REDES INDUSTRIAIS DE
COMUNICAÇÃO
PROFESSOR – NAZARENO DE OLIVEIRA PACHECO
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Redes Industriais I, Notas de estudo de Tecnologia Industrial
redes undustriais
Tipologia: Notas de estudo
2013
1 / 41
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REDES INDUSTRIAIS DE
COMUNICAÇÃO
PROFESSOR – NAZARENO DE OLIVEIRA PACHECO
INDICE
- FIELDBUS
- Níveis de Protocolo
- Níveis de Software
- Nível Físico
- Benefícios do Fieldbus
- PROFIBUS
- Programação Rede PROFIBUS - DP Klockner Moeller
- MODBUS
- Modo ASCII
- Modo RTU
- Framing da Mensagem
- Campo Checksum
- Checagem de Paridade
- Checagem do Framing LRC
- Checagem do Framing CRC
- Funções Modbus
- ETHERNET
- INTRANET E EXTRANET..........................................................................................
- Relação Intranets e Extranets
- EXERCÍCIOS
Níveis de redes industriais
O nível intermediário, nível de controle da rede, é a rede central localizada na planta incorporando PLCs, DCSc e 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 e o tipo de dados que trafega pela rede. Os dados podem ser bits, bytes ou blocos. As redes com dados em formato de bits transmitem sinais discretos contendo simples condições ON/OFF. As redes com dados no formato de byte podem conter pacotes de informações discretas e/ou analógicas e as redes com dados em formato de bloco são capazes de transmitir pacotes de informação de tamanhos variáveis. Assim, classificam-se as redes quanto ao tipo de rede de equipamento e os dados que ela transporta como:
- rede sensorbus - dados no formato de bits
- rede devicebus - dados no formato de bytes
- rede fieldbus - dados no formato de pacotes de mensagens
Classificação das redes
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. 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. 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. Além disso, algumas destas redes permitem a transferência de blocos em uma menor prioridade comparado aos dados no formato de bytes. Esta rede tem os mesmos requisitos de transferência rápida de dados da rede de sensorbus, mas consegue gerenciar mais equipamentos e dados. Alguns exemplos de redes deste tipo são DeviceNet, Smart Distributed System (SDS), Profibus DP, LONWorks e INTERBUS-S. A rede fieldbus interliga os equipamentos de I/O mais inteligentes e pode cobrir distâncias maiores. Os equipamentos acoplados à rede possuem inteligência para desempenhar funções específicas de controle tais como loops PID, controle de fluxo de informações e processos. Os tempos de transferência podem ser longos mas a rede deve ser capaz de comunicar-se por vários tipos de dados (discreto, analógico, parâmetros, programas e informações do usuário). Exemplo de redes fieldbus incluem, Fieldbus Foundation, Profibus PA e HART. Os tipos de equipamentos que cada uma destas classes agrupam podem ser vistos na Figura.
FIELDBUS
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.
Comunicação digital bidirecional
A seguir estaremos analisando os detalhes de projeto utilizando-se o protocolo FIELDBUS elaborado pela Fieldbus Foundation e normalizado pela ISA-The International Society for Measurement and Control para automação de Plantas de Processos.
FIELDBUS em operação conjunta à softwares Supervisórios
Níveis de Protocolo
O protocolo FIELDBUS foi desenvolvido baseado no padrão ISO/OSI embora não contenha todos os seus níveis, podemos em primeira análise dividi-lo em nível físico (“ Physical Laye r” - que trata das técnicas de interligação dos instrumentos) e níveis de software (“ Communication Stac k”) que tratam da comunicação digital entre os equipamentos.
Níveis de Protocolo
Níveis de Software
Destacamos que para o usuário tudo isto é transparente e é tratado pelo software de configuração ou pelo software supervisório.
Garantia de interoperalidade
NÍVEL DO USUÁRIO (User Laye r)
Define o modo para acessar a informação dentro de equipamentos FIELDBUS e de que forma esta informação pode ser distribuída para outros equipamentos no mesmo nó ou, eventualmente em outros nós da rede FIELDBU S. Este atributo é fundamental para aplicações em controle de processo. A base para arquitetura de um equipamento FIELDBUS são os blocos funcionais, os quais executam às tarefas necessárias as aplicações existentes hoje, tais como: aquisição de dados, controle PID, cálculos e atuação. Todo bloco funcional contém um algoritmo, uma base de dados (entradas e saídas) e um nome definido pelo usuário (o Tag do bloco, deve ser único na planta do usuário). Os parâmetros do bloco funcional são endereçados no FIELDBUS via TAG.PARAMETER-NAME. Um equipamento FIELDBUS conterá um número definido de blocos funcionais. A base de dados pode ser acessada via comunicação.
