Apresentação sobre Redes Industriais realizada na UNIP Jundiaí/SP no dia 16/10 para o curso de Automação Industrial. A palestra fornece uma visão geral das principais Redes Industriais, incluindo Modbus, ASI, Profibus, Profinet, Devicenet, Ethernet I/P e Hart.

1. Palestra
“Redes Industriais”
Carlos Mandolesi Jundiaí/SP – 16/10/2014

2. Sobre mim: CARLOS MANDOLESI
Engenheiro eletricista, formado na UNIFEI (Universidade Federal de Itajubá) em 1992
Pós-graduado em Gestão de Negócios, USF, 2005
Trabalhei por 10 anos na General Electric em diversas áreas
Moro em Itatiba/SP
Minha empresa a Sigmma, atua na área de representação comercial, treinamentos, consultoria e marketing digital e irá completar 10 anos neste ano
Sou diretor de um entidade profissional sem fins lucrativos, onde promovemos eventos e troca de conhecimento (www.isacampinas.org.br)

3. Sobre minha empresa: SIGMMA
Sigmma, atua na área de representação comercial, treinamentos, consultoria e marketing digital e irá completar 10 anos neste ano

4. Redes de Comunicação
Uma rede de computadores é basicamente um conjunto de dispositivos micro processados ligados entre si de forma a possibilitar o armazenamento, recuperação, e compartilhamento de informação pelos seus usuários.

5. Redes de Comunicação
Os dispositivos envolvidos numa rede podem ser:
Computadores,
Servidores,
Impressoras,
Dispositivos de armazenamento de dados e
Controladores Lógicos Programáveis entre outros.

6. O que é uma Rede Industrial
Rede industrial é uma Rede de comunicação dedicada à troca de dados e informações entre equipamentos no ambiente industrial.

7. Equipamentos de uma rede industrial:
Computadores
CLP’s
Robôs
Terminais de válvulas
Balanças
Sensores
Atuadores
Inversores
Centros de Comando de motores (CCMs)

8. Padrões de Redes
É fundamental existirem padrões para a comunicação entre equipamentos.

9. Padrões de Redes
Órgãos e associações atuam na padronização de redes:
ISA – International Society of Automation
IEEE – Institute of Electrial and Electronic Engineering
ISO – International Organization for Standarization
EIA – Electronic Industries Association
ANSI – American National Standards Institute. EUA. Ligado a ISO.

10. Tipos de Padrões de Redes
Aberto ou de Domínio público: Estabelecido por órgãos oficiais de normatização, padronização
Proprietário: Estabelecido por algum fabricante e restrito aos seus equipamentos.

11. Curiosidade

12. Modelo de Camadas OSI

13. Protocolos de Comunicação
Protocolos de comunicação são convenções ou regras utilizadas por um programa ou sistema operacional para a comunicação entre dois ou mais equipamentos.
Para integrar em rede a diversidade de computadores ou outros dispositivos microprocessados gerados pela filosofia de sistemas abertos, foram criados padrões de camadas para os protocolos.
Existem protocolos proprietários e abertos.
Exemplos de protocolos do dia-a-dia: HTTP, TCP/IP, POP, SMTP

14. Redes Determinísticas
O determinismo está relacionado à capacidade em se estimar com precisão exata quanto tempo levará para transmitir uma mensagem de uma estação até o recebimento por outra estação, ou seja, existe previsibilidade nos tempos de transmissão.

15. Topologia de Redes - Barramento

16. Topologia de Redes - Anel

17. Topologia de Redes - Estrela

18. Meios Físicos – Par Trançado

19. Meios Físicos – Fibra Ótica

20. Meios Físicos – Fibra Ótica

21. Tipos de Conexão

22. Conexão Multiponto

23. Redes sem Fio (Wireless)

24. Curiosidade – Cabos Submarinos

25. Redes Industriais Seriais
O setor de comunicação industrial conta atualmente com uma quantidade muito grande de produtos e protocolos usados nas comunicações entre as plataformas de computadores e os dispositivos usados nas aplicações de automação industrial. Muitos destes dispositivos utilizam os padrões EIA RS 232, RS 422 e RS 485 entre os computadores e dispositivos microprocessados. Erroneamente tem-se o conceito de que estes padrões definem protocolos de comunicação específicos.

26. Redes Industriais Seriais

27. Redes Ethernet
A rede Ethernet foi o primeiro grande sistema de rede a ser oferecido sem o uso de protocolos proprietários. A rede Ethernet foi criada em conjunto pelas empresas Xerox, DEC e Intel. Trata-se de uma rede usada mundialmente tanto para a área industrial como para escritórios.
Outra grande vantagem desta rede é o grande número de fabricantes que colocam no mercado produtos compatíveis com a rede Ethernet.

