REDES INDUSTRIAIS PARTE 2 UNIUBE

Prévia do material em texto

REDES REDES 
INDUSTRIAISINDUSTRIAIS
Parte 2
Unidades 3 a 6
PROF: Clidenor Filho
O presente material é constituído por seções elaboradas e organizadas a partir de livros, apostilas, 
catálogos de fabricantes e demais referências de comprovada relevância para o estudo de redes 
de comunicações industrias, os quais estão referenciados ao final de cada unidade, selecionados 
pelo Professor Clidenor Ferreira de Araújo Filho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Redes Industriais 
 
 
 
 
 
 
 
Parte 2 
 
 
 
• Redes de Comunicação 
 
 
 
o Unidade 3 – Introdução às Redes Industriais 
o Unidade 4 – Interface ASI 
o Unidade 5 – Profibus 
o Unidade 6 – Devicenet 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Setembro 2005 
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
INTRODUÇÃO ÀS REDES INDUSTRIAIS 
 
 
 
Uma rede industrial consiste numa variedade notável de domínios (uma fábrica de 
produção de produtos alimentares, supervisão de máquinas, etc). Tais domínios são 
potenciais usuários das redes de campo, sendo que para alguns, as redes de campo estão 
infiltradas na configuração da produção. Assim, a abordagem às redes de campo deve 
considerar todas estas diferentes necessidades. 
 
3.1 NÍVEIS DE UMA REDE INDUSTRIAL 
 
 
Numa rede industrial coexistem equipamentos e dispositivos de todo o tipo, os quais 
podem ser agrupados hierarquicamente para estabelecer ligações mais adequadas para 
cada área. Desta forma, são definidos três níveis de hierarquias cada qual responsável 
pela conexão de diferentes tipos de equipamentos com suas próprias características de 
informação: 
 
 
• Nível de Informação (Nível 2): é o nível mais elevado, o qual 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. 
 
 
• Nível de controle (Nível 1): 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. 
 
 
• Nível de controle discreto ou de E/S (Nível 0):, 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. 
 
 78
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
 
Figura 3.1.- Níveis de uma rede industrial 
 
Nota-se que esta estrutura não é universal, existindo casos onde se encontram mais ou 
menos níveis, dependendo da dimensão do processo e da própria indústria. 
 
3.2 MOTIVAÇÃO PARA REDES INDUSTRIAIS 
 
A maioria das redes de comunicação existentes no mercado procuraram atender a 
demanda existente na automação de escritórios. A grande maioria destas redes são 
baseadas no protocolo CSMA/CD, com o qual se iniciaram os desenvolvimentos de 
redes locais. 
A comunicação de dados em ambiente industrial apresenta, no entanto, características e 
necessidades que tornam a maioria das redes para automação de escritório inadequadas. 
Algumas destas características são: 
 
• ambiente hostil para operação dos equipamentos (perturbações eletromagnéticas, 
elevadas temperaturas, sujeira, etc.); 
• a troca de informações se dá, na maioria das vezes, entre equipamentos e não 
entre um operador humano e o equipamento; 
• os tempos de resposta e a segurança dos dados são críticos em diversas 
situações; 
• uma grande quantidade de equipamentos pode estar conectada na rede, o que 
torna a questão de custos muito importante. 
 
3.3 PROTOCOLOS DE ACESSO INDUSTRIAIS 
 
As redes de difusão apresentam aspectos interessantes que as tornam uma solução 
bastante adequada aos requisitos de comunicação industrial. Um problema importante 
na utilização das redes de difusão é o método de acesso ao meio (que é compartilhado) 
pois, uma vez que vários equipamentos deverão trocar informações num dado instante, a 
 79
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
decisão de quem vai ter o direito de uso do meio para o envio de uma mensagem não é 
uma tarefa evidente, como será visto nesta seção. Os protocolos de acesso ao meio tem 
papel fundamental no tempo de entrega de uma mensagem via rede. Como veremos a 
seguir, este tempo é importante para aplicações com características de tempo real. 
Aplicações Industriais freqüentemente requerem sistemas de controle e supervisão com 
características de Tempo-Real. Um Sistema Tempo-Real é um sistema computacional 
para o qual é requerida uma reação a estímulos (físicos ou lógicos) oriundos do 
ambiente dentro de intervalos de tempo impostos pelo próprio ambiente (Figura 3.2). A 
correção não depende somente dos resultados lógicos obtidos, mas também do instante 
no qual são produzidos. 
 
 
 
Figura 3.2. Sistema de Controle em Tempo-Real. 
 
A arquitetura de sistemas computacionais utilizados para controle e supervisão de 
processos industriais em tempo real tem apresentado nos últimos anos uma clara 
tendência para a distribuição das funções de controle, como ilustrado na Figura 3.3. 
 
 
 
Figura 3.3. Arquitetura STR. 
 80
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
Em aplicações tempo real, é importante poder determinar o comportamento temporal do 
sistema de comunicação envolvido. As mensagens em sistemas de tempo real podem 
ter restrições temporais associadas e podem ser classificadas em: 
 
• Periódicas: tem que ser enviadas em intervalos conhecidos e fixos de tempo. 
Ex.: mensagens ligadas a malhas de controle. 
• Esporádicas: mensagens sem período fixo, mas que tem intervalo de tempo 
mínimo entre duas emissões consecutivas. Ex.: pedidos de status, pedidos de 
emissão de relatórios. 
• Aperiódicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, sem período nem 
previsão. Ex.: alarmes em caso de falhas. 
 
Do ponto de vista da programação distribuída, o suporte de transmissão constitui um 
recurso compartilhado entre as estações a ele conectadas. Os métodos de definição de 
direito de acesso utilizados nas redes locais são os denominados protocolos de acesso ao 
meio. O problema de comunicação em tempo real tem forte ligação com o tipo de 
protocolo de acesso ao meio adotado. 
Os protocolos de acesso ao meio (situados na subcamada MAC - vista na Unidade 2), 
utilizados, precisam garantir rápido acesso ao suporte de transmissão para mensagens 
esporádicas de alta prioridade. Tais protocolos devem também atender mensagens 
periódicas com a maior eficiência possível. 
Dentre os protocolos que atendem às exigências de comportamento temporal 
mencionadas, merecem destaque os protocolos: 
 
• CSMA/NBA – Carrier Sense Multiple Access with Non Destructive Bitwise 
Arbitration 
• CTDMA – Concurrent Time Domain Multiple Access 
• CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection (já visto na 
Unidade 2) 
 
3.3.1 CSMA/NBA 
 
Através deste protocolo qualquer nó pode acessar o suporte de comunicação quando 
este se encontrar livre. Caso haja contenção (disputa), ocorrerá arbitragem bit a bit 
baseada na prioridade da mensagem que é função de um identificador (precedência) de 
pacote de 11 bits. 
Cada nó inicia um processo de transmissão e escuta o meio para conferirbit a bit se o 
dado enviado é igual ao dado recebido. Os bits do campo identificador com um valor 
dominante sobrescrevem os bits com um valor recessivo, de acordo com a seguinte 
precedência: o bit “0” é dominante sobre o bit “1”. Qualquer transmissor pode acionar o 
barramento no estado dominante. O barramento pode estar no estado recessivo quando 
nenhum transmissor estiver no estado dominante. Se um nó que transmite um bit 
recessivo recebe um bit dominante enquanto envia o campo de arbitragem, ele pára de 
transmitir. Logo, o vencedor de uma arbitragem entre dois nós transmitindo 
simultaneamente é o com o menor numero do identificador. 
Vale ressaltar que, dois nós jamais poderão apresentar o mesmo identificador. 
A Figura 3.4 ilustra o processo de arbitragem. 
 
 81
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
 
Figura 3.4. CSMA/NBA. 
 
Suponha que os nós 1, 2 e 3 iniciem a transmissão simultaneamente. Todos os nós 
escrevem e lêem o mesmo bit do barramento até que o nó 2 tenta escrever um bit 
recessivo (1) e lê no barramento um bit dominante (0). Neste momento o nó 2 passa 
para o modo de leitura. Um pouco mais à frente o mesmo acontece com o nó 1. Isto 
significa que o valor do identificador da mensagem 3 tem um menor valor binário e 
portanto, uma maior prioridade que as demais mensagens. 
Para evitar que um nó gerador de uma mensagem de alta prioridade monopolize o 
suporte de transmissão tentando transmitir novas mensagens com a mesma prioridade 
imediatamente após a primeira, o espaço entre frames consecutivos é preenchido por um 
campo de bits em “1” inserido no final do quadro, com comprimento definido. O 
suporte de transmissão só é considerado livre para um nó enviar nova mensagem após 
ter detectado que o espaço interframes não foi interrompido por um bit em “0”. Isto 
implica em que a estação possuidora da mensagem de alta prioridade terá que esperar ao 
menos o envio de uma mensagem de prioridade menor para tomar o suporte de 
transmissão para si novamente (isto será feito no espaço interframes de mensagem 
menos prioritária). 
 
3.3.2 CTDMA 
 
Este protocolo possui dois tipos de serviço, o serviço programado e o não programado. 
O serviço programado permite que cada nó configurado tenha o seu momento para 
transmitir em cada intervalo. O serviço não-programado tem início com um nó diferente 
em cada intervalo. Durante o intervalo cada nó pode realizar diferentes acessos a rede 
dependendo da carga da rede. 
 
