Relatório redes digitais e industrias

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UNIVERSIDADE POTIGUAR - UNP 
ESCOLA DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
REDES DIGITAIS E INDUSTRIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAIO GRACO 
ELIEL ROBERTO 
MAILTON ISMAR 
RAMON PABLO 
 
 
 
 
 
 
REDES INDUSTRIAS: DEVICENET 
 
NATAL – RN 
Março/2018 
 
CAIO GRACO 
ELIEL ROBERTO 
MAILTON ISMAR 
RAMON PABLO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REDES INDUSTRIAS: DEVICENET 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este trabalho aborda de forma sucinta 
um dos tipos de rede industrial 
amplamente utilizado chamado 
DeviceNet, sendo ele parte integrante 
de avaliação para a disciplina de Redes 
Digitais e Industriais, ministrada pelo 
docente Leandro Luttiane da Silva 
Linhares ao curso de Engenharia 
Elétrica da Universidade Potiguar. 
 
Orientador: Leandro Luttiane da Silva 
Linhares 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NATAL – RN 
Março/2018 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Níveis de comunicação industrial ............................................................................ 5 
Figura 2 – Estrutura SDCD com barramento duplo ................................................................. 6 
Figura 3 – Topologia estrela. .................................................................................................... 7 
Figura 4 – Topologia Anel. ....................................................................................................... 7 
Figura 5 – Topologia barramento. ............................................................................................ 8 
Figura 6 – Topologia em árvore. .............................................................................................. 8 
Figura 7 – Transmissão serial e paralela................................................................................... 9 
Figura 8 – Comparativo de alguns padrões de comunicação. ................................................ 10 
Figura 9 - Protocolos industriais e prediais ............................................................................ 11 
Figura 10 - Sumário de Características e funcionalidades DeviceNet ................................... 13 
Figura 11 - Cabos utilizados na rede DeviceNet .................................................................... 14 
Figura 12 - Conectores DeviceNet ......................................................................................... 14 
Figura 13 - Taxas de transmissão da rede DeviceNet............................................................. 15 
Figura 14 - Função de alimentação da rede ............................................................................ 15 
Figura 15 - Endereçamento. .................................................................................................... 16 
Figura 16 - Scan list de rede ................................................................................................... 17 
Figura 17 - Estrutura de pacote de dados da rede DeviceNet ................................................. 18 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 4 
1.1 Motivação ........................................................................................................ 5 
2 ABORDAGEM GERAL DAS REDES INDUSTRIAIS ................................................ 6 
2.1 Arquiteturas ..................................................................................................... 6 
2.2 Topologias ...................................................................................................... 7 
2.3 Transmissão de sinais .................................................................................... 9 
2.4 Meios físicos de transmissão ........................................................................ 10 
2.5 Protocolos industriais e prediais.................................................................... 10 
3 REDE DEVICENET ........................................................................................................ 12 
3.1 Características da rede DeviceNet................................................................ 12 
3.2 Arquitetura da rede DeviceNet ...................................................................... 12 
3.3 Meio Físico .................................................................................................... 13 
3.4 Topologia ...................................................................................................... 15 
3.5 Endereçamento de dispositivos .................................................................... 16 
3.6 Configuração da rede .................................................................................... 16 
3.7 Protocolo DeviceNet ..................................................................................... 17 
4 CONCLUSÕES ............................................................................................................... 18 
5 REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 19 
 
 
 
