ELT 431 – Automação Industrial

Departamento de Engenharia Elétrica

Universidade Federal de Viçosa

Prof. M.Sc. Alexandre Santos Brandão

REDES DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Conteúdo

� Redes de Computadores� Objetivos e Justificativas

� Tipos e Padrões de Redes

� DCS - Distributed Control System

� Hart - Highway Addressable Remote Transducer� Hart - Highway Addressable Remote Transducer

� Tecnologia Fieldbus� Profibus PA - PROcess FIeldBUS Process Automation

� Profibus DP - PROcess FIeldBUS Decentralized Periphery

� Fundation Fieldbus

Redes de Computadores

� Objetivos� Necessidade de utilizar diversos computadores, sistema distribuído

� Comunicação entre membros de equipes

� Compartilhamento de recursos

� Busca de informação por todo o mundoBusca de informação por todo o mundo

� Definição� Conjunto de computadores autônomos interconectados, cuja troca de

informações ocorre sem nítida relação de mestre/escravo

� Modelo Servidor-Cliente

Cliente Servidor

Rede

Solicitação

Resposta

Redes de Computadores

� Redes ponto a ponto� Possuem muitas conexões entre pares individuais de máquinas

� Redes de Difusão

PC PC

� Redes de Difusão� Existe apenas um canal de comunicação, compartilhado por todas as

máquinas

� As mensagens curtas (pacotes) são enviadas por uma das máquinas e todas as outras recebem

PC PC PC PC

Redes de Computadores

� Topologia de Redes � Define a forma como as diferentes estações serão interligadas

Estrela Anel

Malha Regular e Irregular Árvore Ponto a PontoMalha Regular e Irregular Árvore Ponto a Ponto

Difusão

Barramento Satélite Anel

Redes de Computadores - Categorias

� LAN – Local Area Network - Rede de alcance local� Interligam um grupo de computadores

� Necessitam de programas que gerenciem tarefas, conhecidos como servidores (DNS, NFS, POP, NIS), os quais ficam hospedados em um computador (host)

� WAN – Wide Area Network - Rede de alcance remoto� WAN – Wide Area Network - Rede de alcance remoto� Interligam computadores geograficamente distantes

� Utilizam linhas de transmissão oferecidas por empresas de telecomunicações e se comunicam por protocolos (SNA, PPP, TCP-IP)

� Internet é uma WAN que engloba todo o planeta

� Os computadores conectados utilizam o protocolo de comunicação TCP/IP, não importando o sistema operacional utilizado

� O protocolo TCI/IP possibilita total compartilhamento de recursos e informações, além de serviços como WWW e FTP

Redes de Computadores - Padrões

� EthernetTM (padrão IEEE 802.3)� Cada computador detecta o tráfego na rede

� Se vazio, transmite suas informações

� Se dois computadores transmitirem informações ao mesmo tempo� São alertados sobre uma colisão

� Param a transmissão

� Esperam um período aleatório para reiniciar a transmissão

� Em caso de colisão� Os dados são perdidos

� Cada um dos envolvidos na colisão aguardam o período para retransmitir, não havendo perdas para o usuário

� À medida que o número de estações aumentam, aumentam também o número de colisões

Redes de Computadores - Padrões

� Token Ring da IBM (padrão IEEE 802.5)� Utiliza um método circular para determinar qual estação tem permissão

para transmitir

� Computador pacientemente� Monitora a rede até que ele veja um padrão especial de bits denominado

permissãopermissão

� Ao ver a transmissão� Envia um pacote de dados

� Este pacote de dados viaja pelo anel de transmissão� Destinatário recebe na passagem

� Quando o pacote retornar ao transmissor� Ele passa o token para a próxima estação

Distributed Control System (DCS)

� Sistema de Controle Distribuído (DCS) se refere a um sistema de controle geral de um sistema de manufatura, processo ou qualquer tipo de sistema dinâmico

� O elemento de controle é distribuído (podem ser um PLC)

� Todo o sistema de controle é por redes de comunicação e monitoramento (redes industriais e sistemas SCADA)

HART - Highway Addressable Remote Transducer

� Protocolo de comunicação que permite a sobreposição de um sinal de comunicação digital aos sinais analógicos de 4-20mA, sem interferência, utilizando a mesma fiação

Modulado em FSK

(Frequency Shift Key )(Frequency Shift Key )

Comunicação Bidirecional

Cada ciclo de pedido e

recebimento de valor dura

cerca de 500 ms

O canal HART é usado na

supervisão da malha.