 82
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
 
Figura 3.5. CTDMA. 
 
3.4 MODELOS DE REDES INDUSTRIAS 
 
As redes industrias suportam dois modelos principais na modelagem de suas topologias. 
São eles os modelos Fonte/Destino (Mestre/Escravo e Peer-to-Peer) e 
Produtor/Consumidor (Multi-Mestre, Mudança de Estado do Dado e Cíclico). 
 
3.4.1 FONTE/DESTINO 
 
Neste modelo as informações são trocadas entre dispositivos endereçados, ou seja, os 
quadros de dados necessitam dos endereços fonte e destino, como mostra a Figura 3.6. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.6. Modelo Fonte/Destino. 
 
 83
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
3.4.1.1 Mestre/Escravo 
 
O PLC ou scanner possui a função de mestre e realiza um polling dos dispositivos de 
E/S ditos escravos. Os escravos somente respondem às interrogações do mestre. Neste 
sistema o mestre é fixo, existindo apenas um mestre por rede. 
 
 
(a) 
 
(b) 
 
Figura 3.7. Modelo Mestre/Escravo. 
 
3.4.1.2 Peer-to-Peer 
 
Redes peer-to-peer não possuem um mestre fixo, ou seja, nenhum dispositivo possui a 
princípio prioridade sobre os demais. Cada nó tem o direito de gerar mensagens para a 
rede, quando de posse de uma permissão (token). O mecanismo de passagem de token 
pode ser baseado na posição do nó no anel virtual ou definido por um mecanismo de 
prioridades. 
 
 
(a) 
 
 84
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
(b) 
 
Figura 3.8. Modelo Peer-to-Peer. 
 
3.4.2 PRODUTOR/CONSUMIDOR 
 
Neste paradigma os dados são identificados pelo seu conteúdo. A mensagem não 
necessita explicitar os endereços fonte e destino dos dados. Também não existe o 
conceito de mestre. Qualquer nó (dispositivo) pode iniciar um processo de transmissão. 
Vale ressaltar que, este paradigma permite também a utilização dos modelos 
apresentados anteriormente. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.9. Modelo Produtor/Consumidor. 
 
 
3.4.2.1 Multi-Mestre 
 
Neste modelo uma mensagem pode alcançar diversos destinatários simultaneamente. Na 
Figura abaixo temos um exemplo com a troca de duas mensagens: 
 
 
 85
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
• Mensagem #1 
 
? A referência de posição do sensor é transmitida em multicast aos dispositivos 
CTRL1, 2 e HMI. 
 
• Mensagem #2 
 
? O comando de velocidade do CTRL1 é transmitido simultaneamente aos três 
drives e ao HMI. 
 
 
 
Figura 3.10. Modelo Multi-Mestre. 
 
3.4.2.2 Mudança de Estado 
 
Neste modelo os dispositivos relatam mudanças de estados. Logo, ao invés de termos 
um mestre realizando a leitura cíclica de cada dado, os dispositivos de campo enviam os 
dados ao mestre quando houver variação de um valor em uma variável. Como 
conseqüência o trafego na rede é reduzido e o desempenho ampliado. 
Também é possível configurar uma mensagem de heart beat. O dispositivo envia uma 
mensagem quando um dado variou ou quando o sistema ficar sem comunicação por um 
período de tempo determinado. Desta forma, sabe-se que o dispositivo está ativo ou não. 
 
 
(a) 
 
 86
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
(b) 
 
Figura 3.11. Modelo Mudança de Estado. 
 
3.4.2.3 Cíclico 
 
Os dispositivos de campo atualizam o mestre periodicamente em bases de tempo pré-
estabelecidas, ou seja, os dispositivos relatam dados em intervalos de tempo 
configurados pelo usuário. 
Tal modelo apresenta-se extremamente adequado à aplicações com pequena variação de 
E/S analógica, uma vez que o tráfego na rede é reduzido. 
O modo de operação deste modelo permite ainda a implementação dos modelos 
mudança de estado e produção cíclica, os quais são configuráveis nó a nó. 
 
 
 
Figura 3.12. Modelo Cíclico. 
 
Vale ressaltar que, nestes dois últimos tipos de mensagens o consumidor deve enviar um 
ACK ao produtor. 
 
3.5 CONFIABILIDADE 
 
Em aplicações industriais onde são transmitidos muitos códigos de comando, leitura de 
medidores e comando de atuadores, um erro de um Bit qualquer pode ter conseqüências 
desastrosas. A transferência de programas para máquinas de Comando Numérico, por 
exemplo, exige um sistema altamente confiável, pois são transmitidos códigos de 
comando cuja mínima alteração pode produzir danos de elevado custo. Desta forma, 
redes industriais de comunicação tem que oferecer uma elevada confiabilidade. 
 87
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
Para aumentar esta confiabilidade nas mensagens transmitidas, normalmente é usado 
um teste cíclico de redundância (CRC - Cyclic Redundance Check), já visto na Unidade 
2. 
Em sistemas que necessitem de uma operação contínua, pode ser utilizado um meio de 
transmissão e estações de controleredundantes. Além disso, os cabos utilizados em 
geral são blindados. 
 
3.6 CLASSIFICAÇÃO DAS REDES INDUSTRIAIS 
 
As redes de equipamentos são classificadas pelo tipo de equipamento conectado a 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 ON/OFF. 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 rede de equipamento e os dados que ela 
transporta como: 
 
 
• Redes de campo efetivas 
 
o DeviceBus 
 
o FieldBus); 
 
 
• Redes de campo de nível mais baixo 
 
o SensorBus 
 
 
 
 
Figura 3.13. Classificação das Redes. 
 88
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
3.6.1 REDES DE CAMPO DE BAIXO NÍVEL 
 
Elas ligam nós sem ou com inteligência limitada com propósito de acessarem dados 
elementares de outro nó do processo, tal como estados de entrada/saída dos sensores e 
atuadores. 
 
3.6.1.1 SensorBus 
 
A rede sensorbus conecta equipamentos simples e pequenos diretamente à rede. Os 
equipamentos deste tipo de rede necessitam de comunicação rápida em níveis discretos 
e são tipicamente sensores e atuadores de baixo custo. Estas redes não almejam cobrir 
grandes distâncias, sua principal preocupação é manter os custos de conexão tão baixos 
quanto for possível. Exemplos típicos de rede sensorbus incluem Seriplex, ASI e 
INTERBUS Loop. 
 
3.6.2 REDES DE CAMPO EFETIVAS 
 
A palavra "campo" sugere qualquer coisa como geográfico ou limite contextual. Isto é 
particularmente verdadeiro em diferentes níveis de abstração, conforme poderemos 
verificar posteriormente quando tratarmos da integração e da produção (caso da 
produção integrada por computador - CIM). Por outro lado, a palavra "rede" é bem 
conhecida na ciência da computação: uma rede constitui-se por um conjunto de linhas 
elétricas comuns, ligando vários circuitos para transferir dados entre eles. 
Sem entrar em detalhes, quero no entanto, mencionar a relação entre "linhas comuns" e 
"vários circuitos": contrariamente a ligações ponto-a-ponto, as quais permitem dois 
circuitos trocar dados, uma rede une normalmente um grande número de entidades que 
desempenham um papel ativo nessa troca. 
Por outro lado, uma rede de campo transfere, na maior parte dos casos, informação de 
uma forma sequencial (série, uma após outra). A vantagem de uma transferência série é 
a requisição de apenas um número limitado de linhas (cerca de 2 a 3 na maioria dos 
casos), que permitem cobrir grandes distâncias. 
Este nível agrupa todas as redes que permitem a transmissão de quadros com o tamanho 
de 12 a 256 bytes. A resposta temporal é da ordem dos mili-segundos aos décimos de 
segundo. 
As redes de campo têm a tarefa de ligar unidades inteligentes que cooperam no 
processamento do trabalho produtivo, necessitando de mais respostas imediatas a 
tempos críticos que nos níveis mais elevados de uma cadeia produtiva. 
Uma vez que os nós funcionam conjuntamente, na maior parte dos casos, um nó 
coordena e distribui tarefas, o que corresponde a uma das razões pelas quais as redes de 
campo são construídas baseadas em uma hierarquia mestre-escravo ("master-slave"): o 
mestre controla operações e comunicações através de, ciclicamente, questionar os 
escravos -"polling"- que lhe podem responder apenas se ele lhes permitir. Este modo de 
procedimento elimina qualquer confusão na rede, uma vez que o protocolo permite 
apenas que um nó possa transmitir dados de cada vez. No entanto, esta estrutura rígida 
apresenta problemas no que diz respeito ao mestre: se um nó mestre pára de trabalhar 
corretamente, tudo deixa de funcionar. A maior parte das redes de campo atuais, tais 
como a Profibus FMS ou a nova BitBus (IEEE-1118), é capaz de comutar o papel de 
mestre para outro nó se tal for necessário, ou se um mestre estiver inativo. 
 89
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
Por fim, é possível cobrir uma parte do nível imediatamente abaixo de uma rede de 
campo, embora de uma forma limitada. Isto requer uma estimação precisa da quantidade 
de dados global que ela deve suportar para evitar sobrecarga. 
Adicionalmente, a maior parte das redes de campo permitem o acesso aos recursos das 
camadas inferiores, tais como PLC’s, cobrindo assim algumas dessas camadas. Neste 
caso é também importante estabelecer de uma forma precisa a capacidade suficiente de 
comunicação: a carga da rede deve ser o mais reduzida possível para permitir uma 
rápida reação às alterações de estado dos seus sinais. 
 
