Redes Industriais

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REDES INDUSTRIAIS – TECNAUT
AUTOMAÇÃO COM QUALIDADE.
PERTO DE VOCÊ.
ASI
LONWorks
RIO Profibus DP
DH+
Profibus FMS
Modbus
Profibus PA
Algumas redes industriais disponíveis ...
HART
CLP com Entradas e Saídas distribuídas
I/O Remoto
I/O Remoto
I/O Remoto
Rack Principal
Com CPU
Rede de I/O´s
• Conecta Controladores Lógicos a gavetas remotas 
de I/O ou outros dispositivos inteligentes.
• Rede desenvolvida pela Allen Bradley
• Características:
– Usa cabo par trançado 
– Veloc. Com. Distancia máx. em metros
57,6 Kbits/s 3048
115,2 Kbits/s 1524
230,4 Kbits/s 762
– Opcionalmente pode usar fibra óptica.
– Topologia em barramento sem derivação/ramificação
Remote I/O - Introdução
Remote I/O ou RIO
ASB
IHM
INVERSOR FREQ.
CLP LOCAL
I/O remotos
I/O remotos
ASB
I/O remotos
ASB
Resistor de terminação
156 ohms
Rede de Supervisão
• Rede Industrial para conexão de até 32 
dispositivos, desenvolvida pela Allen Bradley
• Características:
– Usa cabo RS-485.
– Trunkline até 1219 metros.
• Caracteristicas da Transmissão:
– 19,2 K bits/s
– Topologia em barramento sem derivação/ramificação
– Multimestre tipo Token pasing
Data Higway 485 – DH485
ALLEN-BRADLEY 
AIC
C10
ALLEN-BRADLEY 
AIC
C10
ALLEN-BRADLEY 
AIC
C10
ALLEN-BRADLEY 
AIC
C10
PIC
KR
PANELVIEW 550
SUPERVISÃOTERM. PROGR.
DTAM PLUS
Data Higway 485 – DH485
• Rede Industrial para conexão de até 64 
dispositivos, desenvolvida pela Allen Bradley
• Rede desenvolvida pela Allen Bradley
• Características:
– Usa cabo par trançado
– Veloc. Com. Distancia máx. em metros
57,6 Kbits/s 3048
115,2 Kbits/s 1524
230,4 Kbits/s 762
– Opcionalmente pode usar fibra óptica.
– Topologia em barramento sem derivação/ramificação
– Multimestre tipo Token pasing
Data Higway Plus – DH+
Data Higway Plus – DH+
IHM
CLP CPU
Micro
Micro
CLP
CLP
CLP
CPUCPU
CPU
Resistor de terminação
156 ohms
Origem/Destino
srcsrc dstdst datadata crccrc
identifier data crc
Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor
(dados são identificados)(dados são identificados)
Modelos de Redes Industriais
Drive1Drive1 Drive3Drive3Drive2Drive2
CLP1CLP1 IHMIHM
SensorSensor
CLP2CLP2
#1
#2
Modelo Origem - Destino
Drive1Drive1 Drive3Drive3Drive2Drive2
CLP1CLP1 IHMIHM
SensorSensor
CLP2CLP2
#1
#2
Modelo Produtor - Consumidor
Mestre/Es
cravo
Multimes
tre
Ponto a Po
nto
Modelo Produtor - Consumidor
Polling
Cícli
co
Muda
nça-de
-estad
o
pollingpollingpolling
a cada 500msa cada 500msa cada 500ms
cíclicocíclicocíclico
cíclicocíclico
mudança-de-estado mudança-de-estado
pollingpollingpolling
E/S AnalógicasE/S Analógicas
mudançamudança--dede--estadoestado
E/S DigitaisE/S Digitais
a cada 1000msa cada 1000msa cada 1000ms
Métodos de troca de dados
• Quando os dispositivos recebem dados, imediatamente os 
enviam 
• Compatível com sistemas Mestre/Escravo & Multimestre
– Normalmente não é utilizado com “ponto a ponto”
• Desenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravo
• Inerentemente ponto a ponto, não há multicast
ALLEN-BRADLEY
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F 1
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F 9
F 5
F 1
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v
Método de troca de dados: “Polling”
• Dispositivos produzem dados a uma taxa configurada pelo usuário
• Transferência cíclica é eficiente porque:
– os dados são transferidos numa taxa adequada ao dispositivo/aplicação
– recursos podem ser preservados p/ dispositivos com alta variação
– melhor determinismo
• Compatível com Mestre/Escravo, Multimestre, “peer-to-peer” e
Multicast
analog I/Oanaloganalog I/OI/O
