. Este procedimento em geral pode causar quedas de tensões indesejadas 
e fontes em potenciais de mão contato nas conexões. Dessa forma, a conexão de 
equipamentos na rede AS-i acontece de forma bastante interessante. O princípio 
é bastante simples, o contato com os condutores internos é realizado por meio de 
lâminas condutoras que penetram a capa isoladora de plástico regenerativo até os 
filamentos de fios de cobre interno.
A capa de revestimento externo possui propriedades regenerativas, ou seja, no 
caso de as lâminas condutoras serem desconectadas ela se fecha, não apresentado 
o corte longitudinal proveniente dos acessos pelas lâminas. Evidentemente que o 
revestimento permanece perfurado, mas não oferece risco de curto-circuito devido 
este comportamento. 
Além da alimentação disponível para os escravos por meio do cabo Flat amarelo, que 
se tornou uma espécie de marca registrada do sistema AS-i, e que atende quase todos 
os casos práticos, pode ser necessária alimentação suplementar para alguns escravos, 
principalmente atuadores de maior potência. Nesse caso, um cabo preto adicional é 
utilizado, com as mesmas características do primeiro, mas dedicado exclusivamente a 
alimentação. Ele também faz uso da técnica de conexão segura descrita anteriormente 
e é reservado para fornecer até 30 volts.
Importante mencionar que existem duas considerações elétricas importantes 
envolvidas na seleção de um meio de transmissão adequado:
 » A resistência CC para alimentação e as características de transmissão na 
faixa de frequência usada na comunicação.
 » Pelo menos dois amperes de corrente devem ser possíveis de serem 
transmitidos para alimentação dos escravos.
66
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Dentro destas exigências, outros cabos podem ser utilizados, possibilitando projetos 
para casos específicos, como por exemplo, condução de correntes maiores ou 
necessidade de cabos móveis.
Dessa forma, podemos listar algumas características importantes dos cabos Flat AS-i:
 » maior facilidade de montagem;
 » diminui o tempo e o custo de montagem;
 » formato especial evitando inversão de polaridade;
 » cabo de borracha regenerativo;
 » alto grau de proteção após montagem – IP65 etc.
Conexões na rede AS-i
Quaisquer conexões na rede AS-i que não sejam as tecnologias convencionais ou de 
perfuração devem respeitar os seguintes requisitos. 
 » resistência de contato de no máximo 6 mΩ;
 » corrente mínima permitida de 1,5 Inominal (mínimo de 3A para rede 
AS-i no geral);
 » faixa de tensão de contato de 10V a 70 Vdc;
 » choques e vibrações de acordo com o item 7.4 da IEC 60947-5-2;
 » força de ruptura de acordo com o anexo E da IEC 60947-5-2;
Se grampos ou terminais para conexões de parafusos são utilizados, sua espessura 
deve ser de no mínimo 2 x 2 x 1.5 mm2. Se pinos de tomadas são usados, o tipo D.2 de 
acordo com o anexo D da normal IEC 60947-5-2 é o recomendado.
Comprimento do cabo
O comprimento máximo de um cabo do barramento AS-i é de 100 m sem o uso de 
repetidores. No caso de serem utilizados os repetidores um comprimento máximo de 
300 m é permitido.
67
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
O comprimento do barramento AS-i pode ser calculado pela adição do tamanho do 
cabo do barramento mais duas vezes o tamanho dos acessórios conectados à rede.
Exemplo:
50 metros do cabo amarelo e 5 tap-offs com 2 metros de cabo nos dá uma rede do 
tamanho igual a: 50 + (2 x 5 x 2) = 70 metros.
Nas figuras 36 e 37 são apresentadas soluções para conexões extensores e repetidores 
a fim de se aumentar o comprimento do barramento AS-i.
Figura 36. Solução com um extensor e um repetidor.
 
Fonte Fonte Fonte 
Escravo 
Escravo Escravo 
Escravo 
Escravo 
Repetidor Mestre 
Segmento 
max. 100m 
Segmento 
max. 100m 
Segmento 
max. 100m 
Extensor 
Fonte: AS-Interface Association. Acesso em; 27 fevereiro 2015.
Figura 37. Solução com dois repetidores.
 
Fonte 
Escravo 
Escravo Escravo Escravo 
Escravo 
Fonte Fonte 
Repetidor Repetidor Mestre 
Segmento 
max. 100m 
Segmento 
max. 100m 
Segmento 
max. 100m 
Fonte: AS-International Association (2008). Acesso em: 27 fevereiro 2015.
68
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Topologias
A topologia de rede do sistema AS-i é deixada a critério do usuário, o que simplifica o 
seu projeto de modo geral. A restrição que deve ser observada é o limite máximo de 
100 metros de comprimento para o cabo. É importante notar também que não são 
necessárias impedâncias terminais, o que também simplifica a instalação.
Estruturas em árvore, linear, estrela e até em anel são permitidas. Em caso de 
necessidade de conexões com comprimentos maiores, repetidores podem ser usados, 
ampliando o alcance da rede, desde que respeitados os limites de 62 escravos e um 
mestre. 
Figura 38. Topologias e repetidores aplicáveis em uma rede ASi.
 
Estrela Linha Ramos Árvore 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 27 fevereiro 2015.
O comprimento máximo para a rede é de 100m, sem repetidor, e pode consumir em 
toda rede apenas 2A, em função do Vdrop que deve ser no máximo de 3V. Contudo 
é possível instalar até três repetidores para aumentar a distância e chegar até 300 
metros de cabo. Existem terminadores para rede AS-i que podem alcançar distância de 
até 900 metros. 
Protocolo
A comunicação de uma rede AS-i é a transferência de dados, parâmetros e sinais de 
controle provenientes do mestre para os escravos e de dados dos escravos para o 
mestre.
69
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
A rede AS-i é uma rede bastante rápida se comparada com as demais, pois seu tempo 
de resposta com os 31 escravos é de aproximadamente 5ms (e 10ms para versão 2.1).
O método de acesso entre mestre / escravo é do tipo Cyclic Polling que consiste em 
um chamado do mestre, uma pausa, a resposta do escravo e uma nova pausa. 
Figura 39. Comunicação mestre e escravo, comunicação Polling, de uma rede AS-i.
 
Mestre Escravo 
Pedido Resposta Pausa Pausa 
Escravo Escravo Mestre 
Resposta 
Pedido 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 28 fevereiro 2015.
O método de acesso entre Mestre/escravo é do tipo Cyclic Data Passing, ou seja, o 
mestre transmite ciclicamente, mas só quando tem permissão. A comunicação é feita 
no mesmo par de fios de alimentação, e isto é possível porque o sinal de comunicação 
é sobreposto à alimentação por meio de uma modulação. A figura 40 ilustra uma 
comunicação entre Mestre e escravo para a versão AS-i 2.0.
Figura 40. Comunicação entre mestre/escravo.
 
Master Call Ciclo 5 ms Versão 2.0 
Slave Answer 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 28 fevereiro 2015.
70
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Podemos calcular o tempo de um telegrama conforme abaixo:
Figura 41. Telegrama de comunicação AS-i
 
TELEGRAMA 
» Tempo de bit → 6μs 
» Pedido-Mestre → 14x6 = 84μs 
» Pausa-Mestre → 3x6 = 18μs 
» Resposta-Escravo → 7x6 = 42μs 
» Pausa-Escravo → 2x6 = 12μs 
» Tempo do ciclo → 156μs x 31escravos = 4,836 ms ≅ 5ms 
Pedido Pausa Resposta Pausa 
Mestre Escravo 
Fonte: autor.
Exercício:
Calcule o tempo de Scan ou tempo de varredura para a rede ASi abaixo:
 » Taxa de transmissão = 166,6Kbps.
 » Número de escravos na rede = 10.
 » Protocolo da rede = 14 bits de transmissão e 7 bits de resposta.
 » Pausa entre transmissão e recepção = 45μs.
 » Pausa entre recepção e transmissão = 45μs.
Solução:
 » Taxa de transmissão = 166,6Kbps → 1 bit em 6μs.
 » Número de escravos na rede = 10.
 » Protocolo da rede = 14 bits de transmissão e 7 bits de resposta.
 » Pausa entre transmissão e recepção = 45μs.
71
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
 » Pausa entre recepção e transmissão = 45μs.
 » Pedido-Mestre= 14 x 6μs = 84μs.
 » Pausa-Mestre= 45μs.
 » Resposta-Escravo= 7x6 = 42μs.
 » Pausa-Escravo= 45μs.
Tempo do ciclo = 216μs x 10 escravos= 2,16 ms
A Modulação é uma adaptação do sinal ao meio em que será transmitido, sendo 
necessário também a demodulação na parte receptora. A informação digital sofre três 
processos antes de ser transmitida, são eles:
 » montagem do telegrama;
 » codificação Manchester;
 » modulação APM (Alternating Pulse Modulation).
O telegrama nada mais é do que um pacote de informações e possui duas formas, que 
variam de acordo com o sentido de transmissão (sentido mestre-escravo ou escravo-
mestre). A figura 42 ilustra a transmissão no sentido Mestre – Escravo e a Figura 41 
ilustra a transmissão no sentido inverso, ou seja, Escravo – Mestre.
Figura 42. Sentido de transmissão Mestre – Escravo.
 
ST (Start bit) → Início da requisição do Mestre (sempre "0"); 
CB (Bit de controle) → Indica a transmissão de um comando; 
» 0: Transmissão de dado ou parâmetro ou endereço. 
» 1: Transmissão de comando. 
A4...A0 → Bits de endereço (31 endereços) 
I4...I0 → Bits de informação 
» CB = "0", I4 = "0": 4 Bit dados 
» CB = "0", I4 = "1": 4 Bit parâmetros 
» CB = "1": 5 Bit comandos 
PB → Bit de paridade; 
EB → End bit. 
Sentido Escravo Mestre (Resposta) 
ST EB 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 28 fevereiro 2015.
72
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Figura 43. Sentido de transmissão Escravo – Mestre.
 
ST (Start bit) → Início da requisição do Mestre (sempre "0"); 
I3...I0 → Bits de informação 
PB → Bit de paridade; 
EB → End bit. 
ST EB 
Sentido Escravo Mestre (Resposta) 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 28 fevereiro 2015.
Abaixo temos alguns comandos que podem ser trocados em uma comunicação entre 
mestre – escravo:
 » Troca de dados → é o tipo mais comum de mensagem. Serve para 
transferir um padrão de bits para uma saída e no mesmo comando ler a 
resposta do escravo.
 » Escrita de parâmetros → escreve uma palavra de configuração do 
comportamento do escravo.
 » Definição do Endereço de um escravo → para definir um novo 
endereço de um escravo, dois comandos são necessários.
 » Apaga o endereço → apaga o endereço de um escravo. Isto é 
necessário porque o escravo deve possuir o endereço 0 para poder 
receber um novo endereço, e o endereçamento propriamente dito.
 » Reset do escravo → este pedido é usado pelo mestre para resetar um 
escravo específico.
 » Apaga o endereço → este pedido é usado pelo mestre para apagar o 
endereço de um escravo específico.
 » Lê configuração de I/O → este pedido é usado pelo mestre para 
verificar qual é a configuração de entradas e saídas de um escravo 
específico.
 » Lê ID code → este pedido é usado pelo mestre para verificar qual é o 
código ID de um escravo específico.
73
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
 » Lê status da memória → este pedido é usado pelo mestre para 
verificar quais são os dados de comunicação na memória.
 » Lê e deleta status da memória → este pedido é usado pelo mestre 
para verificar quais são os dados de comunicação na memória a apagá-
los.
A codificação Manchester II é um código de linha que tenta manter a integridade da 
informação. Evita uma sequência longa do mesmo bit e com isso evita a perda de 
sincronismo. Consiste em substituir do sinal NRZ o bit ‘0’ por ‘10’ e ‘1’ por ‘01’.
O sinal codificado é modulado em APM, que o sinal digital é convertido em variações 
de fase de um sinal analógico.
O sinal é concentrado em uma banda estreita para evitar interferências 
eletromagnéticas. A figura 44 ilustra a codificação na rede AS-i.
Figura 44. Modulação na rede AS-i.
 
0 0 0 0 1 1 
NRZ 
Manchester 
II 
APM 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 28 fevereiro 2015.
Exercício:
Identifique os endereços dos escravos e estado das entradas e saídas para as mensagens 
abaixo:
74
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Figura 45. Mensagens trocadas entre dispositivos em uma rede AS-i.
 
Mensagem enviada via Mestre 
Mensagem enviada via escravo 
Bits (Dados) Estado das Entradas (Entr. 1 Ativa) 
ST PB EB 
Bit I4 = 0 (Dados) Ativar Saídas 3 e 4 
ST CB Endereço (Escravo 20) 
Fonte: autor.
Solução:
O significado das mensagens trocadas na rede AS-i representadas podem ser vistas 
pela figura 46.
Figura 46. Mensagens trocadas entre dispositivos em uma rede AS-i – Interpretação.
 
Mensagem enviada via Mestre 
Mensagem enviada via escravo 
Bits (Dados) Estado das Entradas (Entr. 1 Ativa) 
ST PB EB 
Bit I4 = 0 (Dados) Ativar Saídas 3 e 4 
ST CB Endereço (Escravo 20) 
Fonte: autor.
75
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Características funcionais
Neste capítulo, será abordado e reforçado algumas características funcionais da 
rede AS-i no qual foram abordados ao longo desta unidade III, dedicada a rede AS-
interface.
Características
O nome Actuator Sensor Interface representa o seu próprio conceito. É uma solução 
simples e elegante para a integração de sensores e atuadores discretos em sistema 
de controle de processos. Esta rede possui uma série de características, muitas 
mencionadas e outras que podem ser vistas agora:
 » Compatibilidade → sensores e atuadores de diferentes fabricantes 
podem ser conectados a uma interface digital serial padronizada.
 » Controle de acesso ao meio → sistema com um único mestre e 
varredura cíclica.
 » Endereçamento → escravos recebem um endereço permanente do 
mestre ou via hand-held.
 » Estrutura da rede → sem restrições (linear, anel, estrela ou árvore).
 » Meio de transferência → dois cabos não trançados e sem blindagem 
para dados e energia (24 VDC), tipicamente até 200 mA por escravo, até 
8A por barramento.
 » Rápida instalação → por meio de conectores autoperfurantes.
 » Tamanho de cabo → máximo de 100 m ou até 300 m com o uso de 
repetidores.
 » Sinais e alimentação → estão presentes em um mesmo barramento 
(24VDC).
 » Número de escravos → até 62 escravos por rede (versão 2.1).
 » Telegramas → telegrama do mestre contendo o endereço, resposta 
direta do escravo.
 » Dados → 4 entradas e 4 saídas para cada escravo e no caso de mais de 
31 escravos têm, então, apenas 3 saídas; (máximo de 248 participantes 
binários por rede).
76
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
 » Carga útil → transmite 4bits/escravo/mensagem. Todos os escravos 
são chamados sequencialmente pelo mestre e recebem 4 bits de dados. 
Cada escravo responde imediatamente com 4 bits de dados. 
 » Tempo de ciclo → 5 ms para a versão 2.0 e 10 ms para a versão 2.1.
 » Detecção de erros → Detecção eficiente e retransmissão de telegramas 
incorretos.
 » Chip AS-Interface → 4 E/S configuráveis para dados, 4 parâmetros 
de saídas e 2 saídas de controle.
 » Funções do mestre → varredura cíclica em todos os escravos, 
transmissão de dados para escravos e para a unidade de controle (CLP 
ou PC). Inicialização da rede, identificação dos escravos, diagnóstico 
dos escravos e de dados transferidos. Além disso, reporta erros ao 
controlador e endereça escravos substituídos.
 » Válvulas → são instaladas diretamente no local da aplicação, 
diminuindo a tubulação e aumentando a velocidade de resposta dos 
atuadores.
 » Baixo custo → conexão por escravo e elimina módulos de entradas e 
saídas no CLP.
 » Confiabilidade → alto nível de confiabilidade operacional em 
ambientes industriais agressivos.
 » Padrão aberto → elaborado por renomados fabricantes, filiados 
à Associação Internacional AS-i, cujo protocolo de transmissão é 
normalizado.
 » Opcional → cabo de alimentação para saídas e controle de parada.
Meio de transmissão
A rede AS-Interface conecta os dispositivos mais simples das soluções de automação. 
Um único cabo une atuadores e sensores com os níveis superiores de controle. AS-
Interface é um sistema de rede padronizado (EN 50295) e aberto, que interliga de 
maneira muito simples atuadores e sensores. Algumas características do meio de 
transmissão:
77
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
 » a rede AS-ise caracteriza por somente em um par de fios, caminharem 
junto a alimentação dos sensores ou atuadores em 24Vcc e a informação 
do estado dele;
 » para a conexão de equipamentos ao cabo AS-i, não se faz necessário 
cortar ou decapar o cabo. A conexão é feita através de lâminas 
que penetram no conector. Este tipo de conectores é conhecido 
popularmente como “conector Vampiro”;
 » a topologia de rede do sistema AS-i é de livre escolha do usuário, estando 
atento apenas a restrição quanto ao limite máximo de 100 metros de 
comprimento para o cabo;
 » a rede AS-i substitui o tradicional arranjo de cabos múltiplos, caixas de 
passagem, canaletas, dutos de cabos por um simples cabo especialmente 
desenvolvido para rede AS-i.
O vídeo a seguir ilustra a simplicidade de conexão de um equipamento a uma 
rede ASi. Vale a pena assistir: 
.
Modulação 
A seleção de uma modulação adequada para o AS-i deveria atender um conjunto de 
requisitos bastante exigentes, o que levou à criação de um novo procedimento de 
modulação, conhecido por Modulação de Pulsos Alternados (APM - Alternating Pulse 
Modulation). Esses requisitos incluem:
 » o sinal de mensagem superposto à tensão de alimentação precisa ser 
livre de componente de corrente contínua;
 » o transmissor do escravo, e quando possível, o do mestre, deve ser 
possível de ser implementado em uma maneira simples, que ocupe 
pouco espaço e baixo custo;
 » desde que o cabo AS-i possui uma impedância que aumenta 
grandemente com a frequência, o sinal de dados deve ter uma banda 
relativamente estreita;
 » níveis altos de radiação de ruído são também inaceitáveis.
78
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Limitações do AS-i
O AS-i foi conscientemente construído e otimizado para uso em aplicações abaixo dos 
Fieldbuses. Sendo assim, algumas capacidades dos Fieldbuses de alto nível não podem 
ser realizadas em AS-i. Algumas limitações devem ser conhecidas.
 » Os dados transmitidos em AS-i são limitados a 4 bits por escravos que 
podem ser trocados a cada ciclo.
 » Mensagens longas podem ser transmitidas dividindo-as em vários ciclos. 
Isto pode ser usado em processos de dinâmicas lentas, como pressão ou 
temperatura (valores analógicos).
 » AS-interface é estritamente mestre-escravo, com varredura cíclica 
por escravos. Isto impede a transmissão assíncrona pelos sensores e 
atuadores. Os escravos devem aguardar 10 ms (no caso de uma rede com 
62 escravos) até ser chamado novamente.
 » A transferência de dados de escravo para escravo só é possível via 
mestre.
 » A limitação de comprimento do cabo é de 100 metros sem o uso de 
repetidores. Esta limitação física se deve a manutenção de outros 
critérios como o tempo de ciclo da rede, tipo de topologia livre e a não 
exigência de resistores de terminação.
Padrões e regulamentações
Os componentes da rede AS-i e suas instalações devem estar de acordo com as 
seguintes regulamentações e com base nas suas últimas revisões.
 » Statutory Obligations (including the Electricity Ordinance, Chapter 
406).
 » IEC 364: Electrical installations of buildings.
 » IEC 60947-1: Low-voltage switchgear and controlgear – Part 1: General 
rules.
 » IEC 529: Degrees of protection provided by enclosures (IP Code).
 » IEC 439: Low-voltage switchgear and control gear assemblies.
79
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
 » IEC 62026-1: Low-voltage switchgear and controlgear – Controller-
device interfaces (CDIs).
 » IEC 62026-2: Actuator sensor interface (AS-i).
 » IEC 61131-2: Programmable controllers – Part 2: Equipment 
requirements and tests.
 » IEC 61076-2-101: Connectors for electronic equipment: Part 2-101 
Circular connectors (M8 & M12).
 » EN 954-1: Safety of machinery. Safety related parts of control systems. 
General principles for design.
 » CISPR 11: Industrial, scientific and medical (ISM) radio-frequency 
equipment – Electromagnetic disturbance characteristics – Limits and 
methods of measurement.
Além das normas e regulamentações citadas anteriormente, deve-se considerar 
também regulamentações locais de instalações, inspeções e testes de equipamentos. 
Expansão para Safety at Work
Com AS-i Safety Work é possível conectar componentes de segurança (safe 
components), tais como chave de emergência e barreiras de segurança diretamente 
à rede AS-i. O objetivo é adicionar funcionalidades relacionadas à segurança pessoal 
e de equipamentos. Não há necessidade de trocas ou expansão no sistema existente. 
Porque os componentes de segurança e o monitor trabalham com o protocolo padrão 
AS-i.
É necessária apenas a adição dos componentes de segurança no sistema. O 
monitoramento de segurança não é feito pelo mestre da rede. Para isso, um 
componente requerido em uma rede com componentes seguros é o safe monitor 
(monitor de segurança).
O monitor não interfere no tráfego de frames da rede, ele apenas monitora o tráfego, 
utilizando-o para determinar o estado de segurança. Desta forma, máquinas e plantas 
podem ser ajustadas a um estado seguro por meio das saídas do monitor de segurança. 
80
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Figura 47. Rede AS-i com componentes de segurança e componentes comuns.
Fonte: https://w3.siemens.com.br/automation/br/pt/comunicacao-industrial/as-interface/pages/as-interface.aspx.
Aplicação
Neste capítulo, estaremos ilustrando algumas aplicações industriais nos quais foram 
estabelecidos a rede AS-i como rede de controle e acesso.
Exemplo 1:
A empresa Dr. Wiewelhove em Telgte, Westphalia, projetou e construiu o que é hoje 
a maior usina de triagem de garrafas vazias na Alemanha para a Bier Schneider 
em Dortmund. A planta, que cobre uma superfície de 1800m2 em três andares que 
identifica e distribui até 6.000 caixas de garrafas de todos os tipos possíveis a cada 
hora. A figura 48 ilustra uma vista da linha de triagem de garrafas vazias.
Figura 48. Planta de triagem de garrafas vazias da fábrica de cervejas Schneider, em Dortmund – Alemanha.
Fonte: AS-interface/Siemens_EN. Acesso em: 1o mar.2015.
81
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
A rede AS-i é utilizada para acionamento de I/O dos equipamentos implementados ao 
controlador modular S7-300s SIMATIC. O processador de comunicação CP342-2 é o 
mestre e fornece a ligação entre a CPU do controlador e a rede AS-i.
Mais de 100 módulos digitais, cada um com quatro sinais de entrada digital para 
ligação dos sensores distribuídos ao redor da planta com os controladores são 
utilizados. Para a maior parte destes censores são compostos de sensores fotoelétricos 
que garante a não existência de congestionamentos na linha. Dois mestres são usados 
para cada controlador, o que significa que um total de oito linhas AS-Interface com 
um comprimento máximo de cabo de 100 metros são suficientes para atender toda a 
cablagem dos módulos I/O. Na figura 49, é mostrada outra vista das linhas de triagem 
da fábrica de triagem de garrafas.
Figura 49. Linhas de verificação das garrafas da fábrica de cervejas Schneider, em Dortmund – Alemanha.
 
