14/04/23 1REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI14/04/23 1REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI14/04/23 1REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI14/04/23 1REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI14/04/23 114/04/23 114/04/23 1

REDES INDUSTRIAISREDES INDUSTRIAIS

SEMANA 13-1 – PROTOCOLOS SEMANA 13-1 – PROTOCOLOS INDUSTRIAIS E PREDIAIS E INDUSTRIAIS E PREDIAIS E

APLICATIVOS DE SUPERVISÃOAPLICATIVOS DE SUPERVISÃO

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Device Net Apresentado em 1994 originalmente pela Allen-Bradley, o

DeviceNet teve sua tecnologia transferida para a ODVA em 1995.

A ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) é uma organização sem fins lucrativos composta por centenas de empresas ao redor do mundo que mantém, divulga e promove o DeviceNet e outras redes baseadas no protocolo CIP (Common Industrial Protocol).

Atualmente mais de 300 empresas estão registradas como membros, sendo que mais de 800 oferecem produtos DeviceNet no mundo todo.

www.odva.org – Organização que suporta tecnologias de rede construídas sobre o Protocolo Industrial Comum (CIP) DeviceNet, EtherNet/IP, CompoNet, ControlNet

Não é mundial!

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Device Net

DeviceNet é um rede digital, multi-drop para conexão entre sensores, atuadores e sistema de automação industrial em geral.

Ela foi desenvolvida para ter máxima flexibilidade entre equipamentos de campo e interoperabilidade entre diferentes vendedores.

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Device Net : Classifica-se como Device Bus – Alta velocidade, comunicação a nível de byte, comunicação com equipamentos discretos e analógicos, possui alto poder de diagnóstico com os

devices de rede.

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Device Net - Objetivos

Objetivos de transportar 2 tipos principais de informações Dados cíclicos de sensores e atuadores,

diretamente relacionados ao controle e, Dados acíclicos indiretamente

relacionados ao controle, como configuração e diagnóstico.

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Camada Física e de Acesso a Rede Device Net É baseada na tecnologia CAN (Controller

Area Network) e as camadas superiores no protocolo CIP, que define uma arquitetura baseada em objetos e conexões entre eles.

O CAN originalmente foi desenvolvido pela BOSCH para o mercado de automóvel Europeu para substituir os caros chicotes de cabo por um cabo em rede de baixo custo em automóveis.

Como resultado, o  CAN tem resposta rápida e confiabilidade alta para aplicações principalmente nas áreas automobilística.

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Rede Device Net

Pode conter até 64 dispositivos onde cada disposito ocupa um nó na rede.

Endereçados de 0 a 63 A Camada MAC usa o CSMA (Carrier

Sense Multiple Access with bit wise Arbitration)

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Exemplo de Rede Device Net - O mecanismo decomunicação é peer to peer com prioridade. O esquema de arbitragem é

herdado do protocolo CAN e se realiza bit a bit.

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Aplicações Device Net

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Características da Rede Device Net Topologia baseada em tronco principal com ramificações.

O tronco principal deve ser feito com o cabo DeviceNet grosso.

As ramificações com o cabo DeviceNet fino ou chato. Cabos similares podem ser usados desde que suas

características elétricas e mecânicas sejam compatíveis com as especificações dos cabos padrão DeviceNet.

Permite o uso de repetidores, bridges, roteadores e gateways. Suporta até 64 nós, incluindo o mestre, endereçados de 0 a 63

(MAC ID). Cabo com 2 pares: um para alimentação de 24V e outro para

comunicação. Inserção e remoção à quente, sem necessidade de

desconectar a alimentação da rede. Suporte para equipamentos alimentados pela rede em 24V ou

com fonte própria. Uso de conectores abertos ou selados. Proteção contra inversão de ligações e curto-circuito.

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Características da Rede Device Net Alta capacidade de corrente na rede (até 16 A). Uso de fontes de alimentação de prateleira. Diversas fontes podem ser usadas na mesma rede

atendendo às necessidades da aplicação em termos de carga e comprimento dos cabos.

Taxa de comunicação selecionável :125, 250 e 500 kbps.

Comunicação baseada em conexões de E/S e modelo de pergunta e resposta.

Diagnóstico de cada equipamento e da rede. Transporte eficiente de dados de controle discretos e

analógicos. Detecção de endereço duplicado na rede. Mecanismo de comunicação extremamente robusto

a interferências eletromagnéticas.

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Características no Nível Físico Topologia física básica do tipo linha principal com

derivações. Barramentos separados de par trançado para a

distribuição de sinal e de alimentação (24VCC), ambos no mesmo cabo.

