prof. dr. helder anibal hermini unicamp-fem-dpm. aula 7

Prof. Dr. Helder Anibal HerminiUNICAMP-FEM-DPM

AULA 7AULA 7

Em todos os segmentos do conhecimento humano, no mundo, a Em todos os segmentos do conhecimento humano, no mundo, a comunicação é imprescindível, acontece de forma instantânea, rápida e comunicação é imprescindível, acontece de forma instantânea, rápida e

intensamente, quer pôr meio do intensamente, quer pôr meio do PRÓPRIO HOMEMPRÓPRIO HOMEM ou pela ação da ou pela ação da Comunicação Cibernética, pelas Networks.Comunicação Cibernética, pelas Networks.

Redes deComunicação

Industrial

Motivações:

Informação rápida e confiável para tomada de decisão

Viabilização Técnica e Econômica da automação

Integração entre níveis hierárquicos

INTEGRAÇÃO DE EQUIPAMENTOSINTEGRAÇÃO DE EQUIPAMENTOS

Classificação genérica das redes de comunicação. Classificação genérica das redes de comunicação.

WAN´S – Wide Area Networks.WAN´S – Wide Area Networks.MAN´S – Metropolitan Area MAN´S – Metropolitan Area Networks.Networks.

CAN´S – Campus Area CAN´S – Campus Area Networks.Networks.LAN´S – Local Area LAN´S – Local Area Networks. Networks.

LAN´S – Local Area Networks. LAN´S – Local Area Networks. Meios de transmissão de primeira classe.Meios de transmissão de primeira classe.

Par de fios trançados.Par de fios trançados.

Cabo coaxial.Cabo coaxial.

Fibra óticaFibra ótica

LAN´S – Local Area Networks. LAN´S – Local Area Networks. Meios de transmissão de primeira classe.Comparação.Meios de transmissão de primeira classe.Comparação.

Sistema Convencional. Sistema Convencional.

Fonte dealimentação

Sensores/Atuadores

Caixas deconexões

CPU,memória

SA

AS

cabeamento

I/O - cards

CLP

Vantagens:Vantagens:• Simplicidade técnica; • Nível de descentralização dos elementos

Vantagens:Vantagens:• Simplicidade técnica; • Nível de descentralização dos elementos

Desvantagens:Desvantagens:• Quantidade elevada de cabos elétricos;• Necessidade de muitas calhas, suportes• Maior tempo para a conexão entre os elementos de campo e o controlador;• Controlador com muitas placas de I/Os;• Grandes armários para os controladores;• Quantidade elevada de componentes para a instalação (maior custo);• Maior dificuldade em detectar e solucionar as falhas de interligação • Maior tempo tempo de start-up;• Maior dificuldade de inserção de novos elementos para futuras ampliações;• Maior dificuldade de manutenção.

Desvantagens:Desvantagens:• Quantidade elevada de cabos elétricos;• Necessidade de muitas calhas, suportes• Maior tempo para a conexão entre os elementos de campo e o controlador;• Controlador com muitas placas de I/Os;• Grandes armários para os controladores;• Quantidade elevada de componentes para a instalação (maior custo);• Maior dificuldade em detectar e solucionar as falhas de interligação • Maior tempo tempo de start-up;• Maior dificuldade de inserção de novos elementos para futuras ampliações;• Maior dificuldade de manutenção.

Tecnologias de Comando

A instalação e manutenção de sistemas de controle tradicionais implicam em altos custos principalmente quando se deseja ampliar uma aplicação onde são requeridos além dos custos de projeto e equipamento, custos com CABEAMENTO destes equipamentos à unidade central de controle.


Sistema Convencional. Sistema Convencional.


De forma a minimizar custos e aumentar a operacionalidade de uma aplicação introduziu-se o conceito de REDE para interligar os vários equipamentos de uma aplicação. A utilização de redes em aplicações industriais prevê um significativo avanço nas áreas de:

Custos de instalaçãoProcedimentos de manutençãoOpções de upgradesInformação de controle de qualidade


IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE BASEADOS EM REDES

REQUER UM ESTUDO para determinar qual o tipo de rede que possui as maiores vantagens de implementação ao usuário final, que deve buscar uma plataforma de aplicação compatível com o maior número de equipamentos possíveis.


Atuais Filosofias

ARQUITETURAS PROPRIETÁRIAS

Apenas um fabricante lança produtos compatíveis com a sua própria arquitetura de rede.

ARQUITETURAS DE SISTEMAS

ABERTOS

O usuário pode encontrar em mais de um fabricante a solução para os seus problemas.

Redes industriais são padronizadas sobre 3 níveis de hierarquias cada qual responsável pela conexão de diferentes tipos de equipamentos com suas próprias características de informação.


O NÍVEL MAIS ALTO, nível de informação da rede, é destinado a um computador central que processa o escalonamento da produção da planta e permite operações de monitoramento estatístico da planta sendo implementado, geralmente, por softwares gerenciais (MIS). O padrão ETHERNET operando com o protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) é o mais comumente utilizado neste nível.