a cada 100msa cada 100msa cada 100ms
a cada 2000msa cada 2000msa cada 2000msa cada 5msa cada 5msa cada 5ms
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v
Método de troca de dados: Cíclica
• Dispositivos produzem dados apenas quando tem seu estado 
alterado
– Sinal em segundo plano transmitido ciclicamente para confirmar que o 
dispositivo está ok. 
• Mudança de estado é eficiente porque:
– reduz significativamente o tráfego da rede
– recursos não são desperdiçados processando-se dados antigos
digital I/Odigital I/O
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v
Método de troca de dados:
Mudança de Estado
CAMADA DE INFORMAÇÃO
DEVICENET
CAMADA DE SUPERVISÃO E CONTROLE
CAMADA DE DISPOSITIVOS
Gerenciamento Integrado. 
Sistemas de ERP/MÊS.
Banco de dados relacional.
Controle de Processo: 
Contínuo e Batch.
Diagnostico.
Controle Lógico: discreto e 
analógico.
Variáveis de processo.
Diagnóstico.
Níveis de Redes Industriais e suas Aplicações
TAMANHO VOLUME TEMPO DEUSUÁRIO
DA REDE DADOS RESPOSTA
CUSTO
Gestores
INFORMAÇÃO Troca de dados Grande Muito
Alto
Moderado Alto a
Histórico Mod.
AUTOMAÇÃO
E
Operação
Moderado Alto Rápido BaixoManutenção
CONTROLE
E/S Remotas Moderado Moderado Muito
Rápido
Baixo
Dispositivos
inteligentes
DISPOSITIVOS
Fiação
Pequena Baixo Muito
Rápido
Muito
Baixo
Manutenção
NOTA: Áreas sombreadas são os focos primários
PRIMÁRIO
ponto a ponto
Resumo Comparativo dos Diferentes Níveis
1990’s
PB
Panel
Flex I/O
Drive
2000
Multi-disciplined
Controller
Drive w/PID
Axis 
Controller
PB Panel
Prox
Flex I/O
O.I.
Packaged
Controller
1980’s
Evolução da aplicação das Redes Industriais
Prog. terminal
CNC
PC 
PLC
DCS
MMI
Rack based I/O
Low-end MMI
Standard drives
Smart sensor,
actuator
Simple sensor,
actuator
CONTROLBUS
DEVICEBUS
SENSORBUS
PROFIBUS DP
PROFIBUS FMS
DEVICENET
167 kpbs 1.5 Mbps 500 kpbs 100Mbps
500 kbps 12 Mbps 5 Mbps
PROFIBUS PA FOUNDTION
. FIELDBUS
ASI
INTERBUS-S
ETHERNET IP
Posicionamento
CONTROLNET
Origem/Destino
Dispositivos Supervisão e Controle
(Mestre/Escravo) (Multimestre)
RIO
Profibus DP
Interbus-S
ASI
DH+
Profibus FMS
Modbus Plus
LONWorks
Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor
Dispositivos Supervisão e Controle
DeviceNet ControlNetDeviceNet ControlNet
F. Fieldbus Ethernet IPF. Fieldbus Ethernet IP
Classificação das redes quanto ao modelo
INFORMAÇÃO
DISPOSITIVOS
SUPERVISÃO E CONTROLE
DISPOSITIVOS
Solução proposta para os diferentes níveis
DeviceNet 
Stack Lights
DeviceNet 
SMP-3
Substituição de fiação Baixo custo por nó instalado
Determinismo para I/O Suporte à diagnóstico
Suporte a configuração Dispositivos compactos
Baixo tempo de resposta 
Suporte a diferentes fornecedores 
24vdc
509 - B O D
24vdc
509 -BOD
Dispositivos
Requisitos das redes de dispositivos
• Linha tronco + derivações
• Remoção de nós e diagnóstico
• Até 64 nós
• Taxas de 125, 250 ou 500Kbps
• Terminações de 121 OHM
Devicenet - Características
• Doispares trançados
• Sinal e alimentação 24 Vcc
• Sensores podem ser alimentados diretamente 
a partir do cabo tronco
• Múltiplas fontes em paralelo
PS PS
Devicenet - Características
Taxa Tronco
Derivação (cabo fino)
125K
250K
500K
500m (1640 ft)
250m (820 ft)
100m (328 ft)
6m (20 ft)
6m (20 ft)
6m (20 ft)
156m (512 ft)
78m (256 ft)
39m (128 ft)
AcumuladoMáximo
Taxas, Alcance e Derivações
Devicenet - Características
Rede DeviceNet
Resistor de terminação
121 ohms
Limitações:
• 6 metros maximo entre tap e nó 
mais distante
• soma dos percursos limitados ao 
máximo comprimento acumulado
Derivação
Tap Tap
Tronco
Devicenet – Derivações e Ramificações
Seladas e Abertas 
Flat, Cabo Fino e Grosso
Fibra Ótica via repetidores