Nível Físico
A Norma ANSI/ISA-S50.02-1992, aprovada em 17 de Maio de 1994 -“ Fieldbus Standard for Use in Industrial Control Systems Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition” trata do meio físico para a realização das interligações os principais ítens são:
- transmissão de dados somente digital
- comunicação bi-direcional
- modulação de voltagem (acoplamento paralelo)
- velocidades de transmissão de 31,25 kb/s, 100 Mb/s
No nível de instrumentos ligados aos barramentos de campo, a velocidade normalizada é 31, kb/s, as outras velocidades deverão ser utilizadas para a interligação de “bridges” e “gateways” para a conexão em alta velocidade destes dispositivos.
Utilização de "Bridges"
Na velocidade de 31,25 kb/s a norma determina, dentre outras, as seguintes regras:
a) um instrumento FIELDBUS deve ser capaz de se comunicar entre os seguintes números de equipamentos: entre 2 e 32 instrumentos numa ligação sem segurança intríseca e alimentação separada da fiação de comunicação; entre 1 e 12 instrumentos alimentados pela mesma fiação de comunicação numa ligação sem segurança intrínseca.
Obs.: Esta regra não impede a ligação de mais instrumentos do que o especificado, estes números foram alcançados levando-se em consideração o consumo de 9 mA +/- 1 mA, com tensão de alimentação de 24 VDC e barreiras de segurança intrínseca com 11 a 21 VDC de saída e 60 Ma máximos de corrente para os instrumentos localizados na área perigosa.
b) um barramento carregado com o número máximo de instrumentos na velocidade de 31, kb/s não deve ter entre quaisquer dois equipamentos o comprimento maior que 1.900 m (incluindo as derivações)
Obs.: esta regra não impede o uso de comprimentos maiores desde que sejam respeitadas as características eletricas dos equipamentos.
Comprimento máximo de um segmento FIELDBUS
c) o número máximo de repetidores para a regeneração da forma de onda entre dois intrumentos não pode exceder a 4;
d) um sistema FIELDBUS deve ser capaz de continuar operando enquanto um instrumento está sendo conectado ou desconectado;
e) as falhas de qualquer elemento de comunicação ou derivação (com excessão de curto-circuito ou baixa impedância) não deverá prejudicar a comunicação por mais de 1 ms;
f) deve ser respeitada a polaridade em sistemas que utilizem pares trançados, seus condutores devem ser identificados e esta polarização deve ser mantida em todos os pontos de conexão;
Comprimentos típicos de barramento e derivações:
Cabo tipo Distância (m) A 1900
B 1200 C 400 D 200 Comprimentos típicos de barramento e derivações
Benefícios do Fieldbus
Os benefícios da tecnologia FIELDBUS podem ser divididas em melhoria e maior quantidade de informações de controle.
O “Fieldbus” não representa uma paixão típicas por novas tecnologias e sim a redução de aproximadamente 40 % nos custos de projeto, instalação, operação e manutenção de um processo industrial.
Impacto nos novos sistemas de controle:
Redução de custo de engenharia; Redução de cabos, bandejas, borneiras, etc; Melhoria na qualidade das informações; Os transmissores transmitem muito mais informações; Os equipamentos indicam falha em tempo real; Facilidade na manutenção; entre outros.
A seguir temos a arquitetura de uma rede Fielbus, onde podemos observar a estação de supervisão, uma placa de interface com múltiplos canais, o barramento linear, terminador do barramento ( BT-302 ), fonte de alimentação (PS-302), impedância ( PSI-302 ) e diversos instrumentos, inclusive um CLP com placa de interface para o barramento. (Diagrama fornecido pela SMAR ).
Na figura seguinte podemos observar com mais detalhes a instalação de um barramento linear Fieldbus, também observamos a redundância das placas de interface.
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-FMS é a solução de propósito geral para comunicação de tarefa ao nível de célula. Serviços de FMS poderosos abrem um amplo alcance de aplicações e provêem grandes flexibilidades. PROFIBUS-FMS também pode ser usado para tarefas de comunicação extensas e complexas.
A família de PROFIBUS
PROTOCOLO DE ACESSO AO MEIO.
PROFIBUS especifica as características técnicas e funcionais de um sistema de fieldbus serial, descentralizando os controladores digitais, agora trabalhando a nível de célula. Há uma distinção entre dispositivos mestre e dispositivos de escravo. Dispositivos mestres determinam a comunicação de dados no barramento. Um mestre pode enviar mensagens sem um pedido externo quando segura os direitos de acesso do barramento (o token). Também são chamados os mestres estações ativas. Dispositivos escravos são dispositivos periféricos. Dispositivos escravos típicos incluem dispositivos de I/O, válvulas, drivers e transmissores. Eles não têm direitos de acesso ao barramento e só podem reconhecer mensagens ou podem enviar mensagens ao mestre quando requisitados. Também são chamados os escravos estações passivas. Eles só requerem uma porção pequena do protocolo do barramento, o implementação deles é particularmente econômica
PROFIBUS - protocolo de acesso ao meio.