1www.smar.com.br

IntroduçãoIntrodução àsàs RedesRedes IndustriaisIndustriaisIntroduçãoIntrodução àsàs RedesRedes IndustriaisIndustriais

© 2011 Copyright Smar

2www.smar.com.br

PirâmidePirâmide da Automaçãoda Automação

3www.smar.com.br

ASAS--i i -- Definição e Pontos ChaveDefinição e Pontos ChaveASAS--i i -- Definição e Pontos ChaveDefinição e Pontos Chave

• Actuator Sensor Interface (AS-i) . . . – Barramento que interconecta produtos binários de

custo baixo tais como atuadores, sensores (chaves limite, botoeiras, relés, válvulas solenoides), etc.

– Substituição digital para cabos tradicionais

– A tecnologia AS-I pertence e é administrada pela AS-International

– Padrão definido pela CENELEC, norma EN 50295

4www.smar.com.br

Aplicações AS-iAplicações AS-i

• Partida de Motores

• Variadores de Frequência

• Válvulas On-Off

• Ilhas de Valvulas

• Blocos de E/S discretas

5www.smar.com.br

Benefícios ASBenefícios AS--iiBenefícios ASBenefícios AS--ii

• Tempo de scan Rápido (max. 5 ms)

• Auto - Sensing & Auto - Addressing

• Comunicação Mestre - Escravo

• Economia de Hardware

– Fiação simples e segura

– Tecnologia de instalação rápida

– Instrumentos “baratos”

• Padrão Aberto

– Independente de Fabricante e Interoperavel

– Produtos Certificados, Aceitação iternacional

6www.smar.com.br

Cabo AS-Interface:Alimentação CC no mesmo

par de comunicação

Características BásicasCaracterísticas Básicas

Fonte ASI30,5 Vcc

100m Max.62 Escravos Max.

7www.smar.com.br

Topologias aplicáveisTopologias aplicáveis

Topologia livre, somente há limitações no comprimento do cabo

8www.smar.com.br

AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações

• linha de transporte de processode empacotamento,

• Silos de Granulados

• Módulos Compactos paraaplicação em Cervejarias

9www.smar.com.br

• Originalmente desenvolvido pela BOSH para o mercado automobilístico europeu no início dos anos 80;

• Substituiu a fiação custosa e trabalhosa por cabos de rede de baixo custo;

• Resposta rápida e alta confiabilidade (Freios Anti-travantes e airbags);

• Substituiu a fiação custosa e trabalhosa por cabos de rede de baixo custo DeviceNet tem uma camada de software de aplicação sobre o CAN.

DevicenetDevicenetDevicenetDevicenet

10www.smar.com.br

DevicenetDevicenetDevicenetDevicenet

Rede industrial de padrão aberto de comunicação para conexão entre :

– Sensores de proximidade indutivos,capacitivos,fotoelétricos,

– Painéis e interfaces de operação,

– sensores de processos,

– leitores de código de barras,

– variadores de frequência,

– motores de partida,

– válvulas solenóides

11www.smar.com.br

Especificações da rede DeviceNetEspecificações da rede DeviceNetEspecificações da rede DeviceNetEspecificações da rede DeviceNet

• Projetado para sinais simples

• Até 64 instrumentos

• Cabos par-trançado ou fibra

• Cabos até 500m

• Topologia de barramento com derivações (bus with spurs)

• Cabos e conectores especiais

• Modelo Produtor/Consumidor – Qualquer device pode iniciar um processo de comunicação

12www.smar.com.br

TopologiasTopologiasTopologiasTopologias

A topologia da rede Devicenet é baseada em um tronco principal com ramificações

O tronco principal deve ser sempre terminado nas duas pontas com resistores de 121, 1%, ¼ W.

Topologias em Estrela e anel não são permitidas !!

13www.smar.com.br

Cabos DeviceNetCabos DeviceNetCabos DeviceNetCabos DeviceNet

São 4 tipos de cabos padronizados: cabo redondo grosso, fino, médio e flat.

Mais Utilizado: cabo grosso para o tronco.cabo fino para as derivações.

