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Prof. Igarashi Depto Eletrica DEL IFSP campus SPO slide 1 REDES INDUSTRIAIS Prof. Igarashi

REDES INDUSTRIAIS Prof. Igarashi · Hub Switch Hub Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 4 Dispositivo 3 Switch Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 4 Dispositivo 3 . Prof. Igarashi

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slide 1

REDES INDUSTRIAIS

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slide 2

REDES INDUSTRIAIS

Exemplos de aplicação: Automação Industrial

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slide 3

REDES INDUSTRIAIS

Exemplos de aplicação: Automação de Sistemas Elétricos

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slide 4

REDES INDUSTRIAIS

Exemplos de aplicação: Automação Veicular

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slide 5

REDES INDUSTRIAIS

Exemplos de aplicação: Automação da Aviação

Canal do Youtube:

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slide 6

REDES INDUSTRIAIS

Exemplos de aplicação: Automação da Agricultura

Rastreamento: ¨Transformar o campo em fábrica¨

José Carlos Bueno (Gerente)

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slide 7

REDES INDUSTRIAIS

Exemplos de aplicação: Automação de Serviços

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slide 8

CONCEITOS GERAIS DE REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

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Definição de Comunicação e de Protocolo de Comunicação

Pode-se definir como Comunicação o processo que envolve a transmissão e a recepção de mensagens entre uma fonte emissora e um destinatário receptor,

no qual as informações são transmitidas através de um meio físico (ar, fios elétricos, etc.) através de recursos físicos (som, luz, eletricidade, etc.) segundo

um conjunto de regras pré-determinadas. A este conjunto de regras pode-se dar o nome de Protocolo de Comunicação.

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slide 10

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

IoT (Internet of Things)

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slide 11

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

Big Data, Computação Cognitiva e Cloud Computing

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slide 12

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

Industria 4.0

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slide 13

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

Cybersecurity

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Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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Modelos de comunicação

Refere-se a forma como os dispositivos se organizam para definir como serão

feitas as solicitações e as respostas na rede.

Os principais modelos são:

- Mestre-escravo

- Multimestre

- Peer-to-peer

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Mestre-escravo

Principais características:

- somente um dispositivo mestre na rede.

- demais dispositivos são escravos.

- os escravos somente respondem as solicitações do mestre.

- não ocorrem colisões no barramento de rede

Mestre

Escravo A

Escravo B

Escravo C

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Multimestre

Principais características:

- mais de um dispositivo pode ser definido como mestre na rede.

- demais dispositivos são escravos.

- os escravos somente respondem as solicitações do mestre.

- mais de um mestre pode solicitar informações, portanto, podem ocorrer

colisões.

Mestre A

Escravo A

Escravo B

Escravo C

Mestre B

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Peer-to-peer (ponto a ponto)

Principais características:

- quaisquer dispositivos podem ser mestres ou escravos.

- antes da troca de informações é definido através de mensagens específicas um

par de dispositivos que irão trocar informações.

- pode-se definir neste par de dispositivos quem será o mestre e quem será o

escravo.

- mais de um solicitante na rede, portanto, podem ocorrer colisões.

Dispositivo 1

Dispositivo 3

Dispositivo 4

Dispositivo 5

Dispositivo 2

Conexão lógica

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slide 19

Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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Topologia de rede

Refere-se a forma como os dispositivos estão fisicamente interligados.

Os principais modelos são:

- Barramento

- Anel

- Estrela

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Barramento

Principais características:

- geralmente o meio físico é um par de fios que é compartilhado por todos os

dispositivos da rede.

- quando se remove um dispositivo da rede ela continua operando.

- quando ocorrer um curto em qualquer ponto da rede toda a rede para.

Dispositivo 1

Dispositivo 3

Dispositivo 4

Dispositivo 5

Dispositivo 2

V(t)

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Anel

Principais características:

- geralmente utiliza um par de fios

- normalmente a informação circula em um determinado sentido.

- quando ocorrer um curto em um trecho da rede somente aquele trecho para.

- quando se remove um dispositivo da rede toda a rede para.

Dispositivo 1

Dispositivo 2

Dispositivo 3

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Estrela

Principais características:

- necessita de um dispositivo central (hub, switch) encarregado de replicar as

mensagens.

- caso um dos trechos de rede apresentar problemas somente o trecho para.

- caso ocorra um problema no dispositivo central todos os dispositivos a ele

conectados param.

Dispositivo central

Dispositivo 1

Dispositivo 2

Dispositivo 3

Dispositivo 4

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Hub Switch

Hub

Dispositivo 1

Dispositivo 2

Dispositivo 4

Dispositivo 3

Switch

Dispositivo 1

Dispositivo 2

Dispositivo 4

Dispositivo 3

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slide 25

Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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Formatos de transmissão dos dados binários

Refere-se a forma de transmissão dos dados binários no barramento de rede.

Os principais modelos são:

- Serial

- Paralelo

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Serial

Os bits são transmitidos de forma sequencial, um a um.

Dispositivo 1

Dispositivo 2

V(t)

1 0 1 1 0 1 0 0

V(t)

t

Valor B4H = 1 0 1 1 0 1 0 0B

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slide 28

Paralelo

Os bits são transmitidos simultaneamente através de várias linhas de dados.

Dispositivo 1

V1(t)

Valor B4H = 1 0 1 1 0 1 0 0B

Dispositivo 2

V2(t)

V3(t)

.....

