Unidade 2 PARTE 8

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COMPUTAÇÃO INDUSTRIAL II 
Unidade 2: Redes Industriais 
Parte 8 
Ethernet Industrial 
• TCP/IP: Advém da necessidade de interligar todos os níveis da 
cadeia de suprimentos em único padrão de rede; 
• Nível gerencial com rápido acesso ao chão de fábrica; 
 
 
 
TCP/IP 
• TCP: Transmission Protocol Control 
 
• IP: Internet Protocol 
 
• Idealizado em uma arquitetura de pilha, onde cada camada interage 
somente com as adjacentes; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TCP/IP 
• Protocolos de enlace: 
– Permitem que as informações sejam transmitidas em mídia de acesso única 
(rede local) ; 
 
• Protocolo de rede (IP): 
– Permite que informações enviadas por um computador cheguem a outros 
computadores que estão em redes distintas; 
 
• Protocolo de transporte (TCP): 
– Conexão de programas: diversos programas acessando a rede 
simultaneamente; 
– Cada programa recebe um número de porta, que é anexado ao pacote de 
dados, permitindo assim que o TCP saiba a qual programa entregar a 
mensagem recebida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TCP/IP 
• Protocolos de aplicação: 
 
– Específicos para cada programa que faz uso da rede; 
– Exemplo: HTTP  comunicação entre o servidor Web e o navegador 
 
• TCP 
– Protocolo orientado à conexão; 
– Permite o envio de mensagem de qualquer tamanho; 
– Divide a mensagem em pacotes para que possam ser enviados; 
– Reorganiza o pacote no destino e retransmite qualquer pacote perdido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Arquitetura TCP/IP 
• Evolução da camada física: 
– Pares metálicos; 
– Cabos coaxiais; 
– Pares trançados; 
– Fibra óptica; 
– Wireless 
 
• Conexão do hardware 
– Conector RJ-45 
 
 
 
 
 
 
Características TCP/IP 
• Padronização dos diversos protocolos do mercado. 
– Não ocorreu devido à utilização de hardwares específicos por parte de alguns 
fabricantes e também a aplicações específicas de cada rede; 
• Interoperabilidade entre os diversos equipamentos dos diferentes 
fabricantes; 
• Aumento da quantidade de dados trafegados pela rede e 
diminuição do tempo de ciclo 
• Robustez dos equipamentos. 
– Temperatura de operação; 
– Classe de proteção; 
– Segurança intrínseca: Limitação de energia; 
– Umidade relativa do ar, etc. 
 
Determinismo TCP/IP 
• A TCP/IP utiliza-se da técnica CSMA/CD (Carrier Sense with Multiple 
Access and Collision Detect); 
 
• Não há certeza de que a informação será transmitida num tempo 
determinado (o que é essencial para o ambiente industrial, em caso 
de um um alarme de incêndio, por exemplo) 
 
• Solução: switch especial com portas independentes e com 
capacidade de programar prioridades e tempos de espera das 
mensagens. Switch determina tempo de varredura para cada porta. 
Alimentação de equipamentos 
• Inicialmente: Cabos distintos para alimentação e dados. 
 
• Atualmente: padrão Power over Ethernet (PoE) 
 
– Utiliza o conceito de modulação em amplitude sobreposto ao nível contínuo 
de alimentação dos módulos de campo. 
 
– O sinal de comunicação sofre uma modulação para ser transmitido ou 
recebido por um elemento da rede 
 
Ethernet Industrial: Protocolos 
• Quatorze protocolos distintos, diferindo um do outro em termos de 
aplicação ao usuário e na utilização ou não de determinadas 
camada do padrão TCP/IP. 
 
– Profinet; 
 
– Ethernet/IP; 
 
– HSE; 
 
– Etc. 
 
Profinet 
• Profinet IO 
– Utilizada em aplicações em tempo real; 
 
• Profinet CBA 
– Aplicações onde o tempo não é crítico; 
– Exemplo: Conversão para a rede Profibus DP 
 
• Formas de operação: 
– Non-real time (Non-RT): 
– Soft real time (SRT): 
– Isochronous Real Time (IRT): 
 
 
 
Profinet 
• Non-real time (Non-RT): 
– Ethernet  IP  TCP  Camada de aplicação; 
– Dados não críticos, tais como parâmetros, dados de configuração e 
informações de conexão. 
– Ordem de grandeza do tempo de comunicação: 100ms 
• Soft real time (SRT) 
– Ethernet  Camada de aplicação 
– Dados de processo em tempo crítico 
– Ordem de grandeza do tempo de comunicação: 10ms 
• Isochronous Real Time (IRT): 
– Priorização no barramento 
– Aplicações onde é necessário sincronização, como controle de posição 
– Ordem de grandeza do tempo de comunicação: 1ms 
– Necessidade de hardware dedicado. 
 