Tipo

de caboBitola

Bitola

dreno

Bitola

comum I (A) Dim Resist

Grosso 15AWG 18AWG 18AWG 8A 12,5mm 0,015Ω/mFino 22AWG 22AWG 24AWG 3A 7,0mm 0,069Ω/mFlat 16AWG - 16AWG 8A 5,3x19,3mm 0,019Ω/m

14www.smar.com.br

Comprimentos máximos Comprimentos máximos dos cabos dos cabos Comprimentos máximos Comprimentos máximos dos cabos dos cabos

Tipo de cabo Função do caboTaxa de transmissão

125 Kbits/s 250 Kbits/s 500 Kbits/s

Grosso Tronco 500m 250m 100m

Fino Tronco 100m

Flat Tronco 380m 200m 75m

Fino Derivação 6m

Fino ∑ Derivações 156m 78m 39m

• Ramificação na rede não pode ser maior que 6 m

• A soma dos comprimentos de todas as ramificações deve ser menor que o máximo permitido para a taxa de comunicação desejada.

15www.smar.com.br

Exemplo de rede DevicenetExemplo de rede DevicenetExemplo de rede DevicenetExemplo de rede Devicenet

16www.smar.com.br

Aplicações DeviceNetAplicações DeviceNetAplicações DeviceNetAplicações DeviceNet

Solda Robótica

17www.smar.com.br

PROFIBUS PROFIBUS -- Comunicação TransparenteComunicação Transparente

18www.smar.com.br

H1H1

H1BS

EstaçãoEngenharia

Estação Manutenção

Estação Operação

Arquitetura Arquitetura –– PROFIBUS DPPROFIBUS DPInternet Firewall

19www.smar.com.br

• Par-trançado com 2 fios (RS-485)e blindagem somente para sinal,• Até 128 dispositivos divididos em 4 segmentos com repetidores,• Velocidades ajustáveis de 9.600 a 12 Mbits/s• De 100 a 1.200m conforme a velocidade;• Sistema de comunicação mestre - escravo.

ProfibusProfibus -- DP (DP (DescentralizedDescentralized PeripheriaPeripheria) )

20www.smar.com.br

Aplicações Profibus DPAplicações Profibus DPAplicações Profibus DPAplicações Profibus DP

• Partida de Motores

• Variadores de Frequência

• Balanças

• Controle Discreto de Válvulas

• E/S em Zone 1

21www.smar.com.br

Comunicação Multi MestreComunicação Multi MestrePassagem de “token”Passagem de “token”Comunicação Multi MestreComunicação Multi MestrePassagem de “token”Passagem de “token”

PLC / DCS / PCIndustrial PC

tokentokentokentokentokentoken

Profibus-PA31.25 kbit/s

24 V

DrivesI/O Remota

Equipamento PA

Muitos masters podem acessar os escravos para funções de leitura, Velocidade até 12Mbps

Um sistema Multi-master consiste de:- múltiplos mestres (classe 1 ou 2)- 1 a 124 DP-Escravos no máximo. - max. de 126 dispositivos no mesmo

battamento

22www.smar.com.br

PROFIBUSPROFIBUS--DP: DP: Distâncias Max. Permitidas Distâncias Max. Permitidas

• Verificação das distâncias máximas permitidas

– Distâncias limites dependem do tipo do cabo assim como da taxa de comunicação;

– Expansível até 10km com uso de repetidores ou 80km com fibra Ótica

– 32 estações por segmento

Baud rate (kbit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000

Comprimento Total (m) ou Segmento (m)

1200 1200 1200 1000 400 200 100

Tronco Máximo (m) 500 500 900 967 380 193.4 100

Ramos (Spur) Máximo (m) 500 500 100 33 20 6.6 0

Nota: Distâncias basedas em velocidade de transmissão utilizando cabo type A e comunicação RS485.

23www.smar.com.br

PROFIBUSPROFIBUS--DP: AplicaçõesDP: AplicaçõesPROFIBUSPROFIBUS--DP: AplicaçõesDP: Aplicações

Cervejarias

24www.smar.com.br

H1H1

H1BS

EstaçãoEngenharia

Estação Manutenção

Estação Operação

Arquitetura Arquitetura –– PROFIBUS PAPROFIBUS PAInternet Firewall

25www.smar.com.br

• É um protocolo de comunicação dedicado a Automação de Processos e otimizado para dispositivos de campo.

• Transmissores, Válvulas, Atuadores, Convertersores, etc

• Internconectado e alimentado pelo barramento

• Cada dispositivo de campo tem um endereço físico e único no barramento.

• A aplicação em áreas classificadas (zonas 0, 1 e 2) em modo Intrisincamente Seguro (ia/ib).