1

0

1

1

0

1

0

0

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Serial Paralelo

Quantidade de fios Menor Maior

Velocidade Menor Maior

Custo Menor Maior

Distância Maior Menor

Tabela comparativa

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Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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Fluxo de dados

Refere-se a maneira como as solicitações e as respostas podem transitar em

uma determinada rede.

Os principais modelos são:

- Simplex

- Half-duplex

- Full-duplex

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Simplex

- As mensagens fluem na rede somente em um sentido.

- Maximiza o uso do canal de comunicação.

- Não existe a possibilidade de confirmação de recepção da mensagem enviada.

Dispositivo 1

Dispositivo 2

mensagem

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Half-duplex

- As mensagens fluem em ambos os sentidos, mas não simultaneamente.

- Reduz o uso do canal de comunicação.

- Existe a possibilidade de confirmação de recepção da mensagem enviada.

Dispositivo 1

Dispositivo 2

solicitação

Dispositivo 1

Dispositivo 2

resposta

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Full-duplex

- As mensagens fluem em ambos os sentidos, simultaneamente.

- Maximiza o uso do canal de comunicação.

- Existe a possibilidade de confirmação de recepção da mensagem enviada.

Dispositivo 1

Dispositivo 2

solicitação A

solicitação B

Dispositivo 1

Dispositivo 2

resposta B

resposta A

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Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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Metodologias para a obtenção de informações

Refere-se a maneira como as solicitações e as respostas são realizadas para se

obter as informações desejadas na rede.

Os principais modelos são:

- Pooling

- Token ring

- Intervalo de tempo constante

- Evento

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Pooling

É feita uma varredura (scan) com todos os dispositivos que se deseja obter

informações.

M

S1 S2 S3

M

S1 S2 S3

M

S1 S2 S3

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Token ring

Utilizado para gerenciar o fluxo de informações em redes na configuração em

anel através de mensagem token.

A

mensagem

B

C

A B

C

A B

C

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Intervalo de tempo constante

A cada intervalo de tempo programado previamente nos dispositivos uma

solicitação é realizada.

Mestre A

Escravo A

Escravo B

Escravo C

Mestre B

TA = 1s TB = 100ms TC = 300ms

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Evento

O envio da mensagem ocorre quando acontecer um determinado evento

definido no dispositivo.

Configuração interessante para otimização de tráfego na rede.

Mestre

Escravo A

Escravo B

Escravo C

evento

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subestação alimentador

Evento

Exemplo de automação dos religadores de poste

supervisório

138KV

religador religador

13,8KV

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slide 42

Transformador de poste, religador de poste e alimentador

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slide 43

evento

subestação alimentador

Evento

Exemplo de automação dos religadores de poste

supervisório

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slide 44

Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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slide 45

Modalidades de endereçamento

Geralmente, cada dispositivo da rede precisa ser identificado com um número

para que as mensagens possam ser encaminhadas para ele. Este número é

chamado Endereço de Rede.

As modalidades de endereçamento se referem a forma como as mensagens são

endereçadas.

Os principais modelos são:

- Unicast

- Multicast

- Broadcast

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Unicast

Nesta modalidade a mensagem é endereçada somente para um determinado

dispositivo.

Dispositivo 1

Dispositivo 3

Dispositivo 4

Dispositivo 5

Dispositivo 2

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slide 47

Dispositivo 1

Dispositivo 3

Dispositivo 4

Dispositivo 5

Dispositivo 2

Multicast

Nesta modalidade a mensagem é endereçada para um determinado grupo de

dispositivos.

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slide 48

Broadcast

Nesta modalidade a mensagem é endereçada para todos os dispositivos da

rede.

Dispositivo 1

Dispositivo 3

Dispositivo 4

Dispositivo 5

Dispositivo 2

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slide 49

Dispositivo 1

Dispositivo 3

Dispositivo 4

Dispositivo 5

Dispositivo 2

V(t)

Endereçamento Unicast, Multicast e Broadcast na

topologia de rede em barramento

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slide 50

Conceitos gerais de redes de comunicação de dados

- Modelos de comunicação

- Topologia de rede

- Formatos de transmissão dos dados binários

- Fluxo de dados

- Metodologias para a obtenção de informações

- Modalidades de endereçamento

- Padrões físicos para a transmissão de dados

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slide 51

Padrões físicos para a transmissão de dados

Refere-se as características físicas do meio no qual os dados são transmitidos.

Os principais modelos são:

- RS232

- RS485

- Fibra óptica

- Wireless

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slide 52

RS232

Principais características:

- Transmissão dos dados através de sinais elétricos.

- Níveis lógicos são implementados de forma inversa ao valor da tensão:

- nível lógico 0 = +7V (aprox.)

- nível lógico 1 = -7V (aprox.)

- Todos os sinais são referenciados a um terra em comum.

- Possui uma via para transmissão e uma via para recepção.

- Distância máxima da ordem de algumas dezenas de metros.

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slide 53

RS232

Pinagem e conexão

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slide 54

RS232

Implementação

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slide 55

RS485

Principais características:

- Transmissão dos dados através de sinais elétricos.

- Os dados são transmitidos de forma diferencial.

- A mesma via pode ser utilizada tanto para transmissão quanto para recepção.

- Distância máxima da ordem de algumas centenas de metros.

- Até 32 dispositivos conectados num mesmo barramento

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slide 56

RS485

Transmissão diferencial dos dados

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slide 57

RS485

Interligação dos dispositivos na configuração barramento

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slide 58

RS485

Velocidade de transmissão x distância

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slide 59

Fibra óptica

Principais características:

- Transmissão de dados através da propagação de um feixe de luz.

