trabalho final - doutorado - redes industriais.doc
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIAJEFFERSON BEETHOVEN MARTINS
PROJETO FINAL - REDES INDUSTRIAIS
UBERABA - MG
2013UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
JEFFERSON BEETHOVEN MARTINS
Glauber LunaJefferson Beethoven Martins
Roberto Batista NetoVinicius Santana
UBERABA - MG2013
1. INTRODUÇÃO
Desde a revolução industrial o homem busca maneiras de controlar a sua produção.
Até os anos 40, inúmeros operadores eram utilizados para manter a planta em pleno
funcionamento a qual era sujeita a falhas humanas e limitações como doenças, cansaço ou
desatenção. Através da automação tornou-se possível controlar processos complexos à
distância, minimizando os erros e ameaças à integridade humana.
Até a década de 60 seria muito caro utilizar computadores em fábricas, por isso as
transmissões de sinais eram feitas de modo pneumático ou elétrico simplificado. Com o
surgimento de novas empresas que passaram a competir entre si e a queda significativa do
preço das máquinas computacionais, a automação passou a ser definida pelo desenvolvimento
de software e hardware.
Após o largo emprego de computadores no ambiente fabril, o próximo desafio é
fazer com que os níveis de produção e gestão estejam em plena harmonia. Não apenas os
valores que estão sendo produzidos são importantes, mas o funcionamento de cada sensor, um
excesso de temperatura em um motor ou o mau posicionamento de uma válvula, são
importantes para a estratégia de controle. Todos esses aspectos são viabilizados pelo meio que
a informação é passada, ou seja, as redes industriais permitem o trânsito de importantes dados
que norteiam o cotidiano de uma organização.
As redes industriais operam para interligar os diversos equipamentos presentes em
uma indústria. Em uma realidade comercial, a rede se torna mais simples, pois apenas
computadores, impressora e roteadores funcionam em conjunto. Não é necessário preocupar
com grandes ruídos ou uma atmosfera insalubre. O mesmo não ocorre no chão de fábrica, pois
a variedades de dispositivos e as condições de operação dificultam a formação da rede. Além
disso, cada fabricante criou um protocolo o que fez uma verdadeira colcha de retalhos. O atual
desafio é integrar as diferentes marcas e permitir o trânsito confiável e barato de informações.
2- Histórico redes ASI
Para que a rede seja realmente eficiente é necessário que os dados gerados por
motores e atuadores possam chegar a nível gerencial, permitindo a formação de um banco de
dados que auxilie na tomada de decisões. Isso é possível através do emprego das redes
computacionais.
Segundo Tanenbaum (1997), uma rede de computadores significa uma coleção de
computadores autônomos e interconectados. Dois computadores são ditos interconectados,
quando são capazes de trocar informações, o que pode ocorrer através de um meio físico de
comunicação. Este é composto, por exemplo, de fios de cobre, micro-ondas, fibras óticas ou
satélites espaciais. O requisito de autonomia exclui sistemas nos quais existe um claro
relacionamento do tipo Mestre-Escravo entre os computadores.
Vários protocolos e tecnologias foram aplicados e passaram a conviver em uma
mesma indústria, fato que gera uma série de problemas para que dispositivos de diferentes
fabricantes consigam conversar. As constantes expansões e necessidades de uma organização
fazem com que o setor de automação busque constantes adaptações. A equipe técnica de TA
(tecnologia de automação) e a equipe de TI (tecnologia da informação) devem estar afinadas
para que as informações fluam de um lado para outro de maneira transparente.
Já aproveitando o consagrado modelo utilizado para redes TI, o modelo OSI se
tornou uma referência para redes TA, sendo adaptado conforme as necessidades encontradas
na indústria. Atualmente há grande preocupação dos fabricantes quanto a segurança,
confiabilidade, rapidez e escalabilidade das redes industriais.
Figura 01:Modelo OSI
Fonte: http://jbgsm.wordpress.com/2009/12/14/modelo-osi/
As novas tecnologias utilizadas para redes convencionais aos poucos são aplicadas
no chão de fábrica. O excesso de cabos e os riscos que eles apresentam tem feito com que
vários fabricantes lancem novos dispositivos sem fio. Tal fato reduz o custo de longos
cabeamentos e traz uma série de preocupações em relação a segurança de dados e
confiabilidade da rede.
Em algumas situações wireless não é viável, pois o cabo de dados é utilizado como
alimentação. O cabo coaxial ainda é muito utilizado devido a sua blindagem e capacidade de
lidar com ruídos, porém cresce ao emprego de Ethernet em indústrias. Até mesmo fibra ótica
tem sido utilizada devido a sua capacidade de funcionamento em meio a extremos ruídos. Em
decorrência do seu sinal de luz, as interferências eletromagnéticas nada podem fazer, sendo
necessário apenas respeitar os ângulos definidos pelo fabricante para que os dados caminhem
com sucesso até o seu destino.