 
4 
1 INTRODUÇÃO 
O uso de redes e sistemas interligados na industrias tornou-se uma aplicação 
indiscutível e imprescindível ao longo dos anos em seus mais diversos segmentos e 
setores, atualmente fica evidente os ganhos que as empresas absorvem com a 
aplicação destas tecnologias, tratamento de informações de forma unificada e 
interligada, compartilhamento de recursos, aumento na confiabilidade de operações, 
redundância na continuidade de funcionamento de sistemas dentre outros ganhos 
expressivos. 
A redução de custos é uma característica a ser destacada quando fala-se na 
implantação, utilização ou melhoria em sistemas de redes interligadas. Uma vez que 
o fato de descentralizar informações que estariam em posse de apenas um 
computador de grande porte agora podem ser divididas em sistemas menores que 
representam menor custo e maior confiabilidade já que o sistema ao apresentar 
qualquer defeito não afetado como um todo. 
Os protocolos industriais surgiram com a função de melhorias na aplicações 
de instrumentos de campo, gerenciar o caminho das informações de processos de 
operação rotineiros e inserir diagnósticos de controle em redes de forma remota. A 
automação industrial traz cada dia mais informações aos barramentos de 
comunicação industrial, isso leva ao questionamento da utilização tradicional de 
sistemas ponto a ponto que tornam as rotinas mais dispendiosas, a evolução da 
engenharia de software e a redução dos componentes microeletrônicos são os 
fatores relevantes para o desenvolvimento de sistemas de automação distribuídos 
desta forma microcontroladores, microprocessadores, memórias e sensores chegam 
aos ambientes industrias de forma acessível em custos viabilizando cada vez mais 
sua utilização. 
A utilização de métodos e ferramentas em conjunto com a aplicação de 
sensores, motores, atuadores, controladores, e outros tantos dispositivos 
conectados entre si através de um barramento de rede industrial trará vantagens 
singulares, facilidade de compreensão de defeitos e aplicações, e redução de custos 
em relação a sistemas centralizados. 
 
 
 
5 
1.1 Motivação 
O mercado atualmente oferece as mais diversas aplicações em redes 
industriais de campo, porém muitas dessas aplicações são de forma proprietária 
levando com isso ao consumidor destes equipamentos de rede ficarem fidelizados a 
determinado fabricante dependendo de produtos, serviços e manutenções. Normas 
de padrão aberto são a grande sacada de grupos desenvolvedores atualmente, com 
isso têm-se estudos afim de garantir a interoperabilidade e maior flexibilidade de 
aplicações para diferentesmarcas dentro de uma mesma rede de equipamentos de 
campo. Tanto o cliente final como as empresas fabricantes ganham com isso pois a 
flexibilidade aumenta a competitividade de vendas de mercado. 
Os dados industriais devem trafegar desde as camadas baixas de chão de 
fábrica até os níveis gerenciais, a confiabilidade, integridade e segurança desses 
dados devem ser preservadas da melhor forma. A arquitetura de redes a ser 
utilizada será responsável pela facilidade e segurança na aquisição de dados, 
produção e comunicação eficientes, melhoria de desempenhos de produção e 
execução, retorno dos investimentos em sistemas de redes. 
O sucesso para a aplicação de uma rede industrial passará por vários pontos 
importantes a serem observados e definidos pelo projetista no momento da 
implantação da mesma. Será necessário estabelecer quais áreas estarão 
envolvidas, que tipo de centro de controle e armazenamento melhor atenderá a 
demanda de dados, condições e disposição física do ambiente, velocidade de 
transmissão de dados, capacidade de expansão prevista, suporte técnico, 
compatibilidade e familiarização dos sistemas implantados, dentre outros pontos. 
 
Figura 1 - Níveis de comunicação industrial
 
 
6 
 
2 ABORDAGEM GERAL DAS REDES INDUSTRIAIS 
2.1 Arquiteturas 
No início as arquiteturas eram baseadas em controladores de malha única de 
realimentação (SLC – single-loop controllers), com o passar dos anos foi implantado 
o sistema de controle digital direto que se resumia um grande número de malhas em 
um único computador e esse computador centralizava todas as informações e 
funções de controle. Esse tipo de aplicação foi reinventado e reformulado para atuar 
como sistema de controle distribuído, na década de 90 o sistema de controle 
distribuído tornou-se um misto de todos os outros anteriores com malhas de controle 
em pequenos grupos, grupos com processamento individual, controladores não 
conectados através de um barramento de comunicação de dados, barramento 
redundante, com este tipo de aplicação mista os resultados foram expressivos 
quanto a tempo de respostas de processamento. 
 