Maior usina de 
triagem de garrafas 
da Alemanha, que 
cobre uma planta de 
60x30 metros 
dispostas em três 
andares. 
Um total de 8 linhas 
AS-i, todos com um 
comprimento 
máximo de cabo de 
100 metros, fornece 
um completo 
cabeamento para os 
equipamentos de I/0. 
Fonte: . Acesso em: 1o março 2015.
Vinte módulos compactos pneumáticos AS-i também operam na planta. Ao reduzir 
toda a instalação para apenas alguns cabos, tais como cabos de rede AS-i, circuitos 
de ar e de paradas de emergência, áreas da planta que poderia ser padronizada 
ocorreu uma grande economia em montagens e instalação de equipamentos, graças à 
opção pela rede AS-i. AS-Interface tornou possível para montar uma fábrica de baixo 
custo, reduzindo investimentos e automatizando os processos, consequentemente 
aumentando o poder de processamento da fábrica. 
Para mais informações acesse:downloads/AS_Interface_EN.pdf>
82
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Exemplo 2:
Movimentação de materiais de composição de motores utilizando AS-Interface na 
fábrica de motores Volkswagen na Saxónia – Alemanha. A figura 50 ilustra um motor 
fábricado pela Volkswagen no qual sua linha de montagem foi automatizada utilizando 
rede industrial AS-i.
Figura 50. Motor fabricado pela Volkswagen utilizando rede AS-i em sua linha de produção 
em sua fábrica da Saxony.
Fonte: . Acesso em: 1o março2015.
O processo de inserção dos componentes de um motor não é uma tarefa trivial. 
Dispositivos de comutação e de proteção são montados muito próximos ao motor, de 
modo que os cabos que compõe o motor em si são muito curtos. As partidas de motores 
drenão a energia de que necessitam a partir de um único barramento denominado de 
“barramento de força”.
Um sistema de transportador aéreo circular rotativo que transporta aproximadamente 
2.200 motores fabricados diárias é a espinha dorsal de toda a fábrica de motores. Ele 
fornece a conexão entre todas as áreas de produção, a partir da linha de montagem, 
por meio das baías de teste até as áreas de despacho.
Figura 51. Motor fabricado pela Volkswagen utilizando rede AS-i em sua linha de produção 
em sua fábrica da Saxony.
 
2.200 motores são 
verificados, 
transportado, e 
parados 
diariamente. 
 
As paradas são 
controladas por 
meio de 
equipamentos 
instalados que se 
comunicam através 
de rede AS-i. 
Fonte: . Acesso em: 1o março 2015.
2.200 motores são verificados, transportado, e parados diariamente.
 
As paradas são 
controladas por meio de equipamentos instalados que se comunicam através de rede AS-i.
83
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Exemplo 2:
Movimentação de materiais de composição de motores utilizando AS-Interface na 
fábrica de motores Volkswagen na Saxónia – Alemanha. A figura 50 ilustra um motor 
fábricado pela Volkswagen no qual sua linha de montagem foi automatizada utilizando 
rede industrial AS-i.
Figura 50. Motor fabricado pela Volkswagen utilizando rede AS-i em sua linha de produção 
em sua fábrica da Saxony.
Fonte: . Acesso em: 1o março2015.
O processo de inserção dos componentes de um motor não é uma tarefa trivial. 
Dispositivos de comutação e de proteção são montados muito próximos ao motor, de 
modo que os cabos que compõe o motor em si são muito curtos. As partidas de motores 
drenão a energia de que necessitam a partir de um único barramento denominado de 
“barramento de força”.
Um sistema de transportador aéreo circular rotativo que transporta aproximadamente 
2.200 motores fabricados diárias é a espinha dorsal de toda a fábrica de motores. Ele 
fornece a conexão entre todas as áreas de produção, a partir da linha de montagem, 
por meio das baías de teste até as áreas de despacho.
Figura 51. Motor fabricado pela Volkswagen utilizando rede AS-i em sua linha de produção 
em sua fábrica da Saxony.
 
2.200 motores são 
verificados, 
transportado, e 
parados 
diariamente. 
 
As paradas são 
controladas por 
meio de 
equipamentos 
instalados que se 
comunicam através 
de rede AS-i. 
Fonte: . Acesso em: 1o março 2015.
2.200 motores são verificados, transportado, e parados diariamente.
 
As paradas são 
controladas por meio de equipamentos instalados que se comunicam através de rede AS-i.
A configuração distribuída das funções de I/O, tais como a ligação dos sinais de 
acionamento, desacionamento, parada etc., é realizada mediante aos comandos 
realizados pela rede AS-i. Os interruptores controlados pelos leitores de códigos de 
barras são responsáveis pela passagem controlada dos motores por meio das secções 
individuais de produção do sistema de transporte circular.
Paradas estratégicas que podem desacoplar os motores de forma individual da 
correia transportadora são utilizadass para garantir que uma distância definida é 
mantida durante a verificação diária dos 2200 motores. Estas paradas estratégicas são 
controladas através da configura da rede AS-i.
Para mais informações acesse: 
Exemplo 3:
A máquina de corte a laser HSL2502 de alta velocidade é a nova máquina modelo 
da Trumpf com sede em Neukirch, Saxônia Alemanha. A máquina foi automatizada 
utilizando uma rede AS-i ao nível de campo, incluindo dispositivos auxiliares, tais 
como a unidade hidráulica, extração, unidade de resfriamento de circuito fechado, e o 
sistema de alimentação. A figura 52 ilustra a máquina laser HSL2502 em porcesso.
Figura 52. Máquina laser HSL2502 automatizada por meio de rede AS-i.
Fonte: . acesso em: 1o março 2015.
Uma das vantagens do novo conceito de automação para Trumpf é que soluções 
específicas para clientes agora podem simplesmente ser incorporada aos projetos de 
engenharia existentes. Graças a padronizado de interfaces I/O, foi possível instalar e 
comissionar módulos durante a fase de pré-produção.
84
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
A instalação distribuída utilizando módulos padrões facilitou o design modular da 
máquina. Utilizando AS-i não apenas os módulos de E/S do PLC foram eliminados, 
mas também reduções significativas foram alcançadas por não serem requisitos como 
as tomadas no quadro de comando antes necessárias para a conexão dos cabos de 
equipamentos de interligação da máquina.
Um benefício adicional também conseguido foi que a localização do quadro de comando 
principal já não afetava mais a concepção do desenho da máquina. A figura 53 ilustra 
uma parte da maquina que situa-se módulos de distribuição de sensores AS-i.
Figura 53. Instalação de módulos de sensores AS-i.
 
Redução na 
estocagem de peças 
de reposição, graças 
a componentes 
padronizados. 
Alteração da 
configuração antes 
de caixas 
centralizadoras de 
cabos de sensores 
para módulos I/O 
analógicos e digitais. 
Fonte: . Acesso em: 1o março 2015.
Com a utilização de componentes normalizados, encolheu o perfil de peças estocadas 
diminuindo a diversidade de modelos. Dessa forma, reduziu-se também seu estoque de 
forma a uniformizar os componetes e soluções aplicáveis nos produtos subsequentes da 
empresa. Dessa forma, não existirá mais tantos diagramas de conexões, previamente 
necessários, diminuindo ainda mais os custos de projeto e produção.
Para mais informações : 
Outras aplicações:
Podemos visualizar por meio da figura 54 outras aplicações utilizando rede AS-i.
85
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Figura 54. Outros processos industriais automatizados utilizando rede AS-
 
Automatização de linha 
de transporte de 
processo de 
fabricação de motores. 
Automatização de silos 
granulados. 
Automatização 
em módulos 
Compactos para 
aplicação em 
Cervejarias. 
Fonte: http://www.directindustry.com/pt/prod/azo-group/product-38712-1997702.html, http://revolucaoindustrial3.blogspot.
com/, https://economia.uol.com.br/empregos-e-carreiras/noticias/redacao/2018/03/20/cervejaria-ambev-cerveja-programa-
trainee-inscricoes.htm.
Para visualização de outros processos industriais automatizados utilizando AS-i 
acessar os seguintes sites: 
http://www.as-interface.net/applications/factory-automation;
http://www.as-interface.net/applications/process-automation;
http://www.as-interface.net/news-events/videos/asi-video-zur-hmi-2010.
http://revolucaoindustrial3.blogspot.com/
http://revolucaoindustrial3.blogspot.com/
http://www.as-interface.net/applications/process-automation
86
CAPÍTULO 2
Rede Industrial HartIntrodução
Como bem sabemos, as empresas buscam reduzir os custos de operação, fornecer 
produtos rapidamente e melhorar a qualidade do produto visando se manterem vivas 
no atual ambiente competitivo as quais estão inseridas. O protocolo HART® (Highway 
Addressable Remote Transducer) contribui diretamente para essas metas de negócios, 
proporcionando economia de custos em:
 » comissionamento e instalação;
 » operações da planta e melhor qualidade;
 » manutenção.
Este capítulo tem por objetivo fornecer aos alunos e usuários dos produtos 
HART as informações necessárias para obter todos os benefícios da 
instrumentação digital HART. 
O protocolo de comunicação HART é um padrão aberto de propriedade das mais de 
100 empresas associadas ao FieldCom Group. Os produtos que usam o protocolo de 
comunicação HART, fornecem sinais analógicos de 4 a 20 mA e digitais, permitindo 
assim uma maior flexibilidade que não está disponível em nenhuma outra tecnologia 
de comunicação.
O conteúdo abaixo inserido irá fornecer uma compreensão de como a 
tecnologia HART funciona, insights sobre como aplicar vários recursos da 
tecnologia e exemplos específicos de aplicativos implementados pelos usuários 
do protocolo HART em todo o mundo:
 » Teoria da Operação.
 » Benefícios da Comunicação HART.
 » Obtendo o máximo dos sistemas HART.
 » Aplicativos do setor.
87
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Modos de comunicação
Master-Slave Mode
O HART é um protocolo de comunicação mestre-escravo, o que significa que durante a 
operação normal, cada comunicação de escravo (dispositivo de campo) é iniciada por 
um dispositivo de comunicação mestre, sendo possível também que dois mestres se 
conectem a cada loop HART. O mestre primário é geralmente um sistema de controle 
distribuído (DCS), um controlador lógico programável (PLC) ou um computador 
pessoal (PC). Já o mestre secundário pode ser um terminal portátil ou outro PC. 
Os dispositivos escravos respondem aos comandos do mestre primário ou secundário 
e podem ser do tipo:
 » transmissores; 
 » atuadores; e 
 » controladores.
Burst Mode
Alguns dispositivos HART suportam o modo de comunicação de burst opcional.
Este modo intermitente permite uma comunicação mais rápida (3 a 4 atualizações de 
dados por segundo). No modo burst, o mestre instrui o dispositivo escravo a transmitir 
continuamente uma mensagem de resposta HART padrão (por exemplo, o valor da 
variável de processo, ou qualquer outra variável desejada).
A utilização do modo burst é recomendada para permitir que mais de um 
dispositivo HART passivo ouça as comunicações no loop HART.
O Princípio de Funcionamento do Protocolo
O protocolo de comunicação HART é baseado no padrão de comunicação telefônica 
Bell 202 e opera usando o princípio de desvio de frequência (FSK). O sinal digital é 
composto de duas frequências 1.200 Hz e 2.200 Hz representando os bits 1 e 0, 
respectivamente. Ondas sinusoidais dessas duas frequências são sobrepostas ao sinal 
analógico de corrente contínua (dc), permitindo assim que em único meio físico de 
88
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
comunicação ocorram as comunicações analógicas e digitais simultâneas, conforme 
figura abaixo. 
Como o valor médio do sinal FSK é sempre zero, o sinal analógico de 4 a 20 
mA não é afetado. Esta tecnologia permite uma taxa de comunicação de 
aproximadamente 2 a 3 atualizações de dados por segundo sem interromper 
o sinal analógico. Além disso, é necessário a utilização de uma impedância de 
loop mínima de 250 Ω.
Figura 55. Comunicação analógica e digital ocorrendo simultaneamente na tecnologia HART.
 
 Time 
4 mA 
“0” “0” “1” 
“1” “0” “1” 
“0” “1” “1” 
20 mA 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
Os dispositivos HART podem operar em uma das duas configurações de rede: 
 » ponto a ponto; ou 
 » multiponto.
Rede Ponto a Ponto
No modo ponto a ponto, o sinal tradicional de 4-20 mA é usado para comunicar 
uma variável de processo, enquanto variáveis de processo adicionais, parâmetros de 
configuração e outros dados do dispositivo são transferidos digitalmente usando o 
protocolo. Nesta configuração, vale ressaltar que o sinal analógico não é afetado pela 
comunicação digital e que todas as demais variáveis e parâmetros podem ser acessados 
de forma digital e utilizados para fins de operação, comissionamento, manutenção e 
diagnóstico. 
89
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Figura 56. Modo de Operação Ponto a Ponto.
 
Field Device 
Barrier 
Multiplexer 
Handheld Terminal 
Control System 
or Other Host 
Application 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
Rede Multidrop
O modo de operação multidrop requer apenas um único par de fios e, se aplicável, 
barreiras de segurança e uma fonte de alimentação auxiliar para fornecer energia 
para até 15 dispositivos de campo. Todos os valores do processo são transmitidos 
digitalmente. 
No modo multidrop, todos os endereços de pesquisa do dispositivo de campo 
são> 0 e a corrente em cada dispositivo é fixada em um valor mínimo, sendo 
geralmente 4 mA.
Figura 57. Modo de Operação Multidrop.
 