O outro ganho trazido pelas redes industriais é a interoperação entre fabricantes, ou
seja, a empresa não se torna refém de uma única marca, sendo possível integrar dispositivos
de diferentes origens, pois o protocolo é padronizado. Independente do conjunto de
equipamentos que operam é necessário definir qual será a topologia utilizada. As principais
são:
• Árvore
• Ponto-a-ponto
• Estrela
• Barramento
• Anel
Os protocolos são estabelecidos por empresas ou organizações e determinam um
conjunto de regras necessárias para que o emissor e o receptor consigam codificar e
decodificar os dados. Os protocolos mais utilizados são: Modbus, Profibus, Ethernet, Fieldbus
Foundation, etc. Há uma outra rede chamada Sensorbus que é utilizada para interligar
sensores, sendo simplificada e utilizada em casos específicos. As principais representantes
desta categoria são: Seriplex, Asi e Can.
As redes ASI (Actuator Sensor Interface) foram criadas sobre a premissa que todo
processo automatizado se baseia em sensores e atuadores. Até os anos 90 cada sensor ou cada
atuador gerava um novo grupo de fios que deveriam chegar até o painel e elementos de
controle. Com a inserção do barramento tal conceito muda e a complexidade de fios diminui.
A tecnologia ASI nasceu com o conceito de BUS, simplicidade e confiabilidade.
O principal diferencial desta tecnologia é a simplicidade e baixo custo de sua
instalação. Os sensores, atuadores e os painéis são interligados de forma segura e confiável,
fazendo com que esta tecnologia seja largamente utilizada ao redor do mundo. A ASI existe
desde 1994, se consagrando como sendo uma viável forma de adquirir dados analógicos e
digitais, enviando-os sempre na forma digital. A necessidade de diminuir os custos de
cabeamento fizeram com que grandes organizações (formadas por empresas) buscassem uma
maneira de simplificar o emaranhado de fios presente no chão de fábrica.
Segundo o catálogo ASI Siems (2000), através de seu uso, a ASI pode provocar a
economia de até 26,2% em relação a outras tecnologia, pois é comum a existência de grandes
distâncias em fábricas o que aumenta o custo de cabeamento. Além disso, os cabos paralelos
aumentam a possibilidade de mau contato e sua detecção. Com um barramento torna-se
possível gerenciar todo o tráfego de informações, além de detectar possíveis falhas e buscar
uma solução rápida.
Figura 02: Hierarquia comum em automação.
Fonte: Catálogo ASI Siems (2000).
O nível mais alto é o gerencial, sendo composto por aplicativos que auxiliam no
planejamento da produção e geram indicadores para a alta direção. As redes são “office”,
sendo os computadores, interligados através de Ethernet. Para que um sistema de automação
se torne ideal é necessário que os dados produzidos no ambiente fabril possam chegar até este
nível. No sentido contrário, os softwares de ERP (Enterprise Resource Planing) devem ter
suas requisições desdobradas para que a produção (e seu controle) funcione sob a medida.
Em nível de processo o Profibus (PA e DP) tem sido largamente utilizado dada a sua
capacidade de se adequar às necessidades industriais. Ele permite a passagem de dados entre
as exigências da produção e o nível de sensores e atuadores.
O nível seguinte é o mais baixo, sendo composto por sensores e atuadores que
permitem o real controle da produção. O funcionamento de vários elementos é discreto
(ligado ou desligado), sendo necessária alta velocidade para transmitir as informações.
O primeiro desafio da tecnologia ASI era permitir que vários fabricantes pudessem
“conversar” entre si. Por esse motivo, 11 empresas consagradas se uniram para definir quais
seriam as saídas para os principais gargalos relacionados à comunicação. O Projeto AS-
Interface não apenas definiu o padrão internacional, mas também efetua melhoria que traz
ganhos a todas marcas relacionadas e consumidores ASI. Os produtos certificados levam uma
marca específica que garante a sua qualidade.
Para que ganhasse mercado rapidamente, a tecnologia ASI deveria ser facilmente
instalada por um técnico sem um longo treinamento, diminuindo o custo de instalação e
manutenção. Além da facilidade de instalação é necessário que a tecnologia seja confiável em
ambientes extremos. Um exemplo é a sua temperatura de operação, variando de -25°C a
+85°C.
Em um sistema ASI deve existir apenas um mestre e vários escravos que são
acessados ciclicamente. Através de sua varredura, o mestre verifica o status de cada escravo e
busca anomalias na rede, mantendo seu pleno funcionamento e confiabilidade. O tempo que
um mestre pode levar para consultar novamente um escravo pode chegar a 5 ms, sendo
possível conectar 31 escravos. Com o novo padrão ASI 2.1 torna-se possível interligar 62
escravos e o tempo de varredura pula para 10 ms. O mestre é responsável por endereçar cada
chip escravo e gerenciar todo barramento.
A tecnologia ASI simplifica a ligação e retirada de instrumentos, sendo permitida a
ação “a quente”. Através de suas garras do tipo vampiro, os dispositivos são ligados ao cabo
mestre e trocam os dados pelo barramento. A quantidade de elementos escravos conectados
varia de acordo com as novas tecnologias criadas para este protocolo. A AS²Interface criada
em 1997 permite a ligação do dobro de escravos na rede. O cabo principal funciona com 24
Volts e permite uma corrente de, até, 2 A. Através do cabo preto é possível criar uma
alimentação adicional. O cabo ASI não é blindado, sendo totalmente aberto para que os
dispositivos sejam conectados. Para solucionar o problema de ruído, o ASI possui um sistema
de filtragem que elimina as frequências que não estão presentes em determinada faixa.