Devicenet - Conexões
• CAN é uma tecnologia aberta
• Fabricantes do chip CAN: Intel,
Motorola, Philips/Signetics, NEC, 
Hitachi, Siemens
• http://www.odva.org
Open DeviceNet Vendor Association Inc.
Uma Nova Tecnologia de Redes
Abertas para Automação e Controle
• Dados de I/O em tempo real
– Determinístico c/ alta repetibilidade
• Intertravamento entre controladores
• Mensagens entre controladores
• Programação
– “ Upload” e “download”
AUTOMAÇÃO E CONTROLE
2 4 v d c
5 0 9 - B O D
T
Requisitos das redes de Controle
• Rede para I/O e Controladores - Alta velocidade (5Mbps)
• Projetada para Processos contínuos e discretos
• Rede única para programação, mensagens “ponto a 
ponto”, intertravamento em tempo real e aquisição de I/O
• Baseada no modelo Produtor/Consumidor
– “Entradas” podem ser compartilhadas por diferentes consumidores
• Permite múltiplos controladores na mesma rede
• Flexibilidade para o meio físico
– Topologias barramento, árvore e estrela combinadas
– Opção de redundância para o meio físico
– Pleno acesso a rede a partir de qualquer dispositivo
Controlnet - Características
• Cabo coaxial RG6
» Padrão para TV a cabo (EUA)
» Baixo custo 
» Boa imunidade a ruído
» Disponível sob diferentes formas a partir de diferentes fabricantes
Nó Nó Nó Nó
75 ? 75 ?
Separação
entre taps:
qualquer
Derivação
1 m
Terminação 
obrigatória
Cabo tronco
Nó
“tap”
conector 
padrão
Controlnet - Características
• É necessário um conector padrão para 
cada dispositivo permanentemente 
ligado a rede
• “Network Access Port” (NAP) 
incorporado a todos os produtos 
permitindo acesso temporário a rede.
Porta
De acesso
a rede (RJ45)
A B
NAP
A
B
ControlNet
LED's
Conexões 
coaxiais
Frontal típico
Controlnet - Conexões
• Cálculo simples para determinação do comprimento máximo de um 
segmento coaxial
• Um segmento simples pode ter
– 2 nós para 1000 m , e
– 48 nós para 250 m
• Uma rede pode conter até 99 participantes 
– identificação varia de 1 a 99
Extensão do
cabo coaxial
Número de dispositivos
2 16 32 48
250
500
750
1000M
e
t
r
o
s
Gráfico p/
um 
segmentoRepetidores não
são necessários
Necessário o uso 
de repetidores
L = 1000 - [(N-2)*16,3]
Controlnet – Segmento coaxial
Método de Acesso ao Meio
Intervalo de atualização 
da rede (NUI)
Serviço Programado
Serviços da Camada de Enlace
Serviço Não-programado
Serviço de Manutenção da rede
Tempo
Concurrent Time Domain Multiple Access
Controlnet - Camada de Enlace
• O Repetidor Ótico pode ser utilizado para interligar produtos instalados 
em áreas “seguras” a produtos intrínsecamente seguros instalados em 
áreas classificadas
1797RPA1797RPFS
Node Node
IS Node IS Node
1786RPA 1786RPFSTap
ÁREA
SEGURA
ÁREA
CLASSIFICADA
Ex Tap
ControlNet
TM
ControlNet Ex TM
Std Coax
Ex Term
Fiber
Ex Coax
ControlNet – Segurança Intrínseca
ControlNet – TUV SIL 2 (IEC 61508)
Topologia ControlNet e ControlLogix para aplicações SIL 2
• Rede única para E/S, Programação e 
comunicação entre Controladores
• Modelo produtor/consumidor
• Repetibilidade e Determinismo (5Mbps)
• http://www.controlnet.org
ControlNet Internatinal
Foundation fieldbus
• A resposta a demanda dos usuários por uma 
rede aberta para instrumentação
• O focu primário é desenvolver um padrão
digital para substituir o sinal 4-20 mA 
• Uma organização voltada para: 
– Suportar e contribuir para os esforços da IEC / 
ISA para definir um padrão internacional de 
rede de instrumentação
O que é Foundation Fieldbus?
• Otimizada para coleta de dados a partir de instrumentos de 
processo e controladores através da comunicação bi-
direcional e multi-variável; também suporta dados discretos