 
Figura 2 – Estrutura SDCD com barramento duplo 
 
Múltiplas copias de componentes dos sistemas levam a uma maior 
flexibilidade e redundância, dependendo da aplicação haverá a necessidade de um 
certo estudo para a melhor distribuição geográfica. 
 
 
7 
2.2 Topologias 
Concerne quanto a forma de organização dos enlaces físicos e os nós de 
comutação estão dispostos nas redes, as configurações de montagem podem ser 
nas seguintes formas. 
Estrela, um mestre se comunica com os escravos, sem comunicação direta 
entre os escravos, os escravos podem ter protocolos ou velocidades diferentes, falha 
no nó central afeta toda a rede, falha em apenas um dos nós afeta apenas a ele 
mesmo. 
 
 
Figura 3 – Topologia estrela. 
 
Anel, possui ligação sequencial fechada entre todas as estações da rede, 
ligações bidirecionais para tráfego de dados, o pacote de dados passa de estação 
em estação até o seu endereço final, falhas em uma estação afeta apenas a ela 
mesma, falha no anel afeta toda a rede. 
 
 
Figura 4 – Topologia Anel. 
 
 
8 
Barramento, cada estação se conecta em um barramento de transmissão de 
dados, falha em uma estação afeta somente a elas mesmas, falha no barramento 
afeta toda a rede. 
 
 
Figura 5 – Topologia barramento. 
 
Arvore, trata-se de uma mistura de todas as outras arquiteturas anteriores 
conectadas entre si, bastante comum nas redes por possuírem uma grande 
quantidade de equipamentos. 
 
Figura 6 – Topologia em árvore. 
 
 
 
 
 
 
9 
2.3 Transmissão de sinais 
Para a transmissão de sinais podem ser utilizadas algumas técnicas como a 
serial e paralelo, a comunicação paralela ocorre em sistemas digitais de localização 
aproximada, vários bits são enviados de uma só vez, existência física de vários 
canais para cada bit, possui maiores velocidades e apresentam baixa imunidade a 
ruídos. 
A forma de comunicação serial, os dados são transmitidos em sequência 
lógica de bits, é mais simples que a paralela, utiliza apenas um canal de 
comunicação, possuem menores velocidades, apresentam menor custo, é mais 
imune a ruídos. 
 
Figura 7 – Transmissão serial e paralela 
 
A transmissão serial pode ainda ser dividida em síncrona e assíncrona, 
quanto ao trafego de dados pode-se aplicar os tipos de comunicação simplex, half-
duplex ou duplex. Quanto a sua referência a comunicação pode ser desbalanceada 
(terra dos sinais conectados ao terra do sistema) este modo possui baixa imunidade 
a ruídos, balanceada (terra de sinais e do sistema são individuais) isso promove a 
alta imunidade a ruídos. 
Os padrões para interface serial especificam as características elétricas, 
mecânicas e funcionais dos circuitos entre dois equipamentos e determinam nomes, 
números e quantidade de fios necessários para se estabelecer a comunicação. 
Estes padrões são estabelecidos pela TIA (Associação Internacional de 
Telecomunicações) e pela EIA (Associação Internacional de Eletrônica). 
 
 
 
10 
 
 
Figura 8 – Comparativo de alguns padrões de comunicação. 
 
Dentre os padrões mais utilizados podemos citar, RS-232, RS-422, RS-485, 
V.35, USB. 
2.4 Meios físicos de transmissão 
O meio pelo qual irão trafegar os dados entre as estações de uma rede 
industrial é o que trata os meios físicos de transmissão, o meio físico com o passar 
dos anos e o constante advento das tecnologias não mais são apenas cabos físicos 
mas também transmissões sem fios. 
Dentre os meios de transmissão mais utilizados e conhecidos temos, cabo 
coaxial, par trançado, fibra ótica (multimodo, monomodo), transmissão sem fios 
(spread spectrum, modem, radio enlace, wifi, bluetooth, zigbee, GSM/GPRS, etc.). 
 