- A mesma via pode ser utilizada tanto para transmissão quanto para recepção.

- Distância máxima da ordem de algumas centenas de metros.

- Atinge altas velocidades de comunicação.

- São mais imunes as interferências eletromagnéticas.

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slide 60

Luz

Modelos utilizados para análise

- Óptica física

- Óptica eletromagnética

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slide 61

Luz

- Óptica geométrica

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slide 62

Fibras ópticas

Princípio de funcionamento

www.thefoa.org

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slide 63

Fibras ópticas

Modelos de fibras ópticas

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slide 64

Fibras ópticas

Modelos de conectores

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slide 65

Introdução as Redes Sem Fio (Wireless)

Transmissão através de ondas de rádio

- Princípios básicos de antena (ex: antena dipolo)

- Princípios básicos de modulação (ex: AM-DSB-FC)

- Modulação digital

- Dispositivos: Router, Repetidor, Access Point

- Exemplos de protocolos para redes sem fio por ondas de rádio

Transmissão através de luz

- Padrão Li-Fi

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slide 66

Princípios básicos de antenas Ondas eletromagnéticas

James Clerk Maxwell (1831 – 1879)

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slide 67

Princípios básicos de antenas Antena dipolo básica

Comprimento = __c__ de onda () f

c = velocidade da luz (300 000 000 m/s) f = frequência do sinal (Hertz)

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slide 68

Princípios básicos de antenas Comprimento da antena dipolo

Para um melhor rendimento

L =

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slide 69

Princípios básicos de antenas Alguns modelos de antenas

Antena Dipolo Antena Yagi

Excitador Refletor Diretores

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slide 70

Princípios básicos de modulação A modulação AM-DSB-FC

Porque modular um sinal?

Ex: comprimento da antena p/ transmissão sinal 20KHz

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slide 71

Princípios básicos de modulação A modulação AM-DSB-FC

(Amplitude Modulation – Double Side Band – Full Carrier)

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slide 72

Princípios básicos de modulação A modulação AM-DSB-FC

(Amplitude Modulation – Double Side Band – Full Carrier)

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slide 73

Princípios básicos de modulação A modulação AM-DSB-FC

(Amplitude Modulation – Double Side Band – Full Carrier)

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slide 74

Princípios básicos de modulação Outros tipos de modulação

AM-DSB-SC (Amplitude Modulation – Double Side Band – Supressed Carrier) AM-SSB (Amplitude Modulation – Single Side Band) FM (Frequency Modulation) PM (Phase Modulation)

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slide 75

Princípios básicos de modulação

Exercício: - Qual seria a distribuição espectral de um sinal de áudio que

possui uma banda de 0Hz a 20KHz modulado em AM-DSB-FC com uma portadora em 780KHz (rádio CBN)?

- Qual seria o comprimento aproximado de uma antena dipolo 1/2L utilizado para transmitir este sinal?

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slide 76

Modulação digital Modulações básicas

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slide 77

Modulação digital Modulações básicas

a) QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) b) QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation – 16) c) QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation – 64)

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slide 78

Padrões físicos para a transmissão de dados (Wireless) Router: Encaminha pacotes de dados entre redes de computadores de nomes diferentes. Repetidor: Repete uma determinada rede com as mesmas características, inclusive o mesmo nome. Access Point: Gera uma rede sem fio a partir de uma rede com fio.

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slide 79

Redes Ad-Hoc Rede onde todos os dispositivos podem assumir papel de roteador

encaminhando mensagens recebidas para dispositivos vizinhos

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slide 80

Protocolos para redes sem fio por ondas de rádio Exemplos de protocolos

- IEEE 802.11 (Wi-Fi)

- Bluetooth

- Zigbee

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slide 81

Redes wireless através de luz – O padrão Li-Fi

Professor Harald Hass University of

Edinburgh (UK)

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slide 82

Implementação do Li-Fi

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slide 83

Análise Li-Fi x Wi-Fi - Fluxo de dados?

- Segurança?

- E se a luz apagar?

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slide 84

PIRÂMIDE DA AUTOMAÇÃO

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slide 85

Pirâmide da Automação

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slide 86

Pirâmide da Automação

Ex: Automação do Sistema Elétrico Brasileiro

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slide 87

Sistema Integrado Nacional (SIN)

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slide 88

Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS)

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slide 89

REDES ANALÓGICAS

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slide 90

Redes analógicas

- Antes do surgimento da tecnologia digital já existia a necessidade de se

transmitir informação entre diferentes equipamentos

- No passado se transmitiam informações através da variação proporcional de

uma grandeza elétrica (geralmente tensão ou corrente)

- Padrões mais adotados:

- 0 a 20mV

- 0 a 20mA

- 4 a 20mA

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slide 91

Redes analógicas (Exercício)

Sensor CLP

Range: 0o a 200oC

Interface: 4 a 20mA

Medido

120oC

I = ?

R

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slide 92

PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

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slide 93

Introdução aos protocolos de comunicação de dados

- Protocolos de rede são regras pré-estabelecidas de uma determinada rede de

comunicação de dados para a troca de mensagens entre os dispositivos.

- Para esta introdução será utilizado um protocolo mais simples, muito utilizado

em automação elétrica, que servirá como base para compreender diversos

conceitos: o MODBUS-RTU.

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slide 94

Protocolo MODBUS-RTU

- Desenvolvido pela empresa MODICON na década de 70 inicialmente para uso

em seus CLPs.

- Atualmente a MODICON pertence a empresa Schneider Electric.