3.6.2.1 Redes DeviceBus 
 
A rede devicebus preenche o espaço entre redes sensorbus e fieldbus e pode cobrir 
distâncias de até 500 m. 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 uma menor prioridade comparado 
aos dados no formato de bytes. Esta rede tem os mesmos requisitos de transferência 
rápida de dados da rede de 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. 
 
3.6.2.2 Redes FieldBus 
 
A rede fieldbus 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 IEC/ISA 
SP50, Fieldbus Foundation, Profibus PA e HART. 
 
3.7 PIRÂMIDE CIM 
 
Antes da escolha da solução para um problema, é necessário efetuar uma análise 
abstrata, independentemente de considerações econômicas, políticas ou comerciais e da 
dificuldade de evita-las posteriormente. 
Numa fábrica existem vários níveis de processamento de dados, cada um deles com os 
seus próprios requisitos. A administração possui megabytes de dados, mas o seu tempo 
de resposta não é critico e reside num intervalo que varia desde alguns minutos até 
algumas horas ou dias (os backups são efetuados uma vez por dia, os relatórios para os 
gestores podem tolerar algumas horas sem que daí resulte qualquer problema). 
A produção, ao contrário, que é o principal usuário das redes de campo, possui 
constrangimentos diferentes. Em um nível mais baixo, encontramos redes que 
transferem apenas poucos bytes, porém sua reação temporal deve ocorrer em alguns 
mili ou micro-segundos. 
 
 90
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
 
Figura 3.14. Pirâmide CIM. 
 
Tais diferenças definem o primeiro critério para avaliar a escolha do tipo de rede a 
adotar. Parâmetros tais como tempo de resposta e quantidade de dados são geralmente 
conhecidos para determinada aplicação, embora possam mais tarde não serem 
facilmente integrados num conceito bem estruturado, tal como o da pirâmide CIM. 
 
3.8 PROJETOS DE REDES INDUSTRIAIS 
 
As exigências de comunicação entre unidades para a integração flexível dos sistemas de 
automação, descritas nos itens anteriores, evidenciam a necessidade de uma 
especificação de redes locais para aplicações industriaisdiferente daquela adotada em 
automação de escritório. Existem diversas redes proprietárias para ambiente fabril, 
desenvolvidas por grandes empresas e que normalmente utilizam um protocolo 
específico desenvolvido pelo próprio fabricante. Estas redes não permitem a 
interligação de equipamentos de outros fabricantes. Desta forma o usuário fica na total 
dependência de um único fornecedor. 
A arquitetura das redes de comunicação industrial deve integrar sistemas heterogêneos 
de diferentes fabricantes, suportando tanto a operação de chão de fábrica quanto as 
funções de apoio à produção. A definição de padrões de protocolos de comunicação e a 
sua adoção por diferentes fabricantes deverá permitir a interconexão 
(interoperabilidade) e até mesmo a intercambiabilidade das várias unidades de 
processamento (neste caso, equipamentos produzidos por fabricantes diferentes podem 
ser facilmente incorporados à instalação, simplesmente conectando-os ao sistema de 
comunicação). Entre as diversas iniciativas para padronização para redes industriais, 
merece destaque o Projeto MAP (incluindo MAP/EPA e MINI-MAP) como a primeira 
tentativa de criação de uma verdadeira rede de comunicação industrial. 
 
 91
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
3.9 PROJETO MAP 
 
O projeto MAP tem como mérito a apresentação de uma proposta concreta para a 
comunicação no ambiente de fábrica, estabelecendo as condições necessárias para a 
integração dos componentes de automação em um ambiente integrado segundo a 
pirâmide CIM. 
O projeto MAP nasceu no início dos anos 80 por iniciativa da GM (General Motors). 
Na época, apenas 15% dos equipamentos programáveis de suas fábricas eram capazes 
de se comunicar entre si. Além disso, os custos de comunicação eram muito elevados, 
avaliados em 50% do custo total da automação, isto devido às conexões especiais 
necessárias entre cada equipamento. Ainda, cada nova instalação ou expansão no 
sistema existente estava associada a uma despesa não desprezível. 
Considerando que, na época, estava previsto que a quantidade de equipamentos 
programáveis deveria sofrer uma expansão de 400 a 500% num prazo de 5 anos, o 
problema de comunicação tornou-se, efetivamente, uma prioridade a nível da empresa. 
Diante do grave problema, a decisão deveria ser tomada no sentido de definir uma 
solução que estivesse associada ao desenvolvimento de uma proposta padronizada que 
permitisse interconectar todos os equipamentos da planta. 
Neste contexto, surgiu o projeto MAP, através da criação de uma força tarefa reunindo 
profissionais das diversas divisões da GM, cujo objetivo inicial era investigar a 
possibilidade de utilização do modelo de referência OSI como base para a proposta 
padronizada da empresa. 
Um ano mais tarde, em 1981, a GM uniu-se a outras empresas - Digital Equipment 
Corporation (DEC), Hewlett-Packard (HP) e IBM - definindo a solução do problema 
baseada na utilização de uma arquitetura de comunicação para rede local baseada no 
modelo a sete camadas do OSI. Uma primeira preocupação deste grupo de trabalho foi a 
seleção de alguns dos padrões de protocolo definidos para o modelo OSI que pudessem 
ser adotados na arquitetura MAP. 
A partir dai o projeto foi ganhando corpo e adesões por parte de outras empresas, 
tornando-se uma realidade nos anos 90 e dando origem a outras propostas de 
arquiteturas de comunicação orientadas a outros níveis das atividades da empresa. 
3.9.1 ARQUITETURA MAP 
 
Uma vez adotado o modelo OSI como referência para a arquitetura de comunicação, o 
problema era selecionar as propostas a serem implementadas a nível de cada camada. 
Para as camadas 1 e 2, foram selecionados, respectivamente, as normas IEEE 802.4 
(Token Bus) e IEEE 802.2 (LLC). 
Do ponto de vista da camada Física, foi escolhido o suporte de comunicação em banda 
larga (broadband), em função das seguintes razões: 
 
• possibilidade de definição de vários canais de comunicação sobre um mesmo 
suporte de comunicação, o que permitiria a coexistência de várias redes, 
minimizando as modificações de cablagem durante a transição para MAP; 
• permitiria a troca de outros sinais, como voz e imagem para determinadas 
aplicações, tais como a supervisão, o circuito fechado de TV, a teleconferência 
etc; 
• broadband é parte da norma IEEE 802.4 e estava sob estudos suportar o padrão 
IEEE 802.3 (CSMA/CD); 
• GM já possuía muitas instalações operando em broadband. 
 92
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
Já a escolha do Token Bus foi motivada por fatores como: 
 
• inicialmente, era o único protocolo suportado em broadband; 
• muitos equipamentos programáveis já eram providos com o protocolo de enlace 
suportado por broadband e IEEE 802; 
• a possibilidade de implementar um esquema de prioridades de mensagens; 
• em caso de falhas físicas, mensagens de alta prioridade poderiam ser enviadas 
num tempo limitado. 
 
Apesar das razões expostas acima para a escolha do barramento com ficha, esta foi uma 
escolha relativamente debatida, principalmente porque a arquitetura MAP é a única a 
adotá-la e os circuitos integrados implementando IEEE 802.4 são utilizados 
exclusivamente para esta arquitetura. Além disso, outras propostas tinham sido adotadas 
pelos grandes fabricantes: Ethernet (IEEE 802.3) no caso da DEC e IEEE 802.5 no caso 
da IBM. 
A nível da camada de Enlace, embora as funções associadas sejam principalmente a 
detecção e recuperação de erros, optou-se por um protocolo que não implementasse 
estes serviços, o LLC tipo 1, deixando estas funções a cargo dos níveis superiores (mais 
particularmente, o nível Transporte). 
O serviço de Rede é sem conexão, cada mensagem sendo roteada individualmente 
através da rede. A norma ISO 8348, adotada a este nível, permite definir um conjunto de 
regras de endereçamento através da rede. O protocolo de roteamento utilizado aqui foi 
definido pelo projeto MAP e é atualmente normalizado na ISO sob o número 9542. 
A nível do Transporte, foi adotada a classe 4 do protocolo de Transporte da ISO (TP4, 
ISO 8072/73), orientado à conexão, com controle de erros. O serviço de Transporte 
oferece, então, um canal de comunicação confiável, sem perdas, erros, nem duplicação 
de mensagens. TP4 assegura ainda as funções de fragmentação e montagem de 
mensagens, o que permite que as mensagens trocadas a este nível sejam de qualquer 
dimensão. 
A norma ISO 8326/27 foi adotada para a camada de Sessão, assegurando as funções de 
comunicação full-duplex e de ressincronização. 
Na camada de Apresentação, os problemas de representação de dados são resolvidos 
com a adoção da sintaxe abstrata ASN.1, que serve de linguagem comum às diferentes 
formas de representação dos dados, características de cada equipamento. 
Dentre as funções oferecidas aos processos de aplicação, foram definidas, na camada de 
Aplicação, as seguintes normas: 
 
• MMS, para a troca de mensagens entre equipamentos de produção (que será 
visto em detalhes mais a frente); 
• FTAM, para o acesso e a transferência de arquivos; 
• ROS, para a gestão de nomes (diretório); 
• funções de gerenciamento de rede, para a gestão dos recursos, medição de 
desempenho e modificação dos parâmetros da rede. 
 
