trabalho de redes industrias

Prévia do material em texto

Redes Industriais
Cristiano Maia de Andrade
Diego Gonçalves Chagas 
Salvador -BA
Sumário
Introdução à comunicação digital ........................................................................1
 Histórico das comunicações ............................................................................ ...2
Importância da aplicação de redes industriais .....................................................3
PowerLink ...........................................................................................................4
Ethernet Powerlink..............................................................................................5
Protocolos de Rede, conheça os – Ethernet Powerlink..........................................6
Vantagens declaradas da Rede Ethernet Powerlink..............................................7
Desvantagens......................................................................................................8
Conclusão............................................................................................................9
Introdução
O conhecimento permitirá que, posteriormente você entenda as origens dos principais protocolos de comunicação industrial e de atual desenvolvimento. O tempo em que estudamos, atualmente, torna os sistemas mais modernos em obsolescência rápida; por essa razão, precisamos fundamentar muito bem as origens e o andamento dessa evolução.Convido você a conhecer esse histórico, relembrar alguns conceitos de disciplinas passadas e associar o conhecimento ao mercado de trabalho atual. Pense que, há apenas meio século atrás, receber um sinal de televisão dentro de casa era um artigo de luxo; hoje, porém, contratamos serviços por demanda em um aparelho que cabe no nosso bolso e se torna ultrapassado de ano em ano.Vivemos a era da televisão digital, e os protocolos de comunicação também evoluíram de forma semelhante. Os sistemas de controle partiram de painéis gigantes de lógica de relés para controladores compactos que se comunicam com dispositivos atuadores dentro de um centro de controle e comando fechado em uma pequena sala.Vamos, agora, aprender mais a respeito desse tema.
 Histórico das comunicações
Querido(a) aluno(a), a comunicação e a transmissão de informa-ções foi extremamente necessária para a evolução do ser huma-no desde seu surgimento no planeta. O conhecimento é passado adiante, permitindo que erros fossem minimizados e acertos con-tinuassem presentes nas mais diversas atividades. Assim como acontece em uma sala de aula, mesmo que virtual, o professor faz o papel de fonte de informações, passando essas informações aos alunos, receptores da comunicação, para que construam um conhecimento sólido acerca de qualquer assunto.
Diante de diversos possíveis cenários catastrócos que o ser huma-no pode viver no futuro, o maior medo é a perda de comunicação. Independente da forma como aconteça, a falta de comunicação ces-sa a transferência de conhecimento, impedindo que a informação trafegue e sistemas logísticos se comportem de forma planejada.A dispersão geográca da população tornou a necessidade da co-municação fundamental para a sobrevivência de nossa espécie. Isso fez com que fossem desenvolvidos métodos cada vez mais ecazes para disseminar notícias, informações e conhecimento. 
Em 1838, Samuel Morse revolucionou o conceito de comunicação com a criação do telégrafo, em um mundo que utilizava apenas transporte de cartas (sem citar métodos rudimentares, como sinais de fumaça e pombos-correio) para enviar informações. Essa inven-ção permitia que caracteres codicados fossem enviados por meio de impulsos elétricos e fossem decodicados pelo receptor para compreensão da mensagem.A partir do desenvolvimento da transmissão de informação por si-nais elétricos e eletromagnéticos, houve a criação de outros siste-mas de comunicação, como telefone, rádio e televisor; sistemas esses que ainda fazem parte do nosso dia a dia e evoluíram em conjunto com a eletrônica analógica e digital.Seguindo essa trajetória evolutiva, os computadores surgiram como forma de processamento e armazenamento de dados no início da década de 1950. A motivação inicial era a presente ameaça que a Guerra Fria causava. Naquele momento, era necessário o surgi-mento de um sistema de comunicação eciente entre bases mili-tares para transporte de informações codicadas. O Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América desenvolveu, então, a ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), que, posteriormente, fundiu-se com a NSFNET (National Science Foundation Network), que administrava o tráfego de informações cientícas na década de 1970. Como em 1990 a Europa já havia estabelecido suas redes de conexão digital EuropaNET e EBONE, todas foram unidas para formar o que hoje conhecemos como uma ligação inter-redes, ou INTERNET.
