apresentacao - aula 01 rede industrial

8/20/2019 APRESENTACAO - Aula 01 Rede Industrial

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FENG – ENGEN

Rede Industrial e Tecnologias de ControleRedes Industriais Semestre 02/2015

Engenharia de Controle e Automação


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Introdução

Muitos sistemas e técnicas tem sido

desenvolvidos para o controle de

operação, supervisão e gerenciamento

na otimização do processo industrial .

O mesmo ocorre na

parte física do

processo de automação industrial , com

novas tecnologias e métodos para a

transmissão em redes de dados bem

como conceitos de desenvolvimento.

Data

base

ERP and Information Systems

Business Intelligence

HMI and Vie

Typical SystemArchitecture

MES and Automation Systems

Manufacturing Intelligence

Controllers

Server1 Server2


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Arquitetura da Automação Industrial

Nível 5: Administração dos recursos da empresa. Softwares paragestão de vendas e financeira. Decisão e gerenciamento de todo osistema.

Nível 4: Nível da programação e planejamento da produção,realizando o controle e a logística dos suprimentos.

Nível 3: Controle do processo produtivo da planta. Constituído porbanco de dados, com informação sobre índices de qualidade daprodução, relatórios e estatísticas de processo, índices deprodutividade, algoritmos de otimização da operação produtiva.

Nível 2: Controladores digitais, dinâmicos e lógicos, e de algum tipode supervisão associada ao processo. Aqui se encontramconcentradores de informações sobre o Nível 1, e as InterfacesHomem-Máquina (IHM)

Nível 1: É o nível das máquinas, dispositivos e componentes (chão-de-fábrica).

ISA-95https://www.isa.org/isa95/


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Warehousing, Receiving,MES, CMMS, CAPA,LIMS, Auto ID

Level 4

ERP, Compliance,

Analysis,Health/Safety/Environment

Level 5

HMI, DCS, Historians,

Batch, Compliance

Level 3

Equipment and sensorsLab Instruments

Level 1

HMI, PLC’s,

DCS,Instrumentation, Analytics

Level 2

Arquitetura da Automação Industrial ISA-95

http://www.microsoft.com/sql/bi/default.mspxhttp://www.microsoft.com/sql/bi/default.mspxhttp://www.camstar.com/http://www.camstar.com/http://www.rosemount.com/products/pressure/m3051s.htmlhttp://www.rosemount.com/products/pressure/m3051s.htmlhttp://www.ab.com/drives/powerflex/40/images/pf40_large.jpghttp://www.ab.com/drives/powerflex/40/images/pf40_large.jpg


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The Connected EnterpriseIntegrated Control and Information

Enterprise Optimization

Information Aggregationand Analytics

Converged Secure NetworkInfrastructure

Multi-disciplinedControl

Intelligent Assets

BusinManage

ProduManage

Opera

Engine

Mainte

ISA-95

http://www.rockwellautomation.com/http://www.rockwellautomation.com/


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Arquitetura de Referência

Converged Plantwide Ethernet (CPwE)

Design guidance Best practices and

recommendations

Methodology

Documented configuration

settings

Developed against tested and

validated architectures

“Future-ready” networkfoundation

GE Link for FailoverDetection

Firewall(Active)

Firewall(Standby)

Layer 3Router

Layer 3 SwitchStack

Layer 2 Switch

Drive

Controller

HMIController

Drive

HMI

Distributed I/ODistributed I/O

Level 0 –2

HMI

Cell/Area #1(Redundant Star Topology)

Cell/Area #2(Ring Topology)

Ce

M

Demilit

DemilitWindows 2003 Servers• Remote desktop connection• VNC• PCAnywhere

FactoryTalk Applications• View• Metrics• Historian• AssetCentre• ProductionCentre

Network Services• DNS, DHCP, syslog server • Network and security management

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/enet-wp004_-en-e.pd

http://www.rockwellautomation.com/http://www.rockwellautomation.com/http://www.rockwellautomation.com/http://www.rockwellautomation.com/


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Arquitetura de Referência Wireless

Converged Plantwide Ethernet (CPwE)

Design guidance Best practices and

recommendations

Methodology

Documented configuration

settings

Developed against tested and

validated architectures

“Future-ready” networkfoundation

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/enet-wp034_-en-p.pd

http://www.rockwellautomation.com/http://www.rockwellautomation.com/


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Evolução do controle distribuído

1990’s

Flex I/O

Drive

PBPanel

A partir de 20

Multi-disciplinedController

Drive

SafetyController

IH

Flex I/O

O.S.