O NÍVEL INTERMEDIÁRIO, nível de controle da rede, é a rede central localizada na planta incorporando PLCs, PCs. A informação deve trafegar neste nível em tempo real para garantir a atualização dos dados nos softwares que realizam a SUPERVISÃO da aplicação.


O NÍVEL MAIS BAIXO, nível de controle discreto, se refere geralmente às ligações físicas da rede ou o nível de I/O. Este nível de rede conecta os equipamentos de baixo nível entre as partes físicas e de controle. Neste nível encontram-se os sensores discretos, contatores e blocos de I/O.


•As redes de equipamentos são classificadas: pelo tipo de equipamento conectado a elas;

pelo tipo de dados que trafega pela rede.

CLASSIFICAÇÃO DAS REDES DE COMUNICAÇÃO


* As redes com dados em FORMATO DE BITS (Binary digiT) transmitem sinais discretos contendo simples condições ON (1) / OFF

(0).

CLASSIFICAÇÃO DAS REDES DE COMUNICAÇÃO

* As redes com dados no FORMATO DE BYTE (8 bits) podem conter pacotes de informações discretas e/ou analógicas.

* As redes com dados em FORMATO DE BLOCO são capazes de transmitir pacotes de informação de tamanhos variáveis.


As redes classificam-se quanto ao tipo de rede de equipamento e os dados que ela transporta como:

REDE SENSORBUS dados no formato de bits


REDE SENSORBUS

•A REDE SENSORBUS conecta equipamentos simples e pequenos diretamente à rede.

•Os equipamentos deste tipo de rede necessitam de comunicação rápida em níveis discretos e são tipicamente sensores e atuadores de baixo custo.

REDE SENSORBUS

•Estas redes não almejam cobrir grandes distâncias, sua principal preocupação é manter os custos de conexão tão baixos quanto for possível.

•Exemplos típicos de REDE SENSORBUS incluem SERIPLEX, ASI e INTERBUS Loop.

REDE DEVICEBUSdados no formato de bytes


REDE DEVICEBUS

A REDE DEVICEBUS preenche o espaço entre REDES SENSORBUS e FIELDBUS e pode cobrir distâncias de até 500 m.

Os equipamentos conectados a esta rede terão mais pontos discretos, alguns dados analógicos ou uma mistura de ambos.

Esta rede tem os mesmos requisitos de transferência rápida de dados da REDE SENSORBUS, mas consegue gerenciar mais equipamentos e dados.

REDE FIELDBUSdados no formato de

pacotes de mensagens


O que é FIELDBUS ?O que é FIELDBUS ?

O mestre da rede,O mestre da rede,determina adetermina a

performance daperformance dacomunicação.comunicação.



• FIELDBUS é um sistema de comunicação digital bidirecional que permite a interligação em rede de múltiplos instrumentos diretamente no campo realizando funções de controle e monitoração de processo e estações de operação (IHM) através de SOFTWARES SUPERVISÓRIOS.

• FIELDBUS é um sistema de comunicação digital bidirecional que permite a interligação em rede de múltiplos instrumentos diretamente no campo realizando funções de controle e monitoração de processo e estações de operação (IHM) através de SOFTWARES SUPERVISÓRIOS.

O que é FIELDBUS ?O que é FIELDBUS ?





• Utiliza geralmente como meio físico, para as transmissões, um par de condutores trançados ou fibra óptica, formando uma topologia com ligações multiponto onde um mestre (master) comanda os participantes, por meio de sinais seriais, por exemplo, no padrão RS 485.

• Utiliza geralmente como meio físico, para as transmissões, um par de condutores trançados ou fibra óptica, formando uma topologia com ligações multiponto onde um mestre (master) comanda os participantes, por meio de sinais seriais, por exemplo, no padrão RS 485.

As tecnologias de comando. As tecnologias de comando. Sistema Convencional.Sistema Convencional.

ComandoComandoCLP+I/OCLP+I/O

CLP comPlaca de Rede

CLP comPlaca de Rede

Terminais de válvulasTerminais de válvulas

RedeRedeFieldbusFieldbus

Sistema Fieldbus.Sistema Fieldbus.

Impacto na concepção - os custos de engenharia são reduzidos e os atuais procedimentos completamente mudados.

Impacto na instalação - a atual conexão física, "ponto-a-ponto", entre equipamentos é substituída pelas Conexões Multiponto. Conseqüentemente tem-se redução de cabos, bandejas, borneiras; economia com o sistema de controle, I/Os não são mais necessárias.

Impacto na Operação - os equipamentos de campo são capazes de fornecer muito mais informações. Como o sinal digital é menos sensível a ruídos, a qualidade da informação também é melhor. Aumento da robustez do sistema, dados digitais são mais confiáveis que analógicos;

Impacto no comissionamento da instalação, star-up - é feito em menor tempo, o que poderá evitar multas por atraso na entrega.

Impacto na Manutenção - equipamentos de campo podem indicar falhas em tempo real, assim como indicar diagnóstico preventivo, reduzindo o tempo de inatividade da planta.

Impacto na concepção - os custos de engenharia são reduzidos e os atuais procedimentos completamente mudados.