O mestre ASI executa uma série de importantes funções para manter o bom
funcionamento do sistema como: verificar quais são os escravos, verificar anomalias no
barramento, enviar mensagens ao controlador, controlar os endereços dos dispositivos na
rede. Os escravos devem ter endereços que variem de 1 a 31 e podem, facilmente, ser
substituídos pelo controlador ou por equipamentos ASI específicos. O mestre pergunta a cada
escravo sobre o seu funcionamento. Eles respondem e o mestre cria uma tabela de status dos
elementos. Dessa forma é possível diagnosticar a rede a qualquer instante.
A tecnologia ASI apresenta uma série de facilidades para as empresas que adotam.
Uma delas é a sua facilidade de se integrar a outras tecnologias de rede. Além disso, a
quantidade de cabos utilizada é menor, principalmente por causa do uso do cabo máster para
alimentação e dados. Até mesmo o treinamento de funcionários possui custo reduzido, pois
seu princípio de funcionamento é simples. A sua comunicação é feita de forma rápida e por
esse motivo existem muitas indústrias que substituem seus sistemas antigos por ASI. A
confiabilidade da rede é alta, pois existem inúmeros elementos de tratamento de erros, o que
traz tranquilidade sobre alarmes e a questão da segurança de operação.
3- O que é AS-interface?
É um sistema de barramento que substitui cabos paralelos de um PLC para um sensor
ou atuador.
3.1- Conectividade
A rede AS-i pode se conectar ao nível de controle principal de duas formas. A
primeira forma é a conexão direta. Neste caso, o mestre é parte de um CLP ou PC sendo
executado dentro dos tempos de ciclos determinados por esses dispositivos. Um mestre AS-i
pode ser construído por qualquer fabricante uma vez que trata-se de um padrão aberto.
A segunda maneira de se conectar é através de um acoplador (gateway) entre uma rede de
mais alto nível e a rede AS-i. Hoje existem acopladores para outras redes de campo, tais
como: Profibus, Interbus, FIP, DeviceNet, CAN, etc.
Figura 03: Interligação da com outras redes digitais.
Fonte: AS-International Association (2008)
3.2 - O sistema Actuator Sensor Interface
O nome Actuator Sensor Interface representa o seu próprio conceito. Apesar de
tecnicamente, o "AS-i" ser um barramento, o termo interface mostra que ele fornece uma
interface simples para acesso a sensores e atuadores em campo.
As redes industriais AS-i foram concebidas para serem aplicadas em ambientes
automatizados, substituindo as conexões tradicionais de atuadores e sensores do tipo "switch"
(liga-desliga) por um barramento único. Além desses é possível conectar ao barramento
sensores/atuadores que realizam uma conversão analógico/digital ou vice-versa.
Tradicionalmente essas conexões são feitas por pares de fios que conectam um a um
os atuadores e sensores ao controlador correspondente, em geral um Controlador Lógico
Programável (CLP).
O sistema AS-i é configurado e controlado por um mestre, o qual programa a
interface entre um controlador e o sistema AS-i. Esse mestre troca informações continuamente
com todos os sensores e atuadores ligados ao barramento AS-i de forma pré-determinada e
cíclica.
3.3 Meio de Transmissão
A rede AS-Interface conecta os dispositivos mais simples das soluções de
automação. Um único cabo une atuadores e sensores com os níveis superiores de controle.
AS-Interface é um sistema de rede padronizado (EN 50295) e aberto, que interliga de maneira
muito simples atuadores e sensores.
A conexão dos elementos pode ser feita em estrutura de árvore, estrela, linha ou em
uma combinação das anteriores. Não existindo conexões convencionais e reduzindo o número
de interligações em bornes e conectores, não somente reduz custos e tempo de montagem,
como também reduz erros.
Na tecnologia de conexão usando cabos paralelos, cada contato individual de um
equipamento é conectado separadamente para os terminais e bornes de sensores e atuadores.
A rede AS-i substitui o tradicional arranjo de cabos múltiplos, caixas de passagem, canaletas,
dutos de cabos por um simples cabo especialmente desenvolvido para rede AS-i.
A rede AS-i se caracteriza por somente em um par de fios, caminharem junto a
alimentação dos sensores ou atuadores em 24Vcc e a informação do estado dos mesmos. A
configuração máxima da rede é de 62 participantes (escravos) que são acessados ciclicamente
por um mestre no nível de controle superior. O tempo de reação é curto, para todos os
escravos conectados, o tempo de resposta é de 10ms.
Anteriormente, sensores e atuadores tinham de ser conectados ao controlador via
terminais, conectores e terminais de blocos. AS-i proporciona uma redução nos custos de
instalação e manutenção. Agora, um cabo padronizado com 2 fios habilita a troca de
informações e ao mesmo tempo a alimentação dos equipamentos. Escravos são conectados
diretamente no barramento sem a necessidade de interligação adicional.