A Figura 3.15 apresenta as escolhas efetuadas a nível do projeto MAP, incluindo as 
versões EPA e Mini-MAP, que são consideradas aperfeiçoamentos do projeto original. 
Como a partir da versão 3.0 ocorreu uma unificação dos projetos MAP e TOP, a figura 
apresenta também as normas adotadas para a arquitetura TOP (Technical Office 
Protocol). 
 
 93
 Prof. Clidenor Filho Introduçãoàs Redes Industriais 
 
 
 
Figura 3.15. Especificação MAP/TOP 3.0. 
 
3.9.2 ARQUITETURA MAP-EPA 
 
Dadas as necessidades específicas de cada nível hierárquico de uma empresa, verificou-
se que a proposta MAP original não permitia cobrir todos os níveis considerados, sendo 
mais adequada aos níveis superiores. A razão principal disto é que, apesar da excelente 
qualidade dos serviços oferecidos, a arquitetura com sete camadas oferece um overhead 
que passa a ser indesejável nos níveis mais baixos das atividades de uma empresa, 
sobretudo para aplicações com tempo de resposta crítico. 
Uma primeira solução para este problema foi a definição de uma versão simplificada da 
arquitetura MAP, denominada MAP-EPA (Enhanced Performance Architecture). A 
Figura 3.16 apresenta a proposta MAP-EPA. 
Esta proposta foi baseada na definição de duas pilhas de protocolos, a pilha normal Full-
MAP e a pilha MAP-EPA, desprovida das camadas de Rede, Transporte, Sessão e 
Apresentação. Do ponto de vista das camadas baixas, o protocolo IEEE 802.4 
continuava sendo adotado, porém sobre um suporte de transmissão em banda de base 
(baseband) a 5 Mbps. 
Nesta arquitetura, um processo de aplicação tem a opção de enviar seus dados através 
da pilha normal ou, em casos onde o requisito seja um tempo de resposta rápida, pela 
pilha MAP-EPA. Evidentemente, o fato das camadas 3 a 6 estarem ausentes acarreta a 
perda dos serviços oferecidos por estas. 
 
 94
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
 
Figura 3.16. Arquitetura MAP-EPA. 
 
3.9.3 ARQUITETURA MINI-MAP 
 
 
Uma terceira opção relacionada com a norma MAP foi a arquitetura Mini-MAP, 
baseada igualmente na supressão das camadas 3 a 6 para eliminar o overhead dos 
protocolos daquelas camadas. A arquitetura Mini-MAP é composta unicamente do 
segmento simplificado de MAP-EPA, e foi assim definida para evitar o alto custo das 
pilhas de protocolos paralelas de MAP-EPA (Figura 3.17). Esta nova proposta era 
dedicada aos níveis mais baixos, permitindo a comunicação em aplicações mais simples 
como, por exemplo, entre sensores inteligentes. 
O fato de não possuir a camada de Transporte fez introduzir um protocolo de Enlace 
mais sofisticado que o da proposta MAP, o LLC tipo 3, datagrama com reconhecimento. 
 
 95
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
 
 
Figura 3.17. Arquitetura Mini-MAP. 
 
3.9.3 PROTOCOLO MMS 
 
O protocolo MMS (Manufacturing Message Services or Specifications) foi normalizado 
na ISO como sendo o conjunto de serviços de comunicação oferecido às aplicações 
industriais, particularmente para viabilizar, dentro do ambiente OSI, as interações entre 
equipamentos de produção programáveis. 
MMS é o resultado dos trabalhos realizados no contexto do projeto MAP, para a 
definição de um conjunto de serviços de comunicação orientados às aplicações 
industriais. 
Atualmente, MMS tornou-se norma internacional, fazendo parte da camada de 
Aplicação da versão 3.0 de MAP, publicada em agosto de 1988. Sua documentação 
apresenta, de forma geral, como os serviços e o protocolo podem ser aplicados no 
contexto da utilização de um equipamento de produção genérico, sem levar em conta as 
particularidades de uma classe de equipamentos específica. 
O objetivo de MMS é oferecer serviços de comunicação que permitam a um sistema 
aberto (no sentido OSI) acessar os recursos existentes em outros sistemas abertos 
conectados à rede de comunicação. Eles permitem cobrir grande parte das necessidades 
de comunicação entre sistemas de produção, como, por exemplo, o carregamento 
remoto de programas, o controle remoto de um equipamento, a elaboração de relatórios 
de produção etc. 
 96
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
Os programas escritos pelos programadores de aplicação vão acessar (direta ou 
indiretamente) as primitivas de serviço MMS, que vão manipular objetos virtuais 
representando os recursos reais disponíveis num equipamento de produção distante. 
 
3.9.3.1 Objetos MMS 
 
Os usuários dos serviços MMS são os processos de Aplicação (APs – Application 
Processes) executados num equipamento de produção ou num computador de 
supervisão. A comunicação entre dois APs através dos serviços MMS é realizada 
segundo um modelo Cliente-Servidor, onde o usuário Cliente é aquele que requisita 
uma operação sobre os recursos disponíveis num equipamento de produção distante, 
este sendo modelado por um usuário Servidor. 
O objeto de base definido em MMS é o Dispositivo Virtual de Produção ou VMD 
(Virtual Manufacturing Device), que representa, no contexto dos serviços MMS, um 
equipamento real de produção. Todo processo de aplicação modelado por um Servidor 
MMS possui, no mínimo, um objeto VMD. O principal componente do VMD é a 
Função Executiva, responsável pela gestão de acesso aos diferentes recursos do 
equipamento considerado, tais como memória, processadores, portas de E/S etc. 
O VMD define uma classe de objetos denominados domínios (Domains), que permitem 
reagrupar os programas e os dados necessários à execução do equipamento considerado. 
Estes programas e dados podem ser definidos de maneira estática ou dinâmica por meio 
dos serviços MMS. 
A execução de programas é gerenciada através de objetos denominados Invocação de 
Programa (Program Invocation), que podem, também, ser criados estática ou 
dinamicamente. Um operador humano pode se comunicar com um equipamento de 
produção, fazendo a entrada e saída de dados graças à definição de um objeto Estação 
Operador, sendo que um VMD pode gerenciar uma ou mais estações de operador. 
A norma prevê, ainda, objetos permitindo gerenciar a sincronização de processos e o 
acesso concorrente a recursos, que são os objetos Semáforos; para a detecção e o 
tratamento de eventos, os objetos Condição de Evento, Ação de Evento e Inscrição de 
Evento; e para a produção de relatórios de produção, os objetos Jornais. 
Foram definidos também objetos denominados variáveis (variables), que podem ser 
alocados dentro de um VMD. As variáveis podem se referir, por exemplo, a entradas e 
saídas de um CLP e podem ser lidas ou escritas remotamente. 
A cada classe de objetos MMS é associada uma classe de serviços responsáveis da sua 
manipulação, sob demanda de um usuário Cliente remoto. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
• KUROSE, J. F., Redes de Computadores e a Internet: Uma Nova 
Abordagem, 1a Edição, Addison Wesley, São Paulo, 2003. 
• STALLINGS, W., Data and Computer Networks, 6ª Edição, Prentice Hall, 
New Jersey, 2001. 
• COMER, D. Redes de Computadores e a Internet, 2ª Edição, Bookman, Porto 
Alegre, 2001. 
• FILHO, C. F. A., Redes de Comunicação, 2005. 142 f. (Apostila) – UNIUBE, 
Uberaba. 
 97
 Prof. Clidenor Filho Introdução às Redes Industriais 
• STEMMER, M. R., Sistemas Distribuídos e Redes de Computadores para 
Controle e Automação Industrial, 2001. 276 f. (Apostila) – UFSC, 
Florianópolis. 
• FILHO, C. S., AS-Interface e Devicenet, 2002. 40 f. (Apostila) – UFMG, Belo 
Horizonte. 
• FLORIANO, J. C., Redes Industriais. In: CONGRESSO DA ASSOCIAÇÃO 
BRASILEIRA DOS PROFISSIONAIS DE INSTRUMENTAÇÃO, 
CONTROLE E AUTOMAÇÃO, Anais do Terceiro Congresso, Salvador, 
2003. 
• Como Implementar Projetos com Foundation Fieldbus, SMAR Equipamentos 
Industriais Ltda, Catálogo do Departamento de Engenharia de Aplicações da 
Área Nacional e Internacional associado ao Departamento de Treinamento, 
Sertãozinho, 32 f., Agosto 1998. 
 