Control System or Other 
Host Application 
Handheld Terminal 
Field Devices – 
Multidrop Network 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart
90
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Comandos Hart
O conjunto de comandos HART fornece comunicação uniforme e consistente para 
todos os dispositivos de campo, sendo enquadrados em três tipos de classes especiais: 
 » universal; 
 » prática comum; e 
 » específica do dispositivo. 
Comando Universal
Todos os dispositivos que usam o protocolo HART devem reconhecer e suportar os 
comandos universais, os quais fornecem acesso a informações úteis em operações 
normais:
 » ler variável primária;
 » unidades de medida;
 » etc.
Prática comum
Os comandos de prática comum são os tipos de comandos que normalmente 
são implementados pelos fabricantes de dispositivos de comunicação HART, 
mas não são uma regra.
Dispositivo específico
Comandos específicos do dispositivo representam funções exclusivas de cada 
dispositivo de campo. Esses comandos acessam informações de configuração 
e calibração, bem como informações sobre a construção do dispositivo. Estas 
informações sobre os comandos específicos do dispositivo são disponibilizadas 
normalmente pelos fabricantes do dispositivo.
91
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Abaixo temos listados, como exemplos, alguns dos comandos HART acima 
descritos.
Quadro 5. Lista de Comandos Hart.
Universal Commands
Common Practice 
Commands
Device-Specific 
Commands
 » Read manufacturer and device type
 » Read primary variable (PV) and 
units
 » Read current output and percent 
of range
 » Read up to four predefined 
dynamic variables
 » Read or write eight-character tag, 
16-character descriptor, date
 » Read or write 32-character 
message
 » Read device range values, units, 
and damping time constant
 » Read or write final assembly 
number
 » Write polling address
 » Read selection of up to four 
dynamic variables
 » Write damping time constant
 » Write device range values
 » Calibrate (set zero, set span)
 » Set fixed output current
 » Perform self-test
 » Perform master reset
 » Trim PV zero
 » Write PV unit
 » Trim DAC zero and gain
 » Write transfer function (square 
root/linear)
 » Write sensor serial number
 » Read or write dynamic variable 
assignments
 » Read or write low-flow cut-off
 » Start, stop, or clear totalizer
 » Read or write density 
calibration factor
 » Choose PV (mass, flow, or 
density)
 » Read or write materials or 
construction information
 » Trim sensor calibration
 » PID enable
 » Write PID setpoint
 » Valve characterization
 » Valve setpoint
 » Travel limits
 » User units
 » Local display information
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
A comunicação com um dispositivo HART
Cada dispositivo HART possui um endereço de 38 bits formado da seguinte maneira: 
 » o código de identificaçãodo fabricante; 
 » o código do tipo de dispositivo; e 
 » o identificador exclusivo do dispositivo. 
Um endereço único é codificado em cada dispositivo no momento de sua fabricação, 
sendo assim, quando um mestre HART tentar se “conectar” a este “device”, ele deverá 
reconhecer o endereço do mesmo para se comunicar com sucesso com ele. 
Para que a comunicação entre mestre-escravo ocorra de forma correta, o mestre pode 
aprender o endereço do dispositivo escravo emitindo um dos dois comandos abaixo 
que fazem com que o dispositivo escravo responda com seu endereço das seguintes 
maneiras:
92
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
 » Comando 0, Identificador exclusivo de leitura - O comando 0 
é o método preferido para iniciar a comunicação com um dispositivo 
escravo, porque permite que um mestre aprenda o endereço de cada 
dispositivo escravo sem interação com o usuário. Cada endereço de 
pesquisa (0 a 15) é testado para aprender o endereço exclusivo de cada 
dispositivo. Neste momento, dizemos que o mestre está “varrendo a 
rede” ou realizando o “Polling Cycle”.
 » O Comando 11, Identificador Único de Leitura por Tag - 
Comando 11 é útil se houver mais de 15 dispositivos na rede ou se os 
dispositivos de rede não tiverem sido configurados com endereços 
de pesquisa exclusivos. (Multiponto mais de 15 dispositivos é possível 
quando os dispositivos são alimentados e isolados individualmente). O 
comando 11 requer que o usuário especifique os números de tag a serem 
pesquisados.
Device Description
Alguns aplicativos de host HART usam descrições de dispositivo (DD) para obter 
informações sobre as variáveis e funções contidas em um dispositivo de campo 
HART. O DD inclui todas as informações necessárias para que um aplicativo host se 
comunique diretamente com o dispositivo de campo. 
A DD de um determinado dispositivo de campo HART é aproximadamente 
equivalente a um driver de impressora para um computador. As DD’s eliminam 
a necessidade de fornecedores/fabricantes de host terem de desenvolver 
e suportar interfaces e drivers personalizados, pois as DD’s fornecem uma 
“imagem” de todos os parâmetros e funções do dispositivo em um idioma 
padronizado. Estes arquivos lembram arquivos escritos na linguagem de 
programação C
Geralmente, todo fabricante de dispositivos HART fornece a DD específica de 
seu produto, pois só assim um aplicativo host habilitado poderá ler e gravar 
dados seguindo os procedimentos de cada dispositivo. 
A associação FieldCom Group é a responsável por realizar as verificações e 
testes de qualidade em cada DD desenvolvida e enviada, tendo por finalidade 
garantir a conformidade com as especificações, buscando evitar conflitos com 
os DDs já registrados e garantir a operação com os hosts HART padrão. 
93
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Os benefícios da comunicação Hart
O protocolo HART é uma poderosa tecnologia de comunicação usada para explorar 
todo o potencial dos dispositivos de campo digital, preservando o tradicional sinal 
analógico 4-20 mA e ampliando as capacidades do sistema para comunicação digital 
bidirecional com instrumentos de campo inteligentes. 
Este protocolo oferece ainda a melhor solução para comunicações de dispositivos 
de campo inteligentes possuindo a mais ampla base de suporte para dispositivos de 
campo em todo o mundo. Mais instrumentos estão disponíveis com o protocolo HART 
do que qualquer outra tecnologia de comunicação digital. Quase qualquer aplicação 
de processo pode ser tratada por um dos produtos oferecidos pelos fornecedores de 
instrumentos HART.
Ao contrário de outras tecnologias de comunicação digital, o protocolo HART fornece 
uma solução de comunicação exclusiva que é compatível com versões anteriores da 
base de instrumentação instalada em uso atualmente. Essa compatibilidade reversa 
garante que os investimentos no cabeamento existente e nas estratégias de controle 
atuais permaneçam seguros no futuro.
Podemos ainda, considerar alguns ganhos quando falamos em utilização do protocolo 
de comunicação HART, que são:
 » melhorias nas operações da planta;
 » flexibilidade operacional;
 » redução de custos.
Melhoria de operação nas plantas
O protocolo HART melhora o desempenho da planta e proporciona economia em:
 » comissionamento e instalação;
 » operações da planta e melhor qualidade;
 » manutenção
Os dispositivos de campo baseados em HART podem ser instalados e comissionados 
em uma fração do tempo necessário para um sistema tradicional somente analógico. 
Os operadores que usam comunicações digitais HART podem identificar facilmente 
94
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
um dispositivo de campo por sua tag/adress e verificar se os parâmetros operacionais 
estão corretos. Além disso, em caso de configuração de dispositivos semelhantes, 
o usuário/instrumentista pode copiar e colar as informações/parâmetros de um 
dispositivo “padrão” simplificando assim o processo de comissionamento. 
Redução de custos na instalação
O protocolo HART suporta a rede de vários dispositivos em um único par de fios 
trançados. Esta característica é bastante utilizada em aplicações com o intuito de 
fornecer economias significativas na fiação, especialmente para aplicativos como 
monitoramento de tanque. 
É recomentado utilizar o modo multidrop HART para conectar vários 
instrumentos a um único cabo e reduzir os custos de instalação.
Uma grande vantagem do protocolo de comunicação Hart é que ele permite o 
desenvolvimento de dispositivos multivariáveis, os quais reduzem o número de 
instrumentos, fiação, peças de reposição e terminações necessárias. 
Alguns dispositivos HART realizam cálculos complexos, como algoritmos de 
controle PID ou taxa de fluxo compensada. Instrumentos com capacidade 
multivariável realizam medições e realizam cálculos na fonte, o que elimina o 
viés de tempo e resulta em cálculos mais precisos do que os possíveis quando 
realizados em um host centralizado.
Como exemplo de dispositivo multivariável, abaixo podemos observar um 
Posicionador Digital Eletropneumático, instrumentos de campo este que 
incorpora um controle PID eliminando a necessidade de instalação de um 
controlador separado, gerando assim uma economia significativa de custos de 
fiação e equipamentos. 
Figura 58. Posicionador Digital Eletropneumático HART.
Fonte: https://www.sense.com.br/siter/familias/262.
95
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Redução de custos na manutenção
Os recursos de diagnóstico dos dispositivos de campo de comunicação HART podem 
eliminar custos substanciais reduzindo o tempo de inatividade. Devido a constante 
troca de informações de diagnóstico entre o device e a sala de controle, é possível 
minimizar o tempo necessário para identificar a origem de qualquer problema e 
tomar ações corretivas. Além disso, devido a esta característica proporcionada pelo 
protocolo, viagens para o campo ou áreas perigosas são eliminadas ou reduzidas.
Qualquer dispositivo pode ser substituído e colocado em serviço, pois a comunicação 
HART permite que os parâmetros e configurações operacionais corretos sejam 
carregados com rapidez e precisão no dispositivo a partir de um banco de dados 
central. O carregamento eficiente e rápido reduz o tempo em que o dispositivo está 
fora de serviço. Alguns aplicativos de software fornecem um registro histórico de 
configuração e status operacional para cada instrumento, permitindo com que essas 
informações sejam utilizadas em manutenção preventiva e/ou pré-ditiva.
Aumento na qualidade de medidas
Os dispositivos de comunicação HART fornecem informações precisas que ajudam 
a melhorar a eficiência operacional de uma fábrica. Durante a operação normal, os 
valores operacionais do dispositivo podem ser facilmente monitorados ou modificados 
remotamente. 
Um bom exemplo do aumento da qualidade das medidas pode ser observado em 
uma aplicação que por meio de um aplicativo de software os dados transmitidos 
pelos devices são carregados a um banco de dados eutilizados para automatizar 
a manutenção de registros para conformidade normativa (por exemplo, padrões 
ambientais, de validação, ISO9000 e de segurança).
Abaixo, podemos verificar um exemplo de parâmetros do dispositivo sendo enviados 
para a sala de controle.
96
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Figura 59. Exemplo de parâmetros sendo transmitidos entre device e mestre.
 
Tag Message 
Descriptor 
Range Values Diagnostic 
IInformation Four Process Variables 
Construction Materials 
DeviceVariables 
Serial Numbers 
Damping 
Date 
Control Room Field 
Device 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
Além da constante troca de informações entre o dispositivo de campo e a sala de 
controle, alguns dispositivos de campo HART armazenam informações históricas na 
forma de logs de tendências e dados de resumo. Esses logs e cálculos estatísticos (por 
exemplo, valores altos e baixos e médias) podem ser carregados em um aplicativo de 
software para processamento adicional ou manutenção de registros.
Flexibilidade operacional
Como já mencionado anteriormente, o protocolo HART permite que dois mestres 
(primário e secundário) se comuniquem com dispositivos escravos e forneçam 
flexibilidade operacional adicional, ou seja, um sistema host permanentemente 
conectado pode ser usado simultaneamente, enquanto um terminal portátil ou 
controlador de PC está se comunicando com um dispositivo de campo, conforme 
ilustrado abaixo.
Figura 60. Sistema Multimaster.
 
Secondary Master 
Transmitter 
Power 
 
Primary Master: 
Control System or 
Other Host 
Application 
Analog 
 
Digital Data (2–3 
updates per second) 
HART Interface 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
97
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
O protocolo HART assegura a interoperabilidade entre dispositivos por meio de 
comandos universais que permitem que os hosts acessem e comuniquem com 
facilidade os parâmetros mais comuns usados em dispositivos de campo. 
O DDL HART estende a interoperabilidade para incluir informações que podem ser 
específicas de um dispositivo específico. O DDL permite que um único configurador de 
mão ou aplicativo host de PC configure e mantenha dispositivos de comunicação HART 
de qualquer fabricante. O uso de ferramentas comuns para produtos de diferentes 
fornecedores minimiza a quantidade de equipamentos e treinamento necessários para 
manter uma planta.
O HART estende a capacidade de dispositivos de campo além das limitações de 
variável única de 4-20 mA em hosts com capacidade HART.
Para aproveitar ao máximo os benefícios oferecidos pelo protocolo de comunicação 
HART, é importante instalar e implementar o sistema corretamente. Sendo assim, 
devemos estar atentos aos seguintes pontos:
 » fiação e instalação;
 » segurança intrínseca;
 » redes HART multiponto;
 » interfaces do sistema de controle;
 » multiplexadores
 » leitura de dados HART em sistemas não HART;
 » comunicador de mão universal;
 » software de configuração de PC;
 » comissionamento de redes HART;
 » status e diagnósticos do dispositivo;
 » conectando um PC a um dispositivo ou rede HART;
 » ferramentas de desenvolvimento de aplicativos para PC;
 » controle em dispositivos de campo.
98
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Cabeamento e Instalação
Figura 61. Instalação de um dispositivo de campo HART.
Fonte: https://www.automacaoindustrial.info/10-motivos-para-aplicar-a-tecnologia-wireless/.
Em geral, a prática de instalação para dispositivos de comunicação HART é a mesma 
que a instrumentação convencional 4-20mA. O cabo de par trançado blindado 
individualmente, seja em variedades de par único ou de múltiplos pares, é a prática de 
fiação recomendada. Cabos não blindados podem ser usados para distâncias curtas se 
o ruído ambiente e o efeito “cross-talk” não afetarem a comunicação.
O tamanho mínimo do condutor é de 0,51 mm de diâmetro (# 24 AWG) para cabos 
com menos de 1.524 m (5.000 pés) e 0.81 mm de diâmetro (# 20 AWG) para distâncias 
maiores.
A maioria das instalações está bem dentro do limite teórico de 3.000 metros (10.000 
pés) para comunicação HART. No entanto, as características elétricas do cabo 
(principalmente capacitância) e a combinação de dispositivos conectados podem afetar 
o comprimento máximo permitido do cabo de uma rede HART. A tabela abaixo mostra 
o efeito da capacitância do cabo e o número de dispositivos de rede no comprimento 
do cabo, baseada em instalações típicas de dispositivos HART em ambientes não IS.
Informações detalhadas para determinar o comprimento máximo do cabo para 
qualquer configuração de rede HART podem ser encontradas nas Especificações 
da Camada Física HART, documento este disponibilizados para os fabricantes e 
membros associados.
99
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Tabela 3. Relação de capacitância x comprimento do cabo Hart.
Cable Capacitance – pf/ft (pf/m) Cable Length – feet (meters)
No. Network Devices
20 pf/ft
(65 pf/m)
30 pf/ft
(95 pf/m)
50 pf/ft
(160 pf/m)
70 pf/ft
(225 pf/m)
1
9,000 ft
(2,769 m)
6,500 ft
(2,000 m)
4,200 ft
(1,292 m)
3,200 ft
(985 m)
5
8,000 ft
(2,462 m)
5,900 ft
(1,815 m)
3,700 ft
(1,138 m)
2,900 ft
(892 m)
10
7,000 ft
(2,154 m)
5,200 ft
(1,600 m)
3,300 ft
(1,015 m)
2,500 ft
(769 m)
15
6,000 ft
(1,846 m)
4,600 ft
(1,415 m)
2,900 ft
(892 m)
2,300 ft
(708 m)
Fonte: autor.
Segurança Intrínseca e os dispositivos Hart
A segurança intrínseca (IS) é um método que permite fornecer operação segura 
de instrumentação eletrônica de controle de processo em áreas perigosas ou 
potencialmente explosivas. Os sistemas IS mantêm a energia elétrica disponível no 
sistema em níveis baixos o suficiente para que a ignição da atmosfera perigosa não 
possa ocorrer. Nenhum dispositivo de campo individual ou fiação é intrinsecamente 
seguro por si só (exceto para dispositivos autônomos operados por bateria), mas é 
intrinsecamente seguro somente quando empregado em um sistema IS projetado 
adequadamente.
Os dispositivos de comunicação HART funcionam bem em aplicações que exigem 
operação IS. Dispositivos IS (por exemplo, barreiras) são frequentemente usados com 
instrumentos de 4 a 20 mA de dois fios para garantir um sistema 100% IS em áreas 
perigosas. Para tal, dois tipos de proteção podem ser adicionados, que são:
 » Barreiras de diodo de derivação (zener) que usam uma conexão de 
aterramento de segurança de alta qualidade para ignorar o excesso 
de energia. Ou seja, qualquer pico de energia superior ao limite 
determinado será suprimido pelo diodo zener.
100
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Figura 62.Barreira de diodo de derivação Zener.
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
 » Isoladores, que não exigem uma conexão de aterramento e que repitam 
o sinal de medição analógico por meio de uma interface isolada no 
circuito de carga do lado seguro.
Figura 63. Circuito Isolador utilizado em áreas potencialmente explosivas.
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
Tanto as barreiras Zener quanto os isoladores podem ser usados para garantir 
um sistema IS com dispositivos de comunicação HART, mas alguns problemas 
adicionais devem ser considerados ao projetar o loop HART.
Projetar um circuito de corrente direta em Segurança Intrínseca exige 
simplesmente a garantia de que um dispositivo de campo tenha tensão 
101
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
suficiente para operar, levando em conta a resistência da barreira Zener, o 
resistor de carga e qualquer resistência adicional devido ao comprimento da 
cabeação.
Sendo assim, ao projetar um loop IS usando barreiras de diodo shunt, dois 
requisitos adicionais devem ser considerados, segundo o manual guia de 
aplicações HART:
 » A fonte de alimentação deve ser reduzida em mais 0,7 V para permitir 
espaço para o sinal de comunicação HART e ainda não se aproximar 
da tensão de condução da barreira Zener.
 » O resistor de carga deve ter pelo menos 230 Ω (normalmente 250 Ω).
Além disso, o loop deve sereram máquinas grandes, complexas e caras que necessitavam de 
grandes ambientes, isolados e com temperatura controlada, para sua instalação.
10
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Eram máquinas tão complexas que poderiam ser operadas apenas por especialistas 
e sua programação era feita por meio da inserção de cartões perfurados a qual a 
máquina interpretava e executava a programação. Mediante a figura 2, podemos 
visualizar uma imagem que ilustra os primeiros computadores digitais ENIAC (1946) 
e UNIVAC (1951).
Figura 2. Primeiros computadores desenvolvidos na década de 1940 e 1950.
 
O ENIAC (Electrical Numerical Integrator and 
Calculator) foi criado na segunda guerra e 
tinha como principal finalidade realizar 
cálculos balísticos. Pesava 30 toneladas e 
ocupava uma área de 270 m². Sua 
capacidade de processamento era de 5.000 
operações por segundo e possuía 17.468 
válvulas de 160 kW de potência. 
O UNIVAC (Universal Automatic 
Computer) foi o primeiro computador 
comercial produzido nos EUA. Pesava 13 
toneladas, usava 5200 válvulas e 
consumia 125 kW para fazer 1905 
operações por segundo. Além disso, 
ocupava mais de 35 m2. 
Fonte: ; ;. Acesso em: 11 fev. 2015.
Já na próxima década, nos anos de 1960 os computadores continuaram sua evolução 
permitindo assim que os usuários pudessem conectar aos computadores por meio de 
terminais. Para esta conexão, eram necessários técnicas de comunicação de dados 
com os computadores de processamento central. Logo, dava-se início as redes de 
comunicação de dados. A figura 3, ilustra um sistema utilizado na época denominado 
de MultiUser é um computador, Terminal, Televideo 925.
Figura 3. Sistema MultiUser e Terminal TELEVIDEO 925, início das redes de comunicação.
 