Este cabo de flexível de duas vias é considerado o padrão para a rede AS-i. Existe
ainda um outro cabo com formato circular que deve ser usado somente se for explicitamente
especificado pelo fabricante.
3.3.1 Cabo Flexível Padrão
Este cabo flexível de alta tensão está em conformidade com as normas CENELEC ou
DIN VDE 0281, designado por H05VV-F 2X1.5 e é barato e fácil de se obter.
Figura 04: Cabos padrões do barramento AS-i
Fonte: AS-International Association (2008) e Turck Networks.
O cabo AS-i, não blindado, não trançado, possui dois condutores paralelos e conduz tanto dado quanto a alimentação dos escravos. O seu isolamento externo é amarelo e possui uma forma geométrica característica, desenhada para se evitar a fixação com a polaridade invertida.
O princípio é simples: o contato com os condutores internos é realizado por meio de lâminas condutoras, que penetram os isolamentos plásticos até os fios de cobre internos.
O revestimento externo possui uma propriedade "cicatrizante", ou seja, no caso de as lâminas serem desconectadas ele se fecha, não aparentando o corte realizado longitudinalmente.Além destas duas classes de cabos, existe ainda a versão vermelha, que fornece até 230V AC.
3.3.2 Cabo Circular
Este cabo foi criado especificamente para o AS-i, com características elétricas bastante similares, mas com uma forma de instalação específica. Esse cabo pode ser com ou sem blindagem, mas preferencialmente são utilizados os cabos sem blindagem e com as seguintes características (na freqüência de 167 kHz).
É recomendado um cabo com corte de seção transversal de 2 x 1.5 mm2.
Figura 05: Cabos circulares sem blindagem.
Fonte: AS-Interface Association
3.3.3 Comprimento do cabo
O comprimento máximo de um cabo do barramento AS-i é de 100 m sem o uso de
repetidores. No caso de serem utilizados os repetidores um comprimento máximo de 500 m é
permitido.
Figura 06: Comprimento máximo da rede AS-i.
Fonte: ???
3.3.4 Sensores e Atuadores (Interface 1)
O escravo AS-i, faz a conexão entre o sistema de transmissão e a interface 1, na qual
estão conectados os sensores e atuadores. O escravo os alimenta e gerencia sua comunicação
com o mestre.
O chip escravo AS-i permite que sensores, atuadores e ou módulos possam ser ligados ao
barramento AS-i como um dispositivo escravo, reconhecendo os comandos de saída do mestre
e enviando dados de resposta.
3.3.4 Sistemas de Transmissão (Interface 2)
A interface 2 inclui as especificações necessárias para a efetiva troca de dados entre
os elementos conectados no barramento AS-i. Ela define a forma de acesso ao meio físico, a
troca de dados no nível elétrico e o tratamento de alguns erros de comunicação, bem como os
requisitos de tempo nas transações.
3.3.5 O Mestre AS-i (Interface 3)
O mestre AS-i faz a ligação entre um controlador ou um sistema Fieldbus (Host) os
sensores e atuadores da rede AS-i. Ele gerencia o tráfego de mensagens no barramento de
forma independente, de forma que para o Host os sensores e atuadores são vistos como na
arquitetura tradicional. Além disso, o mestre provê funções adicionais de configuração e
diagnóstico da rede AS-i.
3.4 - Componentes ASI
3.4.1 Mestre AS-I (AS-I Master)
O mestre AS-I é a ligação com o nível superior na hierarquia do sistema de controle.
Ele organiza o tráfego de dados nos cabos AS-I automaticamente e, quando requerido,
disponibiliza os sinais dos sensores e atuadores ao barramento de nível superior do sistema
(por exemplo, PROFIBUS, PROFINET) através de uma interface. Após a varredura dos
sinais, o mestre também transfere os parâmetros de configuração para nós individuais,
monitora continuamente a rede e realiza diagnósticos.
Na operação do mestre, além do endereço do escravo, 4 bits de dados de saída são
enviados a todos os escravos durante a fase de troca de dados. O escravo referido responde
então à chamada transferindo 4 bits de dados à entrada. A chamada do mestre impõe a
checagem de todos os escravos em ordem ascendente de endereçamento. Este procedimento,
que é constantemente repetido durante a operação de padrão cíclico do mestre, é chamado de
varredura Mestre-Escravo.
Em contraste com sistemas mais complexos, o AS-I é quase que completamente
autoconfigurável. Nenhum ajuste se torna necessário (como direitos de acesso, taxas de
transferência, tipo de frame). O mestre automaticamente executa todas as funções requeridas
para a correta operação da AS-Interface. Ele também permite o diagnóstico automático do
sistema. Além disso, detecta problemas em qualquer ponto da rede, indica o tipo de falha, e
automaticamente atribui o endereço correto para um escravo substituído em uma manutenção.
Na prática, o mestre pode ser utilizado para interfaceamento direto (Fig. 1) ou como parte de
um subsistema (Fig. 2).