28. Redes Ethernet - Padrões

29. Switches Industriais

30. Switches Industriais x Escritório
INDUSTRIAIS
PADRÃO ESCRITÓRIO
Projetados para ambiente industrial, suportando altas temperaturas, poeira, vibração, imunidade a ruídos e EMC
Projetados para ambientes de escritório
Alta disponibilidade
Disponibilidade padrão
Alimentação redundante em 24Vcc
Alimentação 110/220 Vca
Permite topologia em anel com tempo de recuperação inferiores a 300ms
Tempo na ordem de segundos
Usados em aplicações em tempo real (determinístico)
Aplicações de e-mail, web, rede (não determinístico)
Compatibilidade com padrões de comunicação industriais OPC
Não disponível
Integração com sistemas de supervisão
Não disponível
Homologados pelos principais fornecedores de automação
Não disponível
Participação ativa em associações ligadas às redes industriais: ODVA, IAONA, PROFIBUS, FIELDBUS FOUNDATION, IEEE, United Networx
Não tem participação e conhecimento dos protocolos industriais

31. Instalação Tradicional (via cabos)

32. Uso de Redes Industriais
X
Tradicional
Rede

33. Benefícios das Redes Industriais
A utilização de redes e protocolos digitais prevê um significativo avanço nas seguintes áreas:
Custos de instalação, operação e manutenção
Procedimentos de manutenção com gerenciamento de ativos
Fácil expansão e upgrades
Informação de controle e qualidade
Determinismo
Baixos tempos de ciclos
Várias topologias
Padrões abertos
Redundância em diversos níveis
Menor variabilidade nas medições
Medições multivariáveis

34. Qualidade da Instalação de Redes
Estes são alguns dos aspectos que devem ser observados durante a instalação de uma rede industrial:
Tipos de cabos
Interligação dos cabos
Encaminhamento dos cabos
Conectores e prensa-cabos
Aterramento
Configuração dos dispositivos de rede
Documentação da rede

35. Certificação de Redes

36. Softwares para Gerenciamento de Redes

37. Evolução das Redes Industriais

38. Principais Redes Industriais
Modbus
Modbus TCP
Hart
ASI
Profibus-DP
Profibus-PA
Profinet
Devicenet
Ethernet/IP
Fieldbus Foundation

39. O protocolo MODBUS desenvolvida pela Modicon em 1979
Dispositivos mestre-escravo / cliente- servidor
Ele é um padrão de fato
Poder ser RS232, RS-485
Velocidade até 115K
Rede Modbus Serial (ou Modbus RTU)

40. Modbus - Funcionamento

41. Modbus - Exemplo

42. Modbus TCP
Tipo de Rede:
Rede Ethernet-TCP/IP, do tipo cliente/servidor, protocolos
TCP/UDP/IP, Layer 3-4
Topologia:
Muito flexível: estrela, árvore ou linha
Todas as topologias que podem ser implementadas com o padrão Ethernet incluindo redes com switches.
Instalação :
Padrões 10, 100 or 1000 Mbit/s Ethernet baseados em cabos de cobre, fibra ótica ou wireless podem ser usadas.
Velocidade :
10, 100, 1000 Mbit/s/s
Máx. Estações :
Praticamente ilimitada
Dados:
Até 1.500 Byte por Telegrama
Total: praticamente ilimitada

43. Hart
“HART” é a sigla em inglês para “Highway Addressable Remote Transducer” (Via de Dados Endereçável por Transdutor Remoto). O protocolo HART utiliza o padrão Bell 202 de Chaveamento por Deslocamento de Frequência (FSK) para sobrepor os sinais de comunicação digital sobre o sinal de 4-20 mA.

44. Hart - Funcionamento

45. Hart Exemplo

46. Rede Asi
O protocolo AS-Interface, comumente referenciado somente como AS-i (proveniente de Interface Sensor Atuador) foi criado por conjunto de onze empresas ligadas a setores de automação, através de um consórcio fundado em 1990, denominado “ASI consortium”.
Uma das principais ideias do projeto AS-i era levar ao nível de sensores e atuadores os benefícios já alcançados nos níveis superiores da hierarquia de automação industrial.
Desta forma, a rede AS-i foi concebida para complementar os demais sistemas e tornar mais simples e rápida as conexões dos sensores e atuadores com os seus respectivos controladores.