2.5 Protocolos industriais e prediais 
Os protocolos de campo podem ser separados em três categorias, sendo 
elas: 
 Nível mais baixo (sensorbus) – redes de dispositivos simples 
(sensores/atuadores em nível de bit – I/O): ASI (Actuator Sensor 
Interface), SERIPLEX, Interbus-S, Profibus-PA, HART. 
 
 
11 
 Nível médio (devicebus) – redes de controladores de campo 
(comunicação serial entre CLP): CAN (Controller Área Network), 
Lonworks, DeviceNet, Profibus-DP. 
 Nível alto (fieldbus) – redes de computadores (mestres) para controles 
e instrumentação mais sofisticada: SP50-H2, Ethernet industrial, 
Profibus-FMS. 
 
 
Figura 9 - Protocolos industriais e prediais 
 
Muito são os protocolos industriais existentes, como a proposta deste trabalho 
é a abordagem da rede DeviceNet, os tópicos a seguir irão se ater a mesma. 
 
 
12 
3 REDE DEVICENET 
3.1 Características da rede DeviceNet 
 
Trata-se de uma rede de baixo nível baseada no protocolo de comunicação 
CAN, esta rede permite a interação desde equipamentos simples como módulos I/O, 
sensores e atuadores até equipamentos mais complexos como controladores lógicos 
programáveis e microcontroladores. 
DeviceNet possui protocolo aberto além de um número vasto de fornecedores 
e fabricantes de equipamentos, a sua difusão conta com o apoio da ODVA (Open 
DeviceNet Vendor Association) que é uma organização com o objetivo de divulgar, 
padronizar e difundir a rede visando seu crescimento. Esta rede é bastante útil e 
versátil, permite auto diagnóstico, simples conexões entre dispositivos, diminuição 
de custos de instalação, startup, testes e expansão do sistema como um todo. 
É um rede digital, multi-drop que tanto conecta dispositivos como serve de 
rede de comunicação entre os controladoresindustriais e dispositivos I/O em que 
cada controlador e/ou dispositivo é considerado como um nó na rede, além de ser 
um rede produtor/consumidor que trabalha em várias hierarquias de comunicação e 
priorização de mensagens evitando a perda de dados de operação, podendo ser 
configurada para trabalhar de forma mestre/escravo ou em forma de controle 
distribuído usando configuração ponto a ponto. 
Outras características importantes desta rede são que possui alimentação da 
rede em seu cabeamento estruturado, desta forma reduzindo a exigência de cabos 
extras na instalação, inserção e remoção de nós sem a necessidade de desligar 
dispositivos e desconexão da rede elétrica facilitando intervenções e manutenções 
da rede, necessidade de utilização de resistores de terminação em cada fim de linha 
para evitar reflexões de sinais, múltiplas fontes de alimentação para o dispositivo. 
3.2 Arquitetura da rede DeviceNet 
Geralmente trabalha em uma configuração em tronco, terminações e linhas 
secundárias que podem formar outras redes e malhas. O mesmo cabo irá transmitir 
dados e levar alimentação aos pontos que assim exigirem, vale salientar que para 
 
 
13 
dispositivos autoalimentados terão um isolamento óptico disponibilizado pelo próprio 
fabricante do equipamento. 
Esta rede irá suportar até 64 nós lógicos, sendo endereçados tanto pelo CLP 
como através de deep switches dos equipamentos de rede, os dispositivos saem de 
fábrica com o endereço padrão 63, o endereço 64 geralmente é utilizado para 
expansão da rede. 
Com relação a transferência de dados, a rede suporta 125 Kbps, 250 Kbps, 
500 Kbps a depender do comprimento do cabo e tamanho da rede. Configurações 
como máster/slave, peer-to-peer, multimaster, dependem da capacidade do 
dispositivo e do tipo de aplicação de rede. A correta escolha influenciará na redução 
do tempo de resposta do sistema. 
 
