Redes de Automao Industrial - Introduo

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Redes Industriais: Introduo A utilizao de equipamentos e mquinas nas indstrias teve incio na Revoluo Industrial, no sculo XVIII, aplicao de tarefas que outrora eram manuais;

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Redes Industriais: Introduo J no sculo XX, houve o incio da produo em srie, sobretudo das tcnicas desenvolvidas e aplicadas por Henry Ford nos Estados Unidos;

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Redes Industriais: Introduo Com a evoluo do controle alguns processos passaram a ser realizados atravs de gigantescos e elaborados circuitos lgicos controlados por dispositivos eletromagnticos, originando o que conhecemos como lgica de rels; Os sistemas controlados por lgicas de rels trouxeram grande avano na automao de processos produtivos dos automveis Entretanto havia alguns inconvenientes:4

Redes Industriais: Introduo O espao ocupado era imenso; A capacidade de trabalho com variveis analgicas era muito limitada; Na ocorrncia de um defeito, o diagnstico era muito demorado. O pessoal da manuteno poderia levar dias para encontrar uma bobina queimada ou um contato defeituoso dentro do circuito; Quando era necessrio mudar o comportamento do sistema (devido mudana no modelo de carro produzido, por exemplo) era necessrio sucatear todo o processo e comear a fazer tudo do zero o que custava meses de trabalho;5

Redes Industriais: Introduo Painel de rels de controle de elevadores:

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Redes Industriais: Introduo A eletrnica e os processadores: Com o advento da eletrnica e o aperfeioamento das tcnicas e sistemas de medio & controle durante a dcada de 50, a indstria comea a trabalhar com equipamentos de controle e comando numrico; com isso, o conceito de distribuio de salas de controle comea a ser difundido; Em 1947, Willian Shockley, John Barden e Walter Brattain desenvolvem o transistor;

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Processos Industriais Controle Contnuo Classes de Instrumentosa) Indicador

b) Registrador

c) Transmissor

d) Transdutor

e) Controlador

f) Elemento Final de Controle8

Transmissores InteligentesTRANSMISSOR A 2 FIOS - Alimentao (24 Vdc) e comunicao (4 a 20 mA) no mesmo par de fios.

TRANSMISSOR A 4 FIOS - Alimentao e comunicao independentes. Alimentao (110 vac) Sada digital Sada 4 a 20 mA

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Controladores Analgicos CD600 Smar

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Redes Industriais: Introduo A partir de 1961 surgem os primeiros computadores que comearam a ser utilizados na indstria dando origem aos primeiros robs industriais;

A partir da, o surgimento dos mini e micro computadores ampliaram as possibilidades, passando a ser empregados em diversos ramos da instrumentao industrial.

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Redes Industriais: Introduo

O emprego de computadores na indstria de processos se justifica pelo fato de que o mesmo pode auxiliar no aumento da produo e reduo de gastos, atravs da automao das mquinas; Os microprocessadores podem tomar decises de controle de uma mquina como lig-la, deslig-la, moviment-la, sinalizar defeitos e at gerar relatrios operacionais;

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Redes Industriais: Introduo Dentro deste conceito, surgiram microcomputadores desenvolvidos especialmente para efetuar operaes e controles lgicos sobre os equipamentos com possibilidade de reprogramao de suas funes; Este equipamento especial foi chamado de PLC (Programmable Logic Controller) ou em portugus, CLP Controlador Lgico Programvel.

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Segmentos de Mercado

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Conceitos em Redes Industriais A automao industrial vem h vrios anos tentando substituir o velho padro de corrente 4-20mA, por um sistema de comunicao serial (digital);

As redes industriais apresentam como grande vantagem a reduo significativa de cabos de controle e seus acessrios (bandejamento, leitos, eletrodutos, conectores, painis, etc) que interligam os elementos de campo ao sistema controlador; A reduo tambm muito significativa no projeto e na instalao, pois com menos cabos, diminui-se o tempo de projeto e dos detalhes de encaminhamento dos cabos.15

Conceitos em Redes Industriais Na instalao inicial o tempo tambm reduzido na mesma proporo, pois menos cabos sero lanados e painis de rearranjo no sero mais necessrios e menos conexes sero realizadas; Do ponto de vista da manuteno, ganha-se medida que o sistema fornece mais informaes de status e diagnsticos, mas por outro lado requer-se pessoal mais qualificado e treinado para compreender e utilizar os recursos disponveis.

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Conceitos em Redes Industriais

Tradicional:Cada dispositivo conectado individualmente ao controlador17

Tendncia:Dispositivos inteligentes ligados em rede com o Controlador

Conceitos em Redes Industriais Requisitos de comunicao fabril: - Compartilhamento de recursos; - Gerenciamento da heterogeneidade;

- Gerenciamento de diferentes tipos de dilogo;- Garantia de tempo de resposta mdio ou mximo; - Confiabilidade dos equipamentos e da informao;

- Conectividade e interoperabilidade;- Evoluo (update/upgrade) e Flexibilidade.