HART - Highway Addressable Remote Transducer

Modo de Comunicação

Configuração e Calibração

Topologia Multidrop Multiplexador e Host

Fieldbus

� Barramento de campo (Fieldbus)� Denominação dada à rede que interliga os elementos de chão de

fábrica (CLPs, válvulas, indicadores dedicados, sensores, transdutores, atuadores)

� Visa substituir o sistema de sinal analógico 4 - 20mA

Definição� Definição� É uma rede digital, bidirecional de acesso compartilhado, multiponto e

serial, utilizado para interligar os dispositivos primários de automação a um sistema integrado de automação e controle de processos

� Inovação� Os dispositivos de campo podem possuir uma "inteligência“, que os

tornam capaz de executar funções simples de controle

Fieldbus

� Instalação� O padrão 4-20mA requer um par de fios para cada dispositivo,

enquanto o Fieldbus requer apenas um par-trançado para toda a rede

� Manutenção� A depuração é facilitada devido a possibilidade de diagnóstico e

configuração online dos dispositivos de campoconfiguração online dos dispositivos de campo

� Melhora de Desempenho� Aumento de flexibilidade, pois alguns algoritmos e procedimentos de

controle podem ficar no próprio dispositivo de campo

� No padrão 4-20mA, somente uma informação (valor da variável) unidirecional pode ser transmitida, enquanto no fieldbus são transmitidas várias informações de forma bidirecional

Fieldbus

� Equipamentos de Campo� São interligados e energizados via o barramento

� Possuem um endereço físico único no barramento

� Utiliza padrão Token Pass para envio/recebimento de dados

Sistema4 a 20 mA

SistemaFieldbus

15,3 m

A

4 a 20 mA

Transmissor Transmissor

Tag = LIC-012Valor = 70,34Unidade= M3

Status = BomAlarme = S/N

Fieldbus

Barramento/Endereçamento

Fieldbus

� Protocolo de Comunicação

Codificação simétrica, que não ocasiona componente DC

Os dados são representados por bordas de descida e subida

Período de 1bit é de 32us, com taxa de transmissão de 31,25kbps

PROFIBUS - PROcess FIeldBUS

� PROFIBUS/PA – Process Automation� É um protocolo de comunicação especialmente projetado para atender

as necessidades da automação de processos e otimizado para equipamentos de campo

� Permite a definição de parâmetros e blocos funcionais para dispositivos de automação de processosde automação de processos

� PROFIBUS/DP – Decentralized Periphery� É o protocolo utilizada para comunicação entre um ou mais

controladores (Mestre) e módulos de I/O distribuído e dispositivos de campo (Escravos)

� É a solução de alta velocidade (high-speed) do PROFIBUS para aplicações com um grande volume de dados

PROFIBUS - PROcess FIeldBUS

Fundation Fieldbus

� Protocolo de Comunicação

Fieldbus

Aplicação Usuário

FundationFieldbus

H1 – baixa velocidade para controle de processoApresentação

Sessão

Transporte

Rede

Dados

Física

Pilha de Comunicação

Física

processo(substitui tecnologia 4-20mA)

31.25 kbit/s

HSE – alta velocidade para automação avançada

10/100 Mbit/sEthernet/Fibra Ótica

Alimentado pelo barramento

Fundation Fieldbus

� Protocolo de Comunicação

Fieldbus

Aplicação Usuário

FundationFieldbus

Executa codificação/decodificação de Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Dados

Física

Pilha de Comunicação

Física

Executa codificação/decodificação de mensagens da camada do usuário

Programador centralizado determinístico

Transferência eficiente e segura de dados

Suporte ao modelo Cliente/Servidor

Suporte ao modelo Emissor/Assinante

Fundation Fieldbus

� Protocolo de Comunicação

Fieldbus

Aplicação Usuário

FundationFieldbus

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Dados

Física

Pilha de Comunicação

Física

Blocos de Função

Programação de Blocos de Função

Arquivos de Descrição dos Dispositivos

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Prof. M.Sc. Alexandre Santos Brandão

REDES DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL