REDES INDUSTRIAIS DE
COMUNICAÇÃO
PARTE II
PROFESSOR – NAZARENO DE OLIVEIRA PACHECO
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Redes Industriais II, Notas de estudo de Tecnologia Industrial
Redes Industriais II
Tipologia: Notas de estudo
2013
1 / 28
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REDES INDUSTRIAIS DE
COMUNICAÇÃO
PARTE II
PROFESSOR – NAZARENO DE OLIVEIRA PACHECO
INDICE
- REDE SUCOnet K
- Programação Rede SUCOnet K
- REDE AS-INTERFACE
- INTRODUÇÃO
- AS-Interface – Somente mais um sistema Bus?
- Tecnologia de bus de campo – porque utilizar o Bus?
- Comunicação industrial..................................................................................................................
- Nível de gerenciamento
- Nível de produção e processo
- Nível de atuadores/sensores
- AS-INTERFACE – A SOLUÇÃO PERFEITA
- Associação Internacional AS-Interface
- O que se espera da AS-Interface
- Sistema com único mestre..............................................................................................................
- Pequenas quantidades de dados
- Exigências de tempo real
- Transmissão de dados
- Topologia de rede...........................................................................................................................
- AS-INTERFACE – SEUS COMPONENTES PRINCIPAIS
- Escravo
- Mestre.............................................................................................................................................
- Gateway
- Cabo
- Fonte de Alimentação
- Partes complementares para extensão da rede com...
- Repetidores.....................................................................................................................................
- Extensores
- AS-INTERFACE – A MAIS FÁCIL TÉCNICA DE CONEXÃO....................................................
- Técnica modular
- Técnica de conexão "vampiro"
- AS-INTERFACE – NA PRÁTICA
- Checklist.........................................................................................................................................
- Operação
- EXERCÍCIOS
Configuração Rede SUCOnet
Programação Rede SUCOnet K
A Rede SUCOnet K deverá ser programada via software Sucosoft S40. A troca de dados é através de bytes. Segue o exemplo abaixo. Suponha que devemos fazer uma rede de CLP´s utilizando a seguinte configuração: um Mestre e um Escravo. As entradas digitais do Mestre são escritas nas saídas digitais do Escravo. As entradas digitais do Escravo são escritas nas saídas digitais do Mestre.
No CLP Mestre devemos seguir os seguintes passos:
Na topologia do Mestre devemos colocar toda configuração.
Ao dar duplo clique no Mestre abrimos a seguinte janela:
Feito as etapas acima devemos abrir o POU editor, declarar as variáveis e fazer o programa.
No CLP Escravo devemos seguir os seguintes passos:
Na topologia do Escravo devemos colocar a configuração.
Ao dar duplo clique no Escravo abrimos a seguinte janela:
Deixamos configurado como Suconet K Slave, em seguida clicamos na janela Suconet K Slave e configuramos o números de bytes que devem ser enviados e recebidos. Devemos colocar a mesma quantidade configurada no Mestre.
REDE AS-INTERFACE
INTRODUÇÃO
Quem deseja automatizar um processo, necessita de sensores e atuadores – isso é inevitável. Seja num centro de logística, onde sensores óticos controlam a posição de um pacote sobre esteiras. Seja em uma máquina de engarrafamento, onde o nível de líquido é controlado. Ou mesmo, em uma usina onde barras têm que ser cortadas no lugar correto: os sensores são os olhos e ouvidos do comando e controle de processos, e estão presentes em todas as partes da instalação.
O sinal de encoders ou de outros sensores de campo foram por muito tempo coletados segundo padrões antigos: cada um dos sensores e atuadores eram instalados diretamente aos altos níveis de automação, fazendo com que surgissem complexas ramificações de cabos ligados diretamente aos painéis de comando. A tecnologia BUS – padronizada em nível de campo, comando e gerenciamento – em meados dos anos 90, se instalou também no mundo dos sensores e atuadores binários, com a introdução da AS-Interface. Um padrão geral foi instaurado: robusto e flexível o suficiente para suprir todas as exigências de um Bus de dados industrial, mas ao mesmo tempo especialmente elaborado para também atender as necessidades dos níveis de comando "inferiores". Com a AS-Interface, os "olhos e ouvidos" da produção finalmente entraram na onda da nova tecnologia de comunicação industrial. Atualmente não existe um forte concorrente para a AS-Interface e com o apoio de uma organização internacionalmente forte, assim como de fabricantes mundialmente reconhecidos. A AS-Interface continuará dominando o mercado também no futuro. A AS-Interface é um sistema com o qual podemos conectar módulos juntos ao processo (sensores, atuadores e painéis de operação), conectados ao nível mais baixo de uma planta qualquer ("chão de fábrica"). Na área de automação, esta é, sem sombra de dúvidas, a solução mais simples e barata. Esta apostila se dirige tanto a interessados como a usuários da AS-Interface. Permite adquirir os conhecimentos mínimos e necessários sobre a tecnologia AS-Interface, de forma rápida e fácil.