• Projetada para controle distribuido de processo baseado na 
instrumentação de campo
• Opção de mídia redundante para aumentar a tolerância de 
falhas
• Economias: redução nos custos de cablagem, redução no 
tempo de start-up, aumento de diagnósticos, de detecção e 
correção de falhas
Foundation FieldBus - Características
Two-way communication
Foundation FieldBus – Estratégia de Controle
Método 
tradicional fecha a 
malha de controle
no controlador de 
processo
Foundation Fieldbus permite que você transfira o 
fechamento da malha do controlador de processo para
a instrumentação de campo
COntrolador
Sistema de Controle
Convencional
Fieldbus
4-20mA
Subsistema de
Entrada/Saida
PID Controller
Sistema de Controle
usando FF-H1
AO
AI
PID
AO
AI
Foundation FieldBus – Estratégia de Controle
PID AO
IN OUT 
AI
OUT CAS_IN OUT 
H1 Fieldbus
FF Configurator SoftwareFF Configurator Software
FieldBus Foundation – Níveis de controle
– H1: Solution for process automation, field-level interface, 
and device integration. Runs at 31.25 kbit/s. Power and 
signal are on the same wire pair. Fiber Optic Media Option. 
Supports Intrinsic Safety Applications.
– HSE: Solution for high performance control backbone, high-
speed data generators/users, and subsystem integration. 
Same Functions as H1, but runs at 100 Mbit/s on 
Commercial, Off-The-Shelf Ethernet Equipment.
Solução Rockwell para PLC´s com 
Foundation Fieldbus
4 - 20ma
Digital
RSView SE / PE
RSLogix Fieldbus Manager
RSLogix 5000
1757- FFLD
HSE HSE /IP
• HSE suporta multiplos 
dispositivos HSE como
um sistema
• Todos FFLD podem estar
no mesmo projeto
BoardBoard of of Directors Directors 
Fisher-Rosemount
ABB Industrial Systems, Inc.
Rockwell Automation
Honeywell
Groupe Schneider
Siemens AG
Fuji Electric
Yokogawa Electric
The Foxboro Co.
Yamatake-Honeywell
Elsag Bailey
Organização Foundation Fieldbus
EtherNet IP
• Conexão entre o nível de 
automação da Planta e 
Manufacturing Execution
Systems – MÊS.
• Capacidade de transferência 
de grandes volumes de dados
• Gerenciamento de rede 
padronizado e ferramentas de 
detecção e correção de falhas
INFORMAÇÃO
2 4 v d c
5 0 9 - B O D
T
Requisitos das redes de Informação
• Conectividade entre IHM e 
sistemas supervisório.
• Troca de dados não críticos entre 
CLP´s, ou seja, sem ser em tempo 
real.
HISTÓRICO
• Em 1981 associação da DEC, XEROX e INTEL desenvolveu uma 
filosofia de rede local.
• Posteriormente resultou no padrão 802.3 IEEE (Instituto Eng. Elétrica 
e Eletrónica USA).
• Principais características:
– Topologia em barramento.
– Método de acesso CSMA/CD (Carrier Sense Multiple access/Colision 
Detection).
• O prefíxo “Ether” refere-se ao fato da cablagem ser totalmente passiva.
Ethernet - Introdução
1965 1970 1980 1985
APANET
commissioned
by DOD
1969
1975
Telnet
1972
FTP
1973
TCP
1974
IP
1981
TCP/IP
Protocol Suite
1982
DNS
1984
• Padrão de fato -Internet, e-mail, troca de arquivos
• Embutido em vários PCs hoje em dia
• Devido a base instalada possui virtualmente 
facilidades de fabricação – marcas familiares/nível de 
conforto
• Tecnologia aberta
• Aumento de capacidade e performance 
Ethernet Comercial
• Recentes evoluções tecnológica fizeram a Ethernet 
mais apropriada para uso em aplicações de controle
– Hubs -> Switches
– 10MB -> 100 Mb Ethernet -> (1Gb Ethernet)
– Half Duplex -> Full Duplex
– Crescimento da Internet e ferramentas de software relativas a 
Internet 
– Tendência a integração entre os sistemas de negócio e os 
sistemas de fabricação 
• Alto volume de negócios leva a redução de custo e 
rápida evolução tecnológicas
Evolução da Ethernet
Ethernet – Tipos de cabos
 
