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Redes de Automação Industrial
Prof. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Modelo OSI
Redes para Automação Industrial
Aplicações industriais freqüentemente requerem sistemas de controle e supervisão com características de tempo real;
As mensagens em sistemas de tempo real podem ter restrições temporais associadas e podem ser classificadas como:
Periódicas: enviadas em intervalos conhecidos e fixos de tempo.
Ex: msgs ligadas a malha de controle
Redes para Automação Industrial
Esporádicas: msg sem período fixo, mas que tem intervalo mínimo entre duas emissões.
Ex: pedido de status, emissão de relatório;
Aperiódicas: tem que ser enviadas a qualquer momento.
Ex: alarme em caso de falhas;
Utiliza-se arquitetura com apenas três camadas:
Física
Enlace: dividida em duas (LLC e MAC);
Aplicação;
Redes para Automação Industrial
Redes determinísticas:
Aquelas onde a transmissão de dados ou informações ocorre em instantes e e intervalos de tempo determinados;
Permitem que o tempo de resposta seja precisamente determinado, evitando problemas de inicialização e atrasos; 
Redes probabilísticas:
Aquelas onde somente é possível calcular a probabilidade da transferência de informações ocorrer em um determinado intervalo de tempo;
Redes para Automação Industrial
Especificação de uma rede de automação:
Taxa de transmissão;
Topologia física da rede;
Meio físico de transmissão;
Tecnologia de comunicação;
Algoritmo de acesso ao meio;
Redes para Automação Industrial
Taxa de transmissão:
É a quantidade média de dados a serem transmitidos na rede em um período de tempo
Taxa é medida em kilobits por segundo (kbps);
Topologia física da rede:
Está relacionada dom a disposição construtiva na qual os dispositivos estão conectados na rede;
Redes para Automação Industrial
Meio físico de transmissão:
Relacionado com o cabeamento utilizado para interconexão dos dispositivos;
Par trançado, cabo coaxial, fibra ótica;
São selecionados de acordo com a aplicação;
Tecnologia de comunicação:
É a forma de gerenciamento entre os pontos de comunicação da rede no tocante à comunicação de dados;
Comunicação produtor/consumidor e mestre/escravo;
Redes para Automação Industrial
Algoritmo de acesso ao barramento:
Algoritmo utilizado pelos nós para acessar ou disponibilizar informações na rede. 
Exemplos: CSMA/CD, token passing, etc
Topologia física:
Ponto a ponto:
Cada processador recebe a informação, utiliza a que lhe diz respeito e retransmite o restante a outro
Topologias físicas
Topologia em barra
O meio físico de comunicação é compartilhado entre todos os processadores
Topologias físicas
Topologia em anel:
Arquitetura ponto a ponto em que cada processador é conectado a outro, fechando-se o último segmento ao primeiro
O sinal circula no anel até chegar no destino
Topologias físicas
Topologia estrela:
Utiliza um nó central para gerenciar a comunicação entre as máquinas. Nós em falha não afetam os outros, apenas o central
Topologias físicas - Híbrida
Tecnologia de comunicação
Forma de gerenciamento entre os pontos de comunicação:
Mestre-escravo:
Escravo: periféricos que recebem informações do processo mestre para atuar na planta
Dispositivos passivos que somente respondem a requisições diretas vindas do mestre
Monomestre:
há somente um mestre no barramento durante a operação
Geralmente a CPU do CLP é o componente do controle central
Multimestre:
A imagem de entradas e saídas pode ser lida por todos os mestres, porém somente um mestre pode controlar um dado escravo
Tecnologia de comunicação
Ponto a ponto (origem-destino):
Desperdício de banda pois os dados devem ser enviados várias vezes para cada destino especificamente
Sincronização entre os nós é difícil pois os dados chegam em instantes diferentes
Pode gerar congestionamento no fluxo de informação
Produtor-consumidor:
Neste modelo os dados possuem um identificador único: origem ou destino
Todos os nós podem ser sincronizados
Múltiplos nós produtores podem enviar dados para múltiplos nós consumidores
Alguns nós podem ser produtores e consumidores
Economia na transmissão de dados
Algoritmos de acesso ao meio
Procedimentos específicos para acessar a informação da rede:
CSMA/CD: Carrier sense multiple access/colision detection
Um dispositivo começa a transmitir dados assim que detecta que o canal está disponível
Pode haver colisão, e neste caso após um tempo randômico transmite de novo
Token passing: 
A rede física tem topologia em anel
O anel indica a direção onde circula o token (ficha)
Se um dispositivo deseja transmitir ele deve capturar o token e substituí-lo por um frame
Após transmitir ele regenera o token e o libera no anel
Algoritmos de acesso ao meio
Cíclica ou varredura (cyclic polling):
Dispositivos produtores transmitem dados a uma taxa configurada pelo usuário (E/S) e adequada à aplicação
Eficiente para aplicações onde os sinais transmitidos se alteram lentamente
Mudança de estado:
Dispositivos produzem dados apenas quando tem seu estado alterado
Em segundo plano um sinal é transmitido ciclicamente para confirmar que o dispositivo está operando normalmente
Redes de campo
Para uma rede aplicada à interligação de elementos simples a nível de chão de fábrica é utilizada a denominação genérica de “barramentos de campo” ou Fieldbus
Redes de sensores ou SENSORBUS: interligam sensores e atuadores discretos tais como chaves, contactores, etc.
Ex: ASI, Seriplex, CAN e LonWorks
Redes de dispositivos ou DEVICEBUS: interligam dispositivos mais genéricos como CLPs, controladores, conversores, relês inteligentes, etc.
Ex: Profibus-DP, DeviceNet, Interbus-S, ControlNet, Modbus+
Redes de instrumentação ou FIELDBUS: integram instrumentos analógicos como transmissores de vazão, temperatura, nível, válvulas proporcionais, etc.
Ex: Hart, WorldFIP, Profibus-PA
Sistema em Rede
Sistema em Rede