• Mesmas características físicas (elétricas) do protocolo FF

PROFIBUS PROFIBUS -- PAPA

26www.smar.com.br

• Dispositivos usados para traduzir as características físicasentre PROFIBUS DP (RS485) e o PROFIBUS PA : H1 (31,25kbits/s);

• Eles são transparentes para os mestres e não tem endereço no lado Profibus DP;

• Eles atendem aplicações intrinsecamente seguras(Ex) e (Non-Ex), definindo e limitando o máximo numero de equipamentos em cada segmento PA;

• Eles são alimentados por 24VDC;

• Exemplos: Acopladores Pepperl+Fuchs (93.75 kbits/s) SK2 (12Mbits/s) e Siemens (45.45 kbits/s).

ACOPLADORES (COUPLERS):Elementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS

27www.smar.com.br

PLC / DCS / PC

DP/PAacoplador

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

Slaves

24V

PROFIBUS-DP45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s SK2 12Mbit/s

Class 1 PROFIBUS Master

Acopladores (COUPLERS

24 VDP/PA

Acoplador OUPLER

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

Elementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS

43

2

1

28www.smar.com.br

• Os dispositivos são usados como escravos na rede PROFIBUS DP (RS485 até 12Mbits/s) e mestres na PROFIBUS PA (H1:31,25kbits/s);

• Permitem velocidades até 12Mbits/s em Profibus DP;

• É permitido até 5 acopladores (couplers), com um número máximo de dispositivos variando de 30 a 64 equipamentos conforme, dependendo do modelo;

• Eles tem endereço específico para a rede PROFIBUS DP;

• Ex: IM157 – Siemens.

Links:

Elementos da rede PROFIBUSElementos da rede PROFIBUS

29www.smar.com.br

Elementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS

PLC / DCS / PC

DP/PA Link + Couplers

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

Slaves

PROFIBUS-DP até 12Mbit/s

Classe 1 Master PROFIBUS

24 V

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

24 V

Max. 5 DP/PA acopladorespor link IM157

DP/PA Link + Acop´ladores

Max. 32 equipmentospor link IM157 – Ex ia *Max. 64 equipmentospor link IM157 - Non-Ex *

(*) dependendo do consumo de corrente do dispositivo e do numero de slots/dispositivos ocupados.

2

32

1

2 3

11

30www.smar.com.br

Function Blocks

PID-ControlAnalog Input Analog Output Discrete Input Discrete Output

Totalisator CounterNicht Bestandteil des Profils

Bestandteil des Profils

• Blocos de Funções são interfaces padrões (normalmente 4 bytes para o valor medido e 1 byte para o status), queciclicamente trocam informações com um master classe 1;

• Eles podem oferecer funçoes básicas como caracterização, escalas, etc;

Blocos de Blocos de FuncõesFuncões

31www.smar.com.br

Tanques de Armazenagem e Fermentação

TMD 834

Cerabar S

SamsonControlValve

Promag 33

Deltapilot S

Mycom L

PROFIBUS-PA IEC 1158-2

Segmentcoupler

SiemensET 200Remote I/O

EngineeringCOMMUWIN II

VisualisationSISTAR

ControlSIMATIC S5

PROFIBUS-DP RS 485

fibre optical industrial Ethernet

DanfossAC MotorSpeedController

FestoValve

control

PROFIBUS PA:AplicaçõesPROFIBUS PA:AplicaçõesPROFIBUS PA:AplicaçõesPROFIBUS PA:Aplicações

32www.smar.com.br

HART HART -- HistóricoHistóricoHART HART -- HistóricoHistórico

1. Sistema 4 a 20mA4 a 20mA

Se Resistor = 250Ω, a tensão variará de 1 a 5Vpara corrente entre 4 a 20mA

Comporta-se como umaFonte de corrente.

Programador Portátil(Handheld)

2. Sistema 4 a 20mA edigital proprietário

4 a 20mA

3. Sistema HARTProgramador Portátil

(Handheld)

4 a 20mA

33www.smar.com.br

IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntrodução

• HART– Highway Addressable Remote Transducer

• Origem– Fischer Rosemount

– 1980

• Protocolo Aberto• HCF – HART Communication Foundation 1989

34www.smar.com.br

Simultaneos 4-20 mA e comunicação digital

Dois Mestres de rede possíveis: DCS e HHT (programador de mão)

Comunicação Multidrop (bus) até 15 devices. Mestre-Escravo

Compativel com cabos convencionais, controladores, registradores, indicadores, etc.