Cabo Coaxial 50 ohms 
dupla blindagem 
Coaxial 50 ohms 
RG-58 
Fibra óptica Par trançado 
 
Padrão 
 
802.3 
 
802.3 
 
802.3/802.5 
 
802.3/802.5 
Ambiemte mais 
utilizado 
Indústrias e 
CPD’S 
Escritórios Indústrias e 
conexão entre 
prédios 
Interno, 
aproveitando 
rede telefefonica 
 
Alcance em 
metros 
 
500 
 
185 
 
2000 
 
100 
 
Designação 
técnica 
 
10 base 5 
 
10 base 2 
 
10 base F 
 
10 base T 
 
Designação 
comercial 
 
Thick wire 
 
Thin wire 
 
Cabo óptico 
 
Par trançado 
 
Tipo de 
conector 
 
Vampiro 
 
BNC 
 
SMA/ST 
 
RJ-11/45 
 
 
Topologia Barramento Barramento Estrela Estrela 
• Padronização de cabos e acessórios da rede (IEEE 802.3).
• Alta velocidade de comunicação (10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps).
• Utilização de Topologia estrela.
– Hubs e Minihubs.
– Alta confiabilidade. 
• Utilização de Fibra Óptica.
– Alta imunidade a ruídos.
– Fácil Instalação.
• Protocolo TCP/IP.
– Permite conexão de dispositivos de diversos fabricantes.
– Padrão de fato.
Vantagens em utilizar Rede Ethernet
Ethernet IP
• EtherNet/IP stands for ‘Ethernet Industrial Protocol’ 
• Open industrial networking standard 
• EtherNet/IP reuses CIP (Control and Information Protocol), 
the protocol currently used for real-time I/O and information 
messaging over DeviceNet and ControlNet. 
Standard PanelView
Flex I/O
SLC 5/05
PLC-5E
ControlLogix
ALLEN-BRADLEY
P o w e r m o n i t o r I
V 473 465 471
A 865 852 859
Power Monitor
MicroLogix
SoftLogix 5800
ControlLogix I/O
FlexLogix
DriveLogix
ProcessLogix
Ethernet SwitchEthernet Switch
Ethernet Ethernet 
SwitchSwitch
Ethernet HUBEthernet HUB
Rede Ethernet IP
ETHERNET-IP
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Link
Físico
IP-Multicast
IP
TCP Pedido de comentários
IETF
UDP/TCP/IP
Ethernet
MAC
Ethernet
Física
CIP
Protocolo de Controle e 
Informação
Especificação de 
ControlNet International nternational 
ee
Padrão IEC 61158
IEEE 802.3
UDP
IP-Multicast
IP
TCP Pedido de comentários
IETF
UDP/TCP/IP
Ethernet
MAC
Ethernet
Física
CIP
Protocolo de Controle e 
Informação
Especificação de 
ControlNet International nternational 
ee
Padrão IEC 61158
IEEE 802.3
UDP
• O protocolo CIP implementado no núcleodas 3 redes: 
DeviceNet, ControlNet e EtherNet/IP
Control and Information Protocol (CIP)Control and Information Protocol (CIP)
Common Object Library
Common Device Profiles
Common Control Services
Common Routing
For Data Collection, Configuration and Control
CSMA/NBA CTDMA
TCP/UDP/IP
Physical layer Physical layer Physical layer
CSMA/CD
DeviceNet ControlNet EtherNet/IP
Semelhança entre as redes
Solução Integrada
Ethernet
Estações de Operação
Estações Rotativas 
Acesso Remoto
Histórico da Planta,
Sistemas da Empresa
ControlNet ou Ethernet
Servidor 
Foundation
Fieldbus
A L L E N - B R A D L E Y
7 8 9
4 5 6
1 2 3
. 0 -
< - - - - - - - - - - - - - - - - - '
<
-
-
 
F 1
F 6
F 2
F 7
F 3
F 8
F 4
F 9
F 5
F 1
0
P a n e l V i e w 5 5 0
< >
^
v
DeviceNet
A L L E N - B R A D L E Y
7 8 9
4 5 6
1 2 3
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F 1
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F 7
F 3
F 8
F 4
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F 5
F 1
0
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v
Nossos Contatos
Telefones:
(71) 2105-9511 (71) 8802-7351
(79) 3211-6937 (81) 3467-4877
E-mail:
jcelio@tecnaut.com.br
Internet:
www.tecnaut.com.br 
www.theautomationbookstore.com
www.ab.com
www.rockwellsoftware.com 
AUTOMAÇÃO COM QUALIDADE.
PERTO DE VOCÊ.