PackaContr

1980’s


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A Rede Industrial

Uma rede faz a comunicação entre um determinado número de estações de formatrocar informações entre si.

Também transmite informação para o controle de um processo. Uma rede é distingsistema que compõe o backbone. Suas características podem ser determinadas egerenciamento do fluxo de informação dentro do sistema.

Informação ........ Controle ......... Dispositivos (campo)


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Sistema em tempo real

Um sistema em tempo real executa as tarefas em sincronismo com o tempo pres

tarefas podem consistir na aquisição de dados, cálculos de controle de processouma ação crítica e controle de atuadores.

Atualmente há sistemas no qual a “inteligência” é distribuída em equipamentos te

Estes sistemas envolviam a resolução de dois tipos de problemas: Configuração do terminal inteligente através da rede

Coordenação dos elementos distribuídos de uma aplicação para a troca de determinado instante (conceito de sincronização).


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… e finalmente, a Arquitetura deve prover acesso e

informação para quem precisa!

CIPCIP

Informação

Controle

Campo

Controle

Informação

• Uma boa rede de comunicação:• Acessa TODO sistema de controle de um ÚNICO

LOCAL• Transmissão de mensagens de forma

transparente• Não há programação extra nos gateways e

proxys, sem segredos!


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O Modelo para Troca de Informação

Os principais modelos utilizados são: o cliente/servidor (ou mestre/escravo, ou ainda origem/destino – baseado em

filas) e,

o produtor/consumidor (baseado em tabelas de comunicação)


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Modelo Cliente/Servidor

Dentro do protocolo de comunicação de cada estação é incluído um conjunto de e enviar arquivos. Quando uma estação quer, por exemplo, ler o valor registrado temperatura, ele envia uma mensagem para sua interface de comunicação ler esprocesso da estação X. Isto desencadeia a seqüência:

A mensagem de solicitação é mantida numa fila de saída e será lançada parpróxima vez que a estação X se comunicar.

O sensor de temperatura recebe a solicitação que será mantida numa fila de O sensor mede (ou calcula) o valor solicitado e retorna este valor utilizando a

freqüência.

O tempo de espera nas filas representa o principal fator no tempo de resposta doestação com baixa performance refletirá na performance do sistema inteiro. Por iscliente/servidor são difíceis de configurar.


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Modelo Cliente/Servidor

Uma pessoa (origem) informa individualmente a cada uma das outras pessoas na sala(destino) o horário marcado em seu relógio (dado)

O tempo continua passando enquanto a “origem “ informa o horário a cada um

dados não estarão corretos após as primeiraspessoas

Tanto origem como destinos terão que fazer ajustes

para se alcançar algum tipo de sincronismo A agilidade deste processo varia em função

do número de pessoas na sala


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Modelo Produtor/Consumidor

Usa um grupo de buffers no caminho de comunicação de cada estação: Cada buffer corresponde a uma variável da aplicação. Cada buffer é identificado especificamente dentro do grupo de aplicação por Cada buffer mantém o valor instantâneo de uma variável da aplicação, espe

enviado via rede ou ser usado pela aplicação.

Processos principais: Produtor: deposita o novo valor em um buffer de transmissão. A rede: copia o conteúdo do buffer de transmissão do produtor para um buffeconsumidor. O consumidor: captura o valor contido no seu buffer de recepção.