Terminal TELEVIDEO 925 Sistema MultiUser utilizado na década de 
60 (Início das redes de comunicação) 
Terminal 1 
Terminal 2 
Terminal 4 
Terminal 3 
Mainframe com 
time-sharing OS 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais – M. R. Stemmer – S2i / DAS / UFSC. Acesso em: 11 fev. 2015.
11
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
Ainda na década de 1960 inúmeros esforços e definições foram realizadas, no 
propósito de concretizar a evolução das redes de comunicação de dados. Podemos 
destacar alguns pontos marcantes desta década como:
 » melhora da interação entre computador e usuários;
 » surgimento de técnicas de time-sharing, primeiros sistemas 
multiusuários;
 » conexão de usuários ao computador central por meio de terminais;
 » nas comunicações entre terminais e o computador central foram 
definidos:
 » interface (serial, paralela), conectores, cabos etc.;
 » definição de unidade básica de informação bit → binary unit;
 » definição de duração de sinais 0 e 1, sincronização;
 » definição de códigos para representar letras, números e outros símbolos 
alfanuméricos, ASCII, EBCDIC;
 » definição de protocolos para envio, recepção, detecção de erros etc.
Dessa forma, por meio destas definições realizadas a partir da década de 1960 
surgiram as primeiras técnicas de comunicação de dados.
A partir da década seguinte, nos anos de 1970, com o advento dos microprocessadores 
houve uma evolução nos computadores de forma a tornarem muito mais baratos e por 
consequência muito mais acessíveis. Dessa forma, caracterizando uma difusão no seu 
uso. Algumas evoluções e características a partir de então:
 » desenvolvimento de computadores, pelas grandes industriais, cada vez 
mais velozes, de menor tamanho e preço mais acessível;
 » incremento na capacidade de cálculo e armazenamento;
 » aplicações cada vez mais complexas requeriam computadores cada vez 
mais poderosos impulsionando assim a indústria eletro/eletrônica ao 
desenvolvimento de novos modelos;
 » concepção de sistemas de informação distribuído a fim de melhorar o 
desempenho do sistema (menor custo);
12
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
 » aparecia à necessidade de desenvolver técnicas para interconexão de 
computadores, redes de dados;
 » informatização crescente nas empresas assim como os sistemas de 
bancos de dados extremamente úteis para a época;
 » os primeiros setores a serem informatizados eram o de finanças, folha 
de pagamento, compras, vendas, setor de pessoal;
 » posteriormente a informatização do chão de fábrica por meio das CNCs, 
CLPs, RC, IC, Sistemas de aquisição de dados, sensores e atuadores 
microprocessados etc.
Dessa forma, permitindo a abertura para a concepção de desenvolvimentos de novas 
técnicas e sistemas de comunicação de dados, principalmente referenciadas as redes 
industriais de chão de fábrica.
A Informação é a palavra-chave em empresas de qualquer setor, assim como no ramo 
industrial, também influenciado pelos avanços nas tecnologias de transmissão de 
dados. A integração entre os diversos níveis de equipamentos e sistemas de controle 
tem se tornado essencial para alcançar-se o aumento de eficiência, flexibilidade e 
confiabilidade dos sistemas produtivos.
As Redes Industriais são essencialmente sistemas distribuídos, ou seja, diversos 
elementos que trabalham de forma simultânea a fim de supervisionar e controlar um 
determinado processo. Tais elementos (sensores, atuadores, CLP’s, CNC’s, PC’s etc.), 
necessitam estar interligados e trocando informações de forma rápida e precisa, haja 
vista que o ambiente industrial é geralmente hostil, de maneira que os dispositivos 
e equipamentos pertencentes a uma rede industrial devem ser confiáveis, rápidos e 
robustos.
Um contra senso entre tecnologias abertas ou não, é que atualmente os fabricantes 
de sistemas de integração industrial tendem a lançar produtos compatíveis com 
sua arquitetura própria, o que leva a graves problemas de compatibilidade entre as 
diversas redes e sub-redes presentes nos sistemas, em diversos níveis, equipamentos, 
dispositivos, hardware e software. Essa é a vantagem das arquiteturas de sistemas 
abertos, que tendem a seguir padrões, de maneira que o usuário pode encontrar 
diversas soluções diferentes para o mesmo problema.
Fazendo um paralelo entre os sistemas de controle antigos, aqueles mencionados 
anteriormente no início deste Capítulo com relação aos sistemas de redes industriais 
modernos podemos dizer que:
13
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
Os sistemas de controle tradicional se caracterizavam por possuírem alto custo de 
instalação, manutenção, ampliação, projeto e cabeamento.
Para minimizar estes custos foi introduzido o conceito de rede de comunicação digital 
possibilitando:
 » menores custos de instalação;
 » melhores procedimentos de manutenção;
 » opções de upgrades;
 » informação de controle de qualidade;
 » informações de instrumentos para manutenção;
 » configurações dos instrumentos à distância etc.
Evolução das redes
Para que seja possível a realização de um controle industrial por meio de qualquer 
tipo de rede industrial alguns componentes como sensores, chaves fim de curso, 
válvulas, motores, variáveis analógicas provenientes de transdutores de temperatura 
etc... Precisam estar interligados aos CLPs, PCs, SDCD etc. A figura 4, ilustra um CLP 
utilizado para a automatização do processo industrial há mais de 20 anos atrás.
Figura 4. Automatização de processos utilizando exclusivamente CLPs, mais de 20 anos atrás.
 
• Automação de processos 
realizada a mais de 20 
anos atrás utilizando 
exclusivamente 
CLPs(nascimento dos 
semicondutores). 
 
• Alguns cartões de Entrada 
e Saída utilizados na 
automação de processos 
com CLPs. 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 12 fev. 2015.
Quando qualquer máquina ou processo é automatizado utilizando uma arquitetura 
pré-estabelecida, chamamos esse sistema de centralizado, pois todos os dispositivos 
no campo estarão ligados fio a fio nesse painel,projetado para trabalhar até 22 mA (não apenas 20 mA) 
permitindo assim que um dispositivo de campo que está relatando uma falha por uma 
corrente de alto desempenho acima da faixa possa se comunicar normalmente, mesmo 
em condição de alarme. A resistência em série para a mesma barreira Zener pode ser 
tão alta quanto 340 Ω.
Para calcular a tensão disponível necessária para alimentar um transmissor, use a 
seguinte equação:
Tensão de Alimentação - (Resistência de Barreira Zener + Resistência de Carga) × 
Corrente de Operação (mA) = Tensão Disponível.
Exemplo: 26,0 V - (340 Ω + 250 Ω) × 22 mA = 13,0 V
Qualquer resistência de cabo pode ser adicionada como uma resistência em série e 
reduzirá ainda mais a tensão. Além disso, a fonte de alimentação da barreira Zener 
também deve ser ajustada abaixo da tensão de condução da barreira Zener. Por 
exemplo, uma barreira Zener de 28 V e 300 would tipicamente usada com uma fonte 
de alimentação de 26 V.
Embora seja difícil atender aos dois requisitos mencionados acima para uma 
rede usando barreiras de diodos de derivação, isso pode ser feito. A seguir, 
estão duas possíveis soluções para o problema:
1. Derrube o resistor de carga com um indutor grande para que a impedância 
do resistor de carga ainda seja alta (e principalmente resistiva) nas frequências 
do sinal HART, mas muito menor na corrente contínua. Esta solução, embora 
funcione, é fisicamente um tanto inconveniente e inviável.
102
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
2. Use um isolador IS em vez de uma barreira de diodo de derivação. A tensão 
de saída no lado perigoso é normalmente especificada como maior que X Vdc 
em 20 mA (tipicamente 14-17 V). Este valor já inclui a queda de tensão devido 
ao resistor de segurança interno, portanto, a única queda de tensão extra é 
devido à resistência do cabo. A operação do sistema a 22 mA requer a redução 
da tensão de 20 mA em 0,7 V (340 Ω x 2 mA).
A implementação de loops HART em um sistema IS com isoladores requer 
mais planejamento. A maioria dos projetos de isoladores mais antigos não 
transportará as altas frequências de sinais de corrente HART para o lado seguro, 
nem transmitirá sinais de tensão HART do lado seguro para o campo. Por esse 
motivo, a comunicação HART através do isolador não é possível com esses 
designs mais antigos. 
Ao instalar os instrumentos HART em uma instalação existente, inspecione o 
sistema quanto aos isoladores que talvez tenham que ser substituído, pois um 
mal dimensionamento pode acarretar um não funcionamento da rede hart.
Configurador Portátil Universal (HandHeld)
O comunicador universal HART 275 está disponível nos grandes fornecedores de 
instrumentação em todo o mundo e é suportado por todas as empresas associadas no 
FieldCom Group. Usando o HART DDL, o comunicador pode se comunicar e configurar 
qualquer dispositivo HART para o qual tenha um DD instalado. Se o comunicador 
não tiver o DD para um determinado tipo de dispositivo de rede específico instalado, 
ele ainda poderá se comunicar com esse dispositivo usando os comandos de prática 
universal e comum.
Podemos utilizar o comunicador universal HART 275 para se comunicar e configurar 
qualquer dispositivo de comunicação HART. Abaixo temos ilustrado um configurador 
portátil de mão, conhecido também como handheld.
Figura 64.Handheld / configurador de mão.
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
103
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Software de Configuração via PC
Muitos fabricantes de instrumentos, bem como alguns desenvolvedores independentes 
de software, oferecem software de comunicação HART para PCs com recursos 
semelhantes e além daqueles oferecidos por um configurador de mão HART.
Os pacotes de software listados abaixo são usados para gerenciamento de 
configuração, ajuste de parâmetros e aquisição de dados de um dispositivo 
HART. Devemos ressaltar que esta lista não é abrangente e todos os aplicativos 
de software não são funcionalmente equivalentes. Outro ponto bastante 
importante e que deve ser observado é a necessidade de utilização de uma 
interface RS232 HART a qual deverá ser conectada ao PC que executa o software 
aplicativo HART e aos dispositivos de campo.
Quadro 5. Relação de software aplicativo Hart.
Software Application Manufacturer
Asset Management Solutions (AMS) Configuration and calibration 
management
Fisher-Rosemount
CONF301 HART Configurator Configuration management Smar International
CONFIG Configuration management Krohne
Cornerstone Base Station Configuration and calibration 
management
Applied System Technologies
Cornerstone Configurator Instrument configuration Applied System Technologies
H-View Configuration management and 
data acquisition
Arcom Control Systems
IBIS Configuration management EB Hartmann & Braun
IBIS Configuration management Samson
K-S Series Configuration management ABB
Mobrey H-View Configuration management KDG Mobrey
Pacemaker Configuration management UTSI International Corporation
SIMATIC PDM Configuration management Siemens
Smart Vision Configuration management EB Hartmann & Braun/ Bailey 
Fischer & Porter
XTC Configuration Software Configuration management Moore Products Co.
Fonte : autor.
Aplicações na indústria
Muitas empresas em uma ampla variedade de indústrias já perceberam as vantagens 
de usar o protocolo de comunicação HART. Sendo assim, abaixo iremos descrever 
algumas aplicações.
104
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
1 – Rede hart multidrop para o nível de tanque e 
gerenciamento de inventário
Medições precisas para gerenciamento de estoque são essenciais em todos os setores. 
O protocolo de comunicação HART permite que as empresas garantam que o 
gerenciamento de inventário seja o mais eficiente, preciso e de menor custo possível.
O nível do tanque e o gerenciamento de inventário são uma aplicação ideal para 
uma rede HART multidrop. A taxa de atualização digital da rede HART de duas PV’s 
(process variable) por segundo é suficiente para muitos aplicativos em nível de tanque. 
Uma rede multidrop proporciona economia significativa na instalação, reduzindo a 
quantidade de fiação do campo para a sala de controle, bem como o número de canais 
de E/S necessários. 
Figura 65. Automação para monitoração do nível de tanque e gerenciamento de inventário.
 
 
 
Transmitters 
 
Tanks 
 
 
HART Field 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
2 – Multidrop para monitoramento da fazenda de 
tanques
Segundo dados extraídos do “Application Guide Hart HCF LIT 34”, uma aplicação 
de tanque contendo 84 tanques de assentamento e leitos de filtro em um local muito 
grande (mais de 300.000 m2) foram monitorados usando redes HART multidrop e 
UTRs HART. Ao se utilizar nesta aplicação a arquitetura HART, foram necessários 
apenas oito cabos para 84 tanques, com 10 a 11 dispositivos por “ramo”, permitindo 
que mais de 70 “ramos” individuais de mais de 500 m fossem eliminados. 
Ao realizarmos uma análise, chegamos à conclusão de que a economia de cabos foi 
estimada em mais de US $ 40.000 quando comparada a uma instalação convencional, 
105
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
chegando a um custo total instalado de aproximadamente 50% de uma instalação 
tradicional de 4 a 20 mA.
Figura 66. Monitoração da Fazenda de tanques.
 
Tanks Storage 
 
Control Room HART Multiplexer 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
Aplicações e economias de custo
Atualização de planta de tratamento de águas 
residuais
Uma estação de tratamento de águas residuais do Texas substituiu os 
medidores de vazão independentes e as estações de registro, as quais exigiam 
visitas diárias, para um sistema HART. Os medidores de vazão magnéticos 
baseados em HART foram instalados em uma rede multiponto HART. Um 
sistema de 11 redes multiponto HART foi usado para conectar 45 medidores de 
vazão magnéticos de diferentes áreas de plantas. 
As redes multipontos eliminaram a necessidade de programação adicional 
de hardware e PLC, fornecendo um valortotalizado mais preciso. Problemas 
complexos e caros de integração de sistemas também foram evitados - por 
exemplo, não houve necessidade de sincronização de totais entre os PLCs de 
host e de campo.
Além disso, a rede Multidrop proporcionou ainda uma redução no custo de 
instalação ao reduzir o número necessário de cartões de entrada do tradicional 
45 (para instalações ponto a ponto) para 11. A manutenção foi simplificada 
devido ao acesso a dados de diagnóstico e status do instrumento.
106
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Upgrade de instalação de tratamento de água
Transmissores HART e um sistema de controle com capacidade HART foram 
escolhidos para atualizar uma instalação de tratamento de água de uma determinada 
planta. A instalação concluída reduziu os custos de capital, engenharia e instalação. 
A dinâmica do processo da instalação de tratamento de água permitiu que os 
instrumentos HART fossem usados no modo totalmente digital sem comprometer o 
desempenho da planta.
Para um melhor entendimento da aplicação o aluno deve imaginar que a estação de 
tratamento de água é dividida em duas áreas, cada uma com 14 filtros. Cada área é 
controlada por um sistema de controle separado para autonomia completa. Uma rede 
HART monitora cada filtro quanto ao nível do filtro, diferencial do leito do filtro e 
fluxo de saída do filtro. A instalação multiponto utilizou um sistema de três fios para 
acomodar os dispositivos de dois e quatro fios (medidores de vazão magnéticos) em 
uso. Abaixo temos a ilustração desta aplicação. 
Figura 67. Redes Multidrop com Dispositivos de 2 e 4 fios.
 
4 mA 
12 mA 
Pressure 
Transmitters 
Magnetic 
Flowmeter 
Man Power 
4 mA 
I 
I Prw+ 
Vin 
Com- 
Shld 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
Como a instalação de tratamento de água tinha um projeto modular, o uso de 
instrumentos HART permitiu que a configuração da rede de um filtro fosse copiada 
para os outros, o que reduziu o tempo de implementação. Engenharia, configuração 
do sistema, elaboração, comissionamento, manutenção e documentação foram 
simplificados. Uma contagem reduzida de cartões de I / O também economizou dinheiro.
107
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Melhor diagnóstico
Um fornecedor de materiais de limpeza exigiu uma verificação periódica das condições 
de instrumento e informações de configuração em comparação com a instalação 
inicial. Os transmissores de campo forneceram um registro histórico das mudanças de 
status junto com as informações de configuração atuais. O download periódico dessas 
informações foi possível usando a lógica ladder PLC desenvolvida para instrumentos 
HART. 
Produção de gás com rede HART
O protocolo para comunicação totalmente digital em uma rede de área ampla 
permitiu que uma empresa tivesse monitoramento e controle em tempo real, acesso a 
diagnósticos e recursos de manutenção − tudo de um local remoto.
Outro exemplo de economia de custos ao se utilizar a tecnologia HART, ocorreu em 
uma planta de produção de gás onde mais da metade dos 500 transmissores em 15 
plataformas puderam se comunicar em uma reder multiponto HART com taxas 
de atualização de três segundos (seis dispositivos), o que resultou em economias 
substanciais em fiação, E / S e instalação. Os dispositivos restantes (medidores de 
vazão) precisaram de uma resposta mais rápida e foram conectados ponto a ponto 
usando comunicações digitais HART para transmitir os dados do processo.
Figura 68. Aplicação RTU.
 