- Seus direitos foram transferidos para a Modbus Organization em 2004.

- É um protocolo totalmente aberto (ou seja, o acesso a sua documentação é

gratuito e o seu uso em equipamentos é livre de taxa de licenciamento).

- É um protocolo simples de ser implementado e possui grande versatilidade.

- Possibilidade de implementação em redes Ethernet (MODBUS over TCP/IP)

www.modbus.org

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slide 95

MODBUS-RTU

Classificação básica de uma rede MODBUS-RTU

- Modelos de comunicação : Mestre, Multimestre e Peer-to-peer

- Topologia de rede: Barramento, Anel ou Estrela

- Formatos de transmissão dos dados binários: Serial ou Paralelo

- Fluxo de dados: Simplex, Half-Duplex ou Full-Duplex

- Metodologias para a obtenção de informações: Pooling, Token-Ring ou Event

- Modalidades de endereçamento : Unicast, Multicast ou Broadcast

- Padrões físicos para a transmissão: RS232, RS485, Fibra óptica ou Wireless

M

S1 S2 S3

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slide 96

MODBUS-RTU

Codificação dos dados

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slide 97

MODBUS-RTU

Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes)

Conversor USB/RS485

Dispositivo 1

Dispositivo 2

Dispositivo 3

V(t)

Frame MODBUS-RTU

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slide 98

MODBUS-RTU

Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes)

Start: star bit (nível lógico 0).

bits de 1 a 8: dado (bit 1 o menos significativo, e o bit 8 o mais significativo).

Par: bit de paridade:

par: total de “1s” entre o start e o stop bits é um número par.

ímpar: total de “1s” entre o start e o stop bits é um número ímpar.

sempre 1: bit sempre nível lógico 1.

sempre 0: bit sempre nível lógico 0.

sem paridade: bit de paridade não transmitido

Stop: stop bit (nível lógico 1).

1 stop bit: 1 bit no final

2 stop bits: 2 bits no final

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slide 99

MODBUS-RTU

Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes)

Exemplo: transmissão do valor 5CH = 0101 1100B com paridade ímpar

Bits gerados:

V(t)

t

1

0

Bit 8 Bit 1

Bit 8 Bit 1

Caracter MODBUS-RTU

0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1

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slide 100

MODBUS-RTU

Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes)

Conversor USB/RS485

Dispositivo 1

Dispositivo 2

Dispositivo 3

V(t)

Frame MODBUS-RTU ex: valor 5CH

V(t)

t

1

0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1

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slide 101

MODBUS-RTU

Siglas de três caracteres para identificação de paridade

1º caractere: quantidade de bits de dados transmitidos

2º caractere: lógica de paridade implementada

O -> odd (ímpar)

E -> even (par)

M -> mark (sempre 1)

S -> space (sempre 0)

N -> none (sem paridade)

3º caractere: quantidade de stop bits

Ex: 8N1 -> 8 bits de dados, paridade none e 1 stop bit

7E2 -> 7 bits de dados, paridade even e 2 stop bits

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slide 102

Exercícios

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slide 103

MODBUS-RTU

Tempo de transmissão do frame

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slide 104

MODBUS-RTU

Tempo de transmissão do frame

- Velocidade informada em bits por segundo, ou seja, em bps.

- Exemplos de velocidades padrão: 9600bps, 19200bps, 28800bps.

- Quando se utiliza “K” é igual a 103, e não 1024, ou seja:

9,6Kbps = 9,6 x 103 = 9600bps

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slide 105

MODBUS-RTU

Tempo de transmissão do frame

Exemplo: cálculo do tempo de transmissão do frame abaixo:

01H 03H 00H 00H 00H 02H 5AH 71H

admitindo:

- paridade par

- 1 stop bit

- velocidade de 9600bps

Qtde de bits em cada caracter: 1 start + 8 dados + 1 parid + 1 stop = 11 bits

Qtde total de bits transmitidos: 8 caracteres x 11 bits = 88 bits

Tempo de transmissão: ( 1 / 9600 ) x 88 bits = 9,16ms

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slide 106

MODBUS-RTU

Tempo de transmissão e identificação de fim de frame

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slide 107

MODBUS-RTU

Taxa efetiva de transmissão

- Representa a ocupação do canal na transmissão efetiva da informação

- Pode ser calculado através da fórmula:

Taxa efetiva = qtde de bits de dados x 100%

qtde total de bits transmitidos

Exemplo: calcular a taxa efetiva de transmissão para a transmissão de um único

caracter MODBUS-RTU na configuração 8N2.

Vídeo sobre ajuste serial softstarter Schneider

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slide 108

Exercícios

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slide 109

MODBUS-RTU

Tipos de variáveis

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slide 110

Tipos de variáveis

- Variáveis são utilizadas para expressar o estado, ou o valor, de determinadas

grandezas do sistema.

- No MODBUS-RTU existem duas categorias de variáveis:

* variáveis tipo Register (Registro): representam grandezas de natureza

analógica. Ex: tensão de linha, carga do trafo, corrente de linha.

* variáveis tipo Coil (Bobina): representam grandezas de natureza binária,

com dois estados. Ex: posição de contatos, indicação luminosa.

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slide 111

Variáveis tipo Register

- Expressam grandezas de natureza analógica.

- Tamanho de 16 bits (número inteiro), portanto, faixa de valores de 0 a 65535.

ex: tensão de linha = 13800 V → registro = 13800D = 35E8H

- Utilização, por exemplo, de campo unit para expressar valores decimais. Este

campo informa quanto vale cada bit do registro.

ex: corrente de linha = 547,2 A → admitindo campo unit = 0,1A

547,2 A = 5472 x 0,1A

portanto, registro = 5472D = 1560H

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slide 112

Variáveis tipo Register

- São identificados dentro dos dispositivos através de um número de 16 bits,

chamado Endereço de Registro.