Padrão Bell 202 (modem)

1200 Hz“1”

2200 Hz“0”

1 mA

4 mA

20 mA

Tempo

Protocolo HARTProtocolo HARTProtocolo HARTProtocolo HART

Sinal Físico HART

35www.smar.com.br

Flexibilidade operacionalFlexibilidade operacionalFlexibilidade operacionalFlexibilidade operacional

• Uso de dois mestres (primário e secundário)– Interoperabilidade entre dispositivos

36www.smar.com.br

AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações

37www.smar.com.br

Wireless HART Wireless HART -- ArquiteturaArquiteturaWireless HART Wireless HART -- ArquiteturaArquitetura

• Network Manager:– distribui chaves de segurança;– configura e coordena equipamentos e rede.

• Gateways interfaceiam os equipamentos sem fio com os hospedeiros:– Serial, Ethernet e Wi-Fi, por exemplo, podem ser usadas.

• Adaptadores integram equipamentos HART existentes à rede.• Programadores Portáteis sem fio.

38www.smar.com.br

Rede Rede MeshMesh (Malha)(Malha)Rede Rede MeshMesh (Malha)(Malha)

DSSS

(Direct Sequence

Spread Spectrum)

FHSS

(Frequency Hopping)

Blacklisting

39www.smar.com.br

Time Time DivisionDivision MultipleMultiple AccessAccessTime Time DivisionDivision MultipleMultiple AccessAccess

• Utilização de Time Slots:– A comunicação entre dois instrumentos acontece num time slot.– Uma coleção de time slots, que se repete ciclicamente, compõe um

Superframe.

40www.smar.com.br

Rede Rede MeshMeshRede Rede MeshMesh

41www.smar.com.br

AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações

• Substituição da conexão através de cabos entre computadores pessoais e periféricos;

• Implementação de Redes Locais (LANs) em ambientes onde uma rede cabeada não é viavel ou desejável;

• Extensão de Redes Cabeadas para usuários que requerem mobilidade;

• Conexão entre prédios ou situações onde o uso de uma linha privada ou enlace óptico não é viável;

• Acesso a Redes IP a partir de celulares ou PDAs;• As aplicações envolvendo Wireless HART são orientadas à

sistemas de Monitoração ou Controle em Malha Aberta, dados os tempos envolvidos em todo o scan da rede (segundos);

• Não se aplica diretamente a controle em malha fechada.

42www.smar.com.br

EvoluçãoEvolução: HSE WIO : HSE WIO –– Wireless and Remote I/OWireless and Remote I/OEvoluçãoEvolução: HSE WIO : HSE WIO –– Wireless and Remote I/OWireless and Remote I/O

43www.smar.com.br

Foundation Fieldbus é um protocolo digital que oferececomunicação digital de via dupla em modo multi-ponto entre osequipamentos de chão-de-fábrica, sistemas de automação ede visualização.

FF é essencialmente uma rede local (LAN) para osequipamentos de campo utilizados em automação industrial.

Fieldbus

Sistemas de Automação e Visualização

P

L

F

Processo

Foundation FieldbusFoundation FieldbusFoundation FieldbusFoundation Fieldbus

44www.smar.com.br

Rede Local

DCS

CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102

4 - 20 mA

E/S

DCS TradicionalDCS TradicionalDCS TradicionalDCS Tradicional

45www.smar.com.br

Rede LocalSISTEMA

SUPERVISÓRIO

FIELDBUS

CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102

Sistema de Controle FFSistema de Controle FFSistema de Controle FFSistema de Controle FF

46www.smar.com.br

SCADABRIDGE

Fieldbus H1

ANALIZADOR

PLC

H1… Fieldbus de baixa velocidade• 31.25 Kbps• substitui 4 a 20 mA• 2 - 32 Equipamentos (não alim. barramento)• 2 - 16 Equipamentos (alim. barramento)• Potência & Comunicação• Intrinsecamente Seguro• par trançado• comprimento 1900 m

PLC

SERVIDOR GATEWAY

ETHERNET

Backbone HSE

HSE - Fieldbus de alta velocidade• FAST ETHERNET - 100Mbps

Meios FísicosMeios FísicosMeios FísicosMeios Físicos

47www.smar.com.br

Topologia Fieldbus Topologia Fieldbus -- HSEHSETopologia Fieldbus Topologia Fieldbus -- HSEHSE