Radio Antennae 
Standby RTU 
Modbus Link 
Transmitters 
Transmitters 
HART 
Multiplexers 
Primary 
RTU 
Fonte: App Guide Hart - Application Guide Hart.
108
CAPÍTULO 3
Rede Industrial PROFINET
Princípio básico do PROFINET
O PROFINET é um sistema de comunicação em tempo real que assegura o 
funcionamento desde simples sensores binários até poderosos controladores de 
movimento, fornecendo serviços de comunicação otimizados para a base da pirâmide 
da automação industrial, ou seja, aquilo que chamamos de nível de campo. 
O conceito PROFINET é do tipo modular, que permite aos usuários escolher eles 
próprios a funcionalidade em cascata. A distinção principal aqui é o tipo de troca de 
dados. Essa distinção é necessária para satisfazer os requisitos rigorosos de velocidade 
de transmissão de dados que existem para algumas aplicações. 
O PROFINET abrange tanto a comunicação em tempo real não sincronizada (RT) 
quanto a comunicação sincronizada (IRT). As designações RT e IRT descrevem as 
propriedades em tempo real da comunicação dentro do PROFINET. 
Para que possamos compreender o universo PROFINET, listamos abaixo uma 
seleção de dispositivos de nível de campo que podem ser encontrados em 
PROFINET nas mais diversas aplicações e segmentos de mercado:
 » interruptores;
 » válvulas solenoide;
 » válvulas pneumáticas;
 » acionadores;
 » codificadores de posição;
 » dispositivos com funções de controle e monitoração pelo operador;
 » dispositivos de medição e análise;
 » dispositivos de proteção;
 » robôs;
 » controles de soldagem;
 » tecnologia de segurança (barreiras de luz, botões de emergência etc.);
 » componentes de rede.
109
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Figura 69. Diversas aplicações em qualquer setor imaginável podem utilizar-se do padrão 
PROFINET.
Fonte: http://www.profibus.org.br/images/arquivo/brochura-profinet-port-544535a400f5d.pdf.
Como o padrão PROFINET é aberto a múltiplos fornecedores da Ethernet 
Industrial para automação de processo fabril, ele possui uma característica 
considerada indispensável e fundamental que é a interoperabilidade entres os 
diversos dispositivos fornecidos, definida pela norma IEC 61158.
Figura 70. Associação Profibus / Profinet.
Fonte: https://www.profibus.com/.
Para que um dispositivo alcance o sucesso utilizando a tecnologia PROFINET, as 
seguintes características devem ser atendidas:
 » boa capacidade de diagnóstico;
 » desempenho muito melhor;
 » mesma interface em todos os nós;
 » tecnologia de montagem compatível com a indústria;
 » melhores custos comparados com os atuais.
110
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Sendo assim, estas propriedades geram uma necessidade de atendimento dos 
seguintes requisitos técnicos estabelecidos pela norma IEC 61158:
 » alta escalabilidade;
 » comunicação cíclica de alto desempenho;
 » rápido resultado de diagnóstico e mensagens de alarme;
 » tempos de inicialização baixos;
 » facilidade de instalação; 
 » habilidades de lidar com condições ambientais extremas, tais como 
temperatura, esforço mecânico e EMC.
O PROFINET define a comunicação entre um controlador/supervisor e os 
dispositivos I/O conectados distribuídos. Um conceito em cascata de tempo 
real é a base para o perfeito funcionamento. Ou seja, o PROFINET descreve a 
troca completa de dados entre controladores e dispositivos, bem como a 
parametrização e o diagnóstico, que são tipicamente controlados por um 
supervisor. 
Sendo assim, são definidas as seguintes classes para facilitar a estruturação dos 
dispositivos de campo PROFINET:
1. Controller – um controller (controlador) é o dispositivo de nível 
superior que tipicamente contém a imagem do processo e o 
programa do usuário. Ele é o parceiro ativo da comunicação e 
parametriza e configura os devices conectados.
2. Supervisor – este pode ser um dispositivo de programação 
(Programming Device – PD), um computador pessoal ou 
um dispositivo de interface homem-máquina para fins de 
comissionamento ou diagnóstico. Além disso, um supervisor pode 
temporariamente assumir o papel de um controlador, como por 
exemplo, para fins de teste ou executar uma avaliação de diagnóstico. 
3. Device – um device (dispositivo) é o parceiro da comunicação que 
transmite os dados de processo para o controlador de nível superior 
e assinala estados críticos do sistema (diagnósticos e alarmes) de 
acordo com o protocolo PROFINET. 
111
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Um subsistema contém pelo menos um controladore um ou mais dispositivos. 
Um dispositivo pode trocar dados com múltiplos controladores como um 
dispositivo compartilhado. Supervisores usualmente são integrados apenas 
de modo temporário para as funções de comissionamento ou solução de 
problemas (troubleshooting).
Os fornecedores de software de comunicação oferecem aos fabricantes de 
dispositivos de campo um meio eficiente de implementar os protocolos 
padronizados, similares ao utilizado no padrão PROFIBUS. Ou seja, para que um 
fabricante de dispositivo PROFINET possa ter em mãos um produto funcional, 
basta realizar a adaptação do software disponível (PROFINET-Stack) ao 
ambiente local do sistema (controlador Ethernet, sistema operacional). 
Devemos ficar atentos também as soluções já prontas como ASICs, módulos 
ou placas de desenvolvimento as quais certamente iram agilizar e facilitar o 
processo de desenvolvimento de dispositivos de campo PROFINET. Abaixo 
temos ilustrado um chip ASICs.
Figura 71. Chip ASIC Siemens.
Fonte: https://w3.siemens.com/mcms/distributed-io/en/profinet/ertec/pages/default.aspx.
Outro ponto bastante interessante, é que além de desenvolver e adaptar o 
PROFINET-Stack ao seu sistema operacional, o fabricante deverá criar uma 
“descrição” do dispositivo desenvolvida na forma de um arquivo XML, o qual 
será utilizado mais tarde para configurar o device em aplicações de campo. Vale 
ressaltar que, a associação PROFIBUS e PROFINET International disponibiliza 
aos fabricantes membros inúmeros exemplos de arquivos para os mais diversos 
tipos de dispositivos. 
112
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Conexão dos dispositivos de campo PROFINET
Os dispositivos de campo PROFINET são conectados exclusivamente via SWITCHES, 
o qual tem como função realizar a “transformação” dos devices em componentes de 
rede. Eles assumem a forma de uma topologia em estrela com switches multiporta 
industriais separados ou de uma topologia em linha com switches integrados 
no dispositivo de campo. Abaixo podemos observar o switch Ethernet industrial 
SCALANCE XC-200, o qual oferece muitas funções: 
 » Virtual LANs (VLAN). 
 » mecanismos de redundância. 
 » diagnósticos PROFINET ou Ethernet / IP completos opcionais em um 
único dispositivo.
Figura 72. Switch PROFINET Siemens – Scalance XC-200.
Fonte: https://w3.siemens.com/mcms/industrial-communication/en/ie/industrial-ethernet-switches-media-converters/pages/
scalance-x-200-managed.aspx.
Se um switch ou uma porta de um switch falha, um ou mais não serão mais 
acessíveis, dependendo da estrutura do barramento. Cada porta de switch deve 
ser vista como uma unidade autocontida e não é conectada por fios a outra 
porta. 
Devido os switches serem usados para a conexão, o PROFINET sempre vê 
apenas conexões ponto a ponto.
Isto é, se é interrompida a conexão entre dois dispositivos de campo, aqueles na 
cadeia de comunicação localizados após a interrupção não são mais acessíveis. 
Por essa razão, é importante quando planejar o sistema criar “caminhos de 
113
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
comunicação” redundantes e usar dispositivos de campo e switches que 
suportem o conceito de redundância do PROFINET. Esse recurso vai assegurar 
alta disponibilidade dos nós em um sistema de automação. 
Modelo de um dispositivo
Neste ponto da matéria solicito bastante atenção de você, meu caro aluno, pois 
para que possamos entender o processo de endereçamento de dados em um Device 
PROFINET, será necessária uma breve visão geral da modelagem de um dispositivo. 
Para isso, a utilização de um modelo comum de dispositivo é o grande segredo para 
obtermos uma visão uniforme dos devices e para o emprego compatível dos elementos 
de estruturação dos dados de processo a serem trocados nas aplicações similares.
Sendo assim, dizemos que o PROFINET reconhece os devices de campo da seguinte 
maneira:
 » Dispositivos de campo compactos: neste caso os devices têm o 
grau de expansão definido pelo fabricante na configuração de fábrica 
e não podem ter seu valor alterado visando futuras otimizações ou 
atendimento de requisitos. 
 » Dispositivos de campo modulares: diferentemente do item acima 
descrito, estes devices possuem a característica de permitir a alteração 
do grau de expansão de forma personalizada e individual. 
Todos os recursos técnicos e funcionais existentes em um dispositivo PROFINET 
são gravados e descritos por meio de um arquivo denominado GSD (General 
Station Description file), que deve ser criado e entregue ao usuário final pelo 
fabricante dele.
Este arquivo é composto, entre outras coisas, por uma “ilustração” do modelo 
do dispositivo representado pelo DAP (Device Acess Point) e os módulos de 
definição do tipo de família. 
DAP é o que chamamos de conexão da interface de barramento com a Ethernet 
e o programa de processamento, sendo determinado por intermédio do 
arquivo GSD.
114
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Quando falamos de endereçamento de um device em uma rede PROFINET, devemos 
ter em mente que esta tecnologia suporta os seguintes níveis de endereçamento:
 » dispositivo de campo como um todo via DAP;
 » módulos I/O individuais com base nos slots;
 » canais I/O individuais de um módulo I/O dentro dos subslots;
 » seções/funções de programa dentro de um módulo I/O com base nos 
índices, apenas em casos de comunicação acíclica;
 » atribuição de alarmes com base na mensagem correspondente.
Application Process Identifier (API)
O PROFINET transmite dados do provedor para o consumidor na forma de 
combinações por bits sem interpretação desses dados. A aplicação é responsável 
por avaliá-los. Se estiverem sendo transmitidos sinais digitais, geralmente não são 
necessárias precauções especiais para a avaliação. Em alguns casos, no entanto os 
dados devem ser transmitidos como estruturados para garantir a correta interpretação 
dos formatos e seu significado durante o processamento no nível do usuário. Nesses 
casos, é recomendado o uso daquilo que chamamos de profile (perfil), que fornece 
uma descrição precisa das estruturas de dados e seu significado. Os profiles podem 
ser usados na forma e um application profile (perfil de aplicação) ou communication 
profile (perfil de comunicação).
Application profiles podem ser criados para uso global, por exemplo, para tecnologia 
de acionamento, sendo que os dados de perfil são sempre mencionados utilizando o 
número API a ele atribuído. 
Para evitar a possibilidade de acessos competitivos ao definir application profiles, é 
além de determinar os slots e subslots consideramos uma boa prática estabelecer um 
nível de endereçamento adicional – o API (Application Process Identifier/Instace). 
Assim, é possível atingir mesmo em diferentes aplicações a manipulação e controle 
deles sem que exista a sobreposição de áreas de dados. 
115
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Os serviços de comunicação PROFINET
O PROFINET fornece definições de protocolo para os seguintes serviços:
 » transmissão cíclica dos dados de I/O que estão armazenados no espaço 
de endereçamento de I/O do controlador;
 » transmissão acíclica de alarmes que devem ser reconhecidos;
 » transmissão acíclica de dados (parâmetros, diagnósticos detalhados, 
dados I&M, funções de informação etc.).
Muitos destes serviços de comunicação PROFINET acontecem em tempo real e por 
isso, veremos uma breve introdução sobre o assunto. 
A comunicação em tempo real PROFINET
A comunicação padrão Ethernet, conforme está definida na norma IEEE 802.1, é 
conhecida como comunicação TCP(UDP)/IP e é adequada para transferência de 
dados na maioria dos casos. No entanto, em comunicação industrial, há requisitos 
relacionados com o tempo de resposta e a operação isócrona que não podem ser 
totalmente satisfeitos usando este canal. Por exemplo, medidas já mostraram que os 
tempos de transmissão dos frames UDP/IP diferem em termos de comportamento 
determinístico, que não é mais tolerável para algumas tarefas de automação.Por 
essa razão, foi necessário acrescentar mecanismos ao conceito PROFINET que 
suportem comunicação UDP/IP e que também ofereçam um caminho de comunicação 
otimizado. 
Tempos de atualização ou tempos de resposta devem estar pelo menos dentro do 
intervalo de 5 a 10 ms. O tempo de atualização se refere àquele necessário para formar 
uma variável em uma aplicação do dispositivo “A”, transferi-la para o dispositivo 
parceiro “B” via cabo e disponibilizá-la para a aplicação. 
É importante frisar que para os dispositivos, somente uma carga mínima do 
processador é permitida ser direcionada para a comunicação em tempo real. A tarefa 
principal do processador deve continuar sendo a de processar o programa do usuário, 
e não a de comunicar com o dispositivo parceiro. 
116
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Durante a transmissão de dados entre dois dispositivos devemos nos atentar aos 
seguintes fatores responsáveis pela taxa de atualização da comunicação:
 » Fornecimento da variável de aplicação t1;
 » Operação do communication stack e envio t2;
 » transmissão pelo cabo t3;
 » recepção nos dispositivos parceiros e operação do communication stack t4;
 » fornecimento da variável na aplicação t5.
O tempo de transmissão no cabo (t3) com Ethernet de 100Mbps é desprezível 
comparado com o tempo de processamento nos dispositivos. Além disso, 
o tempo necessário para fornecer os dados na aplicação do fornecedor (t1) 
é independente da comunicação e pode ser considerado uma constante. 
Vale para o processamento dos dados recebidos no consumidor (t5). Assim, 
é evidente que se pode conseguir melhoras significativas nas taxas de 
atualização, principalmente no processamento do communication stack (t2 e t4) 
no fornecedor e no consumidor. 
Vale ressaltar ainda que, ao longo das mais diversas simulações e várias 
implementações de campo UDP/IP, observou-se que são necessários 
consideráveis tempos de execução para criar pacotes de dados em 
Communication Stack padrão. Embora esses tempos de execução pudessem 
ser otimizados, o UDP/IP-stack necessário para isso não seria mais um produto 
padrão, mas sim uma solução proprietária. Essas circunstâncias levam a uma 
definição para a transmissão de dados em tempo real com o PROFINET.
Modo de Operação PROFINET
Introdução
Até aqui apresentamos uma descrição detalhada da modelagem, dos serviços e dos 
caminhos de comunicação dos dispositivos de campo, trazendo assim, as informações 
mais importantes e necessárias para entendermos o PROFINET. Com base nessas 
informações, a seguir uma maneira lógica para configurar um sistema geral. Do 
ponto de vista do PROFINET, os seguintes passos devem ser executados na ordem 
mencionada.
117
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Engenharia de sistema 
Para executar o trabalho de engenharia de um sistema, são necessários os arquivos 
GSD dos dispositivos de campo a serem configurados. O fabricante do dispositivo de 
campo deve fornecer esses arquivos. Durante o trabalho de engenharia do sistema, o 
projetista configura os módulos e submódulos definidos no arquivo GSD para mapeá-
los no sistema e atribuí-los a slots/subslots. 
O engenheiro de configuração configura o sistema real, por assim dizer, simbolicamente 
na engineering tool. As tarefas da engenharia também incluem especificação do ID 
na rede para os endereços IP dos dispositivos de campo individuais alocados durante 
o endereçamento. Para cada dispositivo de campo é atribuído um nome lógico. 
Esse nome deve estar ligado à função ou ao local de instalação do dispositivo no 
sistema e, no final, resulta na atribuição de um endereço IP durante a resolução do 
endereço. O nome sempre pode ser atribuído com o protocolo DCP (Discovery and 
Configuration Protocol), que está integrado por padrão em todos os dispositivos de 
campo PROFINET. 
Devido ao protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) ter seu uso 
difundido no mundo todo, o PROFINET dá aos usuários a opção de definir os 
endereços via DHCP ou por meio de mecanismos específicos do fabricante. As opções 
de endereçamento suportadas por um dispositivo de campo de I/O são estabelecidas 
no arquivo GSD para o respectivo device. 
Cada fabricante de controlador também fornece uma engineering tool para configurar 
o sistema. Abaixo vemos o exemplo de uma ferramenta de engenharia PROFINET.
Figura 73. Ferramenta de engenharia PROFINET.
 
I/O Controller 
I/O Devices 
Moduls of the 
selected device 
PROFINET 
Library of 
devices 
Fonte: https://www.felser.ch/profinet-manual/a_-_aufstarten.html.
118
UNIDADE III │ REDES INDUSTRIAIS
Download das informações do sistema para o 
controlador
Terminada a fase de engenharia do sistema, o engenheiro de configuração faz o 
download dos dados do sistema para o controlador, que também contém a aplicação 
específica do sistema. Um controlador tem, então, todas as informações necessárias 
para endereçar dispositivos e para a troca de dados. 
Figura 74. Exemplo de ponto de partida da configuração do sistema IO.
 
Name of the 
IO-Controller 
IP Adress of the 
IO-Controller 
Ethernet IO-System 
(100) 
Fonte: https://www.felser.ch/profinet-manual/c_-_controller.html.
Resolução de endereço antes da iniciação do 
sistema 
Para poder trocar dados com um dispositivo, um controlador precisa atribuir um 
endereço IP a ele antes da iniciação do sistema. A inicialização do sistema refere-
se à inicialização ou reinicialização de um sistema de automação após “power on” 
ou “reset”. O endereço IP é atribuído dentro da mesma subnet usando o protocolo 
DCP integrado por padrão em todos os dispositivos de campo PROFINET. Se o 
dispositivo de campo estiver em uma subnet diferente daquela do controlador, existe a 
possibilidade por resolução de endereço por um servidor DHCP separado. 
119
REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE III
Inicialização do sistema
Um controlador sempre faz a inicialização do sistema após iniciar/reiniciar com 
base nos dados de configuração. Isso acontece automaticamente do ponot de vista do 
usuário. Durante a inicialização do sistema um controlador estabelece as ARs e Crs e 
configura e parametriza o I/O em nível de processo, conforme necessário.
Troca de dados
Após completar com sucesso a inicialização do sistema, o controlador e os dispositivos 
trocam dados de processo, alarme e dados acíclicos. 
120
Para (não) Finalizar
Rede industrial um processo evolutivo e de 
oportunidades
A evolução dos mecanismos produtivos se enquadra nestes mecanismos no meio físico, 
modelo de rede, equipamentos aplicáveis, interação entre redes etc., tem avançado 
a uma taxa cada vez maior. As soluções de automatização de processos por meio de 
redes industriais utilizando o conceito Fieldbus é irreversível de modo a cada vez mais 
neste seguimento os processos estarem totalmente controlados e monitorados.
A integração entre rede já existe há tempos tem-se mostrado uma grande solução as 
quais tendem a agregar o que de melhor existe em cada tecnologia proporcionando 
projetos cada vez mais completos, eficazes e de baixo custo.
O mercado de automatização de processos é muito abrangente com um potencial 
ainda enorme para ser explorado. Muitas empresas de médio e pequeno porte estão 
cada vez mais convictas da importância de um processo bem automatizado e dessa 
forma investindo cada vez mais em equipamentos e soluções para sua otimização de 
sua linha de produção.
Seja atuando como fornecedor ou desenvolvedor de processos e produtos para 
o ambiente industrial cada vez mais este mercado tem demostrado grandes 
oportunidades para as empresas e profissionais preparados para atendê-los 
absorvendo assim um nicho de mercado que ainda muitos não despertam.
121
Referências
LUGLI, Alexandre Baratella.; SANTOS, Max Mauro Dias. Redes Industriais para 
Automação Industrial. Editora Érica, São Paulo, 2010.
LUGLI, Alexandre Baratella.; SANTOS, Max Mauro Dias. Redes Sem Fio para 
Automação Industrial. Editora Érica, São Paulo, 2013.
MORAES,C. C. Engenharia de Automação Industrial. Editora LTC, Rio de 
Janeiro, 2007.
Sites
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https://w3.siemens.com/mcms/industrial-communication/en/support/ik-info/
Documents/SYH_asi_grundlagen-76.pdf..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.ifm.com/download/files/ifm_AS-interface_catalogue_GB_08/$file/
ifm_AS-interface_catalogue_GB_08.pdf..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.as-interface.net/..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.as-interface.com/..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.blog.sense.com.br/2014/03/redes-industriais-e-areas-classificadas.
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http://www.sense.com.br/..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.pepperl-fuchs.us/usa/en/index.htm..Acesso em: 6 setembro 2019
https://www.rockwellautomation.com/..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.smar.com/brasil/index..Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.schneider-electric.com/site/home/index.cfm/ww/?selectCountry=true..
Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.profibus.org.br/news/abril2007/news.php?dentro=2..Acesso em: 6 
setembro 2019
https://www.ohiobelting.com/turck-networks_fieldbus.Acesso em: 6 setembro 2019
https://www.youtube.com/watch?v=psfS2mKg2fM.Acesso em: 6 setembro 2019
122
REFERÊNCIAS
http://www.cienciascontabeis.com.br/a-moderna-industria-4-0-e-a-contabilidade/.
Acesso em: 6 setembro 2019
https://pt.slideshare.net/eawareTech/wirelesshart.Acesso em: 6 setembro 2019
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http://www.profibus.org.br/files/descricao_tecnica_profinet.pdf.Acesso em: 6 
setembro 2019
https://www.sense.com.br/siter/familias/262.Acesso em: 6 setembro 2019
https://www.automacaoindustrial.info/10-motivos-para-aplicar-a-tecnologia-
wireless/ .Acesso em: 6 setembro 2019
https://w3.siemens.com/mcms/distributed-io/en/profinet/ertec/pages/default.aspx.
Acesso em: 6 setembro 2019
https://w3.siemens.com/mcms/industrial-communication/en/ie/industrial-
ethernet-switches-media-converters/pages/scalance-x-200-managed.aspx.Acesso 
em: 6 setembro 2019
https://www.felser.ch/profinet-manual/c_-_controller.html.Acesso em: 6 setembro 
2019
https://www.felser.ch/profinet-manual/a_-_aufstarten.html.Acesso em: 6 setembro 
2019
https://www.youtube.com/watch?v=5XUaS6j8z_w..Acesso em: 6 setembro 2019
. Acesso em: 25 fevereiro 2015.
https://w3.siemens.com.br/automation/br/pt/comunicacao-industrial/as-interface/
pages/as-interface.aspx. Acesso em: 6 setembro 2019
http://www.directindustry.com/pt/prod/azo-group/product-38712-1997702.html, 
http://revolucaoindustrial3.blogspot.com/. Acesso em: 6 setembro 2019
https://economia.uol.com.br/empregos-e-carreiras/noticias/redacao/2018/03/20/
cervejaria-ambev-cerveja-programa-trainee-inscricoes.htm .Acesso em: 6 setembro 2
http://revolucaoindustrial3.blogspot.com/
	Apresentação
	Organização do Caderno de Estudos e Pesquisa
	Introdução
	Unidade I
	Introdução As Redes Industriais
	CAPÍTULO 1 
	Histórico e evolução das redes
	Capítulo 2
	Classificação das redes
	Capítulo 3
	Vantagens das redes
	Capítulo 4
	Integração entre redes
	Unidade II
	Introdução Aos Meios Físicos
	Capítulo 1
	Introdução aos meios físicos
	Capítulo 2
	Principais meios físicos industriais
	Unidade III
	Redes industriais
	Capítulo 1
	Introdução à Rede ASI
	Capítulo 2
	Rede Industrial Hart
	Capítulo 3
	Rede Industrial PROFINET
	Para (não) Finalizar
	Referênciasformando uma ligação paralela.
14
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Com a evolução dos cartões de comunicação de um CLP, foi possível aumentar a 
efetividade de componentes monitorados nos processos industriais. A figura 5, ilustra 
um CLP composto por diversos módulos de comunicação, processo este utilizado há 
mais de 15 anos atrás.
Figura 5. Automatização de processos utilizando exclusivamente CLPs, mais de 10 anos atrás.
 