- Dispositivos MODBUS-RTU informam seus registros disponíveis através de uma

Tabela de Registros.

Exemplo de tabela de registros:

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slide 113

Variáveis tipo Coil

- Expressam grandezas de natureza binária.

- Tamanho de 1 bit (somente dois estados).

- Utilização, por exemplo, de campo convenção para informar a convenção

adotada, ou seja, o que “0” significa e o que “1” significa.

ex: contato = fechado → admitindo convenção: 0 = aberto / 1 = fechado

portanto, coil = 1

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slide 114

Variáveis tipo Coil

- São identificados dentro dos dispositivos através de um número de 16 bits,

chamado Endereço de Coil.

- Dispositivos MODBUS-RTU informam seus coils disponíveis através de uma

Tabela de Coils.

Exemplo de tabela de coils:

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slide 115

Mais exemplos de tabelas

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slide 116

MODBUS-RTU

Construção do frame

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Construção do frame

- Tamanho máximo do frame: 256 bytes

- Composto por quatro campos: Slave Address, Function Code, Data e CRC

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slide 118

Construção do frame

Slave Address

- Número que identifica o endereço físico do dispositivo slave na rede.

- Valor único para cada dispositivo slave.

-Faixa de valores:

* 0 : Broadcast

* 1 a 247 : Endereços individuais dos slaves

* 248 a 255 : Reservados

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slide 119

Construção do frame

Function Code

- Número que identifica a função a ser executada pelo slave.

- Exemplos de funções mais utilizadas:

* código 3 : leitura de registro (read holding register)

* código 6 : escrita de registro (write single register)

* código 1 : leitura de coil (read coils)

* código 5 : escrita de coil (write single coil)

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slide 120

Construção do frame

Data

- Dados (bytes) referentes a função executada

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slide 121

Construção do frame

CRC

- Utilizado para checagem de integridade da mensagem

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slide 122

Construção do frame

Utilizando o simulador MODBUS-RTU

Download no site: gigarashi.wordpress.com

Solicitação

Resposta

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slide 123

Construção do frame

Configuração da interface serial dos dispositivos

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slide 124

Construção do frame

Exemplo de configuração da interface serial dos dispositivos

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slide 125

Construção do frame

Função: Leitura de Registro (código 03H)

Objetivo: Ler o valor de determinados registros de um determinado dispositivo

Sintaxe:

Solicitação Resposta

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 End. Slave

2 Código função (03H) 2 Código função (03H)

3 End. Inicial (HI) 3 Contador de bytes dos registros

4 End. Inicial (LO) 4 Valor 1º registro (HI)

5 Nº de registros (HI) 5 Valor 1º registro (LO)

6 Nº de registros (LO) ... ...

7 CRC (LO) penúlt. CRC (LO)

8 CRC (HI) último CRC (HI)

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slide 126

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função (03H) 2 ???

3 End. Inicial (HI) 3 ???

4 End. Inicial (LO) 4 ???

5 Nº de registros (HI) 5 ???

6 Nº de registros (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 127

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço do slave

2 Código função (03H) 2 ???

3 End. Inicial (HI) 3 ???

4 End. Inicial (LO) 4 ???

5 Nº de registros (HI) 5 ???

6 Nº de registros (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 128

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H → código da função

3 End. Inicial (HI) 3 ???

4 End. Inicial (LO) 4 ???

5 Nº de registros (HI) 5 ???

6 Nº de registros (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 129

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 End. Inicial (HI) 3 00H → endereço inicial 0000H

4 End. Inicial (LO) 4 00H

5 Nº de registros (HI) 5 ???

6 Nº de registros (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 130

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 End. Inicial (HI) 3 00H

4 End. Inicial (LO) 4 00H

5 Nº de registros (HI) 5 00H → a partir do end. inicial 0000H

6 Nº de registros (LO) 6 02H ler 2 registros

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 131

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 End. Inicial (HI) 3 00H

4 End. Inicial (LO) 4 00H

5 Nº de registros (HI) 5 00H

6 Nº de registros (LO) 6 02H

7 CRC (LO) 7 XXH → CRC (será explicado mais

8 CRC (HI) 8 XXH à frente)

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slide 132

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função (03H) 2 ???

3 Contador de bytes dos registros 3 ???

4 Valor 1º registro (HI) 4 ???

5 Valor 1º registro (LO) 5 ???

... ... 6 ???

penúlt. CRC (LO) 7 ???

último CRC (HI) 8 ???

9 ???

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slide 133

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço do slave

2 Código função (03H) 2 ???

3 Contador de bytes dos registros 3 ???

4 Valor 1º registro (HI) 4 ???

5 Valor 1º registro (LO) 5 ???

... ... 6 ???

penúlt. CRC (LO) 7 ???

último CRC (HI) 8 ???

9 ???

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slide 134

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H → código da função

3 Contador de bytes dos registros 3 ???

4 Valor 1º registro (HI) 4 ???

5 Valor 1º registro (LO) 5 ???

... ... 6 ???

penúlt. CRC (LO) 7 ???

último CRC (HI) 8 ???

9 ???

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slide 135

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 Contador de bytes dos registros 3 04H → contador (2 regs = 4 bytes)

4 Valor 1º registro (HI) 4 ???

5 Valor 1º registro (LO) 5 ???

... ... 6 ???

penúlt. CRC (LO) 7 ???