Inserção e remoção de nodos a quente, sem necessidade de desconectar a alimentação da rede.

Uso de opto acopladores para permitir que dispositivos alimentados externamente possam compartilhar o cabo do barramento com os dispositivos alimentados pelo barramento.

Usa terminadores de 121 ohms em cada fim de linha. Permite conexão de múltiplas fontes de alimentação. As conexões podem ser abertas ou seladas

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Caixa de Conexão Aberta e Conexão Selada

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A partir de cada dropline vários dispositivos podem ser ligados em daisy chain.

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Cabos: Há 4 tipos de cabos padronizados: o grosso, o médio, o fino e

o chato. É mais comum o uso do cabo grosso para o tronco e do cabo fino para

as derivações.

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Vista dos componentes do cabo padrão DeviceNet

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Velocidades de transmissão e comprimentos de cabo na DeviceNet

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E x emp l o : C á l c u l o d a d e r i v a ç ã o c u m u l a t i v a

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E x emp l o : C á l c u l o d a d e r i v a ç ã o c u m u l a t i v a

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E x emp l o : C á l c u l o d a d i s t â n c i a m á x i m a d o s c a b o s

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Cálculo da distância Máxima dos cabos

Derivação 1: Não é considerada porque seu comprimento é menor que a distância da linha tronco para o resistor de terminação (1.5 m).

Derivação 2: É considerada, já que 5 > 1,5 + 1,5.

Derivação 3: Não é considerada. Distância máxima dos cabos = (5 m + 50 m +

12 m) = 67 metros.

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Resistividade de cabos DeviceNet

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Cálculo de queda de tensão numa rede DeviceNet

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Comprimento do segmento de rede x corrente máxima para fonte única

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E x emp l o: Posicionamento da Fonte de Alimentação

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E x emp l o: Posicionamento da Fonte de Alimentação

Vamos determinar se a fonte de alimentação está sobrecarregada ou não:

1) Somatório das correntes dos dispositivos da Seção 1: (1,10 + 1,25 + 0,50) = 2,85

2) Somatório das correntes dos dispositivos da Seção 2: (0,25 + 0,25 + 0,25) = 0,75

3) O comprimento da seção 1 é de 86 metros. Consultando a tabela para 100 metros verificamos que a corrente máxima permitida é de 2,93 A.

O comprimento da seção 2 é de 158 metros. Consultando a tabela para 160 metros encontramos 1,89 A.

Logo, toda a rede está operacional.

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A Rockwell Automation desenvolveu um aplicativo que facilita a configuração de um barramento DeviceNet. O software

realiza os cálculos necessários para verificação de comprimentos de cabo, corrente, etc.

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Formato do Frame de Dados

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Processo de Arbitragem - o valor do identificador da mensagem 3 tem um menor valor binário e portanto uma maior prioridade que as demais mensagens.

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Modelo de rede - Utiliza paradigma Produtor/Consumidor que suporta vários

modelos de rede.

Produtor/Consumidor O Dado é identificado pelo seu conteúdo. A mensagem não necessita explicitar o

endereço da fonte e destino dos dados. Também não existe o conceito de mestre. Qualquer nodo pode iniciar um processo de

transmissão. Este modelo permite gerar todos os demais:

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Modelo Mestre/Escravo

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Modelo Peer-to-Peer

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Modelo Multi-Mestre

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Protocolo DeviceNet

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Conectores - Há três tipos básicos de conectores: o aberto, o selado mini e o selado

micro.

O uso de um ou de outro depende da conveniência e das características do

equipamento ou da conexão.

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Conector Aberto, Selado Mini e Selado Micro

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Ligação dos Resistores de Terminação

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Derivadores (TAPS) – T-Port Tap

Conecta um dispositivo simples ou uma linha de derivação “drop line”  através de  um conector estilo plug-rápido.

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Derivadores – Device Port

componentes selados que conectam ao “trunk line” via “drop line” através de conectores de desconexão rápida somente dispositivos compatíveis a rede DeviceNet.

Existem DevicePort para conectar 4 ou 8 dispositivos.

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Derivação tipo box “DeviceBox”

são elementos passivos que conectam diretamente os dispositivos DeviceNet no “Trunk Line” através de conexões de terminais para até 8 nós.

Eles possuem tampa removível selada que permite montagem em máquina ou no chão de fábrica.

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Derivação de Alimentação “PowerTap”

O “PowerTap” possui proteção de sobre corrente para o cabo tipo “thick” (grosso).

Com proteção a diodo é possível utilizar vários “PowerTaps” permitindo assim o uso de várias fontes de alimentação.