 Importância da aplicação de redes industriais
De acordo a seção anterior, entendemos que os sistemas de co-municação digital evoluíram em conjunto com a complexidade dos processos. No decorrer desta unidade curricular, detalharemos, juntos, aspectos que caracterizam interfaces seriais e protocolos de comunicação.As redes industriais, hoje, estão integradas a sistemas de automa-ção, desde automação residencial até processos que exigem sin-cronia em tempo real (real time processes). Então, o estudo desse tema é algo fundamental para ampliação e o desenvolvimento de novos projetos.Conforme veremos nos capítulos a seguir, as redes industriais estão em todos os lugares, talvez não tão visíveis, mas sempre presentes. Existem protocolos de comunicação para: sensores e atuadores inteligentes; sistemas de supervisão e interfaces de operação de máquinas, que utilizam comunicação constante; apli-cações residenciais, que têm seus protocolos dedicados; e, até mesmo, nossos aparelhos celulares, que implementam alguns pro-tocolos industriais para que possamos coletar dados de fabricação diretamente para qualquer sistema.Além disso, visualizamos um cenário a curto prazo com a nova revolução industrial, que está sendo chamada de Indústria 4.0. Recomendo a você que busque sempre novas informações acerca desse conceito, e não se prenda a denições rígidas, pois as diver-sas escolas (alemã, americana, australiana, francesa, italiana, bra-sileira) divergem em vários aspectos. As únicas coisas que todas elas têm em comum são: eciência energética no processo indus-trial, na coleta de dados e na comunicação no chão de fábrica. 
escola alemã defende que monitorar máquinas garante um grande ganho em relação à manutenção do processo, os norte-america-nos defendem que a maior importância é conhecer o estado da pro-dução com rastreabilidade cada vez mais curta. Nós ainda estamos criando nossa denição de indústria 4.0 conforme nossa realidade produtiva. Sem dúvida, esse novo conceito abordará comunicação entre dispositivos e tratamento de dados.Para conhecer os sistemas produtivos, é necessário inserir bancos de dados, outro ponto para o qual as redes industriais dão suporte. Integração de sistemas ERP é prioritária para que administradores possam fazer tomada de decisão de maneira assertiva. Quando as informações estão disponíveis, utilizar os conceitos de business intelligence ca muito mais confiável.
PowerLink
A rede Ethernet POWERLINK é mais um perl de comunicação voltado para a Ethernet em tempo real. Estende ao IEEE 802.3 funcionalidades de transferência de dados com previsão temporal de dados e sincronização precisa. O protocolo de comunicação é voltado para aplicações de controle industrial e de sincronização de eixos em movimento. É importante lembrar que nenhum desses protocolos RTE removem os princípios básicos da comunicação ethernet, apenas introduzem as funções de comunicação industrial.
Dentre os mecanismos introduzidos pelo POWERLINK, estão: a transmissão de dados com controle crítico de tempo em ciclos iso-síncronos (sempre ao mesmo tempo); sincronia de múltiplos nós de rede comgrande acurácia; manutenção de serviços assíncro-nos por eventos ou solicitação. As informações assíncronas po-dem, então, ser enviadas por protocolos de transferência, como TCP ou UDP, bem como utilizando serviços HTTP, FTP e outros.
Para engenheiros que trabalham com automação, o POWERLINK não exige grande conhecimento da rede ethernet em si, permite até 240 nós interconectados em tempo real para cada sub-rede. A garan-tia de comunicação determinística é inferior a 100 microssegundos por ciclos, garantindo um atraso inferior a 1 microssegundo para todo o conjunto de dados de toda a sub-rede.
O POWERLINK tem (assim como os outros protocolos base Ethernet estudados) interoperabilidade com outros protocolos. A interoperabilidade, nesse protocolo, está direcionada ao protoco-lo CANopen, estudado no capítulo anterior, conforme a norma EN 50325-4. Insere a possibilidade de aplicação ponto a ponto de e para qualquer nó na rede. Permite a inserção e a remoção de dis-positivos na rede sem interromper a comunicação dos demais.