último CRC (HI) 8 ???

9 ???

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slide 136

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 Contador de bytes dos registros 3 04H

4 Valor 1º registro (HI) 4 00H → valor do registro 0000H

5 Valor 1º registro (LO) 5 15H 21D = 0015H

... ... 6 ???

penúlt. CRC (LO) 7 ???

último CRC (HI) 8 ???

9 ???

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slide 137

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 Contador de bytes dos registros 3 04H

4 Valor 1º registro (HI) 4 00H

5 Valor 1º registro (LO) 5 15H

... ... 6 00H → valor do registro 0001H

penúlt. CRC (LO) 7 25H 37D = 0025H

último CRC (HI) 8 ???

9 ???

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slide 138

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Resposta Resposta esperada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (03H) 2 03H

3 Contador de bytes dos registros 3 04H

4 Valor 1º registro (HI) 4 00H

5 Valor 1º registro (LO) 5 15H

... ... 6 00H

penúlt. CRC (LO) 7 25H

último CRC (HI) 8 XXH → CRC (será explicado mais

9 XXH à frente)

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slide 139

Construção do frame

Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B.

Portanto:

Solicitação: 01H 03H 00H 00H 00H 02H XXH XXH

Resposta: 01H 03H 04H 00H 15H 00H 25H XXH XXH

Solicitação

Resposta

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slide 140

Construção do frame

Exercício: Ler os valores dos set points programados nas funções 51, 50N e 51N.

Portanto:

Solicitação: ?????

Resposta: ?????

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slide 141

Construção do frame

Função: Escrita de Registro (código 06H)

Objetivo: Alterar o valor de um registro de um determinado dispositivo

Sintaxe:

Solicitação Resposta

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 End. Slave

2 Código função (06H) 2 Código função (06H)

3 End. registro (HI) 3 End. registro (HI)

4 End. registro (LO) 4 End. registro (LO)

5 Novo valor (HI) 5 Novo valor (HI)

6 Novo valor (LO) 6 Novo valor (LO)

7 CRC (LO) 7 CRC (LO)

8 CRC (HI) 8 CRC (HI)

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slide 142

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função (06H) 2 ???

3 End. registro (HI) 3 ???

4 End. registro (LO) 4 ???

5 Novo valor (HI) 5 ???

6 Novo valor (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 143

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço do slave

2 Código função (06H) 2 ???

3 End. registro (HI) 3 ???

4 End. registro (LO) 4 ???

5 Novo valor (HI) 5 ???

6 Novo valor (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 144

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (06H) 2 06H → código da função

3 End. registro (HI) 3 ???

4 End. registro (LO) 4 ???

5 Novo valor (HI) 5 ???

6 Novo valor (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 145

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (06H) 2 06H

3 End. registro (HI) 3 00H → endereço do registro

4 End. registro (LO) 4 21H

5 Novo valor (HI) 5 ???

6 Novo valor (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 146

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (06H) 2 06H

3 End. registro (HI) 3 00H

4 End. registro (LO) 4 21H

5 Novo valor (HI) 5 00H → novo valor (27D = 001BH)

6 Novo valor (LO) 6 1BH

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 147

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (06H) 2 06H

3 End. registro (HI) 3 00H

4 End. registro (LO) 4 21H

5 Novo valor (HI) 5 00H

6 Novo valor (LO) 6 1BH

7 CRC (LO) 7 XXH → CRC (será explicado

8 CRC (HI) 8 XXH mais à frente)

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slide 148

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → idêntica à solicitação

2 Código função (06H) 2 06H

3 End. registro (HI) 3 00H

4 End. registro (LO) 4 21H

5 Novo valor (HI) 5 00H

6 Novo valor (LO) 6 1BH

7 CRC (LO) 7 XXH

8 CRC (HI) 8 XXH

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slide 149

Construção do frame

Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A.

Portanto:

Solicitação: 01H 06H 00H 21H 00H 1BH XXH XXH

Resposta: 01H 06H 00H 21H 00H 1BH XXH XXH

Solicitação

Resposta

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slide 150

Construção do frame

Exercício: Alterar o tempo da função 51 para 8 s.

Portanto:

Solicitação: ?????

Resposta: ?????

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slide 151

Construção do frame

Exemplo: Ler valor do set point da função 50, alterar seu valor para 5,5A e ler novo valor.

Solicitação: 01H 03H 00H 20H 00H 01H XXH XXH leitura do valor atual = 5,0A

Resposta: 01H 03H 02H 00H 32H XXH XXH

Solicitação: 01H 06H 00H 20H 00H 37H XXH XXH alterar valor para 5,5A

Resposta: 01H 06H 00H 20H 00H 37H XXH XXH

Solicitação: 01H 03H 00H 20H 00H 01H XXH XXH leitura do novo valor = 5,5A

Resposta: 01H 03H 02H 00H 37H XXH XXH

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slide 152

Construção do frame

Função: Leitura de Coil (código 01H)

Objetivo: Ler o valor de determinados coils de um determinado dispositivo

Sintaxe:

Solicitação Resposta

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 End. Slave

2 Código função (01H) 2 Código função (01H)

3 End. Inicial (HI) 3 Contador de bytes dos coils

4 End. Inicial (LO) 4 Valor dos coils

5 Nº de coils (HI) ... ...

6 Nº de coils (LO) penúlt. CRC (LO)

7 CRC (LO) último CRC (HI)

8 CRC (HI)

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slide 153

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função (01H) 2 ???