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Modelo Produtor/Consumidor

Sistemas deste tipo são fáceis de configurar, especialmente onde é requeridocíclica. O modelo produtor/consumidor é limitado ao gerenciamento de eventotransmissão de grande quantidade de informação.


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Modelo Produtor/Consumidor - Multicast

Uma pessoa informa o horário (produtor) a todos os presentes

Todas as 20 pessoas recebem a informação simultaneamente

Algumas pessoas podem optar por “consumir”os dados (reconhecer a recepção

por um gesto, ajustar seus relógios, etc..)

Outros podem optar por não “consumir” a informação.

Altamente eficiente (os dados são produzidos apenas uma vez, não são

necessários ajustes adicionais para produtores e/ou consumidores) Altamente determinístico (tempo de transmissão não muda se mais pessoas

entrarem ou saírem da sala)


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Modelo Produtor/Consumidor - Multicast

• Mensagem #1 – referência de posição do sensor transmitida em multicast aos CTRL1, 2 e IHM

• Mensagem #2 – comando de velocidade do CTRL1 transmitido simultaneamente aos 3 inversores e IHM

• Multicast não é possível com modelo mestre/escravo – no sistema acima teríamos necessariamente 7 mensagens se fosse utilizada uma rede de co

modelo Mestre-Escravo (ou Cliente-Servidor)

inversor1 inversor3inversor2

CTLR1 H

Sensor

CTLR2

#1#2


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Unicast vs. Broadcast

Controller

BROADCAST

One-to-one, individual

transactions

One-to-all, singletransaction

Controller

UNICAST


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Multicast

MULTICAST

Controller

Switches replicam os fluxos de dados para os segmentos e hosts que necessitdele

O host (controlador) que quer receber o tráfego de um grupo multicast pode ensair do grupo dinamicamente

Aguns controladores são membros de um grupo multicast designado e pode elocalizado em qualquer lugar na rede de Camada 2 (Layer2) – não para a Cam(Layer3) devido ao multicast TTL = 1 da EtherNet / IP

One-to-many,

single transaction


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Sistemas de gerenciamento Industrial

•Algumas das Estratégias de Gerenciamento Industrial incluem CIM (Com

Integraded Manufacturing), JIT (Just in Time), FMS (Flexible ManufacturinSystems), HMI (Human Machine Interfaces), MES (Manufacturing ExecuSystem), MRP (Material Requeriments Planning), MRP II (ManufacturingResources Planning), ERP (Enterprise Resources Planning) e SCM (SuChain Management).•A maior parte dos sistemas de gerenciamento localiza-se num dos segu

níveis:

•MIS (Management Information System) Business Intelligence e Manufacturing Intelligenc•Supervisão Visualização e Operação•Sistema de Controle


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Sistema de Controle

• O nível do Sistema de Controle envolve a transferência de informações ponto a p

entre equipamentos tais como PLCs, PACs, CNCs, DCSs, Controladores de Segurarobôs e outros controladores de modo a fornecer uma operação eficiente e segura processos. Ele também disponibiliza a interface com os níveis de Supervisão e MIS(Management Information System).• Tecnologias para integrar a operação:

•MAP (Manufacturing Automation Protocol)

•Redes Fieldbus•Destaque para a Ethernet/IP

•OPC (OLE –Object Linking and Embedding –Process Control)

Con

Industrial Network


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Sistema de Controle - MAP

•MAP (Manufacturing Automation Protocol)

É um sistema de controle com padrão de comunicação aberto, desenvolvidoGM. Na época, a GM possuía em torno de 40000 dispositivos inteligentes no chão dde automação isoladas.

Apesar do sucesso inicial, o MAP não popularizou-se internacionalmente. O

problema foi a falta de um caminho de migração para os usuários de equipamentos do padrão MAP.


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Sistema de Controle – Redes Fieldbus

•Redes Fieldbus

Diversos padrões para sistemas Fieldbus tem sido desenvolvidos nos últimoredes de alta velocidade projetadas especificamente para aplicações em Sistema deAlgumas destas redes especificam requisitos para aplicação em sistemas de seguraalimentação elétrica via cabo de comunicação e sistemas com redundância.