AS-Interface – Somente mais um sistema Bus?
A rede AS-Interface existe desde 1994, com a qual sinais analógicos e digitais juntos ao processo e à máquina podem ser transmitidos de forma digital. A ASInterface é ao mesmo tempo uma interface universal entre os níveis mais altos de comando e os simples atuadores e sensores em níveis inferiores ("chão de fábrica").
Tecnologia de bus de campo – porque utilizar o Bus?
O que nos levou a desenvolver a ASInterface? Não faz muito tempo que a pressão para redução de custos na automação exigiu uma mudança estrutural. O que alavancou esta mudança foram os imensos custos provocados pela instalação dos cabos que tinham que ser usados para a conexão do nível de campo aos equipamentos de automação (normalmente controladores lógicos programáveis), pois cada um dos atuadores ou sensores tinha que ser conectado com o comando central e sua respectiva alimentação. Isso não provocava somente custos altos de montagem, mas também de cablagem, bem como um maior número de falhas e consequentemente, menor confiabilidade do sistema.
Antigamente cada um dos sensores no campo tinha que ser conectado com o CLP (cablagem paralela). Hoje em dia, os sensores e atuadores são conectados uns com os outros e o comando simplesmente através de um cabo – o cabo AS-Interface.
Comparação de custos entre a técnicaconvencional e a técnica AS-Interface para uma máquina fresadora.
Nível de gerenciamento
No nível mais alto, o nível de gerenciamento, computadores são conectados uns com os outros no nível de comando. Às vezes até fábricas inteiras umas com as outras, ou computadores principais com computadores que comandam toda a produção. O volume de dados é da ordem de megabyte e a transferência dos dados, em geral, não precisa acontecer em tempo real. O meio de transmissão é, por exemplo, a rede Ethernet.
Nível de produção e processo
No nível de produção e processo, o PROFIBUS (Process Fieldbus) já está consagrado. Com uma velocidade de transmissão de até 12 Mbit/s no seu tipo DP, ele é perfeito para as mais altas exigências na técnica de automação. Agora existe o PROFIBUS como PROFIBUS-PA também para a técnica de gerenciamento de processo. As complementações em processo contínuo e acíclico, adicionadas em 1999, fazem dele a partir de agora ideal também para utilização em processos de fabricação típicos de Motion Control.
Nível de atuadores/sensores
O nível de atuadores/sensores é o nível mais baixo no campo. Atuadores e sensores binários são conectados no nível de campo e de processo. Uma grande parte dos equipamentos enviam ou necessitam de sinais binários (por ex. BERO, contatores, partida de motor, válvulas magnéticas, conjunto de válvulas pneumáticas, etc.). A quantidade de dados necessária é mínima. A velocidade de transmissão de dados, porém, é muito alta. Exatamente aqui está a área de atuação da AS-Interface. A AS-Interface se consagrou, desde a sua introdução no mercado, com mais de um milhão de pontos de controle. Esta rede já provou ser também a solução perfeita para as tarefas ligadas a automação de campo, com quase nenhuma concorrência devido ao seu baixo custo, a sua facilidade de instalação e sua robustez.
AS-INTERFACE – A SOLUÇÃO PERFEITA
Antes que se começasse a desenvolver um sistema de bus para o nível de campo mais baixo que deveria ser aberto e independente de fabricante (como as redes Ethernet e PROFIBUS), tinha-se que resolver um problema bastante simples: os componentes que por um lado deveriam ser conectados no sistema bus, por outro lado eram advindos dos mais diferentes fabricantes, estes não estavam necessariamente em condições de funcionar sem problemas uns com os outros e com o sistema.
Associação Internacional AS-Interface
Para se compatibilizar os componentes, 11 fabricantes de renome do ramo de sensores/atuadores se uniram em 1990 em um consórcio. O Projeto AS-Interface de antes tornou- se agora a Associação AS-Interface que tem como objetivos a padronização internacional, o desenvolvimento contínuo do sistema, assim como a certificação dos produtos para a rede AS-Interface. O usuário reconhece os produtos testados e certificados através do logotipo "sombreado" (acima) e através de um número de teste ligado a este logotipo.
O que se espera da AS-Interface
No nível de comando mais baixo esta rede interliga sensores, contatores, chaves de partida, sinalizadores, botões, entre outros, sendo que a quantidade de informações transmitidas se limitam a poucos bits. Para esta tarefa de interligação, os sistemas de transmissão de dados existentes antigamente, ou eram sobredimensionados ou simplesmente não podiam ser utilizados. Eles utilizavam condutores muito caros ou inadequados para a aplicação direta em campo (por exemplo: cabos de fibra de vidro, blindado ou inflexível) e a quantidade de dados era grande demais. Os protocolos de dados não comportavam ou a parte eletrônica do comando era muito complexa para que cada sensor binário pudesse se tornar participante do bus, já que o número deles poderia e pode ser enorme em grandes plantas industriais automáticas ou semi-automáticas. Além disso, a montagem e a colocação em funcionamento deveriam ser efetuadas da forma mais simples possível e sem formação especial para tal. Os custos de instalação deveriam ser baixos e a quantidade de dados a ser transmitida deveria ser suficiente. Resumindo: a AS-Interface deve ser capaz de conectar sensores e atuadores e ligá-los aos níveis de comando mais altos. Tudo isto de forma simples, barata e de acordo com as normas industriais padronizadas. O resultado técnico obtido é excelente. A AS-Interface preenche as exigências de forma perfeita – e isto tanto no uso direto em campo (IP65 /IP67) quanto dentro de painéis (IP20), além de poder ser aplicada em ambientes com temperaturas de –25°C até +85°C.