3 End. Inicial (HI) 3 ???

4 End. Inicial (LO) 4 ???

5 Nº de coils (HI) 5 ???

6 Nº de coils (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 154

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço do slave

2 Código função (01H) 2 ???

3 End. Inicial (HI) 3 ???

4 End. Inicial (LO) 4 ???

5 Nº de coils (HI) 5 ???

6 Nº de coils (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 155

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H → código da função

3 End. Inicial (HI) 3 ???

4 End. Inicial (LO) 4 ???

5 Nº de coils (HI) 5 ???

6 Nº de coils (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 156

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H

3 End. Inicial (HI) 3 00H → endereço inicial (0001H)

4 End. Inicial (LO) 4 01H

5 Nº de coils (HI) 5 ???

6 Nº de coils (LO) 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 157

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H

3 End. Inicial (HI) 3 00H

4 End. Inicial (LO) 4 01H

5 Nº de coils (HI) 5 00H → quantidade de coils para ler

6 Nº de coils (LO) 6 02H (02D = 0002H)

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 158

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H

3 End. Inicial (HI) 3 00H

4 End. Inicial (LO) 4 01H

5 Nº de coils (HI) 5 00H

6 Nº de coils (LO) 6 02H

7 CRC (LO) 7 XXH → CRC ( será explicado mais

8 CRC (HI) 8 XXH adiante)

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slide 159

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função (01H) 2 ???

3 Contador de bytes dos coils 3 ???

4 Valor dos coils 4 ???

5 CRC (LO) 5 ???

6 CRC (HI) 6 ???

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slide 160

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço do slave

2 Código função (01H) 2 ???

3 Contador de bytes dos coils 3 ???

4 Valor dos coils 4 ???

5 CRC (LO) 5 ???

6 CRC (HI) 6 ???

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slide 161

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H → código da função

3 Contador de bytes dos coils 3 ???

4 Valor dos coils 4 ???

5 CRC (LO) 5 ???

6 CRC (HI) 6 ???

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slide 162

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H

3 Contador de bytes dos coils 3 01H → contador (2 bits → 1 byte)

4 Valor dos coils 4 ???

5 CRC (LO) 5 ???

6 CRC (HI) 6 ???

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slide 163

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H

3 Contador de bytes dos coils 3 01H

4 Valor dos coils 4 01H → valor 01H = 0 0 0 0 0 0 0 1B

5 CRC (LO) 5 ???

6 CRC (HI) 6 ???

Coil 0001H

(Sim = 1) Coil 0002H

(Não = 0)

Demais coils

são zerados

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slide 164

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (01H) 2 01H

3 Contador de bytes dos coils 3 01H

4 Valor dos coils 4 01H

5 CRC (LO) 5 XXH → CRC (será explicado mais

6 CRC (HI) 6 XXH adiante)

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slide 165

Construção do frame

Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não).

Portanto:

Solicitação: 01H 01H 00H 01H 00H 02H XXH XXH

Resposta: 01H 01H 01H 01H XXH XXH

Solicitação

Resposta

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slide 166

Construção do frame

Exercício: Ler o status de todos os contatos.

Portanto:

Solicitação: ?????

Resposta: ?????

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slide 167

Construção do frame

Função: Escrita de Coil (código 05H)

Objetivo: Alterar o valor de um determinado coil de um determinado dispositivo

Sintaxe:

Solicitação Resposta

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 End. Slave

2 Código função (05H) 2 Código função (05H)

3 End. coil (HI) 3 End. coil (HI)

4 End. coil (LO) 4 End. coil (LO)

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 Novo valor (0=00H / 1=FFH)

6 00H 6 00H

7 CRC (LO) 7 CRC (LO)

8 CRC (HI) 8 CRC (HI)

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slide 168

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função (05H) 2 ???

3 End. coil (HI) 3 ???

4 End. coil (LO) 4 ???

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 ???

6 00H 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 169

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço slave

2 Código função (05H) 2 ???

3 End. coil (HI) 3 ???

4 End. coil (LO) 4 ???

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 ???

6 00H 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 170

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (05H) 2 05H → código da função

3 End. coil (HI) 3 ???

4 End. coil (LO) 4 ???

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 ???

6 00H 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 171

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (05H) 2 05H

3 End. coil (HI) 3 00H → endereço do coil (0002H)

4 End. coil (LO) 4 02H

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 ???

6 00H 6 ???

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 172

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (05H) 2 05H

3 End. coil (HI) 3 00H

4 End. coil (LO) 4 02H

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 FFH → coil = 1

6 00H 6 00H

7 CRC (LO) 7 ???

8 CRC (HI) 8 ???

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slide 173

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Solicitação Solicitação a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função (05H) 2 05H

3 End. coil (HI) 3 00H

4 End. coil (LO) 4 02H

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 FFH

6 00H 6 00H

7 CRC (LO) 7 XXH → CRC (será explicado mais

8 CRC (HI) 8 XXH adiante)

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slide 174

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Resposta Resposta a ser enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → idem à solicitação

2 Código função (05H) 2 05H

3 End. coil (HI) 3 00H

4 End. coil (LO) 4 02H

5 Novo valor (0=00H / 1=FFH) 5 FFH

6 00H 6 00H

7 CRC (LO) 7 XXH

8 CRC (HI) 8 XXH

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slide 175

Construção do frame

Exemplo: Habilitar a função 50N.