Figura 10 - Sumário de Características e funcionalidades DeviceNet 
 
3.3 Meio Físico 
Utiliza um cabo com dois pares de fio e uma malha de dreno, dois fios são 
usados para alimentação dos equipamentos com tensão elétrica de 24 Vcc, dois fios 
para comunicação utilizando método de níveis lógicos alto/baixo, um fio de dreno 
para aterramento, sendo ainda que existe um blindagem externa por pares de fios 
 
 
14 
sendo feita em fita de alumínio, e uma blindagem geral do cabo como um todo 
também em fita de alumínio. 
A padronização de cores segue da seguinte forma, no par de alimentação 
vermelho (+V) e preto (-V), no par de comunicação branco (CAN High) e azul (CAN 
Low). 
Os cabos utilizados na rede DeviceNet são os seguintes: o cabo tronco 
também chamado de cabo grosso, possui diâmetro externo de 12,2 mm e alcança 
distância máxima de 500 metros, outro chamado de cabo fino que interliga os nós do 
sistema mas também pode compor o tronco do sistema dependendo da aplicação 
com diâmetro externo de 6,9 mm e por último um cabo flat que é utilizado apenas na 
ligação de nós/dispositivos não sendo indicado para confecção de tronco de rede 
com dimensões de 19,3 mm x 5,3 mm para ser utilizado com conectores especiais 
visando reduzir custos e tempo de montagem. 
 
 
Figura 11 - Cabos utilizados na rede DeviceNet 
 
Para determinados tipos de conectores da rede pode-se instalar os resistores 
de terminação neles e em outras aplicações esses resistores podem ser internos a 
equipamentos de fim de rede do tipo CLP por exemplo mas com a funcionalidade de 
desabilitar o mesmo. Esses resistores precisam ser de 121 Ohms e ¼ Watts e 
estarão conectados entre os dois cabos de sinal (azul e branco). 
 
Figura 12 - Conectores DeviceNet 
 
 
15 
Os sinais de comunicação utilizam a técnica de tensão diferencial para os 
níveis lógicos, os níveis de sinais variam CAN Low (1,5 a 2,5 Vdc) e CAN High (2,5 a 
4,0 Vdc). 
3.4 Topologia 
As topologias de rede usadas são as do tipo barramento e árvore, a estrela e 
anel não são aplicadas para essa rede, basicamente será um cabo central “tronco” 
com derivações que partem deste cabo. Alguns requisitos são necessários para a 
confecção de um rede DeviceNet; 
 A distância entre um equipamento derivado da linha principal não pode 
exceder 6 metros; 
 A distância entre dois pontos não pode ser maior que a distância 
especificada para cada tipo de cabo utilizado. 
A figura a seguir mostra as taxas de transmissão para cada tipo de cabo 
utilizado. 
 
Figura 13 - Taxas de transmissão da rede DeviceNet 
Para a fonte de alimentação também é necessário alguns pontos a seguir 
conforme figura baixo. 
 
Figura 14 - Função de alimentação da rede 
 
 
16 
Mais de um fonte pode ser utilizada nesta rede, faz-se necessário apenas que 
estejam posicionadas em centros de carga da rede e que estejam isoladas 
eletricamente entre si. 
3.5 Endereçamento de dispositivos 
O número máximo de dispositivos na rede será de 64, dispostos logicamente 
de 0 a 63 sendo o endereço 63 default de fábrica dos equipamentos, aconselha-se 
utilizar até 62 endereços guardando o ultimo para expansão de rede. 
 
Figura 15 - Endereçamento. 
Fontes e device boxes (caixas de conexões) não são endereçáveis. 
3.6 Configuração da rede 
Por se tratar de uma rede de protocolo aberto, existem vários fabricantes e 
fornecedores de equipamentos desta forma existem diversos softwares de 
configuração de instrumentos, para uniformizar estas configurações devem ser 
observados os seguintes pontos: 
 Eletronic Data Sheet’s 
Eletronic Data Sheet’s são arquivos de especificação associados a um 
dispositivo, permitem uma rápida configuração de sistemas computacionais de níveis 
mais altos. 
Estes arquivos tem o formato ASCII e incluem a descrição de atributos 
essenciais do instrumento como: nome, faixas de operação, unidades de 
engenharia, tipos de dados, etc. 
 