H1P

L

Planta

P

L

Planta

P

L

Planta

H1 H1

P

L

Plant

H1

100 metros no par trançado2000 metros na fibra ótica

CLIENTE HSE

100 Mbit/sSwitch

LinkingDevice

LinkingDevice

Equipamento de campoEthernet

Gateway

I/O Network

48www.smar.com.br

REDE DA PLANTA /HSE

BRIDGE

JUNCTIONBOX

H1 LEVEL

Ponto a PontoBarramento com

derivações (spurs)Barramento ponto a ponto (Daisy Chain)

Árvore

(Terminadores não são mostrados)

Topologias Fieldbus Topologias Fieldbus –– H1H1Topologias Fieldbus Topologias Fieldbus –– H1H1

49www.smar.com.br

DCS

TRADICIONAL

CONTROLE NOS EQUIPAMENTOS DE CAMPO !CONTROLE NOS EQUIPAMENTOS DE CAMPO !

SUBSISTEMAE/S

CONTROLADOR

Redução de hardware

AO

AI

AI

PID

SISTEMAFIELDBUS

EconomiaEconomiaEconomiaEconomia

50www.smar.com.br

AIOUT

OUTIN

PIDIN AO

TRANSMISSOREQUIPAMENTO FIELDBUS

VÁLVULAEQUIPAMENTO FIELDBUS

INTERCONEXÃO ENTRADA / SAÍDA “PILHA”

COMUNICAÇÃO

CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA

Tecnologia FOUNDATION FieldbusTecnologia FOUNDATION FieldbusTecnologia FOUNDATION FieldbusTecnologia FOUNDATION Fieldbus

51www.smar.com.br

Analog AlarmAnalog InputArithmetic

ConstantDensityInput Selector

Characterization

Advanced PID

IntegratorLead LagOutput Signal Selector

and Dynamic LimiterPIDSet Point GeneratorSplitterTimer / Logic

Blocos de Funções no CampoBlocos de Funções no CampoBlocos de Funções no CampoBlocos de Funções no Campo

52www.smar.com.br

USER APPLICATION

FIELDBUS MESSAGESPECIFICATION

FIELDBUS ACCESSSUBLAYER

DATA LINKLAYER

PHYSICAL LAYER

FIELDBUSPROTOCOL CONTROL INFORMATIONPROTOCOL DATA UNITTHERE MAY BE MORE THAN 1 OCTET OF PREAMBLE IF REPEATERS ARE USED

***

***

PREAMBLEEND

DELIMITERSTART

DELIMITER DLL PDU**

5-15 5 to 256 2

1 4 to 255

4 0 to 251

DLLPCI* FAS PDU**

FASPCI* FMS PDU**

FRAME CHECKSEQUENCE

FMS PCI* USER ENCODED DATA

USER DATA

1*** 1 8 to 273 1

CodificaçãoCodificação dada CamadaCamada FísicaFísicaCodificaçãoCodificação dada CamadaCamada FísicaFísica

53www.smar.com.br

DCS/PLC Sistema FIELDBUS

Visão ExpandidaVisão ExpandidaVisão ExpandidaVisão Expandida

54www.smar.com.br

HMI / CLIENTE OPC

OLE

. . . . . .

Servidor OLE

SOMENTE UM DRIVERCLIENTE OPC

Padrão OPCPadrão OPCPadrão OPCPadrão OPC

55www.smar.com.br

Distribuição de TarefasDistribuição de Tarefas

Funções de tempo crítico no campo:

– Controle

– Lógica

– Seqüencial

– Computacional

– Seleção

– Alarme

– Diagnóstico

Funções do host:

– Visualização

– Operação

– Supervisório do Controle

– Aplicação de Usuários

– Otimização

– Batelada

– Receita

– Tendência

– Alarme

– Relatórios

– Banco de Dados

– Sinótico Fluxo do Processo

– Gerenciamento de Instrumentos

56www.smar.com.br

Aplicações FFAplicações FF

Modbus

Ethernet

TrmPressão

Trm Temperatura

Trm Nível(Radar)Caixa Junção

(JM400)

Foundation Fieldbus H1

Instalação dos Controladores no Campo

ou na Sala de controle

VálvulaMotorizada

TrmBSW

57www.smar.com.br

DemokitDemokit SmarSmar FFFFDemokitDemokit SmarSmar FFFF

58www.smar.com.br

DemokitDemokit PROFIBUS PROFIBUS SmarSmarDemokitDemokit PROFIBUS PROFIBUS SmarSmar

59www.smar.com.br

Introdução às Redes IndustriaisIntrodução às Redes IndustriaisIntrodução às Redes IndustriaisIntrodução às Redes Industriais