 
 
 
 
 
 
 98
Prof. ClidenorFilho Interface ASI 
 
 
INTERFACE ASI 
 
 
4.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS 
 
 
Com a grande tendência mundial de se automatizar as linhas de produção e manufatura 
intregrando-as em sistemas computadorizados, criou-se a necessidade de se utilizar 
redes de comunicação 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. 
Para se compatibilizar os componentes, 11 fabricantes de renome do ramo de 
sensores/atuadores se uniram em 1990 em um consórcio. O Projeto AS-Interface de 
antes tornou-se agora a Associação AS-Interface que tem como objetivos a 
padronização internacional, o desenvolvimento contínuo do sistema, assim como a 
certificação dos produtos para a rede AS-Interface. 
No nível de comando mais baixo esta rede interliga sensores, contatores, chaves de 
partida, sinalizadores, botoeiras, entre outros, sendo que a quantidade de informações 
transmitidas se limitam a poucos bits. Para esta tarefa de interligação, os sistemas de 
transmissão de dados existentes antigamente, ou eram sobredimensionados ou 
simplesmente não podiam ser utilizados. Eles utilizavam condutores muito caros ou 
inadequados para a aplicação direta em campo (por exemplo: cabos de fibra de vidro, 
blindado ou inflexível) e a quantidade de dados era grande demais. Os protocolos de 
dados não comportavam ou a parte eletrônica do comando era muito complexa para que 
cada sensor binário pudesse se tornar participante do bus, já que o número deles poderia 
e pode ser enorme em grandes plantas industriais automáticas ou semi-automáticas. 
Além disso, a montagem e a colocação em funcionamento deveriam ser efetuadas da 
forma mais simples possível e sem formação especial para tal. Os custos de instalação 
deveriam ser baixos e a quantidade de dados a ser transmitida deveria ser suficiente. 
Por muito tempo a automação dos processos baseia-se no layout onde todos os sensores 
/ atuadores possuem um fio de interligação com os controladores lógicos. 
Utilizando o sistema AS-Interface apenas um par de fio deve interligar todos os 
sensores atuadores, ou seja, a concepção da AS-Interface é a de um sistema com um 
único mestre e com varredura cíclica. Traduzindo, significa que há somente um módulo 
de comando (mestre) dentro da rede AS-Interface que consulta os dados de todos os 
outros participantes (escravos) em espaços de tempo exatamente definidos (varredura). 
O programa de controle na CPU não faz diferença se os dados foram obtidos via sistema 
de cabo normal com os módulos de I/0 convencionais, ou através de uma rede AS-
Interface. O que significa dizer que com apenas pequenas mudanças no software 
(endereçamento) pode-se aplicar a rede AS-Interface em um PLC já existente. 
 99
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
 
 
Figura 4.1. Layout da Automação de processos. 
 
4.2 TOPOLOGIAS E ESPECIFICAÇÕES 
 
O sistema AS-Interface permite a montagem em qualquer topologia (barra, árvore e 
estrela), permitindo ainda que a qualquer momento possa se iniciar uma nova derivação, 
possibilitando a inclusão de novos sensores e atuadores, inclusive com a rede 
energizada, depois do projeto concluído sem a necessidade de lançar novos cabos. 
 
 
 
Figura 4.2. Topologias ASI. 
 
Em um sistema padrão AS-Interface pode-se conectar no máximo 31 (especificação 2.0) 
escravos sendo que cada escravo pode ter até quatro entradas e quatro saídas (no total 
até 124 bits de entrada e 124 de saída). Na especificação 2.1 (tecnologia A/B), permite-
se a utilização de 62 escravos, endereçados pelos números de 1 a 31 cada número 
 100
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
subdividido em grupo A e B. Permitindo até 4 entradas e 3 saídas em cada escravo, 
totalizando 248 entradas e 186 saídas. Ex. escravo 1A, 1B. 
 
 
 
Figura 4.3. Especificações ASI. 
 
Cada sensor inteligente com chips de AS-Interface integrados recebem um endereço-
escravo próprio e se comportam frente ao mestre como escravos "normais". 
Escravos são, no fundo, módulos de E/S descentralizados do controlador programável 
(CLP). 
 
4.3 COMPONENTES PRINCIPAIS 
 
4.3.1 MÓDULOS DE ENTRADA/SAÍDA 
 
Módulos eletrônicos com o chip integrado estão disponíveis para que sensores e 
atuadores convencionais possam ser integrados ao barramento AS-Interface. 
Os módulos permitem utilizar a tecnologia da rede AS-Interface, integrando 
componentes convencionais as características inteligentes, como a função de 
diagnóstico e parametrização; em instalações já existentes. 
Os módulos de entrada possuem até 4 entradas para sensores, botoeiras e demais 
contatos mecânicos. 
 
 
 
Figura 4.4. Módulos de Entrada e Saída. 
 
 101
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
4.3.1.1 Escravos 
 
O escravo AS-Interface reconhece os bits de dados enviados pelo mestre e envia de 
volta os seus próprios. Em um módulo AS-Interface padrão pode-se pendurar, de cada 
vez, até quatro sensores e quatro atuadores binários. Fala-se de um escravo inteligente 
quando o chip do AS-Interface está integrado no sensor ou atuador. Os custos da parte 
eletrônica são muito baixos. 
Os sensores inteligentes possuem internamente o chip escravo AS-Interface, que 
proporciona 4 bits multidirecional de dados e 4 bits de parâmetros, viabilizando não só 
o bit de saída (acionamento do sensor), mas também parametrizações operacionais 
(estado da saída NA/NF, etc) bem como outras informações adicionais que são 
transferidas para o sensor. 
O chip proporciona ao sensor receber em um único par de fios a alimentação para o seu 
circuito interno (24Vcc) e os dados que são decodificados através do protocolo AS-
Interface, e armazenados em uma memória EEPROM. 
Existe uma vasta gama de sensores de proximidade indutivos, fotoelétricos e botoeiras 
já disponíveis. 
Analogamente aos sensores AS-Interface, os atuadores inteligentes incorporam o chip 
escravo, permitindo que atuadores de baixa energia ( relés, sinaleiras, solenóides, etc) 
sejam comandados e energizados pela própria rede AS-Interface. 
Os módulos de saída permitem que atuadores convencionais e/ou os que consomem 
mais energia (contatores, válvulas solenóides, sinalizadores, etc ) possam ser integrados 
a rede, pois o módulo possui internamente o chip escravo AS-Interface, que recebe os 
comandos e proporciona o acionamento de relés internos que chaveiam as cargas com a 
alimentação auxiliar, recebida no módulo. 
Já os módulos de saída possibilitam atuar 4 saídas e possuem uma entrada auxiliar de 
alimentação a fim de reduzir o consumo da rede que está limitada em 2A. 
 
 
 
Figura 4.5. Escravos ASI. 
 
4.3.2 MESTRE 
 
O Mestre da AS-Interface forma uma conexão com redes superiores. Ele organiza 
através de atividade própria o trânsito de dados no cabo AS-Interface e os disponibiliza 
se necessário a um sistema bus num nível superior, como por exemplo o PROFIBUS. 
 102
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
Dentro de estruturas de automação mais complexas, a AS-Interface pode também ser 
conectada a um bus de campo superior, como por exemplo: PROFIBUS-DP. Para tal, é 
necessário um Gateway (DP/AS-i Link) que serve como mestre da AS-Interface apesarde no bus de campo superior (PROFIBUS-DP) atuar como escravo. A ASInterface 
torna-se então uma emissária de sinais binários para cada um dos sistemas de bus de 
campo superior. 
Paralelamente à consulta dos sinais, o mestre transmite também parâmetros a cada um 
dos participantes, controla a rede continuamente e realiza diagnósticos. 
Ao contrário de sistemas bus complexos, a AS-Interface é quase completamente capaz 
de se auto configurar. O usuário não precisa configurar nada, como por exemplo: direito 
à entrada, taxa de dados, tipo de quadro, etc. 
O mestre executa automaticamente todas as funções que são necessárias para o 
funcionamento correto da ASInterface. Além disso, ele possibilita o auto-diagnóstico do 
sistema. Ele reconhece as falhas em qualquer ponto da rede, indica o tipo de falha e 
pode ainda determinar em que escravo ocorreu o problema. 
Vale ressaltar que, o mestre da rede se comunica com todos os endereços (1-31, no caso 
dos escravos standard) em um tempo de ciclo de no máximo 5 ms. Utilizando-se 
escravos A/B (especificação 2.1) ou seja, endereços subdivididos em A e B, o mestre é 
capaz de se comunicar com todos os escravos no máximo em 10 ms. No primeiro ciclo 
a comunicação é feita com a subdivisão A e no segundo com a subdivisão B. 
 
 
 
 
 
Figura 4.6. Mestres ASI. 
 
O master pode ser conectado em computadores, que permitem a programação da lógica 
de controle através de um software para PC, comunicando com o master via RS 485. 
Estes dispositivos são indicados para pequenas instalações, ou máquinas, onde 
apresentam a vantagem de eliminar o controlador programável. 
 103
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
 
Figura 4.7. Conexão com Mestre via RS-485. 
 
O chip master pode ser integrado diretamente em um cartão de PLC o que reduz 
drasticamente o número de módulos I/0. 
 
 
Figura 4.8. Conexão com Mestre via Cartão Master. 
 
Sua aplicação encontra-se em grandes instalações pois pode-se montar várias redes AS-
Interface, cada uma com seu cartão master. 
 
 
Figura 4.9. Integração. 
4.3.3 CABEAMENTO 
 
O cabo amarelo e perfilado, padrão da ASI, tornou-se um tipo de marca registrada. Ele 
possui uma seção geometricamente determinada e transmite ao mesmo tempo dados e 
energia auxiliar para os sensores. Para os atuadores é necessária uma tensão auxiliar 
alimentada adicionalmente (24VCC). Para se poder utilizar a mesma técnica de 
instalação para os atuadores, foram especificados cabos com as mesmas características, 
mas de outra cor. Desta forma, o cabo para a energia auxiliar 24VCC é um cabo perfilado 
preto. 
 104
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
Geralmente, os módulos 60 são instalados sobre bases (encomendadas separadamente) 
que podem ser fixadas com parafusos ou em trilho DIN (35mm). 
Quando os cabos ASI amarelos e pretos atravessam completamente a base não são 
necessárias vedações. 
Para montar o módulo, basta colocar os cabos no alojamento da base e fixar a parte 
superior na base através de um parafuso. A conexão eletrônica com a polarização certa é 
garantida pela tecnologia da conexão vampiro. A Figura 4.10 mostra o procedimento 
descrito anteriormente. 
 