Pequenas quantidades de dados
A AS-Interface está otimizada com relação à quantidade de dados que corresponde exatamente às exigências do nível de campo mais baixo. Os telegramas de dados têm uma estrutura definida e um comprimento pré-determinado. Em um ciclo são intercambiados no total até quatro bits de dados úteis na direção de entrada e quatro na de saída entre um escravo e o mestre.
Exigências de tempo real
O tempo máximo de ciclo, isto é, o tempo que o mestre pode necessitar, até que o primeiro participante seja novamente consultado. Na AS-Interface esse tempo é de no máximo 5ms em um sistema com sua capacidade total, e portanto com até 31 escravos-padrão. Em um sistema AS-Interface totalmente otimizado, segundo a especificação completa 2.1, o tempo máximo do ciclo é de 10ms com 62 escravos. Estes tempos atendem, na maioria dos sistemas de comando, às "exigências de tempo real". O processo de consulta é determinístico, isto é, o mestre pode "confiar" que ele vai ter à sua disposição dentro de um determinado intervalo de tempo os dados atuais de cada participante ligado à rede AS-Interface.
Transmissão de dados
No caso dos cabos utilizados, tratam-se de cabos de dois condutores sem blindagem e sem condutor PE, que transmitem os dados e a energia auxiliar ao mesmo tempo (para os sensores). O protocolo inteligente é construído de tal forma que o sistema seja extremamente sensível à danos. Por este motivo pode-se abdicar totalmente de blindagem. O cabo perfilado amarelo tornou-se característico para a AS-Interface que através de um sistema de contato inovador (técnica "vampiro") permite uma montagem simples e eficiente. Uma rede AS-Interface pode também ser montada com um cabo redondo padrão, mas por motivos econômicos, o condutor perfilado é seguramente a melhor opção.
Topologia de rede
A rede AS-Interface pode ser montada como instalações elétricas usuais. Por ser robusta não há nenhuma restrição quanto a estrutura (topologia de rede). Os módulos AS-Interface podem ser instalados em forma linear, estrela, árvore ou anel. Em um sistema padrão AS-Interface pode-se conectar no máximo 31 escravos sendo que cada escravo pode ter até quatro entradas e quatro saídas (no total até 124 bits de entrada e 124 de saída). Em um sistema AS-Interface segundo a especificação avançada 2.1 pode-se conectar até 62 escravos A/B. Estes têm no máximo quatro entradas e três saídas (isto é, até 248 bits para entradas e 186 para saídas dentro de um sistema AS-Interface). Cada sensor inteligente com chips de AS-Interface integrados recebem um endereço-escravo próprio e se comportam frente ao mestre como escravos "normais".
As configurações possíveis de uma rede AS-Interface são: linear, estrela ou árvore. A configuração em anel também é possível.
Gateway
Dentro de estruturas de automação mais complexas, a AS-Interface pode também ser conectada a um bus de campo superior, como por exemplo: PROFIBUS-DP. Para tal, é necessário um Gateway (DP/AS-i Link) que serve como mestre da AS-Interface apesar de no bus de campo superior (PROFIBUS- DP) atuar como escravo. A ASInterface torna-se então uma emissária de sinais binários para cada um dos sistemas de bus de campo superior.
Exemplo de um mestre da AS-Interface: SIMATIC S7-
Cabo
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 uma tensão auxiliar alimentada adicionalmente (24VCC). Para se poder utilizar a mesma técnica de instalação para os atuadores, foram especificados cabos com as mesmas características, mas de outra cor. Desta forma, o cabo para a energia auxiliar 24VCC é um cabo perfilado preto. O isolamento dos condutores é composto normalmente por uma borracha (EPDM). 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. Uma blindagem do condutor não é necessária em função da técnica de transmissão empregada.
Cabos perfiladosAS-Interface
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.
Fonte AS-Interface.
Partes complementares para extensão da rede com...
A AS-Interface funciona sem repetidores até um comprimento de 100m, e com repetidores até 300m.
Repetidores
Caso o equipamento exija mais de 100 m, pode-se complementar a fonte por exemplo com repetidores para cada 100m adicionais até no máximo 300m. O repetidor trabalha como amplificador. Os escravos podem ser conectados a quaisquer segmentos AS-Interface. Cada segmento necessita uma fonte separada. Adicionalmente, o repetidor separa ambos segmentos galvanicamente um do outro, sendo que a seletividade aumenta em caso de curto circuito.