• Automação de processos 
realizada a mais de 10 anos 
atrás utilizando exclusivamente 
CLPs. 
 
• Cresce a variedade de cartões 
de I/O dos PLCs 
 
• Alguns cartões como: Analógico 
– tensão e corrente, Digitais – 
AC/DC, Temperatura – 
Termopar; utilizados na 
automação de processos com 
CLPs. 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 12 fev. 2015.
Com o passar dos anos a automação foi evoluindo juntamente com o número de pontos 
(número de elementos de entrada e saída) de uma aplicação. Para uma automação 
centralizada isto começa a representar um problema, pois aumentando o número de 
pontos aumenta-se também:
 » o dimensional do painel elétrico;
 » o número de fios e multicabos entrando no painel;
 » erros nas ligações dos fios;
 » espaço físico onde os painéis estão instalados etc.
Para contornar estes problemas, foi realizado a descentralização das placas de entrada 
e saída de um CLP, ou seja, foram retiradas do rack do CLP as placas que causam a 
maior concentração de pontos do sistema, permanecendo apenas a fonte, a CPU e 
também uma placa responsável por converter os dados que provém serialmente do 
campo e disponibilizá-los para o CLP. Dessa forma, estava nascendo o conceito 
Fieldbus, um sistema serial para a troca de dados entre o campo e o CLP. A Figura 6, 
ilustra esta evolução na automatização de redes industriais.
15
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
Figura 6. Situação atual de uma rede industrial utilizando CLP.
 
• Automação de 
processos utilizando 
CLP, situação de 
atual. 
 
• Nesta rede industrial 
tem-se apenas um 
cabo interligando os 
elementos de 
campo ao 
Controlador Lógico 
Programável. 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 12 fev. 2015.
Fieldbus é um termo genérico para sistemas de comunicação serial industrial 
e representa um sistema de comunicação digital bidirecional que interliga 
equipamentos inteligentes de campo com sistemas de controle ou 
equipamentos localizados na sala de controle.
Juntamente com este novo conceito de rede industrial também surgiram alguns 
problemas com o crescente uso deste sistema. Como existiam vários fabricantes de 
CLPs e milhares de fabricantes de dispositivos de entrada e saída fez-se necessário 
criar uma padronização para as redes industriais.
No ano 2000, foi definida uma norma na tentativa de se padronizar as redes de 
automação industrial, norma IEC 61158, que padroniza oito protocolos de redes 
distintos, listados a seguir:
Tipo 1 → FOUNDATION Fieldbus H1.
Tipo 2 → Controlnet.
Tipo 3 → PROFIBUS.
Tipo 4 → P-Net.
Tipo 5 → FOUNDATION Fieldbus HSE(High Speed Ethernet).
Tipo 6 → Interbus.
Tipo 7 → SwiftNet.
Tipo 8 → WorldFIP.
16
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Mesmo com estes padrões, não foi possível abranger todas as aplicações na indústria. 
Mais tarde, então, foi criada a IEC 61784, com uma definição dos chamados “profiles” 
e ao mesmo tempo foram corrigidas as especificações IEC 61158
Quadro 1. Padrões e protocolos de acordo com a IEC 61784 e IEC 61158.
IEC 61784 IEC 61158 - Protocolos
Meio Físico Data Link Layer
CPF – 1/1 TIPO 1 TIPO 1 FOUNDATION FIELDBUS (H1)
CPF – 1/2 ETHERNET TCP/UDP/IP FOUNDATION FIELDBUS (HSE)
CPF – 1/3 TIPO 1 TIPO 1 FOUNDATION FIELDBUS (H2)
CPF – 2/1 TIPO 2 TIPO 2 CONTROLNET
CPF – 2/2 ETHERNET TCP/UDP/IP ETHERNET/IP
CPF – 3/1 TIPO 1 TIPO 3 PROFIBUS-DP
CPF – 3/2 TIPO 3 TIPO 3 PROFIBUS-PA
CPF – 3/3 ETHERNET TCP/UDP/IP PROFINET
CPF – 4/1 TIPO 4 TIPO 4 P-NET RS485
CPF – 4/1 TIPO 4 TIPO 4 P-NET RS232
CPF – 5/1 TIPO 1 TIPO 7 WORLDFIP (MPS,MCS)
CPF – 5/2 TIPO 1 TIPO 7 WORLDFIP (MPS,MCS,SubMMS)
CPF – 5/3 TIPO 1 TIPO 7 WORLDFIP (MPS)
CPF – 6/1 TIPO 8 TIPO 8 INTERBUS
CPF – 6/2 TIPO 8 TIPO 8 INTERBUS TCP/IP
CPF – 6/3 TIPO 8 TIPO 8 INTERBUS SUBSET
CPF – 7/1 TIPO 6 TIPO 6 SWIFTNET TRANSPORT
CPF – 7/2 TIPO 6 TIPO 6 SWIFTNET FULL STACK
Fonte: autor.
Apenas a título de curiosidade, a composição do mercado atual está de redes 
industriais estão:
 » Europa x EUA = Siemens x Rockwell (maiores fabricantes mundiais no 
segmento de redes industriais).
 » Siemens → Profibus DP/PA e Profinet.
 » Rockwell → DeviceNet e Ethernet/IP.
17
CAPÍTULO 2
Classificação das redes
De modo geral as redes industriais estão padronizadas em 3 níveis de hierarquias cada 
qual responsável pela conexão de diferentes tipos de equipamentos com suas próprias 
características de informação. A figura abaixo ilustra os níveis de hierarquia de uma 
arquitetura de rede industrial.
Figura 7. Arquitetura de uma rede industrial tradicional.
 
1 – Information 
Layer
2 – Control 
Layer
3 – Discrete Control
Fonte: autor.
O 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 implementado, geralmente, por softwares 
gerenciais (MIS). O padrão Ethernet operando com o protocolo TCP/IP é o mais 
comumente utilizado neste nível.
Information Layer:
 » permite o escalonamento da produção;
 » permite operações de monitoramento estatístico;
 » utiliza Ethernet operando com o protocolo TCP/IP.
O nível intermediário, nível de controle da rede, é a rede central localizada na planta 
incorporando PLCs, DCSc e PCs. A informação deve trafegar neste nível em tempo 
real para garantir a atualização dos dados nos softwares que realizam a supervisão da 
aplicação.
18
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Control Layer:
 » nível de controle da rede;
 » incorpora CLPs, DCSc e PCs.
O 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. Neste nível encontram-se os sensores discretos, 
contatores e blocos de I/O.
Discrete control:
 » ligações físicas da rede ou o nível de I/O;
 » conecta os equipamentos de baixo nível tais como sensores discretos, 
contatores e blocos de I/O.
As redes de equipamentos são classificadas pelo tipo de equipamento conectado à elas 
e o tipo de dados que trafega pela rede. Os dados podem ser bits, bytes ou blocos.
As redes com dados em formato de bits transmitem sinais discretos contendo simples 
condições Open/Close. As redes com dados no formato de byte podem conter pacotes 
de informações discretas e/ou analógicas e as redes com dados em formato de bloco 
são capazes de transmitir pacotes de informação de tamanhos variáveis.
Assim, classificam-se as redes quanto ao tipo de equipamento a ela ligados e aos dados 
que ela transporta. Então temos:
 » Rede corporativa: rede que interliga sistemas gerenciais que podem, 
inclusive, estar geograficamente distribuídos.
 » Rede de controle: é a rede central localizada na planta incorporando 
CLPs, DCS’s (Digital Control Systems) e PCs. A informação deve trafegar 
neste nível em tempo real para garantir a atualização dos dados nos 
softwares que realizam a supervisão da aplicação.
 » Redes de campo: 
Subdivididas em:
 › Rede Sensorbus (Manufatura) → Dados no formato de bits (AS-
i e INTERBUS Loop). Utilizada principalmente em automação de 
19
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
manufatura com controle lógico, que trafega dados no formato de 
bits.
Este tipo de rede conecta equipamentos simples e pequenos 
diretamente à rede. Os equipamentos deste tipo de rede necessitam 
de comunicação rápida em níveis discretose são tipicamente sensores 
e atuadores de baixo custo. Estas redes não almejam cobrir grandes 
distâncias. Exemplos típicos de rede Sensorbus incluem Seriplex, ASI 
e INTERBUS Loop.
 › Rede Devicebus (Manufatura) → Dados no formato de bytes 
(DeviceNet e o PROFIBUS DP). utilizada principalmente em 
automação de manufatura com controle lógico, do qual trafega dados 
no formato de bytes.
Este tipo de rede preenche o espaço entre redes Sensorbus e Fieldbus 
e pode cobrir distâncias de até 500 metros. Os equipamentos 
conectados a esta rede terão mais pontos discretos, alguns dados 
analógicos ou uma mistura de ambos. Além disso, algumas destas 
redes permitem a transferência de blocos em menores prioridades 
comparadas aos dados no formato de bytes. Esta rede tem os mesmos 
requisitos de transferência rápida de dados da rede Sensorbus, mas 
consegue gerenciar mais equipamentos e dados. Alguns exemplos 
de redes deste tipo são DeviceNet, Smart Distributed System (SDS), 
Profibus DP, LONWorks e INTERBUS-S.
 › Rede Fieldbus (manufatura e instrumentação) → dados 
no formato de pacotes de mensagens (PROFIBUS PA e o Fieldbus 
Foundation). Utilizada principalmente em automação de processos 
com controle complexo, do que trafega dados no formato de pacotes 
de mensagens.
Este tipo de rede interliga os equipamentos de I/O mais inteligentes 
e pode cobrir distâncias maiores. Os equipamentos acoplados à 
rede possuem inteligência para desempenhar funções específicas 
de controle tais como loops PID, controle de fluxo de informações e 
processos. Os tempos de transferência podem ser longos, mas a rede 
deve ser capaz de comunicar-se por vários tipos de dados (discreto, 
analógico, parâmetros, programas e informações do usuário). 
Exemplo de redes Fieldbus incluem Fieldbus Foundation, Profibus 
PA e HART.
20
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Para a instrumentação de manufatura o foco concentra-se, principalmente, nas redes 
de campo, dos quais existem, diversas tecnologias utilizadas. 
Trecho retirado de “Redes Industriais SMAR – 
artigos técnicos”
Visando à minimização de custos e aumentar a operacionalidade de uma aplicação, 
introduziu-se o conceito de rede industrial para interligar os vários equipamentos de 
uma aplicação. A utilização destas redes e protocolos digitais prevê um significativo 
avanço nas seguintes áreas:
 » custo de operação, instalação e manutenção;
 » procedimentos de manutenção com gerenciamento de ativos;
 » fácil expansão de controle e qualidade;
 » informação de controle e qualidade;
 » determinismo (permite determinar com precisão o tempo necessário 
para a transferência de informações entre os integrantes da rede);
 » baixos tempos de ciclos;
 » várias topologias;
 » padrões abertos;
 » redundância em diversos níveis;
 » menor variabilidade nas medições com a melhoria das exatidões;
 » medições multivariáveis etc.
Origens de algumas tecnologias
Profibus
O PROFIBUS foi desenvolvido na universidade de Karlsruhe com o fim de atender o 
mercado de controle de processos, como o próprio nome reflete: PROcess FIeld BUS. 
A organização PROFIBUS ajudou muito seu desenvolvimento e aceitação no mercado. 
No ano 2000, foi ratificado como padrão internacional IEC 61158. Cobre fábricas, 
processos e, com o uso da tecnologia PROFInet, extensas aplicações empresariais. 
21
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
Isto faz do PROFIBUS a melhor e mais simples solução para uso em grandes plantas e 
grandes aplicações.
DeviceNet
A DeviceNet tem como fundamento a rede CAN, desenvolvida pela BOSCH para 
automação de veículos. O protocolo foi adotado na Europa do qual até hoje tem 
boa aceitação para automação de máquinas que até hoje tem boa popularidade. No 
entanto, pela falta de padronização nas camadas superiores do protocolo, sua aceitação 
ficou bastante restrita. O protocolo DeviceNet definiu as camadas superiores por meio 
da associação ODVA. Logo a seguir criou-se a associação CIA (CAN In Automation), 
de origem europeia, que também definiu o protocolo de maneira completa.
O uso do protocolo CAN na automação de carros desenvolveu-se mais lentamente, 
mas é hoje bastante usado na indústria automobilística. A aplicação automotiva 
caracteriza-se por um volume de dados relativamente baixo, distâncias muitos 
pequenas e necessidade de tempo de reação pequeno.
AS-i
O padrão AS-i começou a ser desenvolvido em 1990 por uma associação de fabricantes 
europeus, que se propôs a conceber uma rede de comunicação de baixo custo e que 
atendesse o nível mais baixo da automação no campo. O término dos trabalhos 
ocorreu em 1993. Posteriormente esse grupo foi desfeito e a tecnologia passou a ser 
administrada por uma Associação Internacional (AS - International). A rede AS-i é um 
sistema de sensores e atuadores de baixo nível. Normalmente, os sinais dos sensores e 
atuadores dos processos industriais são transmitidos por meio de um grande número 
de cabos. O sistema ASI permite a simplificação desse sistema de fiação e ligação, 
substituindo o então sistema rígido de cabos por apenas um par de fios, que podem ser 
usados por todos os sensores e atuadores. Eles são responsáveis pela alimentação dos 
sensores/atuadores e pela transmissão dos dados binários de entrada e saída. A rede 
foi concebida para complementar os demais sistemas e tornar mais simples e rápida a 
conexão dos sensores e atuadores com os seus respectivos controladores.
HART
O protocolo de comunicação HART® é mundialmente reconhecido como um padrão 
da indústria para comunicação de instrumentos de campo inteligentes analógicos e 
microprocessados. 
22
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
O protocolo HART® permite a sobreposição do sinal de comunicação digital aos 
sinais analógicos de 4-20mA, sem interferência e para isso utiliza a mesma fiação, 
transmitindo ao mesmo tempo sinais analógicos e digitais. O HART® proporciona 
alguns dos benefícios apontados pelo fieldbus, mantendo ainda a compatibilidade 
com a instrumentação analógica e aproveitando o conhecimento já dominado sobre os 
sistemas 4-20mA existentes.
Segundo Ron Helson, a economia obtida na utilização de um instrumento HART 
é de US$ 300,00 a US$ 500,00 na instalação e comissionamento iniciais e de US$ 
100,00 a US$ 200,00 ao ano para manutenção e operação.
Profinet
Segundo a associação Profibus, os ciclos de inovação cada vez mais curtos para novos 
produtos torna necessária a evolução contínua da tecnologia de automação. O uso da 
tecnologia de redes de campo tem tido desenvolvimento significativo nos últimos anos. 
Ela possibilitou a migração dos sistemas de automação centralizados para os sistemas 
distribuídos. O Profibus, como líder global de mercado, tem estabelecido o padrão por 
mais de 20 anos.
Na tecnologia de automação atual, a rede Ethernet e a tecnologia de informação (TI) 
estão se tornando cada vez mais importantes, com padrões estabelecidos como TCP/IP 
e XML. A integração da tecnologia de informação na automação o proporciona opções 
de comunicações muito melhores entre os sistemas de automação, mais possibilidades 
de configurações, diagnósticos e funcionalidades. Essas funções são componentes 
integrais do Profinet desde o princípio.
O Profinet é o padrão aberto e inovador para Ethernet industrial. Satisfaz todos os 
requisitos da tecnologia de automação. Independentemente de a aplicação envolver 
automação de manufatura, automação de processos ou acionamentos (com ou sem 
segurança funcional), PROFINET é a melhor opção em todos os níveis. O Profinet 
estabeleceu-se em todos os mercados industriais: é o padrão na indústria automotiva, 
está amplamente disseminado na fabricação de máquinas, indústrias de alimentos, 
bebidas, embalagem e logística industrial. Novas áreas de aplicação estão surgindo 
constantemente, como aplicações marítimas e ferroviárias ou mesmo nas operações 
diárias em uma fábrica de bebidas, por exemplo. Além disso, os aprimoramentos 
contínuos do Profinet trazem benefíciosaos usuários, como o perfil PROFIenergy que 
possibilita o monitoramento de energia nos processos de produção.
23
CAPÍTULO 3
Vantagens das redes
Vimos nas secções anteriores que as redes industriais de campo são padronizadas 
em níveis de hierarquias cada qual responsável pela conexão de diferentes tipos de 
equipamentos com suas próprias características de informação.
Vimos também que um sistema Fieldbus é definido como uma rede digital, bidirecional 
(de acesso compartilhado), multiponto e serial, utilizado para interligar os dispositivos 
primários de automação (dispositivos de campo) a um sistema integrado de automação 
e controle de processos.
Cada dispositivo de campo pode possuir uma “inteligência” (microprocessado), o que 
o torna capaz de executar funções simples, localmente, tais como:
 » diagnóstico;
 » controle;
 » funções de manutenção;
 » possibilitar a comunicação entre dispositivos de campo etc.
Em linhas gerais, podemos dizer que o sistema Fieldbus veio para substituir o controle 
centralizado, quando quem era o elo principal da rede eram os CLPs, pelo distribuído. 
A figura abaixo ilustra um sistema convencional e outro Fieldbus.
Figura 8. Diferença de uma rede convencional para uma rede Fieldbus.
 
Convencional Field Bus 
Fonte: . 
Acesso em: 16 fevereiro 2015.
24
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Características aos sistemas de redes industriais distribuídos, ou simplesmente 
Fieldbus, se comparados as redes tradicionais, tais como:
 » Redução do Hardware.
 » Instalação.
 » Quantidade e Qualidade dos Dados.
 » Operação.
 » Manutenção.
 » Protocolo Aberto / Interoperabilidade.
A seguir será abordado, brevemente, um descritivo a respeito de algumas das 
características das redes Fieldbus em relação às redes Tradicionais, mencionadas 
anteriormente. 
Redução de hardware
Um sistema de rede industrial Fieldbus, o Fieldbus Foundation, por exemplo, usa 
o padrão “Blocos de Função” para implementar a estratégia de controle. O Bloco 
de função são funções de automação padronizadas. Muitas funções do sistema de 
controle funcionam como entrada analógica (todas), as saídas analógicas (AO) e 
controle Proporcional / Integral / Derivativo (PID) podem ser executados pelos 
dispositivo de campo por meio da interligação dos Blocos de Função. A figura 9 ilustra 
um comparativo de uma rede convencional e outra Fieldbus.
Figura 9. Relação de equipamentos em uma rede convencional e Fieldbus.
 