 
 
Figura 4.10. Cabeamento ASI. 
 
O isolamento dos condutores é composto normalmente por uma borracha (EPDM). Para 
aplicações com exigências maiores podem se utilizar cabos com outras composições 
químicas como: TPE perfilado (elastômetro termoplástico) ou PUR perfilado 
(poliuretano). Como condutor de transmissão podem ser utilizados também cabos 
redondos com sistema de condução duplo sem condutor PE. 
Uma blindagem do condutor não é necessária em função da técnica de transmissão 
empregada. 
 
 
 
 105
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
4.3.4 FONTE DE ALIMENTAÇÃO 
 
A alimentação de energia para a rede AS-Interface disponibiliza uma tensão de 29,5 até 
31,6 VCC. 
Graças ao desacoplamento dos dados na fonte AS-Interface pode-se transmitir tanto 
dados como também energia. Para isso os dados são modulados em corrente contínua 
pela AS-Interface em forma de impulsos com modulação de pulso alternada (APM). 
Cada ramo da AS-Interface necessita da sua própria fonte. Saídas são alimentadas 
normalmente através de cabos AS-Interface pretos. Para isso é necessária uma fonte 
padrão com 24VCC segundo especificação PELV (condutor de proteção aterrado). 
 
 
 
Figura 4.11. Fontes ASI. 
 
A tabela abaixo apresenta algumas características de fontes comerciais. 
 
 
 
Dimensionamento da fonte ASI 
 
Para dimensionar a fonte de alimentação da Rede ASI, faz-se necessário somar os 
consumos dos módulos e dos sensores e considerar o fator serviço. 
 
Fator serviço: 0,5 < F < 1,0 
IF= (∑ IM + ∑ IS) x fator de serviço 
IF= corrente da fonte; 
IM= corrente do módulo; 
IS= corrente dos sensores 
 
OBS: O fator de serviço determina quanto do total de corrente do circuito é utilizado ao 
mesmo tempo. 
Ex.: F=0,8 significa que 80% do total de módulos e sensores estarão sendo acionados 
simultaneamente. 
 
 
 106
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
Ex.: 120 entradas / 90 saídas 
30 módulos de 4E/3S + mestre → consumo total = 31 x 40 mA = 1,2 A 
100 sensores indutivos (40mA cada aproxim.) → consumo total = 100 x 40 mA = 4 A 
20 sensores ópticos (90 mA cada aproxim.) → consumo total = 20 x 90 mA = 1,8 A 
consumo total da fonte ASI = 7A x F (=0,8) → 5,6 A 
 
Para dimensionar a fonte de energia auxiliar, basta somar o consumo dos atuadores. 
 
Pior caso: 
0,22 x N[A], onde N = número de escravos 
 
Ex.: 11 escravos → fonte de 2,4A 
18 escravos → fonte de 4A 
4.3.5 EXTENSÃO DA REDE 
 
A extensão máxima de um segmento da rede ASI é 100 m. Com a utilização dos 
extensores e/ou repetidores, é possível dimensionar uma rede de até 500 m de extensão, 
em até dois ramos. 
Extensores são recomendados quando uma distância superior a 100m, entre o 
equipamento a ser conectado na rede (1º escravo) e o painel de comando, tem que ser 
superada sem que haja necessidade de escravos neste segmento. Com a sua utilização é 
possível economizar, pois não é utilizada uma fonte neste segmento, porém nenhum 
escravo pode ser conectado antes do extensor. Só utilizamos fonte e escravo no 
segmento seguinte ao extensor. Não é permitido o uso de extensores em série. 
Repetidores são utilizados quando há necessidade de se obter mais de 100 m de 
extensão de rede ASI. O uso do repetidor permite a instalação de escravos nos 100 m do 
segmento que o antecede, bem como nos 100 m do segmento posterior, sendo 
necessário a utilização de fontes de alimentação para estes escravos nos dois segmentos. 
 
 
 
 
 
Figura 4.12. Extensão da Rede ASI. 
 
 
 107
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
4.4 ENDEREÇAMENTO 
 
 
Os endereços de todos os escravos participantes têm que ser programados antes do 
funcionamento da rede ASI. Isto pode acontecer off-line através de um aparelho de 
endereçamento, on-line pelo mestre do sistema da ASI ou após a montagem através de 
uma caixa de endereçamento integrada. Os endereços em si são os valores de 1 até 31. 
 
 
 
 
 
Figura 4.13. Módulo de Endereçamento. 
 
 
Utilizando-se a tecnologia A/B, no primeiro ciclo a comunicação é feita com a 
subdivisão A e no segundo com a subdivisãoB. Os endereços de 1 a 31, podem ter sua 
subdivisão utilizada independente, ou seja, é permitido que um escravo seja endereçado 
com o endereço 1A sem existência do endereço 1B, fazendo com que os escravos da 
versão 2.1 tenham um comportamento semelhante ao de um escravo standard (versão 
2.0). É possível ainda utilizar numa mesma rede, escravos das versões standard e A/B. 
A Figura 4.14 apresenta os possíveis endereçamentos com a rede ASI. 
Um escravo novo, ainda não endereçado, tem o endereço 0. Ele também é reconhecido 
pelo mestre como novo e como escravo ainda não endereçado e, neste estado, ainda não 
estará integrado na comunicação normal dentro da rede ASI. 
A classificação dos endereços não é rígida. Isto é, é totalmente indiferente se o escravo 
com o endereço 21 seguido do escravo com endereço 28, inicia as fileiras ou se dá ao 
primeiro escravo o endereço 1 – a seqüência não é relevante. 
 
 
 108
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
 
 
Figura 4.14. Endereçamento. 
 
4.5 MODULAÇÃO 
 
Vários aspectos foram levados em consideração para a escolha do processo de 
modulação, onde destacamos: 
 
- o sinal de modulação deve ser sobreposto ao sinal de alimentação, 
 
- o processo de transmissão deve ser simples e barato para poder ser integrado no 
escravo, 
 
- o sinal deve estar concentrado em uma banda estreita para não ser afetado por 
interferência eletromagnética induzida no cabo (que não possui blindagem). 
 
Por estas razões o sistema AS-Interface adota a modulação de pulsos alternados (APM), 
onde na sequência de dados utiliza-se a codificação manchester, modulada pela 
alteração na corrente de transmissão. 
A corrente de transmissão é gerada em conjunto com indutores presentes na linha, que 
em caso de aumento de corrente provoca um pulso negativo, e em decréscimo da 
corrente gera um pulso positivo de tensão na linha. 
 
 
 
 
 
 
 
 109
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.15. Modulação ASI. 
 
 
4.6 ESTRUTURA DO QUADRO 
 
 
A estrutura de comunicação entre o master e os escravos, consiste em um chamado do 
master, uma pausa, a resposta do escravo, e nova pausa. 
Visando-se obter um baixo tempo de resposta, da ordem de 5ms com a rede completa 
(128 bits de dados), adotou-se um telegrama compacto, conforme: 
 
 
 
 
 
Figura 4.16. Quadro ASI. 
 
 
 
 
 
 
 
 110
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
4.6.1 TIPOS DE MENSAGENS 
 
 
 
 
Figura 4.17. Mensagens Master ASI. 
 
Data Exchange 
 
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. 
 
Write parameter 
 
Escreve uma palavra de configuração do comportamento do escravo. 
 
Definição do Endereço de um nó 
 
Para definir um novo endereço de um nó, dois comando são necessários: 
Delete_Operating_Address – apaga o endereço de um nó. Isto é necessário porque o nó 
deve possuir o endereço 0 para poder receber um novo endereço. 
 111
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
Assign_Address 
 
Configuração de I/O 
 
A mensagem Read I/O Configuration é usada para ler a configuração de I/O de um 
dispositivo. 
 
Read ID Code 
 
Serve para ler o código do dispositivo. Este parâmetro é definido durante a fabricação 
do componente e não pode ser mais mudado. Ele define o perfil daquele dispositivo. 
 