Fig. 07 - Interfaceamento direto pelo mestreFonte:
Fig. 08- Mestre em um subsistemaFonte
Podem ainda ser vistos alguns módulos mestre AS-I na Fig. 3.
Fig. 09 - Módulos mestre AS-I
Fonte:
3.4.2 Gateway
Dentro de estruturas de automação mais complexas, a AS-Interface pode também ser
conectada a um barramento superior, como por exemplo: PROFIBUS-DP, PROFINET-IO.
Para tal, é necessário um Gateway (DP/AS-i Link), mostrado na Fig. 4, que serve como
mestre da AS-Interface apesar de no barramento superior (PROFIBUS-DP) atuar como
escravo. A AS-Interface torna-se então uma emissária de sinais binários para cada um dos
sistemas de barramento superior.
Fig. 10 - Gateway PROFIBUS (DP/AS-I Link)
Fonte:
3.4.3 Escravo AS-I (AS-I Slave)
Todos os sensores, atuadores e módulos, que são integrados à rede AS-I, são
referidos como Escravos (Fig. 5). Até 62 escravos podem ser endereçados em uma rede.
Os escravos são, no fundo, módulos de E/S descentralizados do controlador programável
(CLP). O escravo AS-I reconhece os bits de dados enviados pelo mestre e envia de volta os
seus próprios. Em um módulo AS-Interface padrão pode-se pendurar, de cada vez, até quatro
sensores e quatro atuadores binários. Fala-se de um escravo inteligente quando o chip do AS-
Interface está integrado no sensor ou atuador. Os custos da parte eletrônica são muito
baixos. Encontram-se escravos AS-I tanto em módulos digitais, analógicos e pneumáticos,
como também em componentes inteligentes, como por exemplo: partidas de motores,
sinalizadores coluna ou botoeiras. Com os módulos pneumáticos pode-se comandar cilindros
pneumáticos simples ou de ação dupla. Isto não economiza somente em cablagem, mas
também em canaletas.
Fig. 11 - Escravo AS-I (AS-I Slave)
Fonte:
3.4.4 Fonte de alimentação
A alimentação de energia para a rede AS-Interface disponibiliza uma tensão de 29,5
até 31,6VCC que tem que corresponder às normas IEC para “baixas tensões com isolação
segura” (PELV). A separação segura em circuitos de energia PELV oferece uma fonte
projetada segundo a norma IEC 742-1 que também é suficiente para exigências quanto à
resistência contra curto circuito permanente e contra a sobrecarga. Graças ao desacoplamento
dos dados na fonte AS-Interface pode-se transmitir tanto dados como também energia. Para
isso os dados são modulados em corrente contínua pela AS-Interface em forma de impulsos
com modulação de pulso alternada (APM).
Cada ramo da AS-Interface necessita da sua própria fonte. Saídas são alimentadas
normalmente através de cabos AS-Interface pretos. Para isso é necessária uma fonte padrão
com 24VCC segundo especificação PELV (condutor de proteção aterrado). Também existem
fontes dentro das quais tanto a tensão AS-Interface como a tensão contínua padrão podem ser
utilizadas em um só produto.
Fig. 12 - Fonte de alimentação AS-I
Fonte:
3.4.5 Cabos
O cabo amarelo e perfilado, padrão da AS-Interface, tornou-se um tipo de marca
registrada. Ele possui uma seção geometricamente determinada e transmite ao mesmo tempo
dados e energia auxiliar para os sensores. Para os atuadores é necessária, adicionalmente, uma
tensão auxiliar (24VCC) em um cabo perfilado preto.
O cabo AS-I (Fig. 7) foi desenhado para permitir uma instalação rápida e simples no
sistema. Trata-se de um cabo emborrachado de dois fios (2 x 1,5mm²), não-blindado. A
geometria da seção transversal do cabo impede a conexão com polaridade incorreta.
Fig. 13 - Cabo AS-I e sua conexão
Fonte:
Sua inserção no sistema, por exemplo, para conexão a um escravo AS-I, se dá entre
dois componentes: a placa de montagem e o módulo em si (Fig. 8), a junção dos componentes
promove a conexão com o cabo em si.
O contato com o cabo é realizado através de conectores IDC (Insulation
Displacement Connectors), em que lâminas do conector perfuram o isolamento do cabo
estabelecendo assim contato com os dois fios. Assim, garante-se uma conexão com baixa
resistência de contato e assegura-se uma conexão de dados confiável.
Em uma eventual retirada do módulo após sua conexão com o cabo, não se apresenta
nenhum problema. Isto se dá devido ao material do isolamento do cabo, que é auto-
regenerável, de forma que as perfurações feitas pelo conector IDC na borracha EPDM se
fecham e reverte-se o tipo de proteção do cabo para IP67.
Fig. 14 - Conexão do cabo AS-I ao sistema
Fonte:
Para aplicações com exigências maiores podem se utilizar cabos com outras
composições químicas como: TPE perfilado (elastômetro termoplástico) ou PUR perfilado
(poliuretano). Como condutor de transmissão podem ser utilizados também cabos redondos
com sistema de condução duplo sem condutor PE.