Enquanto os demais protocolos exigiam o uso de equipamentos como roteadores e switches, o protocolo POWERLINK é o único que aceita (por norma) o uso de dispositivos derivadores hub. O padrão IEEE apenas prevê um acréscimo de 70 nanossegundos para cada porta de hub conectada na rede. Isso é possível inclu-sive devido à garantia de uso de redes full-duplex ponto a ponto.
Tanto conectores RJ45 quanto M12 podem ser utilizados para co-municação full-duplex. A pinagem utilizada para RJ45 é a mesma denida pela EIA/TIA T568B:
Pino 1 Branco/Laranja: Rx+
Pino 2 Laranja: Rx-
Pino 3 Branco/Verde: Tx+
Pino 6 Verde: Tx-
Para conectores M12 (4 pinos), a conexão é feita conforme IEC 61076-2:
Pino 1: Azul/Amarelo: Tx+
 Pino 2: Amarelo/Branco: Rx+
 Pino 3: Branco/Laranja: Tx-
 Pino 4: Laranja/Azul: Rx-
No caso de necessidade de comunicação cross-over, deve-se in-terligar o Tx+ ao Rx+, o Tx- ao Rx-, o Rx+ ao Tx+ e Rx- ao Tx-. A mesma regra segue para interoperabilidade de conexão entre RJ45 e M12.
RELEMBRANDO
O protocolo Ethernet POWERLINK utiliza as mesmas caracterís-ticas de dicionário, palavras de dados e serviços que o protocolo CANopen. Incentivo você, aluno(a), a voltar ao capítulo anterior, no qual discutimos as características do arquivo EDS e as informa-ções sobre PDO e SDO, para relembrar essas denições.
Ethernet Powerlink
Trata-se de um protocolo Ethernet que combina o conceito CANopen com Ethernet. O grupo de padronização EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group) é uma associação aberta de fornecedores e usuários finais que precisam de uma Ethernet determinística em tempo real.
 A topologia típica de uma rede Ethernet Powerlink para aplicações industriais.
A vantagem desse protocolo é que ele usa chips comuns de comunicações no meio física, trabalhando com um protocolo denominado Ethernet/IP (IP = Industrial protocol).
Esse protocolo é suportado pela IEA (Industrial Ethernet Association), CI (ControlNet International) e ODVA (Open DeviceNet Vendor Association).
a Internet da mesma forma que os outros dados em tempo real gravados continuamente da seção de processador e placa e a seção Ethernet do farm.
Ethernet POWERLINK Controlled Node for Altera FPGA
Integração Ethernet POWERLINK em dispositivos de campo
O IP Core e o software de protocolo foram projetados para implementar uma comunicação Ethernet POWERLINK baseada em hardware que suporta uma interface Ethernet e um FPGA Altera. Esta solução fornece interfaces uniformes para suporte futuro de protocolos Ethernet Industriais adicionais.
Implementação Rápida de Soluções Personalizadas de Conectividade Ethernet Industrial
XXAT INpact Powerlink - Interface de PC Ethernet Industrial com suporte multiprotocolo.
Inicialmente desenvolvido pela B & R, o POWERLINK foi lançado em 2001.
O Grupo de Padronização Ethernet POWERLINK (EPSG), um
organização de usuários independentes com uma carta democrática,
responsável pelo desenvolvimento da tecnologia desde 2003.
POWERLINK é totalmente independente de patentes e independente de
sistema de comunicação puramente baseado em software que oferece
desempenho em tempo real. Uma versão de código aberto também foi feita
disponível gratuitamente em 2008. O POWERLINK integra todo o
gama de mecanismos CANopen e cumpre integralmente com o IEEE
802.3 Ethernet padrão, ou seja, o protocolo fornece todos os padrões
Recursos Ethernet, incluindo capacidade de tráfego cruzado e hot plugging,
e permite implantar qualquer topologia de rede de escolha.
Protocolos de Rede, conheça os – Ethernet Powerlink
Ethernet Powerlink é uma Rede Industrial aberta e criada com uma missão muito clara! Resolver os problemas de atrasos e determinística que a Rede Ethernet apresentava, e que por isso, a impedia de ser utilizada nos ambientes industriais. Hoje se posiciona como uma das principais redes nesta questão. Vamos falar um pouco sobre ela?