Read Status 
 
Lê os bits de status do dispositivo. Exemplos: 
 
S0 volatile_address. Indica que o escravo está realizando uma rotina 
interna de 15ms para armazenar o endereço do escravo 
permanentemente. 
S1 parity_error_detected. Erro de paridade 
S2 end_bit_error_detected. Erro de stop bit 
4.7 OPERAÇÃO 
 
Normalmente os escravos não necessitam ser parametrizados, exceto escravos 
inteligentes. A especificação de cada escravo informa se ele tem que ser parametrizado 
e quais funções têm os parâmetros. Enquanto o endereço de um escravo em 
funcionamento normal nunca se modifica, os parâmetros podem se modificar. Por este 
motivo, diferencia-se também os parâmetros fixos dos alteráveis. 
Parâmetros fixos são determinados somente uma vez e depois no comissionamento. Um 
exemplo para isto é o módulo de entrada analógico que é ajustado através de um 
parâmetro em uma faixa de energia de 0 a 20 mA ou de 4 até 20 mA. 
Os parâmetros em si são bits dos quais 4 estão à disposição de cada módulo e que são 
colocados em 0 ou 1. Eles são transmitidos aos escravos ao ligar o sistema. 
Assim que o sistema AS-Interface estiver completo, isto é, todos os componentes 
estiverem montados, os escravos endereçados e eventualmente parametrizados e o 
comissionamento encerrado, pode-se dar a partida ("start up"): o sistema é transferido 
para o funcionamento normal e o mestre trabalha no modo protegido. 
Somente são ativados os escravos que foram configurados. Escravos não configurados, 
por exemplo aqueles que foram instalados adicionalmente, provocam somente um aviso 
de falha. Para recebê-los e incluí-los no sistema de comunicação, tem-se somente que 
trocar para o modo de configuração. E lá, a função "configuração de escravos" executa 
de forma simples a recepção dos "novos" escravos. 
Tanto no "start up" quanto durante o funcionamento normal, o sistema é controlado 
ininterruptamente. Os dados necessários para isso como por exemplo, tensão, modo, 
configuração errônea, etc. são disponibilizados ao comando superior pelo mestre da 
ASInterface, por exemplo, em forma de um diagnóstico. 
 
 
 112
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
4.8 INTEGRAÇÃO 
 
PLC Siemens: 
 
Deve-se utilizar o cartão Master AS-Interface da série Simatic S5 e uma fonte de 
alimentação AS-Interface. 
Cada cartão master permite a implementação de uma rede AS-Interface com 31 
participantes, em aplicações maiores deve-se utilizar mais cartões master. 
 
 
Figura 4.18. Integração PLC Siemens. 
 
PLC Allen Bradley: 
 
A forma de conexão da rede AS-Interface no PLC Allen Bradley utiliza um gateway 
ASI-1078 que converte os sinais da rede AS-Interface para a rede DeviceNet que deve 
ser conectada a um cartão scanner. 
 
 
 
Figura 4.19. Integração PLC Allen Bradley. 
 
Outros PLCs: 
Para outros controladores pode-se implementar a rede AS-Interface nos casos em que 
existem uma porta serial RS232C (ou RS485) com comunicação Modbus, onde deve-se 
utilizar o controlador ASI-1052. 
 
 113
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
 
 
Figura 4.20. Integração Diversa. 
 
4.9 EXEMPLOS DE APLICAÇÕES 
 
Distribuição de garrafas com AS-Interface na Cervejaria Schneider, Dortmund
 
 
 
A Empresa Dr.Wiewelhove, em Telgte, criou e construiu em Dortmund na cervejaria 
Schneider o maior equipamento de distribuição de engradados de garrafas da Alemanha. 
O equipamento que ocupa uma área de 60 x 30m em três andares identifica e distribui 
por hora até 6000 engradados de diversos tipos em no máximo 14 estações. 
Para a conexão da periferia do equipamento de distribuição, utiliza-se a ASInterface em 
quatro SIMATIC S7-300. O processador de comunicação CP-342-2 atua como mestre e 
membro de ligação entre a CPU de comandoe a AS-Interface. Mais de 100 módulos 
digitais com quatro sinais de entrada cada um, conectam os sensores espalhados no 
equipamento com os comandos. Trata-se na maioria dos casos de células fotoelétricas 
que permitem um processo livre de congestionamentos. São utilizados dois mestres por 
comando o que significa que no total oito ramificações de AS-Interface com no máximo 
100m de cabos que são suficientes para a completa interligação da periferia. 
Vinte módulos compactos pneumáticos da AS-Interface atuam no equipamento. Através 
da redução de toda a instalação a poucos condutores; com o AS-Interface ainda se 
otimizaram os circuitos de emergência e pneumáticos (de ar comprimido), de modo a 
 114
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
conseguir padronizá-los para toda a cervejaria. Para o responsável pela instalação 
elétrica da Dr. Wievelhofe, Sr. Pelz, as grandes economias alcançadas na montagem e 
na colocação em funcionamento foram fatores de suma importância: “Através da 
utilização da ASInterface pudemos construir o equipamento dentro do prazo e, acima de 
tudo, com ótimo custo. Para isso contribuiu também o fato da fase de projeto ter sido 
mais curta.” 
 
 
 
Módulos pneumáticos AS-Interface no equipamento de empilhamento de chapas 
da empresa Bauder
 
 
 
A firma Bauder com matriz em Stuttgart Weilimdorf é fabricante de sistemas de 
impermeabilização, forros e materiais isolantes para telhados. Especialmente na 
melhoria técnica de processo a AS-Interface tornou-se para a empresa Bauder 
indispensável, pois uma transferência de valores analógicos pela AS-Interface pode ser 
praticada, assim como o comando de válvulas pneumáticas através de módulos 
pneumáticos. A economia de espaço no painel bem como a cablagem sem erros são 
lucros adicionais neste caso. 
Planos de conexão só são necessários em um grau mínimo, são feitas listas de cablagem 
que podem ser feitas constantemente de forma fácil e rápida. No funcionamento prático 
 115
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
as buscas de falhas e a simples troca de peças (Técnica Plug-and-Play) são argumentos 
fortes para o emprego da ASInterface. 
As pausas para reparo nos equipamentos que contam com a AS-Interface são atualmente 
muito menores. Conhecimentos especiais por parte do pessoal de manutenção também 
não são necessários. 
 
 
 
Na empresa Bauder já há algum tempo se utiliza os módulos da AS-Interface 
principalmente nos comandos de tanques. 
A experiência muito positiva nesta área bastante difícil fez com que a empresa 
introduzisse esta técnica agora também em forma de módulos compactos pneumáticos 
no comando de máquinas. Os módulos compactos pneumáticos com válvulas integradas 
4/2 vias e com uma capacidade de passagem de 550 l/min foram trocados por técnicas 
de válvulas convencionais de até 13 anos de idade. A troca foi feita sem grandes 
problemas e com os "fittings" de conexão rápida de 8mm, toda a instalação pneumática 
pode ser realizada de forma rápida, flexível e sem problemas. 
Uma vez que todos os módulos pneumáticos já estão "on board", não é mais necessária 
a compra de acessórios. Para a instalação dos módulos pneumáticos não foram 
necessários conhecimentos específicos. 
Na empilhadeira foram reduzidas pela metade as conexões de cabo e pneumáticas por 
causa da mudança para a AS-Interface, o que vai refletir principalmente nos custos de 
manutenção. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
• KUROSE, J. F., Redes de Computadores e a Internet: Uma Nova 
Abordagem, 1a Edição, Addison Wesley, São Paulo, 2003. 
• FILHO, C. F. A., Redes de Comunicação, 2005. 142 f. (Apostila) – UNIUBE, 
Uberaba. 
• STEMMER, M. R., Sistemas Distribuídos e Redes de Computadores para 
Controle e Automação Industrial, 2001. 276 f. (Apostila) – UFSC, 
Florianópolis. 
• FILHO, C. S., AS-Interface e Devicenet, 2002. 40 f. (Apostila) – UFMG, Belo 
Horizonte. 
• FLORIANO, J. C., Redes Industriais. In: CONGRESSO DA ASSOCIAÇÃO 
BRASILEIRA DOS PROFISSIONAIS DE INSTRUMENTAÇÃO, 
CONTROLE E AUTOMAÇÃO, Anais do Terceiro Congresso, Salvador, 
2003. 
 116
Prof. Clidenor Filho Interface ASI 
 
• Fail-Safe Communications via Standar Fieldbuses, Siemens AG, Application 
Manual, ________, 20 f., _______ 2002. 
• AS-Interface, Siemens, Catálogo Técnico, ______, 14 f., Maio 2003. 
 
 
 
 117
Prof. Clidenor Filho PROFIBUS 
 
 
PROFIBUS
 
5.1 TECNOLOGIA PROFIBUS 
 
 
A tecnologia da informação tem sido determinante no desenvolvimento da tecnologia da 
automação, alterou hierarquias e estruturas no ambiente dos escritórios e chega agora ao 
ambiente industrial nos seus mais diversos setores, desde as indústrias de processo e 
manufatura até prédios e sistemas logísticos. A capacidade de comunicação entre 
dispositivos e o uso de mecanismos padronizados, abertos e transparentes são 
componentes indispensáveis do conceito de automação de hoje. 
Neste contexto, a comunicação está crescentemente a tornar-se direta e horizontal a 
nível de controle, e vertical por todos os níveis hierárquicos. Dependendo da aplicação e 
do seu custo, os sistemas como a Ethernet, PROFIBUS e o AS-Interface, suportam a 
comunicação industrial e oferecem as condições ideais para a existência de uma rede 
transparente em todas as áreas do processo de produção. 
No nível de E/S o AS-Interface é o sistema de comunicação de dados ideal, pois os 
sinais binários de dados são transmitidos via um barramento extremamente simples e de 
baixo custo, juntamente com a energia (24Vdc) necessária para alimentar os sensores e 
atuadores. Outra característica importante é que os dados são transmitidos ciclicamente, 
de uma maneira extremamente eficiente e rápida. 
No nível de controle, a periferia distribuída, tais como módulos de E/S, transdutores, 
acionamentos (drives), válvulas e painéis de operação, comunicam-se com sistemas de 
automação via um eficiente sistema de comunicação em tempo real, o PROFIBUS DP 
ou PA. A transmissão de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, 
parâmetros e diagnósticos são transmitidos aciclicamente, somente quando necessário. 
No nível de planta (informação), os controladores programáveis, tais como CLP’s e 
PC’s comunicam-se uns com os outros, o que requer grandes pacotes de dados e um 
grande número de funções poderosas de comunicação. Além disto, uma integração 
eficiente aos sistemas de comunicação corporativos existentes, tais como: Intranet, 
Internet e Ethernet é um requisito absolutamente mandatório, o que o PROFIBUS FMS 
e o PROFINet podem suprir. 
O PROFIBUS é uma rede de campo aberta, independentemente dos fabricantes, ao 
alcance de uma larga variedade de aplicações de manufatura e processos de automação. 
A sua independência relativa a fabricantes e a garantia de ser uma rede aberta é 
assegurada pelas normas internacionais EN 50170 e EN 50254. 
O PROFIBUS permite a comunicação entre dispositivos de diferentes fabricantes, sem 
qualquer ajuste especial. Pode ser usado em aplicações de tempo real que requerem alta 
velocidade e em tarefas de comunicação complexas. 
 