Ex.: Safety DeviceNet, DeviceNet, ControlNet,

Safety Ethernet/IP e Ethernet/IP.Profibus-DP e Profibus-PA

Control

Industrial Network

Sensor



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Sistema de Controle – Ethernet/IP

•Ethernet/IP

A Ethernet para aplicação no Sistema de Controle Industrial possui vantagencusto para instalação e manutenção, configuração e gerenciamento simplificados, e fem redes intranets ou na Internet.

A taxa de transferência pode ser de 10Mbps, 100Mbps (Fast Ethernet) e 1GbEthernet).

Entre as facilidades da Ethernet são a comunicação com múltiplos dispositivogerenciamento do tráfego entre sistema de Controle e computadores, tornam eficientpara integrar desde os níveis do Sistema de Controle até o Sistema MIS (ManagemeSystem).


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Multi-discipline Industrial Network Convergence

Process ControlDiscrete Control

Information Technology

Intelligent Motor Control Convergence of Industrial Automation Technowith Information Technology (IT)


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Sistema de Controle – OPC

• OPC (OLE –Object Linking and Embedding – Process Control)

Este padrão foi desenvolvido a partir de 1995 e atualmente é controlado pela Fundação O

arquitetura aberta, flexível e “plug-and-play” na interface de comunicação para dispositivos de controtecnologias OLE e COM (Component Object Model) da Microsoft, consiste de um conjunto de padrõpropriedades e métodos para controle no processo e aplicações de automação.

O OPC utiliza a arquitetura cliente/servidor. No caso da Ethernet o OPC padroniza a interftodos os dispositivos.

Os servidores OPC atuam como componentes de software executados em plataforma Micinterface para aplicações em dispositivos contendo padrão de comunicação proprietário.

Exemplos:


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Supervisão

• Este nível atua como um estágio de processamento intermediário da informaçã

entre MIS (Management Information System) e Sistema de Controle.

•Principais Funções:•Controle de Supervisão e monitoração do processo em tempo real.•Realimentação em tempo real.•Relatórios de operação.

•Planejamento de controle de recursos.•Instruções de produção.


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Supervisão

• Principais características:

•Gráficos orientados a objetos.•Arquitetura de rede mestre/escravo ou produtor/consumidor.•Arquitetura de visualização local ou distribuída com servidores/clien•Alta performance na comunicação com PLCs/PACs e outros contro•Relatório e consulta de Alarmes.•Operação em tempo real.•Controle de Acesso de Operadores/Supervisores - Login

Supervisão


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Supervisão

• Controle eSupervisão

• Realimentação em tempo realSupervisão


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Realimentação em tempo realSupervisão


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Supervisão

• Relatórios de Operação equalidade


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Supervisão

• AUTOMAÇÃOPlanejamento deControle eRecursos.

•Instruções deProdução equalidade.

MIS (Management Information System)


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MIS (Management Information System)Business Intelligence & Manufacturing Intelligence

•A integração do nível MIS com os outros níveis de gerenciamento é direcionada para uma visão de produçãas informações críticas disponíveis na forma eletrônica. O objetivo final é proporcionar um instrumento de d

operacional em tempo real.•Sistema deste nível, como o ERP, MES e SCM são comprometidos com o aumento da eficiência, redução dconfirmação do tempo do processo completo.

•Com isso, este sistema é dependente da precisão na modelagem (programação) das tarefas de automação

OEE (Overall Equipment Efficiency) mede os três fatores que reduzem o custo de produção:

1. Tempo Produtivo = “ Disponibilidade”

2. Tempo de Ciclo = “Performance”

3. Resíduos/Sucatas = “ Qualidade”

OEE % = Disponibilidade % x Performance % x Qualidade % x …

Quanto Maior o OEE = Menor o Custo de produção e manutenção menor MTTR


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