3.4.6 Repetidor
O repetidor AS-I (Fig. 9) é utilizado quando escravos precisam ser operados em
todos os segmentos do cabo, trabalhando como amplificador. Uma fonte de alimentação é
necessária para cada segmento (antes e depois do repetidor). Caso o equipamento exija mais
de 100m, pode-se complementar a fonte, por exemplo, com repetidores para cada 100m
adicionais até no máximo 300m (Fig.10).
Os escravos podem ser conectados a quaisquer segmentos AS-Interface, sendo
necessária uma fonte separada para cada segmento. Adicionalmente, o repetidor separa
galvanicamente ambos os segmentos, sendo que a seletividade aumenta em caso de curto
circuito.
Fig. 15 - Repetidor AS-I
Fonte:
Fig. 10 - Esquema de ligação do repetidor
3.4.7 Extensor
O cabo AS-Interface pode ser prolongado com um extensor em aplicações em que o
mestre se localiza até 100m do segmento em que o extensor é instalado (Fig. 11). Mas, no
caso de sua utilização, não podem ser ligados escravos na primeira parte do ramo. Por isso, os
extensores só são recomendados quando, por exemplo, uma distância maior entre o
equipamento e o painel de comando tem que ser superada. Diferentemente dos repetidores,
nos extensores não há isolamento entre os dois cabos.
Fig. 16 - Esquema de ligação do extensor
Fonte:
3.4.8 Plugue extensor
O plugue extensor (Fig. 12) é um componente passivo do sistema e é conectado na
rede AS-I na parte mais distante da fonte de alimentação. Ele tem um conector M12 macho
podendo ser conectado rapidamente ao ramo M12 da AS-Interface com grau de proteção
IP67. Utilizando o plugue, o maior segmento possível pode ser dobrado para 200m, utilizando
para isso apenas uma fonte de alimentação. Combinado com repetidores, permite a expansão
da rede AS-I para até 600m.
Fig. 17 - Plugue extensor AS-I
Fonte:
3.4.9 Unidade de endereçamento AS-I
Cada escravo em uma rede AS-I tem um endereço, salvo no próprio módulo. A
unidade de endereçamento (Fig. 13) tem a função de programar o endereço de cada escravo
através de conectores M12. Eles armazenam toda a configuração do sistema bem como
podem detectá-la automaticamente.
Fig. 18 - Unidade de endereçamento AS-I
Fonte:
3.4.10 Analisador AS-I
O analisador (Fig. 14) é utilizado para testar as redes AS-I. A resolução de problemas
se torna sistemática, permitindo a detecção de diversos tipos de erro, além disso, o
monitoramento permanente do sistema se torna mais fácil.
Fig. 19 - Analisador AS-I
Fonte:
O monitoramento do barramento grava os sinais físicos e armazena a comunicação
da rede. Os dados obtidos, quando transferidos a um PC por meio de uma interface RS232,
podem ser avaliados com softwares de diagnóstico.
4 Aplicações
Automação é uma área bastante abrangente. Ao qual se tem uma grande diversidade de
fabricantes. Além disso, uma gama de tarefas mais diversificada que qualquer outro ramo da
engenharia. E que o torna tão interessante. É objetivo da AS-Interface apoiar essa variedade.
Os desenvolvedores fixam seus olhos no desenvolvimento de uma solução econômica
para o nível de campo inferior, conectando atuadores binários e sensores para um nível de
controle maior, tudo independente da tarefa ou da indústria de concreto. Supõe-se para ser
fácil de usar. Fácil e econômica, e, portanto, interessante para quase todas as tarefas e áreas de
aplicação em automação.
Nos próximos tópicos serão abordadas diferentes áreas da automação, suas necessidades
e como a AS-Interface pode ser solução para essas diversas finalidades.
4.1 Transporte
AS-Interface para o transporte já está bem estabelecida na construção naval. O
objetivo de aumentar a automação em navios é aliviar a tripulação de tarefas rotineiras, para o
transporte de bens sensíveis de forma segura através de longas distâncias sem perda de
qualidade, ou para proporcionar o máximo de conforto para os clientes em navios de cruzeiro.
No entanto, em navios, o espaço para cabeamento e caixas é geralmente restrito.
Portanto, a utilização de AS-i é especialmente vantajosa uma vez que a um aumento do
número de sensores e atuadores, ainda é possível reduzir o tamanho das árvores de cabo e o
volume das caixas de derivação. Vantagens adicionais são as propriedades de extensão e de
instalação fácil do sistema. Estaleiros não só usam a AS-Interface para a construção de novos
navios como também o sistema prova ser bem sucedido quando grandes transatlânticos são
reequipados.
Numerosos componentes AS-Interface de diferentes fabricantes são certificados
pelos " TÜVs of the sea" nacionais, German Lloyd ( GL ) na Alemanha, Lloyds Register of
Shipping ( LRS) na Grã-Bretanha , o Bureau Veritas (BV) na França, Det Norske Veritas
(DNV ) na Escandinávia , American Bureau of Shipping , nos EUA, e , como tal, estão
autorizados a navegar pelos oceanos . No entanto, a AS-Interface foi incorporada e usada em
uma base diária , não só em navios como em transportes em geral com sucesso , como
guindastes , veículos utilitários , e os trens.