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Os Nveis Hierrquicos de Integrao FabrilAdministrao Corporativa

Planejamento (Factory)

Enterprise Network

rea (Shop)

Clula (Cell)

Ethernet Fieldbus, Profibus, DeviceNet

Subsistema (Subsystem)

SensorbusComponente (Component) S A S A S A S A

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Caractersticas da comunicao em CIMCusto mdio de uma estao Planejamento Tempo Vida til e tamanho mdio dos dados ocioso entre transmisses

Administrao Corporativa

rea

Clula

Unidade (subsistema)

Nmero de estaes / segmento Hostilidade do meio

Trfego mdio Pacotes / seg.

Componente

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Conceitos em Redes Industriais Maioria das redes de comunicao existentes foram concebidas para automao de escritrios; Ambiente industrial tem caractersticas e necessidades que tornam redes para automao de escritrios mal adaptadas: Ambiente hostil para operao dos equipamentos (perturbaes eletromagnticas, elevadas temperaturas, sujeira, reas de segurana intrnseca, etc.); Troca de informaes se d entre equipamentos e, s vezes, entre um operador e o equipamento; Tempos de resposta crticos; Segurana dos dados crtica; Grande quantidade de equipamentos conectados na rede acarretando na criticidade de custos de interconexo.21

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Caractersticas e Requisitos Bsicos das Redes Industriais1 - Comportamento Temporal - Sistemas em Tempo Real; 2 Confiabilidade;

3 - Requisitos do Meio Ambiente: - Meios de Transmisso; - Segurana Instrnsica4 - Tipo de Mensagens e Volume de Informaes; 5 Conectividade / Interoperabilidade (Padronizao).22

1- Comportamento Temporal Aplicaes Industriais freqentemente requerem sistemas de controle e superviso com caractersticas em Tempo-Real; Em aplicaes em tempo real, importante poder determinar o comportamento temporal do sistema de comunicao;

Mensagens em STR podem ter restries temporais: Peridicas: tem que ser enviadas em intervalos conhecidos e fixos de tempo. Ex.: mensagens ligadas a malhas de controle. Espordicas: mensagens sem perodo fixo, mas que tem intervalo de tempo mnimo entre duas emisses consecutivas. Ex.: pedidos de status, pedidos de emisso de relatrios. Aperidicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, sem perodo nem previso. Ex.: alarmes em caso de falhas.

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2 - Confiabilidade Em aplicaes industriais, erro de 1 bit pode ter conseqncias desastrosas; Em sistemas que necessitem de uma operao contnua, pode ser utilizado um meio de transmisso e estaes redundantes; Recomenda-se usar cabos blindados em ambientes com fortes campos magnticos; Uso crescente de fibra ptica.

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3 - Requisitos do Meio Ambiente Perturbaes eletromagnticas requerem escolha adequada do meio de transmisso; Fonte: acionamentos de motores eltricos de grande porte, fontes chaveadas, estaes de solda, conversores estticos, etc.Par Tranado (assncrono) Par Tranado (sncrono) Cabo Coaxial Fibra tica Distncia Custos Taxa de transmisso Sensibilidade perturbaes

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reas de Risco (Segurana Intrnsica) Sujeitas a incndio, exploso; Presena de lquidos ou gases inflamveis/explosivos; No pode haver faiscamento; Freqncia de sinais eltricos limitada; Modelo de Entidade baseado em valores (clculo) de Tenso, Corrente, Potncia, Capacitncia, Indutncia e nas caractersticas e Resistncia dos Cabos;26

reas de Risco (Segurana Intrnsica) Modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept): desenvolvido na Alemanha pelo PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt); Reconhecido mundialmente como modelo bsico para operao de redes em reas de risco de exploso ou incndio.

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4 - Tipo de Mensagens e Volume de Informaes Nveis hierrquicos superiores: - mensagens grandes (KByte); - podem ter tempos de transmisso longos (seg. at min.); - longos intervalos entre transmisses. Aplicaes mais prximas ao processo: mensagens curtas: - ligar ou desligar uma unidade = 1 bit ; - fazer leitura de um sensor / medidor = 8 Bytes ; - alterar o estado de um atuador = 8 Bytes ; - verificar o estado de uma chave ou rel = 1 bit . Requisitos: taxa de transmisso de dados no muito elevada; taxa de ocupao do barramento elevada (grande nmero de pequenos pacotes a serem transmitidos); tempo de entrega conhecido.28

5 - Conectividade / Interoperabilidade (Padronizao) Verifica-se a necessidade de uma especificao de redes locais para aplicaes industriais diferente daquela adotada em automao de escritrio; J existem diversas redes proprietrias para ambiente fabril, mas no permitem a interligao de equipamentos de outros fabricantes; Maior entrave conectividade e interoperabilidade: no padronizao das interfaces e protocolos de comunicao; Grandes esforos tem sido despendidos para solucionar estes problemas (padronizao de projetos).29

Redes Industriais

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