Impacto na instalação - a atual conexão física, "ponto-a-ponto", entre equipamentos é substituída pelas Conexões Multiponto. Conseqüentemente tem-se redução de cabos, bandejas, borneiras; economia com o sistema de controle, I/Os não são mais necessárias.

Impacto na Operação - os equipamentos de campo são capazes de fornecer muito mais informações. Como o sinal digital é menos sensível a ruídos, a qualidade da informação também é melhor. Aumento da robustez do sistema, dados digitais são mais confiáveis que analógicos;

Impacto no comissionamento da instalação, star-up - é feito em menor tempo, o que poderá evitar multas por atraso na entrega.

Impacto na Manutenção - equipamentos de campo podem indicar falhas em tempo real, assim como indicar diagnóstico preventivo, reduzindo o tempo de inatividade da planta.

As tecnologias de comando. As tecnologias de comando. SISTEMA FIELDBUS - Resumo das vantagens da tecnologia

Podemos observar a seguir uma tabela comparativa:

BENEFÍCIOS ECONÔMICOS

• Redução de custos no acréscimo de novas malhas;

• Instrumentação de ponta;

• Vantagens operacionais do sistema (sistema aberto);

• Baixos custos de implantação:– Engenharia de detalhamento;

– Mão de obra/materiais de montagens;

– Equipamentos do sistema supervisório;

– Configuração do sistema;

– Obras civis.


Instalação — Sistema Convencional x Sistema Fieldbus. Instalação — Sistema Convencional x Sistema Fieldbus.


Aplicação. Em todos Aplicação. Em todos os segmentos.os segmentos.

Aplicação. Em todos Aplicação. Em todos os segmentos.os segmentos.



Aplicação – Linha de montagem de motores. Aplicação – Linha de montagem de motores. Sistema Fieldbus.Sistema Fieldbus.


Aplicação – máquina de envase.Aplicação – máquina de envase.Sistema Fieldbus.Sistema Fieldbus.


Aplicação - Ind. Automobilística, fechamento da carroceria. Aplicação - Ind. Automobilística, fechamento da carroceria. Sistema Fieldbus.Sistema Fieldbus.


Um importante aspecto na concepção de um projeto FIELDBUS é a determinação de como serão instalados os equipamentos constituintes da rede.

CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕESPROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS

EM UMA REDE FIELDBUS

Para tal, devem ser consideradas as distâncias máximas permitidas entre os equipamentos de forma a otimizar ao máximo o comprimento do barramento (trunk) e das derivações (spurs).



CARACTERÍSTICAS A SEREM CONSIDERADAS

•Número máximo de equipamentos ligados à uma mesma rede (um fator limitante pode ser a fonte de alimentação que deve alimentar todos os transmissores, caso o barramento seja energizado),

•Topologia utilizada na implementação dos equipamentos



• Elementos que constituirão a rede FIELDBUS conjuntamente com os equipamentos (dispositivos que permitam facilidade e agilidade quando for solicitado algum tipo de manutenção com um determinado equipamento, como por exemplo as caixas de campo).




CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕES

•Utilização de barreiras de segurança intrínseca e redundância dos equipamentos. Deve-se fazer uma análise preliminar destas características no ambiente de instalação do sistema visando a maior otimização possível no que se refere às instalações dos equipamentos (número de equipamentos e comprimento de cada barramento), caso se faça necessário a utilização destes recursos.

PROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS EM UMA REDE FIELDBUS


Várias topologias podem ser aplicadas em projetos Fieldbus. As topologias mais utilizadas em sistemas FIELDBUS são:

POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS

Topologia de barramento com Spurs

Topologia ponto-a-ponto

Topologia em árvore

Topologia “End-to-End”

Topologia mista

TOPOLOGIA DE BARRAMENTO COM SPURS


Nesta topologia utiliza-se um barramento único onde equipamentos ou barramentos secundários (spurs) são conectados diretamente a ele. Pode-se ter ainda vários equipamentos diferentes em cada spur.

TOPOLOGIA PONTO-A-PONTO


Nesta topologia tem-se a ligação em série de todos os equipamentos utilizados na aplicação. O cabo FIELDBUS é roteado de equipamento para equipamento neste seguimento e é interconectado nos terminais de cada equipamento FIELDBUS. As instalações que utilizam esta topologia devem usar conectores de forma que a desconexão de um simples equipamento não interrompa a continuidade do segmento.

TOPOLOGIA EM ÁRVORE


A topologia em árvore concentra em acopladores/caixas de campo a ligação de vários equipamentos. Devido a sua distribuição, esta topologia é conhecida também como “Pé de Galinha”.

TOPOLOGIA “END-TO-END”


Esta topologia é utilizada quando se conecta diretamente apenas dois equipamentos. Esta ligação pode estar inteiramente no campo (um transmissor e uma válvula sem nenhum outro equipamento conectado) ou pode ligar um equipamento de campo (um transmissor) ao “Device Host”.

TOPOLOGIA MISTA


Nesta configuração encontra-se as 3 topologias mais comumente utilizadas ligadas entre si. Deve-se observar no entanto, o comprimento máximo do segmento que deve incluir o comprimento dos spurs no comprimento total.

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