 
 
 
 118
Prof. Clidenor Filho PROFIBUS 
 
 
 
Figura 5.1. Níveis Profibus. 
 
Oferece protocolos funcionais de comunicação (Perfis de Comunicação): DP e FMS. 
Dependendo da aplicação, encontram-sedisponíveis as tecnologias de transmissão 
(Perfis Físicos): RS-485, IEC 61158-2 ou fibras ópticas. 
Com o intuito de continuar o seu desenvolvimento técnico, existe uma organização dos 
usuários do PROFIBUS que está constantemente trabalhando na implementação de 
conceitos universais para a integração vertical com base no TCP/IP. 
Os perfis de aplicação definem as opções de protocolo e a tecnologia de transmissão 
requeridas individualmente aos diferentes tipos de dispositivo. Estes perfis definem 
também um comportamento dos dispositivos, independente dos fabricantes. 
 
5.1.1 PERFIS DE COMUNICAÇÃO 
 
Os perfis de comunicação PROFIBUS definem como os usuários transmitem 
serialmente os dados através do meio físico comum. 
 
Perfil DP (Decentralized Periphery) 
 
 
O DP é o perfil mais freqüentemente utilizado. Otimizado para alta velocidade e 
conexão de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicação entre sistemas 
de controle de automação e seus respectivos I/O’s distribuídos a nível de dispositivo. O 
PROFIBUS-DP pode ser usado para substituir a transmissão de sinal em 24 V em 
sistemas de automação de manufatura assim como para a transmissão de sinais de 4 a 20 
mA ou HART em sistemas de automação de processo. 
 
 
 
 119
Prof. Clidenor Filho PROFIBUS 
 
Perfil FMS (Fieldbus Message Specification) 
 
Este é o perfil de comunicação universal para tarefas de comunicação exigentes. O FMS 
oferece vários tipos avançados de funções de aplicação para a comunicação entre 
dispositivos inteligentes. Porém, como resultado do desenvolvimento técnico do 
PROFIBUS e o uso do TCP/IP no nível de informação, o FMS representa um papel 
crescentemente menos significativo. 
 
5.1.2 PERFIS FÍSICOS 
 
A área de aplicação de um sistema de rede de campo é em grande parte determinada 
pela escolha da tecnologia de transmissão. Tal como as exigências efetuadas nos 
sistemas de comunicação (como a confiabilidade de transmissão, grandes distâncias e 
alta velocidade de transmissão), devem ser também satisfeitas as exigências dos 
processos automatizados (como a operação em áreas perigosas, e a transmissão de 
dados e energia num cabo comum). 
Uma vez que ainda não é possível satisfazer todas as exigências com uma única 
tecnologia de transmissão, há atualmente três métodos de transmissão (Perfis Físicos) 
disponíveis pelo PROFIBUS: 
 
• Transmissão RS-485 para uso universal, em especial em sistemas de automação da 
manufatura; 
• Transmissão IEC 61158-2 para aplicações em sistemas de automação em controle 
de processo; 
• Fibras Ópticas para aplicações em sistemas que demandam grande imunidade à 
interferências e grandes distâncias. 
 
Atualmente, está em desenvolvimento o uso de componentes comerciais Ethernet de 10 
Mbps e 100 Mbps na camada física do PROFIBUS. 
Acopladores e/ou conectores encontram-se disponíveis para acoplamento entre os vários 
meios de transmissão. Enquanto o termo Acoplador (Couplers) aplica-se à dispositivos 
que implementam o protocolo somente no que se refere ao meio físico de transmissão, o 
termo conectores se aplica aos dispositivos inteligentes e que oferecem maiores opções 
na operação entre subredes. 
 
5.1.3 PERFIS DE APLICAÇÃO 
 
Os perfis de aplicação PROFIBUS descrevem a interação do protocolo de 
comunicações com a tecnologia de transmissão utilizada. Estes definem também o 
comportamento dos dispositivos de campo durante a comunicação via PROFIBUS. O 
perfil de aplicação PROFIBUS mais importante é atualmente o perfil PA que define os 
parâmetros e os blocos funcionais dos dispositivos de automação tais como 
transdutores, válvulas e posicionadores. Perfis adicionais para "drivers" de variação de 
velocidade, Interfaces Homem-Máquina (HMI) e "encoders" definem a comunicação 
independentemente dos fabricantes e o comportamento dos respectivos tipos de 
dispositivo. 
 
 120
Prof. Clidenor Filho PROFIBUS 
 
5.2 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS 
 
O PROFIBUS define as características técnicas de um sistema de rede de campo com as 
quais cada um dos controladores programáveis distribuídos podem ser ligados, desde o 
nível de E/S até o nível de Informação. O PROFIBUS é um sistema com múltiplos 
mestres, permitindo a operação comum de vários sistemas de automação, engenharia ou 
visualização, com periféricos distribuídos numa rede (Ex. I/Os). No PROFIBUS 
distinguem-se os seguintes tipos de dispositivo: 
 
Dispositivos Mestre - determinam a comunicação de dados na rede. Um mestre pode 
enviar mensagens sem um pedido externo quando tem o direito de acesso à rede 
("token"). Assim, designa-se de mestre uma estação ativa. 
Dispositivos Escravo - são periféricos (dispositivos de I/O, válvulas, "drivers" e 
transdutores). Não têm direitos de acesso à rede e só podem receber mensagens 
conhecidas, ou enviar mensagens para o mestre quando solicitados para esse fim. 
Designam-se escravos as estações passivas. Uma vez que apenas requerem uma 
pequena parte do protocolo da rede, a sua implementação é particularmente econômica. 
5.2.1 ARQUITETURA DO PROTOCOLO PROFIBUS 
 
O PROFIBUS é baseado em normas internacionalmente reconhecidas. A arquitetura do 
protocolo é orientada pelo modelo de referência OSI ("Open System Interconnection") 
em conformidade com a norma internacional ISO 7498. Neste modelo, todas as 
camadas gerem tarefas de transmissão perfeitamente definidas. A Camada 1 (física) 
define as características físicas da transmissão. A Camada 2 (enlace de dados) define o 
protocolo de acesso à rede. A Camada 7 (aplicação) define as funções da aplicação. A 
Figura 5.2 representa a arquitetura do protocolo PROFIBUS. 
 
 
 
Figura 5.2. Arquitetura do Protocolo PROFIBUS. 
 121
Prof. Clidenor Filho PROFIBUS 
 
O perfil DP é um protocolo eficiente de comunicações que usa as camadas 1 e 2, e uma 
interface de usuário. As Camadas 3 a 7 não são utilizadas. Este tipo de arquitetura 
assegura a transmissão rápida e eficiente de dados. O "Direct Data Link Mapper" 
(DDLM) fornece ao usuário uma interface de fácil acesso à camada 2. Tanto as funções 
de aplicação disponíveis ao usuário, como o comportamento do sistema e dos vários 
tipos de dispositivo DP, são especificados na interface de usuário. 
No perfil FMS (protocolo universal de comunicações), é dada uma particular 
importância às camadas 1, 2 e 7. A camada de aplicação (7) consiste na especificação 
das mensagens da rede (Fieldbus Message Specification - FMS) e da interface de 
camada mais baixa (Lower Layer Interface - LLI). O FMS define um grande número 
de serviços de comunicação mestre-mestre e comunicação mestre-escravo. O LLI define 
a representação do serviço FMS no protocolo de transmissão de dados da camada 2. 
 
5.2.2 TECNOLOGIA DE TRANSMISSÃO RS-485 
 
O RS-485 é tecnologia de transmissão mais frequentemente utilizada pelo PROFIBUS. 
A área de aplicação inclui todas as áreas nas quais alta velocidade de transmissão, 
instalação simples e barata, são pré-requisitos. Um par trançado de cobre blindado com 
um único par condutor é o suficiente neste caso. 
A tecnologia de transmissão RS-485 é fácil de se utilizar. A instalação do cabo de pares 
trançados não requer conhecimentos profundos. A estrutura de rede permite adicionar e 
remover estações sem influir nas outras existentes. Expansões posteriores não têm efeito 
nas estações que se encontram em funcionamento. 
Estão disponíveis velocidades de transmissão entre 9,6 Kbps e 12 Mbps, sendo uma 
única velocidade de transmissão selecionada para todos