 
17 
 Scan List 
Deverá instruir o controlador e a placa de scanner, que se comunica com a 
rede, sobre todos os dispositivos componentes da mesma. 
Deve-se identificar seus equipamentos por seu endereço de rede, que poderá 
ser configurado via deepswitch ou ainda através do software de configuração da 
rede. 
Os equipamentos normalmente possuem um LED de status no dispositivo 
escravo para identificar sua conexão à rede. 
 
–LED verde: conexão correta 
–LED verde piscando intermitente: endereço não disponível no scan list 
–LED vermelho: endereço repetido na rede 
 
 
Figura 16 - Scan list de rede 
3.7 Protocolo DeviceNet 
O pacote de dados DeviceNet é composto por 1 bit de início de cabeçalho 
(Start Of Frame), 11 bits no campo Identificador que é o campo responsável pela 
arbitragem, 7 bits de controle (campos RTR e Campo de controle), 8 bytes (variável 
de 0 a 8 bytes) no campo de “Dados”, 15 bits no campo CRC (Cyclic Redundancy 
Code) responsável pelo detecção de erros, 1 bit para delimitar o final da verificação 
CRC, 1 bit de ACK (acknowledgement) responsável pela confirmação de recepção e 
1 bit para delimitar o ACK. Como final de frame temos 7 bits e entre os frames é 
necessário um espaço de 3 bits. 
 
 
18 
 
Figura 17 - Estrutura de pacote de dados da rede DeviceNet 
 
4 CONCLUSÕES 
A atividade realizada possibilitou maior experiência a respeito do mecanismo 
de redes industriais DeviceNet aplicados a diferentes possibilidades de sistemas, o 
envolvimento na modelagem de sistemas determinou o aprimoramento do trabalho 
em equipe, a busca por soluções e hipóteses para as diversas dificuldades que 
surgiram durante o trabalho. 
Esta rede aplica-se ao nível operacional. É uma rede importante a nível de 
equipamentos de baixa tensão. Proporcionacomunicações fiáveis e possibilita a 
troca de informações entre sistemas de fabricantes diferentes. 
É uma solução simples para instrumentação e automação industrial capaz de 
reduzir custos e simplificar processos devido a sua capacidade de auto scanner, 
reduzindo também o tempo de instalação, permite a interoperabilidade de diversos 
fabricantes de equipamentos. 
Em diversos momentos, as metodologias adotadas puderam ser relacionadas 
em teoria e prática com os conteúdos de disciplina do curso, com isso os 
componentes consideram o objetivo de aplicação e aprendizado foram concluídos 
com satisfação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
5 REFERÊNCIAS 
 QUEIROZ, Wilmar Oliveira de. Redes Industriais. Disponível em: 
<https://www.passeidireto.com/arquivo/6669669/visao-geral---redes-
industriais>. Acesso em: 18 mar. 2018. 
 WEG. Manual da comunicação DeviceNet. 2008. Disponível em: 
<http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-ssw07-comunicacao-devicenet-
manual-portugues-br.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018. 
 SOUZA, Eduardo Luís da Silva. REDES DE COMUNICAÇÃO 
INDUSTRIAL. 2010. Disponível em: 
<http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1971.pdf>. Acesso em: 
25 mar. 2018. 
 SCHNEIDER ELETRIC. REDES DE COMUNICAÇÃO 
INDUSTRIAL. Portugal: Centro de Formação da Schneider Electric Portugal, 
2007. 
 LUGLI, Alexandre Baratella; SANTOS, Max Mauro Dias. Sistemas FieldBus 
para automação industrial: DeviceNet, CANopen, SDS e Ethernet. São 
Paulo: Érica, 2011. 
 ALBUQUERQUE, Pedro Urbano Braga de; ALEXANDRIA, Auzuir Ripardo 
de. Redes Industriais: Aplicações em sistemas digitais de controle 
distribuído. São Paulo: Ensino Profissional, 2009.