4.1.1 Exemplo de aplicação em transporte
Área de aplicação:
• Estações de metro
• Transporte público
• Escadas rolantes, passarelas;
Usuário / Localização:
Essener Verkehrs AG; Sistema de controle central.
Tarefa / Definição:
• Controle e monitoramento de equipamento técnico em 35 estações subterrâneas com sistema
de controle integrado.
Figura 20 – Essener Verkehrs AG.
Fonte: http://www.as-interface.net/applications/
4.2 Automação Predial
Constantemente crescentes exigências de conforto e segurança para edifícios
modernos definem as tendências para automação predial. Os sistemas devem ser ligados,
reagir de forma inteligente para uso individual e mudanças de requisitos ambientais, trabalhar
de forma eficiente e permitir que projetos sejam econômicos. Os requisitos são diversos:
• Aumento do conforto através da gestão inteligente de aquecimento, ventilação e controle
de temperatura;
• Redução do consumo de energia através do controle inteligente de energia, luz e sistemas
de ar condicionado;
• Prevenção inteligente de incêndio;
• Presença confiável e controle de acesso;
• Maior segurança e comodidade através de sistemas de pessoa e de orientação veículo.
Para ativar sistemas como os descritos acima, vários sensores e atuadores, instalados
em locais diferentes espalhados por todo o prédio, estão medindo a temperatura ambiente ou
operando persianas. Eles devem ser ligados um ao outro e o sistema de controle por meio de
sistemas de “bus”. Muitos quilômetros de cabos são instalados para este fim e implicam
requisitos adicionais, tais como proteção contra incêndio.
AS-Interface prontamente exibe seus pontos fortes em automação predial. Os dados e
transferência de energia em duas vias e de fácil instalação, devido à tecnologia de fácil
conexão reduzem os gastos das instalações.
A topologia aberta da AS-Interface garante que as mudanças e as extensões podem
ser executadas com o mínimo esforço.
Além disso, a segurança no trabalho como um componente integral da AS-Interface
pode também ser usada para aspectos relacionados com a segurança dos edifícios.
Numerosos edifícios públicos já utilizam sistemas de prevenção de incêndio com
base no AS-Interface. Sistemas de orientação do parque, ajudando os clientes a encontrar o
ponto de estacionamento disponível mais próximo, são utilizados com sucesso em muitas
cidades e, sobretudo, em torno dos aeroportos. AS-Interface controla elevadores, otimiza o
consumo de energia de piscinas, e regula a iluminação em combinação com luz natural em
museus.
4.2.1 Exemplo de aplicação em transporte
Área de aplicação:
• Esteira;
• Tecnologia de acionamento;
Usuário / Localização:
• Aeroporto de Pequim;
• Logística de bagagens;
Definição de tarefas:
• Controle de bagagem transportadores que usam AS-Interface;
• Integração de paradas de emergência ;
• Minimização do tempo de inatividade;
• Redução do esforço de fiação;
• Fácil expansibilidade;
Figura 21: Aeroporto de Pequin.
Fonte: http://www.as-interface.net/applications/
4.3 Automação de processos
Em tecnologia de processo, gasoso, líquido ou são fabricados, armazenados,
processados, medido, misturado, e encaixotado. Tecnologia de processo também inclui a
recuperação de recursos como água, petróleo bruto, minério de ferro, cascalho, areia, etc, e a
reciclagem de lixo e lixo. Um grande "playground" para soluções de automação. E para AS-
Interface.
Sistemas de processo têm ciclos de vida consideravelmente maior do que para os
sistemas de automação de fábrica de instância. Além disso, as tarefas de automação levam a
um conjunto muito específico de requisitos, para um “bus system”:
• Principalmente dados analógico / digital é processado.
• Parametrização complexa e diagnóstica do sistema de automação deve ser possível.
• Muitas áreas requerem dispositivos que carregam as aprovações para áreas perigosas.
• O padrão deve ser estável e confiável.
AS- Interface é - desde a introdução da especificação V3.0 – é projetada para essas
tarefas também. Cada dispositivo na rede AS-Interface podem ser claramente identificados:
fabricante e número do dispositivo, versão, número de série e identificação adicional pode ser
fornecido. Parâmetro do dispositivo pode incluir mais de 100 posições, e os diagnósticos de
opções incluem, por exemplo, contadores de horas de operação ou buffers de alerta.
A filosofia AS-Interface garante que as mais recentes especificações são compatíveis
com versões inferiores e dispositivos mais antigos ainda podem ser usados , mesmo que partes
do sistema precisam ser substituídos ou estendidos. Muitos fabricantes oferecem soluções
para instalações em áreas perigosas.
Todas as vantagens adicionais de interface AS, como fácil e flexível instalação,
substituição de dispositivos e tempos de reação curtos não apresentam os requisitos rígidos
para automação de processos, mas ajudam bastante no desenvolvimento de soluções de
automação econômicas.
