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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
ELT 431 – Automação Industrial
Departamento de Engenharia Elétrica
Universidade Federal de Viçosa
Prof. M.Sc. Alexandre Santos Brandão
REDES DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
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