Controlador 
Tradicional Fieldbus 
PID 
AO 
AI 
AI 
AI 
AI 
PID 
AO 
 
Fonte: . Acesso em: 16 feveiro 2015.
25
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
A consistência do projeto do bloco orientado nos blocos de funções permite a 
distribuição de funções em equipamentos de campo de fabricante diferentes de 
maneira integrada e sem emendas. A distribuição de controle em dispositivos de 
campo pode reduzir a quantidade de E/S e a necessidade de equipamentos de controle 
incluindo arquivos de cartão, gabinetes e fontes de alimentação.
Instalação
O Fieldbus permite a muitos dispositivos serem conectados com um único par de fios. 
Isso resulta em cabos menores, barras de seguranças menores e gabinetes ordenados. 
A figura 10 ilustra uma instalação de uma rede Tradicional e uma Filedbus.
Figura 10. Instalação de redes Tradicional e Fieldbus.
 
Controlador 
AI PID AO 
4 ~20 mA 
Fieldbus 
Cabeamento Tradicional 4 ~ 20mA; 
Uma barreira SI; Um cabo para cada 
equipamento 
Cabeamento Fieldbus; Uma barreira 
SI; um cabo para muitos 
dispositivos 
PID 
AO 
AI 
Fonte: . Acesso em: 16 fevereiro 2015.
Qualidade e quantidade de dados
Em sistemas de automação tradicionais, a quantidade de informação disponível para o 
usuário não vai além das variáveis de controle. Na Fundação Fieldbus, a quantidade é 
muito maior devido principalmente às facilidades da comunicação digital. Além disso, 
o Fieldbus tem sua resolução aumentada e nenhuma distorção (conversão A/D ou 
D/A), que dá maior confiabilidade ao controle. Tudo isso acrescenta-se ao fato que o 
controle é seguro nos dispositivos de campo resultando em um melhor desempenho 
do loop e menor degradação. A figura 11 ilustra característica.
26
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
Figura 11. Variáveis múltiplas, ambas as direções.
 
Rede de Trabalho do Sistema de 
Controle 
Rede de Trabalho do Sistema de 
Controle 
FIELDBUS 
CONTROLADOR 
Múltiplas variáveis; Comunicação 
em ambas as direções 
4 ~ 20 mA tradicional; uma única 
variável; comunicação em uma 
única direção 
I/O do 
SUBSISTEMA 
Fonte: . Acesso em: 17 feveiro 2015.
O Fieldbus permite múltiplas variáveis de cada dispositivo a ser traduzido no sistema 
de controle de arquivos, análise de tendência, estudos de processos de otimização e 
geração de relatório, a resolução alta e a característica de ser livre de distorções da 
comunicação digital possibilitam uma capacidade de controle aperfeiçoada que pode 
aumentar os rendimentos do produto.
Manutenção
O autoteste e a capacidade de comunicação dos microprocessadores dos dispositivos 
de Fieldbus ajudam a reduzir o tempo de manutenção e melhoram a segurança 
da planta. Na detecção de condições anormais ou na necessidade de manutenção 
preventiva, o setor de manutenção e o de operação da planta podem ser notificados. 
Isto permite iniciar uma ação corretiva de maneira rápida e segura. A figura 12 ilustra 
esta característica.
Figura 12. Acesso a uma visão ampliada do sistema, processo automatizado.
 
Rede de Trabalho do 
Sistema de Controle 
Rede de Trabalho do 
Sistema de Controle 
CONTROLADOR 
I/O do 
SUBSISTEMA 
FIELDBUS 
4 ~ 20 mA tradicional; Vista para 
NDS; Subsistemas E/S Vista extendida para Dentro do 
Instrumento 
Fonte: . Acesso em: 17 fev. 2015.
27
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
Interoperabilidade
O Fieldbus Foundation é um protocolo aberto, isto significa que os fabricantes dos 
produtos da Fieldbus Foundation estão capacitados para prover dispositivos que 
funcionam em conjunto com dispositivos de outros fabricantes. Esta “habilidade para 
operar dispositivos múltiplos, independente do fabricante, no mesmo sistema, sem a 
mínima perda de funcionalidade” é chamado interoperabilidade.
Esta flexibilidade para escolher o provedor, conhecendo que todos os dispositivos 
trabalharão juntos, é de fato, uma vitória fantástica para todos os usuários de um 
sistema Fieldbus.
Algumas outras características das redes Fieldbus em relação às redes industriais 
tradicionais podem ser listadas como:
 » informação imediata sobre diagnóstico de falhas nos equipamentos de 
campo. Os problemas podem ser detectados antes deles se tornarem 
sérios, reduzindo assim o tempo de inatividade da planta;
 » aumento da robustez do sistema, visto que dados digitais são mais 
confiáveis que analógicos;
 » há uma maior rapidez no projeto do layout de um sistema Fieldbus 
devido à sua pouca complexidade;
 » maior flexibilidade de arquitetura;
 » fácil expansão;
 » padronizado etc.
28
CAPÍTULO 4
Integração entre redes
Uma prática bastante utilizada nas redes Fieldbus é a integração entre diferentes tipos 
de tecnologias. Como sabemos cada modelo de rede Fieldbus possui características 
diferenciadas, tais como velocidade de tráfegos de dados, tipos de comunicação, 
protocolo de comunicação etc.
O que se propõem com esta integração é a criação de redes de comunicação industriais 
com características mistas, ou seja, agregando o melhor de cada tecnológica para uma 
determinada aplicação específica. 
Uma justificativa para a mistura de tecnológicas em uma rede industrial se dá muitas 
vezes pela capacidade de atendimento de uma determinada solução que esta nova rede 
serácapaz de fornecer. Portanto, podemos fazer uma integração entre redes para:
 » aumentar o número de I/O’s de campo;
 » conseguir maior rendimento do sistema;
 » proporcionar menor custo por I/O instalado.
Imaginemos, na rede mostrada na figura 13, caso tivéssemos apenas os equipamentos 
PROFIBUS DP, teríamos 126 endereços de rede.
Agora como temos equipamentos PROFIBUS DP relacionados com equipamentos AS-
i, teremos que:
126 Gateways x 62 escravos cada um = 7812 escravos AS-i
Caso estes escravos AS-i possuíssem 4 entradas e 4 saídas cada, terremos um total de 
31248 entradas e 31248 saídas.
Integração com sistemas Wireless e Internet
As redes industriais são constituídas por protocolos e comunicação (padronizados 
ou não) com a finalidade de transportar sinais que trafegam sob um barramento de 
comunicação comum, para a interligação de tarefas com o objetivo de controlar 
processo.
29
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS │ UNIDADE I
Como mencionado anteriormente, diferentes tecnologias de redes industriais são 
empregadas em um sistema de controle e automação industrial, cada uma possui 
diferentes propriedades em relação ao protocolo, mecanismos este de acesso ao meio, 
propagação, taxa de transmissão, entre outros.
Dessa forma, os mecanismos de padronização vêm de forma a preservarem a 
interoperabilidade entre diferentes tecnologias de redes industriais, em um único 
ambiente de controle, adequando e padronizando desta forma todos os sinais que 
trafegam pelo barramento.
Com a evolução dos equipamentos, atualmente é fácil encontrarmos redes industriais 
com equipamentos wireless, ou seja, que realizam a comunicação sem fio. Isso de 
forma geral dificulta o comissionamento de um sistema de controle e automação para 
médio e grande porte, pois se tem uma grande variedade de sinais e condições a serem 
verificadas e validadas na comunicação. A figura 13 ilustra uma rede industrial didática 
dos quais os elementos de campo como sensores e atuadores comunica-se por meio de 
controladores wireless.
Figura 13. Rede industrial sem fio (wireless).
 
Control 
System 
Assat Maragement 
System 
 
 
Fonte: Imagem retirada artigo Redes Industriais: Evolução, Motivação e Funcionamento – Alexandre Baratella e Max Moura 
Dias Santos. Acesso em: 18 fevereiro 2015.
Certamente a tecnologia wirelles empregada nos equipamentos, sensores, atuadores 
etc.; Estão cada vez mais robustos, haja vista que o ambiente industrial tende a ser 
30
UNIDADE I │ INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS
um ambiente com muita interferência eletromagnética gerada por dispositivos lá 
utilizados.
Outro ponto importante é que os protocolos de comunicação wireless para as redes 
industriais devem fornecer serviços de comunicação que atendam aos requisitos das 
aplicações de controle de campo.
Outra aplicação, ainda seguindo a linha de redes de comunicação sem fio é apresentada 
por meio da figura 14. Podemos visualizar uma rede industrial com interface de 
comunicação para internet. Este tipo de configuração de rede facilita o monitoramento, 
diagnósticos, manutenção remota, upgrade de softwares e firmwares, visto que se 
utiliza uma infraestrutura de comunicação da internet para realizar estes serviços.
Figura 14. Rede industrial conectada à Internet.
Fonte: http://www.cienciascontabeis.com.br/a-moderna-industria-4-0-e-a-contabilidade/.
31
UNIDADE IIINTRODUÇÃO AOS 
MEIOS FÍSICOS
CAPÍTULO 1
Introdução aos meios físicos
No capítulo anterior, foram abordadas características básicas a respeito das redes 
industriais aos quais foram possíveis visualizarem a importância desta comunicação 
na automatização de processos no ambiente industrial. Vimos o surgimento da 
automatização de processos por meio de configuração tradicional, ou seja, dos quais 
todos os cabos de conexão eram interligados diretamente ao CLP e posteriormente a 
evolução para o sistema Fieldbus que cada equipamento, sensores e aturadores, por 
exemplo, são constituído de inteligência própria permitindo assim em um único meio 
de comunicação interagir com o controlador central, mestre da rede.
Para que aconteça a troca de informações entre o controlador central de uma rede 
industrial e seus escravos, tanto para as redes tradicionais aplicada no surgimento 
deste conceito até as redes mais sofisticadas, é necessário um meio para que se 
trafeguem as informações do sistema. A este meio de comunicação damos o nome de 
meio físico.
O meio de transmissão de dados, ou meio físico, em linhas gerais, nada mais é do 
que o meio empregado entre o controlador central e seus escravos da rede de forma a 
oferecer um suporte ao fluxo de dados trafegados entre, no mínimo, dois pontos desta 
rede. Como características e objetivos principais aos meios físicos devem prover:
 » adequação do sinal trafegado pela rede em determinados padrões para 
evitar ruídos e aumentar comprimento da rede;
 » esses padrões conseguem uma maior eficiência na distância da rede;
 » grande imunidade aos ruídos eletromagnéticos (EMC).
32
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
Podemos considerar, basicamente que todos os meios físicos de transmissão de dados 
são derivativos de três principais tipos distintos de meios físicos:
 » Elétricos → Meios que utilizam fios de eletricidade para realizar a 
comunicação.
 » Sem fio → Meios que utilizam ondas eletromagnéticas de rádio.
 » Por luz → Meios que utilizam cabo de fibra ótica, emitindo feixes de luz 
contendo a informação.
Podemos citar, dentre estes três meios físicos, os mais comuns encontrados em nosso 
dia a dia como:
Elétricos → Cabo Par-Trançado
É o meio físico mais comum nas redes em geral. É utilizado em redes RS-232, RS-485, 
Ethernet, dentre várias outras. Como o próprio nome diz, este cabo é composto por 
vários fios enrolados em espiral, trançados um no outro. Isso acontece para diminuir o 
ruído eletromagnético causado pela circulação de corrente elétrica nos cabos, de forma 
que a comunicação aconteça sem perdas de informação. Podem existir vários tipos de 
conectores para este cabo, como os DB-9, RJ-45, conectores circulares etc. A figura 15 
ilustra o cabo.
Figura 15. Cabo par trançado.
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 20 fevereiro 2015.
Características do cabo par trançado:
 » fácil instalação – flexível;
 » baixo custo;
 » taxa de transmissão: baixa - poucos Mbps;
 » cabo curto (máximo de 100 metros);
 » interferência eletromagnética etc.
33
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
Elétricos → Cabo Coaxial
Os cabos coaxiais vêm caindo em desuso, sendo cada vez menos utilizados. Entretanto, 
ainda podem ser encontrados em várias aplicações, inclusive na transmissão de sinais 
de alta frequência, como sinais de TV, ou em redes mais antigas. Os cabos coaxiais 
são mais caros e permitem uma menor velocidade de comunicação que os cabos par-
trançado. Além disso, são mais suscetíveis a mau contato. São utilizados conectores 
do tipo BNC nos cabos coaxiais. A figura 16 ilustra a estrutura interna e externa deste 
cabo.
Figura 16. Cabo coaxial.
 
Material 
Isolante 
Cobertura plástica 
externa 
Núcleo de 
cobre 
Condutor externa 
de alumínio 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 18 fevereiro 2015.
Características do cabo coaxial:
 » instalação mais difícil;
 » custo mais alto;
 » taxa de transmissão da ordem de dezenas de Mbps;
 » cabo mais longo (até 500 metros);
 » boa imunidade à Interferência eletromagnética etc.
Sem Fio → Wireless
Permitem a transmissão de dados sem o uso de fios ou cabos ligados entre o Emissor e 
o Receptor. Existem várias tecnologias que atuam nesta área e, em Redes Industriais, 
é um tipo de rede ainda bastante nova. Exemplos dessas redes são wifi, bluetooth, 
zigbee, WirelessHart, WiMax etc.
34
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
As vantagens da comunicação sem fio é justamente o fato dela não precisar de cabos. 
O meiofísico é o próprio ar, facilitando o acréscimo de novos dispositivos, bem como 
a troca de suas posições. As desvantagens são as baixas distâncias alcançadas e o 
preço de implementação, pois os equipamentos ainda são caros. A figura 17 ilustra 
equipamentos utilizados neste meio.
Figura 17. Equipamentos utilizados para confecção do meio Wireless.
 
✓ Modbus 
✓ Ethernet 
✓ 485 interface 
✓ OPC 
Handheld 
Plant Backbone 
RF mesh network 
DCS Field devices Security and network 
managers + gateway 
Fonte disponível em: https://pt.slideshare.net/eawareTech/wirelesshart.
Características do meio Wireless:
 » instalação simples;
 » custo baixo;
 » taxa de transmissão da ordem de algumas dezenas de Mbps;
 » alcance médio (centenas de m);
 » média imunidade a Interferência eletromagnética etc.
Luz → Fibra Ótica
A fibra ótica é um cabo que, ao invés de transmitir corrente elétrica, transmite 
sinais luminosos codificados. Por enviar luz e não sinais elétricos, esse meio físico é 
totalmente imune a ruídos ou interferências externas. Também podem trabalhar 
muito bem em ambientes classificados com risco de explosão, uma vez que não há 
35
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
possibilidade de curtos-circuitos nos cabos desse tipo. Além disso, as fibras óticas 
transmitem dados em altíssima velocidade (na velocidade da luz) o que permite um 
alto tráfego de informações.
Os únicos problemas com a fibra ótica são os custos de implementação e a dificuldade 
de junção (emenda) de fibras de longas distâncias. O núcleo da fibra ótica pode ser 
feita de vidro ou de plástico, que permitem a fácil condução da luz ao longo do cabo. A 
figura 18 ilustra uma fibra ótica.
Figura 18. Fibra Ótica utilizada em comunicação de dados.
 
125 µm 
62 µm 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 18 fevereiro 2015.
Características da fibra ótica:
 » instalação de média dificuldade;
 » custo alto;
 » taxa de transmissão da ordem de algumas dezenas de Gbps;
 » cabo longo (ordem de Km);
 » totalmente Imune à Interferência eletromagnética etc.
Para uma transmissão eficiente de dados, deve-se ser considerado um conjunto de 
recursos e regras que permitem a transmissão de informações de um ponto a outro em 
uma rede de comunicação. Nesse sentido podemos ter:
Sentido da transmissão:
 » simplex;
 » half-duplex;
 » full-duplex.
36
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
Modos de transmissão:
 » paralela;
 » serial;
 » síncrona;
 » assíncrona,
Codificação de bits (1) e (0), Níveis de tensão:
 » 5V(bit 1) e 0V(bit 0);
 » 12V(bit 1) e -12V(bit 0);
 » Entre 3V e 12V(bit 1) e entre -3V e -12V(bit 0).
37
CAPÍTULO 2
Principais meios físicos industriais
Como vimos no capítulo anterior, a camada física relativa aos meios físicos industriais, 
se baseia em apenas três meios Elétricos, Sem Fios e por Luz. Dessa forma, os padrões 
ou protocolos de comunicação podem ser aplicados de acordo com o meio escolhido 
para a aplicação.
Podemos considerar para as redes industriais que os principais padrões utilizados 
considerando os meios físicos abordados na secção anterior são:
 » RS-485 ou RS-422 → Profibus DP, Modbus, Interbus, Hart.
 » RS-232 → Comunicação ponto a ponto.
 » CAN → DeviceNet.
 » Manchester/APM → AS-i, Foundation Fieldbus e Profibus PA.
 » Ethernet → Ethernet Industrial.
 » Fibra Óptica → Profibus DP.
 » Wireless → Substituição do RS-485 ou CAN.
Meio físico - padrão RS-485
O nome completo para este padrão é TIA/EIA 485-A (que TIA se refere à 
Telecommunications Industry Association e EIA Electronic Industries Aliance) é 
o padrão de comunicação bidirecional mais utilizado em aplicações industriais e 
sistemas de aquisição de dados. “RS” é a sigla para Recommended Standard (padrão 
recomendado). Possui transmissão balanceada e suporta conexões multidrop, o que 
permite a criação de redes com até 32 nós e transmissão à distância de até 1200 metros 
por segmento. Por meio da inserção de repetidores, pode-se estender a distância de 
transmissão. Este padrão suporta comunicação half-duplex, requer apenas dois fios 
para a transmissão e recepção dos dados e possui boa imunidade a ruídos. Possui 
características semelhantes ao padrão R$ 422, ou seja, trabalha com as mesmas 
relações entre níveis lógicos e tensão DC em um barramento diferencial balanceado. A 
figura 19 ilustram os níveis de tensão referente a uma comunicação RS-485 utilizando 
transceptores DS485 e ST485.
38
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
Figura 19. Padrão de uma comunicação RS-485.
 