AS-Interface pode ser recomendada para automação de processos, como
demonstrado por inúmeras implementações de sucesso, como a operação dos atuadores
lineares de válvulas, válvulas de um quarto de volta, controle de nível e dispositivos de
medição de temperatura, mistura e sistemas de enchimento.
4.3.1 Exemplo de aplicação em processos
Área de aplicação:
• Automação de processos;
Usuário / Localização:
• Shell Deutschland, Grasbrook;
• Automação de processos
• Produção de gás e óleo lubrificante;
Definição de tarefas:
• Modernização com tecnologia fieldbus;
• Materiais resistentes ao óleo;
• A operação a temperaturas entre -20 ° C e 70 ° C;
• A simplificação do fluxo de processo;
Figura – Shell Deutschland, Grasbrook.
Fonte: http://www.as-interface.net/applications/
4.4 Automação Industrial
É importante para o usuário, ou seja, o operador, que os sistemas de trabalho sejam
eficientes, flexíveis, ao mesmo tempo confiáveis, e que conservem os recursos. Tudo
mantendo a alta qualidade consistente do produto, ou , para manuseamento de materiais e
soluções de triagem , com o mesmo rendimento e qualidade consistente. Como consequência,
os requisitos “ON THE BUS” que os designers demandam:
• Pretende-se atingir tempos de ciclo curto e, portanto, necessita-se de tempos de reação
curtos e determinísticos para os sistemas .
• Automação precisa de sensores e atuadores. Estes devem ser fácil e confiável integrado
ao sistema de ônibus. Eles devem ser tão facilmente substituível, como parte do ciclo de
manutenção e atualização.
• O sistema de “bus” deve ser fácil de instalar e flexível para modificar.
• Sistemas de automação precisa oferecer o mais alto grau de confiabilidade.
• Uma tecnologia de segurança integrada é desejável.
AS- interface atende todos os requisitos. Sem compromissos.
• Tempos de resposta dos sistemas de AS-Interface são determinísticos, confiável e
considerável menor do que os tempos de ciclo do PLC.
• AS-Interface taxa de erro residual do é extremamente baixo. Portanto, o sistema é
altamente fiável.
• A tecnologia de perfuração comprovada faz a instalação de componentes AS-Interface
particularmente fácil e confiável.
• As modificações e adições a uma rede AS-Interface existente são extremamente fácil, já
que os sensores e atuadores podem ser conectados em qualquer ponto da rede.
• Tecnologia de segurança é o componente integrante da AS- Interface.
Na fabricação, soluções com AS-Interface instalada com sucesso incluem sistemas
de montagem e interligados linhas de montagem modular, máquinas-ferramentas de qualquer
tipo, painéis de controle , bem como manuseio de materiais e sistemas de armazenamento e
recuperação . Mesmo aeroportos grandes e modernos em todo o mundo, por exemplo, o
Aeroporto Internacional de Pequim, contam com AS- Interface para seus sistemas de
transportadoras complexos.
4.4.1 Exemplo de aplicação em automação Industrial
Área de aplicação:
• Automação de Fábrica;
• A tecnologia de construção;
• Esteira;
Usuário / Localização:
• Iveco Magirus AG, Ulm
Tarefa / Definição:
• A reconstrução de todo o sistema de transporte utilizando tecnologia de barramento;
• Modernização de unidades, controle e segurança.
Figura –Fábrica Iveco Magirus AG, Ulm.
Fonte: http://www.as-interface.net/applications/
5- CONCLUSÃO
As redes ASI se apresentam como uma solução segura e de baixo custo para as
empresas que precisam de um sistema escalável e confiável. A cada instante surgem novas
soluções implementando a citada tecnologia, o que perpetua a sua qualidade e cria-se um
longo período futuro de sobrevivência. As inúmeras aplicações e a crescente demanda por
automação em todo o mundo faz com que as redes ASI sejam empregadas em todo o mundo
através dos grandes fabricantes que optaram por confiar e desenvolver esta tecnologia.
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6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 4 ed. Editora Campus. São paulo, 2007.
DOUGLAS E. C. Redes de Computadores e Internet, 4.ed. Bookman. Porto Alegre, 2006.
ELABO TrainingSysteme. AS-i Fieldbus Technology. Kinding, Alemanha. Disponível em: <http://www.helago-cz.cz/file/elabo/as-i-fieldbus-technology.pdf>Acesso em: 20 nov. 2013.
SIEMENS. Tudo sobre AS-Interface: Uma visão geral para principiantes e usuários avançados. Disponível em: < http://www.tecnodrive.com.br/AS%20INTERFACE.pdf>. Acesso em: 20 nov. 2013.
SIEMENS. AS-Interface. Disponível em: <http://www.industry.usa.siemens.com/automation/us/en/industrial-controls/products/as-interface-field-bus/documents/e20001-a550-p305-v3-7600.pdf>. Acesso em: 20 nov. 2013.
SIEMENS. AS-Interface – Introduction and Basics. Disponível em: < http://www.automation.siemens.com/mcms/industrial-communication/en/support/ik-info/Documents/SYH_asi_grundlagen-76.pdf>. Acesso em: 20 nov. 2013.