Ethernet Powerlink , uma Ethernet Industrial aberta:
Padronizada em junho de 2003, a Rede Powerlink foi apresentada ao mercado pela associação independente Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG). Ser totalmente compatível com o IEEE 802.3, foi a escolha para manter o Powerlink alinhado com exigências de mercado, com evolução a longo prazo e principalmente sem exigir investimentos em chipset específicos para a sua utilização, se posicionando como uma Rede Industrial de baixo custo. 
Lembra do CANopen:
No próprio site da EPSG está descrito: Powerlink = CANopen sob Ethernet! Isso deixam claras as origens desta rede e mais uma vez fala sobre a importância que os padrões Ethernet que migraram ou se desenvolveram para estarem presentes no ambiente industrial.
Para complementar, entendemos que as Redes Industrial de padrão aberto são uma excelente escolha para empresas que não possuem exigências de redes específicas pelos seus clientes. Quando um fabricante de máquinas ou seu cliente definem marcas de CLP, por exemplo, a decisão sobre qual Rede Industrial utilizar fica limitada, como falamos em outro artigo desta serie. Powerlink é mais uma opção para estas redes abertas.
Vantagens declaradas da Rede Ethernet Powerlink
As vantagens declaradas pela EPSG sobre o Powerlink são:
Diagnósticos claros – Visão geral do tráfego em rede, garantia de largura de banda para diagnóstico e informações detalhadas de diagnóstico para CLP e supervisórios estão entre os destaques;
Alta performance – Máximo desempenho com tempo de ciclo de até 100 microsegundos e sincronização de sistema abaixo de 100 nanosegundos. Conectar até 240 nós em uma mesma rede também é uma das grandes vantagens;
Outras características importantes – Powerlink também se apresenta como uma Rede Industrial com redundância, hot plugging ,cross-traffic direto, multiplexação, encadeamento de resposta de pesquisa e muito mais.
O recorde de número de unidades é do Powerlink!
É inegável a necessidade cada vez maior de integrar controle de chão de fábrica a inteligência de negócios em uma indústria ou instalação de grande porte. O Ethernet Powerlink vem para atender esta demanda. Recentemente estabeleceu um novo recorde mundial no número de unidades sincronizadas prova isso. As máquinas do fabricante alemão Brückner Maschinenbau GmbH apresentam a sincronização completa dos servo acionamentos 728 com um tempo de ciclo de 400 μs e um jitter abaixo de 1 μs.
Explicar sem complicar
É exatamente nisso que a Engenharia de Aplicação da Murrelektronik poderá te ajudar! Fazer as melhores especificações de componentes para a comunicação de dados na sua aplicação de Rede Industrial é o nosso objetivo. Chame um dos nossos consultores para fazer o seu projeto com Rede Industrial e garanta que as melhores vantagens desta rede estarão presentes na sua máquina.
Novos nos de Protocolos Industrias Baseados em Ethernet
Desvantagens
Apesar de ser um padrão já totalmente estabelecido e regulado, adaptadores de fabricantes diferentes não costumam trabalhar bem em conjunto, causando queda de velocidadee diversos conflitos. Portanto, para diminuir esse problema, é bom usar apenas o mesmo modelo de adaptador.
Outra desvantagem da tecnologia é que a velocidade entregue é bem abaixo da velocidade anunciada pela fabricante. Ela depende da qualidade da fiação elétrica do ambiente instalado. Em construções antigas, onde a fiação também é antiga, a rede chega a entregar apenas de 20% a 25% da velocidade prometida.
Conclusão
Partindo do conceito básico de Ethernet, diversos padrões adicionais foram desenvolvidas visando a aplicação específica em ambientes industriais.
Esses padrões levam em conta as exigências básicas que essa aplicação apresenta como o aspecto da confiabilidade que um sistema determinístico oferece, além da velocidade.
O que vimos neste artigo dá ao leitor uma idéia das possibilidades existentes de se implementar esse tipo de rede numa indústria.
Evidentemente, partindo dos conceitos apresentados fica mais fácil para o leitor pesquisar o que os diversos fornecedores oferecem e fazer a melhor escolha para sua aplicação específica.