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Protocolo DeviceNet Resumo

CumulativeDrop-line Budget156m @ 125Kbaud 78m @ 250Kbaud 39m @ 500Kbaud(Maximum of 6m each)

Trunk line Distanceand Baud rate100m Max. with Thin cable500m @ 125Kbaud (thick)250m @ 250Kbaud (thick)100m @ 500Kbaud (thick)(longer with Repeaters)

Maximum Devices64 Nodes per Network

Physical Media(Shielded Twisted Pair)Communications and PowerThick - Trunk or dropThin - Trunk or DropFlat - Trunk only

Drop-line wiringSingle dropDaisy-chaining off dropBranching off drop

ALLEN-BRADLEY

7 8 9

4 5 6

1 2 3

. 0 -

<-----------------'<--

F1

F6

F2

F7

F3

F8

F4

F9

F5

F10

PanelView 550

< >

^

v

Device ConnectionsT-TapsZero-drop(Maximum 6m each)

Terminating Resistors120 Resistors at bothnetwork trunkline ends

Network Power•24vDC power to devices•Thick & Flat trunk rated to 8 amps•Thin wire rated at 3 amps

Messaging ServicesProducer/ConsumerHigh-speed I/OProgrammingConfigurationDiagnostics

DeviceNet Specifications

47

ELECTRONIC DATA SHEET

48

CÁLCULO DE CORRENTE

49

TENSÃO NOS EQUIPAMENTOS

50

ATERRAMENTO

CCM inteligente

CCMi – Área 1 CCMi – Área 2 CCMi – Área 3

Engenharia e Manutenção

Gerenciamentode Ativos

Controle doProcesso

Operação eControle

Impressão de Relatórios

CCMi

Rede de Comunição – Integração Total

CCMi – Área 1 CCMi – Área 2 CCMi – Área 3

Engenharia e Manutenção

Gerenciamentode Ativos

Controle doProcesso

Operação eControle

Impressão de Relatórios

CCMi

Rede de Comunição – Integração Total

Centro de Controle de Motores Inteligentes

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Pontos Fortes e Fracos do DeviceNet

Escolha de Velocidades

Ter 24 VDC no cabo Grande número de

fornecedores

Distância do SPUR menor que 6 metros, o projeto é diferente do mundo real.

Não é mundial (IEC) Velocidade baixa

quando comparado com o Profibus DP

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O que é Profibus

O PROFIBUS é um padrão de rede de campo aberto e independente de fornecedores, onde a interface entre eles permite uma ampla aplicação em processos, manufatura e automação predial.

Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254.

Desde janeiro de 2000, o PROFIBUS foi firmemente estabelecido com a IEC 61158, ao lado de mais sete outros fieldbuses.

A IEC 61158 está dividida em sete partes, nomeadas 61158-1 a 61158-6, nas quais estão as especificações segundo o modelo OSI.

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Profibus Mais de 1300 associados ao redor do mundo Mais de 20 milhões de nós instalados com

sucesso Mais de 2800 produtos e mais de 2000

fornecedores,  atendendo às mais diversas necessidades de aplicações.

Um extensivo catálogo de produtos pode ser obtido no site http://www.profibus.com/.

Descrição da tecnologia em http://www.profibus.com.br.

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Comunicação Industrial Profibus

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Ethernet, PROFIBUS e AS-Interface, oferece as condições ideais de redes abertas em processos industriais. No nível de atuadores/sensores o AS-Interface é o sistema de comunicação de dados ideal (baixo custo, alimentação de 24 VDC). No nível de campo, a periferia distribuída, tais como: módulos de E/S, transdutores, acionamentos (drives), válvulas e painéis de operação, trabalham em sistemas de automação, via um eficiente sistema de comunicação em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA. A transmissão de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parâmetros e diagnósticos são transmitidos somente quando necessário, de maneira acíclica.

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No nível de célula, os controladores programáveis, como os CLPs e os PCs, comunicam-se entre si, requerendo, dessa maneira, que grandes pacotes de dados sejam transferidas em inúmeras e poderosas funções de comunicação. Além disso, a integração eficiente aos sistemas de comunicação corporativos existentes, tais como: Intranet, Internet e Ethernet, são requisito absolutamente obrigatório. Essa necessidade é suprida pelos protocolos PROFIBUS FMS e PROFINet.

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Arquitetura Profibus

Três variantes principais: Profibus DP Profibus FMS Profibus PA

Transparent Communication from

Sensor/Actuator to Area Controller

CNC

AreaController

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Factory Level

Bus CycleTime

< 1000 ms

Cell Level

Bus CycleTime

< 100 ms

Field Level

Bus CycleTime

< 10 ms

PC/VME

VME/PC

PLC DCS