 
 
Profinet 
 
Profinet 
 
Profinet IO 
• Suporta a integração de um dispositivo de campo e aplicações de 
tempo critico em comunicações Ethernet. 
 
• Extensão do Profibus DP: 
– Comunicação mestre-escravo; 
– O mestre DP corresponde ao controlador I/O no Profinet. 
 
• Três tipos de dispositivos: 
– Controlador I/O: Controlador no qual o programa automatizado é executado 
– Dispositivo I/O: Dispositivo de campo que é designado para um controlador 
– Supervisor I/O: Dispositivo programável que comissiona e tem funções de 
diagnóstico. 
 
 
 
Profinet IO 
• Interação com outros Fieldbuses: Proxy. 
– Funciona com uma gateway; 
– Transfere dados de um fieldbus para o Profinet. 
 
 
 
ETHERNET/IP 
• Ethernet Industrial Protocol. 
 
• Desenvolvida pelo centro de desenvolvimento da Xerox Palo Alto 
nos anos 1970 para uso como redes locais. 
 
• Em 1979, a Digital Equipment Corporation e a Intel uniram-se à 
Xerox para promover a rede, e em 1980 publicaram a primeira 
especificação da Ethernet. 
 
• Quando a especificação da Ethernet foi transferida ao IEEE (Institute 
for Electrical and Electronic Engineers), foi aprovado o padrão IEEE 
802.3. 
ETHERNET/IP 
• Protocolo aberto que foi desenvolvido baseando-se em: 
 
– Padrão IEEE802.3, que especifica várias características, dentre elas a utilização 
do protocolo CSMA/CD para acesso ao meio. 
 
– Ethernet TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). 
 
– Protocolo CIP (Control and Information Protocol), que possibilita mensagens 
em tempo real e informação ponto a ponto. 
 
• Utilizado nas topologias físicas barramento e estrela. 
 
ETHERNET/IP 
• Comunicação: modelo TCP/IP ou UDP/IP. 
 
• Tipo de operação: 
 
– TCP: Descrito anteriormente; 
 
– UDP: 
• Possui quadro menor que o TCP. 
• Não tem capacidade de dividir os pacotes de dados. 
• Transporta os dados até a CIP (Common Industrial Protocol); 
• Na CIP existem protocolos específicos para inversores de frequência, 
posicionadores de válvulas, elementos pneumaticos, I/O’s discretos, etc; 
 
 
ETHERNET/IP 
• Mensagem explícita: TCP 
– Troca de informações entre PLC’s e IHM’s. 
– Configuração de elementos de longa distância. 
– Tarefas não criticas que não requerem baixo tempo de processamento. 
 
• Mensagem implícita: UDP 
– Comunicação I/O. 
– Sincronização de tempo real. 
– Requerem baixo tempo de processamento. 
 
 
HSE 
• High Speed Ethernet; 
 
• Criada pela Fieldbus Foundation; 
 
• Interconecta as redes H1 ao sistema de supervisão; 
 
• Utiliza UDP/IP. 
 
• Interligação entre HSE e H1 através de link devices. 
 
 
 
 
H1 X HSE 
 
 
 
 
HSE 
• Opera no modo multicast: um dado pode ser utilizado por diversos 
elementos da rede; 
 
• UDP: melhor enviar dado atualizado do que tentar reenviar um 
dado obsoleto perdido (TCP). 
 
• Quatro categorias de dispositivos: 
– Host devices (HD): estação de trabalho; 
– Link devices (LD): nó de conexão das redes H1 e HSE; 
– Gateway devices (GD): nó HSE para conectar redes de outros fabricantes à 
rede HSE; 
– Ethernet devices (ED): nó HSE com condições de conexãodireta às aplicações 
de controle e medição de equipamentos de campo. 
 
 
 
 
HSE