47. Rede Asi
Transferência de dados
Mestre escravo com polling cíclico.
Endereçamento
Os escravos recebem um endereço enviado pelo mestre ou um terminal de configuração.
Estrutura da rede
Barramento, anel, estrela, ou árvore.
Meio físico
Dois cabos não trançados e nem blindados para dados e energia (24V DC), tipicamente até 200mA por escravo e 8A por rede.
Comprimento de cabo
Máximo 100m. Maiores distâncias podem ser obtidas com repetidores. Não é necessário nenhum tipo de terminador.
Número de escravos
31 escravos.
Número de sensores e atuadores
4 sensores e 4 atuadores por escravos. Máximo de 248 participantes binários por rede.
Tempo de ciclo
5ms para uma rede completa, com 31 escravos. Cada escravo pode utilizar até 150μs do tempo da rede por ciclo. Os dados transmitidos são limitado a 4 bits por escravos que podem ser trocados a cada ciclo. Mensagens longas podem ser transmitidas dividindo-as em vários ciclos.
Taxa de transferência
A taxa de transferência no AS-i é de 167kbit/s, resultando em 6μs como o tempo gasto de transmissão de um bit (tempo de bit).

48. Asi - Cabo

49. Asi - Exemplo

50. Profibus DP
A transmissão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais utilizada no PROFIBUS, embora a fibra ótica possa ser usada em casos de longas distâncias (maior do que 80Km). Seguem as principais características:
Transmissão Assíncrona NRZ.
Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, selecionável.
Par trançado com blindagem.
32 estações por segmento, máx. 127 estações.
Distância dependente da taxa de transmissão (tabela 1).
12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m.
Distância expansível até 10Km com o uso de repetidores.
9 PIN, D-Sub conector.

51. Profibus – Cabo e Distâncias
Baud rate (kbit/s)
9.6
19.2
93.75
187.5
500
1500
2000
Comprimento / Segmento (m)
1200
1200
1200
1000
400
200
100

52. Profibus – PA
O protocolo digital Profibus-PA é uma variação do protocolo Profibus que foi desenvolvido para atender as necessidades da automação e controle de processos. O PROFIBUS PA tem as seguintes características:
É um protocolo de comunicação dedicado para equipamentos de campo, tais como transmissores, posicionadores de válvulas, atuadores, conversores, etc.
Possibilidades de uso em áreas classificadas (Intrinsecamente Seguro).
A camada física está de acordo com o padrão IEC 61158- 2, variante H1.
Baud rate: 31.25 kbit/s;
Topologia: Barramento, árvore/estrela, ponto a ponto.
Permite no máximo 32 equipamentos(non-”Ex”) por segmento, num total de 126 equipamentos.
Aproximadamente 9 equipamentos(Explosion Group IIC).
Aproximadamente 23 equipamentos(Explosion Group IIB).
Cabeamento máximo de 1900m, sem repetidores.
Permite 4 repetidores: distâncias de até 10Km

53. Profibus-PA Cabos e Equipamentos

54. Profinet
O Profinet é uma rede padronizada pela Associação Profibus Internacional como uma das quatorze redes de Ethernet industrial.
A norma que regulamenta o Profinet é a IEC61158-5 e IEC61158-6, sendo o décimo protocolo incluso nessa norma.
Basicamente, há dois tipos de redes Profinet: Profinet IO e Profinet CBA. O Profinet IO é utilizado em aplicações em tempo real (rápidas) e o Profinet CBA é utilizado em aplicações onde o tempo não é crítico, por exemplo, na conversão para rede Profibus DP.

55. Crescimento do uso do Profinet

56. Devicenet
A rede DeviceNet é uma rede de baixo nível que proporciona comunicações utilizando o mesmo meio físico entre equipamentos, desde os mais simples (como sensores e atuadores), até os mais complexos, como Controladores Lógicos Programáveis (CLP) e microcomputadores.
A rede DeviceNet possui o protocolo aberto, tendo um número expressivo de fornecedores de equipamentos que adotaram o protocolo.
A ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), é uma organização independente com objetivo de divulgar, padronizar e difundir a rede DeviceNet visando seu crescimento mundial.

57. Características

58. Ethernet I/P
O protocolo EtherNet/IP (Industrial Protocol) é um rede industrial Ethernet TCP/IP aberta com recursos de controle em tempo real, que foi introduzida no mercado em 2001.
O EtherNet/IP estende o protocolo Ethernet padrão de mercado até o Common Industrial Protocol (CIP) - o mesmo protocolo de camada superior e modelo de objeto encontrado no DeviceNet.
O CIP permite ao aos desenvolvedores de produtos EtherNet/IP e produtos DeviceNet, integradores de sistemas e usuários a aplicar os mesmos objetos e perfis de interoperabilidade plug- and-play entre os dispositivos de vários fornecedores e em várias sub-redes.

59. Exemplo

60. Comparação entre Redes

61. Uso de Redes Industriais

62. Uso Ethernet Industrial (2009)

63. Como escolher?

64. Como escolher?

65. Como escolher?

66. O Futuro

68. (11) 4594-1849
(11) 98609-3771
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