Sinais referenciado 
ao terra 
Sinal diferencial 
5V 
0V 
5V 
5V 
5V 
-5V 
0V 
0V 
0V A - B 
A 
B 
RO 
RE 
Vcc 
B 
A 
GND 
Fonte: Imagem editada apostila Redes Industriais INATEL – Professor Júlio A.P. Azevedo. Acesso em: 20 fevereiro 2015.
Tabela 1. Nível de tensão da comunicação RS-485.
Nível Lógico Saída
Saída Diferencial
(referente à terra)
Saída Diferencial
(Va – Vb)
0 Vout: 0V Vout: A=0V; B=5V Vdiff = 0V – 5V = -5V
1 Vout: 5V Vout: A=5V; B=0V Vdiff = 5V – 0V = +5V
Fonte: autor.
Características importantes do padrão RS-485:
 » característica multidrop, podendo ter até 32 terminais remotos de 
comunicação por nós da rede; 
 » distância máxima de 1200 metros em 100 kbps; 
 » transmissão de dados em até 10 Mbps em uma distância máxima de 12 
metros; 
 » apenas uma fonte simples de +5V para alimentar os circuitos de 
transmissão e recepção; 
 » transmissão de dados em modo comum com tensões de -7V até +12V. 
No padrão RS 485, existem apenas um barramento para os sinais de TX e RX. Com 
isto, deve-se cuidar para que um só sinal esteja presente a cada instante no barramento 
(transmissão half - duplex), evitando-se assim colisões e consequentes falhas na 
comunicação.
39
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
Outras características que podem diminuir sensivelmente a performance de uma rede 
baseada no padrão RS 485 são a distância de cada segmento da rede e sua topologia. A 
figura 20 ilustra uma relação da taxa de transmissão pela máxima distância permitida.
Figura 20. Distância do cabo versus Velocidade de comunicação.
 
Conservative 
Characteristics 
5, 10, 20 % Jitter 
100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 
10 
100 
1000 
10000 
C
ab
le
 L
en
gt
h 
- f
t 
Data Rate - bps 
Fonte: . Acesso em: 20 fevereiro 2015.
Como mostrado no gráfico, a partir de 6 metros de distância do barramento, a taxa 
de transmissão começa a diminuir. A distância máxima para o barramento típica 
para este protocolo é de 1200 metros, o que possibilita uma taxa de transmissão 
em torno de 100 kbps. Quanto à topologia, a mais indicada para a rede RS 485 é a 
denominada Daisy Chain. São possíveis outras topologias além da citada, porém, 
problemas como reflexões na rede são comuns quando se usa uma topologia 
diferente desta para este padrão. 
Uma observação a ser considerada é a impedância característica do cabo. Se o cabo for 
utilizado para transmissões com componentes espectrais a altas frequências, podem 
ocorrer reflexões do sinal em sua extremidade provocando inconsistência nos dados 
transmitidos. Para minimizar este efeito, deve-se adicionar resistores de terminação 
de valores iguais à impedância característica do cabo para que ele se comporte como 
um cabo infinito. Os valores típicos para essa resistência é de cerca de 120 Ω para 
cabos trançados, e de cerca de 50 Ω para cabos blindados. Apesar de típicos, estes 
valores podem ser diferentes, pois dependem também dos requisitos de carga mínima 
dos transmissores. É importante também que existam apenas dois resistores, um em 
cada extremidade, que podem estar também dentro do último dispositivo conectado.
40
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
Podemos visualizar na figura 21 uma rede de conexão Hart multidrop com meio físico 
RS-485. Esta rede é implementada pela SMAR.
Figura 21. Conexão Hart em Multidrop.
 
Impedância parafonte de Alimentação 
Fonte de 
Alimentação 
Fonte: . Acesso em: 21 fev. 2015.
Para saber mais acesse: http://www.smar.com/newsletter/marketing/index150.
html
Meio físico - padrão RS-422
Este padrão apresenta grande imunidade a ruído quando comparado com RS 232. 
Isto se deve à transmissão diferencial que utiliza duas linhas para transmissão e duas 
para recepção. Neste tipo de transmissão o nível lógico 0 é associado a tensão de 5 
Vcc, enquanto o nível lógico 1 é associado à tensão - 5 Vcc. Encontramos em várias 
aplicações, principalmente em interconexões de grande distância, o uso do padrão 
R$ 422.
Suas principais características são:
 » A comunicação é feita sempre no processo mestre escravo, sendo que o 
computador central faz o papel de mestre e os periféricos se comportam 
como escravos. Isto significa que todo o gerenciamento de comunicação 
será produzido pelo computador central.
41
INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
 » Devido as suas características de barramento diferencial balanceado, sua 
saída pode ficar em estado de alta impedância, com isto conseguimos 
grandes distâncias com altas taxas de comunicação.
 » A linha de comunicação pode ter vários equipamentos conectados em 
paralelo (sistema multidrop).
A vantagem do barramento padrão RS 422 em relação ao barramento RS 485 é que 
este possui maior imunidade a ruídos e consegue transmitir uma quantidade maior 
de dados e em uma velocidade maior, porém, o barramento RS 422 trabalha apenas 
no sistema mestre-escravo, permite um número menor de receptores por segmento e 
possui maior número de cabos.
O padrão não possui um conector definido para uso e é basicamente uma extensão do 
RS-232 com sinal diferencial para transmissão e recepção de dados.
Sua grande importância vem da capacidade de interação entre vários dispositivos, 
sendo um padrão de transição mais completo que o RS-485, abordado anteriormente. 
Meio físico - padrão RS-232
O padrão de comunicação RS-232 foi criado em 1962, para a comunicação entre um 
teletipo e um modem. Em 1969, após três revisões, o protocolo RS-232C se tornou 
mais popular para a utilização em dispositivos de comunicação.
O padrão RS 232 é uma conexão serial encontrada tipicamente em PC’s, a letra 
“C” na nomenclatura deste padrão refere-se à sua última revisão É utilizada para 
diversos propósitos: Conexão para mouse, impressora, modem, bem como para 
monitoração e controle de instrumentação industrial, porém, este padrão é limitado 
a uma conexão ponto a ponto entre a porta serial do PC e o dispositivo, a uma 
distância máxima de 15m.
A transmissão dos sinais digitais, ou seja, dos níveis lógicos 0 e 1. É executada 
associando-se estes níveis a uma faixa preestabelecida de tensão DC. Tensões 
de +3 a +15 Vcc correspondem ao nível lógico 0, enquanto tensões de -15 a -3 Vcc 
correspondem ao nível lógico 1. A zona morta entre +3 Vcc e -3 Vcc é projetada 
para absorver ruídos na transição entre os níveis lógicos. Em diferentes padrões de 
modulação, porém, esta zona morta pode variar. Alguns receptores desenvolvidos para 
o padrão RS-232 são sensíveis a diferenças de 1 V ou menos.
42
UNIDADE II │ INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS
A função dos principais pinos é a seguinte:
 » DCD (Data Carrier detect) → Indica recebimento de portadora.
 » RXD (Received Data) → Dados recebidos.
 » TXD (Transmited Data) → Dados transmitidos.
 » DTR (Data Terminal Ready) → Indica que o terminal de dados está 
pronto.
 » DSR (Data Set Ready) → Indica que o equipamento de comunicação de 
dados está pronto.
 » RTS (Request To Send) → Requisição para envio de dados.
 » CTS (Clear To Send) → Livre para enviar.
 » RI (Ring Indicator) → Indicador de chamada.
Os sinais RTS e CTS são utilizados para controle do fluxo de dados, em transmissões 
assíncronas estes sinais permanecem constantemente habilitados, entretanto, quando 
o equipamento de transmissão de dados, é conectado a um dispositivo que permite 
comunicação por meio de várias linhas simultâneas ou para dispositivos em que a 
portadora não pode ser constantemente transmitida (por exemplo, rádio modems), o 
sinal RTS é utilizado para habilitar a transmissão da portadora.
A figura 22 ilustra um exemplo de transmissão e recepção de um byte (41h) utilizando 
o padrão de comunicação serial RS-232.
Figura 22. Transmissão serial RS-232 do caracter “A”.
 
15V 
- 15V 
Nível lógico 1 
Nível lógico 0 
Start bit Stop bit 
Byte transmitido = caracter “A” 
Código ASCII = 41H => 01000001 
1 0 0 0 0 0 0 1 
Fonte: . 
Acesso em: 21 fevereiro 2015.
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INTRODUÇÃO AOS MEIOS FÍSICOS │ UNIDADE II
Podemos destacar os transceptores RS232 da fabricante MAXIM, tal como o 
MAX3232.
Dentre aos padrões apresentados, cabe ao projetista escolher qual é o tipo ideal de 
configuração de sua rede, os recursos e características básicas dos padrões mais 
utilizados RS-232 e RS-485 são mostrados no quadro abaixo.
Quadro 2.Síntese comparativa entre os padrões RS-232 e RS-485.
Especificação EIA RS-232 EIA RS-485
Taxa de transmissão 19200 bps (max.) 10 Mbps(max.)
Distância de transmissão 15 metros (max.) 1200 metros (max.)
Processo Desbalanceado Diferencial Balanceada
Transmissores 1 32
Receptores 1 32
Princípio Full-Duplex,
Ponto-a-Ponto
Half-Duplex,
Multidrop
Utilização Comunicação entre Pc’s e periféricos Redes industriais de sendores
Custo Baixo Médio
Ruído no cabo Alto índice de ruído Baixo índice de ruído
Fonte: autor.
Meio físico – padrão CAN
O protocolo CAN foi desenvolvido por Robert Bosh, em 1986 para aplicação na 
indústria automobilística, com o objetivo de simplificar os complexos sistemas de fios 
em veículos com sistemas de controle compostos por múltiplos microcontroladores/
microcomputadores para gestão do motor, sistema ABS, controle da suspensão etc. 
A sua especificação base anunciava elevada taxa de transmissão, grande imunidade a 
interferências eléctricas e capacidade de detectar erros.
A aplicação da tecnologia CAN, para partilha de dados e controlo em tempo real, 
tem vindo a tornar-se cada vez mais popular. Ao longo dos anos, o CAN evoluiu 
de aplicações dedicadas à indústria automobilística para outras de uso industrial 
e produtos envolvendo micro-controladores com ligação por fio, e não só. Um 
dos benefícios do CAN é suprimir a necessidade de sistemas complexos de fios 
substituindo-os por um simples cabo. É também considerado uma solução para 
implementar comunicação em rede de uma forma simples, barata e robusta, 
nomeadamente ao ruído eletromagnético.
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O CAN é um protocolo de comunicações série, que permite controlo distribuído 
em tempo real, com elevado nível de segurança. É um sistema em barramento 
com capacidades multi-mestre, isto é, vários nós podem pedir acesso ao meio de 
transmissão em simultâneo. Este protocolo comporta também o conceito de multicast, 
isto é, permite que uma mensagem seja transmitida a um conjunto de receptores 
simultaneamente.
Nas redes CAN não existe o endereçamento dos destinatários no sentido convencional, 
em vez disso são transmitidas mensagens que possuem um determinado identificador. 
Assim, um emissor envia uma mensagem a todos os nós CAN e cada um por seu lado 
decide, com base no identificador recebido, se deve ou não processar a mensagem. O 
identificador determina também a prioridade intrínseca da mensagem, ao competir 
com outras pelo acesso ao barramento.
Como o CAN é considerado um sistema de barramento série, bom para ligar em rede 
subsistemas inteligentes, tais como sensores e atuadores. A informação transmitida 
possui tamanho curto. Assim, cada mensagem CAN pode conter um máximo de 8 
bytesde informação útil, sendo, no entanto, possível transmitir blocos maiores de 
dados recorrendo a segmentação.
A taxa máxima de transmissão especificada é de 1 Mbit/s, correspondendoeste 
valor a sistemas com comprimento de barramento até 40 metros. Para distâncias 
superiores a taxa de transmissão, recomenda-se, a diminuição. Alguns dos valores 
recomendados são:
 » 50 Kbit/s para distâncias até 1 Km;
 » 125 Kbit/s para distâncias até 500 m.
Se a distância do barramento for superior a 1 Km pode ser necessária a utilização de 
dispositivos repetidores (repeater) ou ponte (bridge). A figura 23 ilustra a máxima 
distância recomendada pela máxima taxa de transmissão.
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Figura 23. Relação comprimento do barramento pela Taxa de transmissão de dados.
 
Bit Rate 
[kbps] 
Bus lines assumed to 
be na electrical 
médium (e.g.twisted 
pair) 
CAN Bus Length [m] 
10,000 1000 200 100 40 10 0 
1000 
200 
100 
10 
5 
20 
50 
500 
Fonte: Imagem editada apostila Meios Físicos INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 22 fevereiro 2015.
Em linhas gerais, o grande interesse pelo CAN por parte dos círculos da engenharia de 
automação industrial reside em diversas das suas características, tais como:
 » ser um standard ISO;
 » considerável imunidade ao ruído;
 » capacidade multi-mestre;
 » capacidade multicast;
 » capacidade eficaz de detectar e sinalizar erros;
 » retransmissão automática de mensagens “em espera” logo que o 
barramento esteja livre;
 » reduzido tempo de latência;
 » atribuição de prioridade às mensagens;
 » distinção entre erros temporários e erros permanentes dos nós;
 » elevadas taxas de transferência (1 Mbit/s);
 » hardware standard etc.
No CAN os sinais são transmitidos utilizando tensões diferenciais, derivando daí muita 
imunidade ao ruído e tolerância a falhas que o caracterizam. As duas linhas de sinal 
são designadas por ‘CAN_H’ e ‘CAN_L’. Um ‘0’ corresponde ao sinal CAN_H superior 
ao CAN_L e como tal designado por bit “dominante”. A situação contrária, CAN_L 
superior a CAN_H, corresponde a um bit “recessivo” ou ‘1’.
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Meio físico – Manchester/APM
A codificação Manchester, também conhecida como bifásica de nível, é a técnica 
especificada pelo IEEE-802 para uma rede padrão Ethernet, que cada período do bit 
é dividido em metades complementares. Assim, uma transição de tensão de negativa 
para positiva no meio do bit indica um número binário “1”, enquanto uma transição de 
positiva para negativa representa um “0”, ou seja, os bits 1 produzem uma transição 
de nível baixo para elevado no meio do bit e os bits 0, transições de nível elevado para 
nível baixo também no meio do bit. No início de cada bit são produzidas as transições 
de nível necessárias para manter a codificação coerente:
 » Se o bit é 1 e o nível está baixo.
 » Se o bit é 0 e o nível está alto.
A figura 24 ilustra uma sequência simples de bits codificados com Manchester:
Figura 24. Codificação de bits utilizando padrão Manchester.
 
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 bits 
Onda de 
Relógio 
Sinal NRZ 
Sinal 
Manchester 
Fonte: Imagem editada apostila Meios Físicos INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 22 fevereiro 2015.
Na codificação Manchester Diferencial, uma derivação da codificação Manchester, 
cada bit também é representado por duas metades, sendo que a segunda metade tem a 
polaridade inversa da primeira.
 » bit 0 é representado por uma mudança de polaridade no começo da 
transmissão do bit;
 » bit 1 é representado por nenhuma troca de polaridade no começo da 
transmissão do bit.
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Logo, a transmissão de sinais (dados e sincronismo) é realizada como na codificação 
Manchester. Também possui as seguintes vantagens:
 » utilização de um único cabo;
 » esquema de detecção de erros;
 » ausência da transmissão pode ser detectada pela simples inexistência de 
transições do meio.
Características do meio físico Manchester/APM:
 » a codificação Manchester/APM é um código de linha que tenta manter a 
integridade da informação;
 » evita uma sequência longa do mesmo bit e com isso evita a perda de 
sincronismo. Consiste em substituir do sinal NRZ (não retorna a zero) o 
bit ‘0’ por ‘10’ e ‘1’ por ‘01’;
 » o sinal codificado é modulado em APM (Alternate Pulse Modulation), 
que o sinal digital é convertido em variações de fase de um sinal 
analógico;
 » taxa de transmissão típica = 31,25 Kbps (podendo chegar até 167,5 
Kbps);
 » distância = depende do cabo utilizado (pode chegar até 1900 metros no 
Foundation Fieldbus);
 » transmitido sobre um sinal DC (rede com apenas 2 fios).
A figura 25 ilustra um sinal transmitido através do meio físico Manchester/APM.
Figura 25. Características de transmissão de sinais NRZ, Manchester e APM.
 
0 0 0 0 1 1 
NRZ 
APM 
Manchester 
Fonte: Imagem editada apostila Meios Físicos INATEL – Professor Alexandre Baratella. Acesso em: 22 fevereiro 2015.
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Meio físico – Ethernet
O padrão ethernet surgiu em 1972, nos laboratórios da Xerox com Robert Metcalfe. 
Com uma rede que todas as estações compartilhavam do mesmo meio de transmissão, 
um cabo coaxial; a configuração utilizada para esta conexão foi a de barramento, 
utilizava uma taxa de transmissão de 2,94 Mbps.
No início este padrão era chamado de “Network Alto Aloha”, depois foi modificado 
para “ethernet” para deixar claro que este padrão pode suportar qualquer computador 
e para mostrar que pode ser desenvolvido fora de seus laboratórios. Metcalfe optou 
pela palavra “ether” de maneira a descrever uma característica imprescindível do 
sistema: o meio físico transporta os bits para todas as estações, como se acreditava 
que acontecia com o éter, o meio que preenchia o universo e o espaço entre os corpos 
celestes que propagava as ondas eletromagnéticas pelo espaço.
Algumas vantagens do Ethernet:
 » enorme maturidade e popularidade da tecnologia;
 » baixo custo de implementação, treinamento e manutenção;
 » alta velocidade e alta performance;
 » atualização tecnológica constante;
 » facilidade de interconectividade e acesso remoto;
 » os principais fabricantes de CLP ou SCD suportam sistemas de Fieldbus 
específicos, mas todos suportam Ethernet etc.
Benefícios agregados:
 » capacidade de transportar elevado fluxo de informações entre o processo 
industrial e a corporação;
 » elevado número de pessoal técnico qualificado;
 » habilidade de prover diagnóstico e atuação remotamente etc.
Desvantagens (iniciais) para padrão de campo:
 » ausência de interoperabilidade pela falta da camada de aplicação (por si 
só, apresenta definições apenas para as camadas 1 e 2 do modelo ISO);
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 » falta de determinismo e tempo de resposta insuficiente para algumas 
aplicações;
 » dificuldades de sincronismo ao nível de milisegundos;
 » falta de solução para segurança intrínseca etc.
De modo geral a o padrão Ethernet industrial vem se tornando um padrão na área 
industrial cada vez mais presente nos equipamentos e controladores aplicados. É 
aplicado em três redes principais:
 » Profinet.
 » Ethernet/IP e HSE (High Speed Ethernet).
Os possíveis meios físicos para o padrão Ethernet industrial pode ser visto pelo 
Quadro 2.
Quadro 2. Possíveis meios físicos para o padrão Ethernet.
Name Cable Max. Segment length Nodes per Segment
10 Base5 Thick Coaxial 500 m 100
10 Base2 Thin Coaxial 185 m 30
10 BaseT Twisted Pair 100 m 1024
10BaseF Optical Fibre 2 km 1024
Fonte: autor.
Vejamos um exemplo de aplicação de uma rede controlada remotamente por meio do 
Foundation Fieldbus HSE, (High Speed Ethernet).
Trecho retirado de .
O Foundation Fieldbus ainda possui o HSE, High Speed Ethernet, 
onde um Link Device (por exemplo, o DFI302, da SMAR) é usado para 
conectar equipamentos de campo a 31.25 kbit/s a uma rede padrão FF 
a 100 Mbit/s. É aplicável em redes de alta velocidade com interfaces 
para sistemas de I/Os, que podem estar conectados a 31.25 kbit/s ou 
no HSE.