Portanto:

Solicitação: 01H 05H 00H 02H FFH 00H XXH XXH

Resposta: 01H 05H 00H 02H FFH 00H XXH XXH

Solicitação

Resposta

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slide 176

Construção do frame

Exercício: Ler o status de todas as funções (se estão habilitadas ou não), desabilitar a função 51

e checar novamente os status das funções.

Solicitação: ??? Leitura do status de todas as funções

Resposta: ???

Solicitação: ??? Desabilitar a função 51

Resposta: ???

Solicitação: ??? Checar status de todas as funções

Resposta: ???

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slide 177

MODBUS-RTU

Confiabilidade do canal de

comunicação

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slide 178

Confiabilidade do canal de comunicação

Na prática podem ocorrer diversos imprevistos que podem acarretar no mal

funcionamento da rede de comunicação de dados. Exemplos: ruído, elaboração

de comandos errados, etc.

É importante, portanto, que o protocolo ofereça recursos para que tais

imprevistos possam ser contornados para que a rede de comunicação de dados

possa continuar operante.

Os principais recursos que o MODBUS-RTU oferece são:

- Bit de paridade

- Confirmação de comando

- CRC

- Respostas de excessão

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slide 179

Bit de paridade

Testa a integridade dos bits do caracter (se selecionado paridade par ou ímpar)

Exemplo: transmissão do valor 5CH = 0101 1100B com paridade ímpar

Bits gerados: 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1

V(t)

t

1

0

Bit 8 Bit 1

Bit 8 Bit 1

Caracter MODBUS-RTU

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slide 180

Confirmação de comando

Para toda solicitação existe uma resposta (mesmo se for uma réplica da solicitação)

que pode ser utilizada pelo mestre para testar a integridade do canal e para

assegurar que a solicitação foi executada.

Solicitação

Resposta

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slide 181

CRC

O CRC (Cyclical Redundancy Checking) é um algoritmo de verificação que calcula

um valor de 16 bits a partir dos bytes que compõem um frame MODBUS-RTU. Ele

é utilizado para teste de integridade do frame recebido.

Frame: 01H 05H 00H 02H FFH 00H XXH XXH

CRC calculado em função dos bytes do frame

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slide 182

CRC

Ex: transmissão do frame 01H 05H 00H 02H 00H 00H XXH XXH do mestre para o

Dispositivo A

CRC calculado pelo mestre em função dos bytes do frame e inserido no final do frame (nos bytes XXH)

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slide 183

CRC

Ex: transmissão do frame 01H 05H 00H 02H 00H 00H XXH XXH do mestre para o

Dispositivo A

Solicitação enviada pelo mestre contendo o CRC calculado

Solicitação

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slide 184

CRC

Ex: transmissão do frame 01H 05H 00H 02H 00H 00H XXH XXH do mestre para o

Dispositivo A

Dispositivo A recalcula o CRC (com base nos bytes recebidos) e compara com o CRC recebido

Se forem iguais o comando é interpretado normalmente. Se forem diferentes o comando é recusado. O slave não envia nenhuma resposta ao mestre.

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slide 185

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

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slide 186

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH Carregar CRC16 = FFFFH

Variáveis: CRC16 = FFFFH

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slide 187

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

CRC16 = FFFFH = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1B

1º byte = 02H = 0 0 0 0 0 0 1 0B XOR

CRC16 = FFFDH = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1B

1º byte

Variáveis: CRC16 = FFFFH → CRC16 = FFFDH

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slide 188

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Carregar N = 0

Variáveis: CRC16 = FFFDH

N = 0

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slide 189

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

CRC16 = FFFDH = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 B

CRC16 = 7FFEH = 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0B

. . . . .

Inserir zero

Variáveis: CRC16 = FFFDH → CRC16 = 7FFEH

N = 0 Carry = 1

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slide 190

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Carry over

Variáveis: CRC16 = 7FFEH

N = 0 Carry = 1

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slide 191

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

CRC16 = 7FFEH = 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0B

POLY = A001H = 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1B XOR

CRC16 = DFFFH = 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1B

Variáveis: CRC16 = 7FFEH → CRC16 = DFFFH

N = 0 Carry = 1

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slide 192

Algoritmo para cálculo do CRC

Incrementar o valor de N

Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Variáveis: CRC16 = DFFFH

N = 0 → N = 1 Carry = 1

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slide 193

Algoritmo para cálculo do CRC

N não é maior que 7

Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Variáveis: CRC16 = DFFFH

N = 1 Carry = 1

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slide 194

Algoritmo para cálculo do CRC

Portanto,esta parte do programa será repetida 8 vezes

Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Variáveis: CRC16 = DFFFH

N = 1 Carry = 1

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slide 195

Algoritmo para cálculo do CRC

Verificado se é o último byte da mensagem. Como nós temos ainda mais 5 bytes ele carrega o próximo byte (03H) e executa o loop novamente

Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Variáveis: CRC16 = DFFFH

N = 1 Carry = 1

Próximo byte

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slide 196

Algoritmo para cálculo do CRC

No final teremos o valor calculado para o CRC16 Para o frame exemplo o valor de CRC16 = 3984H Este valor é inserido no frame da seguinte forma: 84H 39H

02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

Frame final: 02H 03H 00H 00H 00H 01H 84H 39H

Exemplo: CRC do frame 02H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

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slide 197

Exercícios

1) Calcule o CRC do seguinte frame MODBUS-RTU:

02H 07H ??H ??H

2) Desafio (bit paridade vs checksum vs CRC): a partir de um comando

MODBUS-RTU válido tente invalidar este comando e verifique se o

CRC se mantém inalterado.

ex: 01H 03H 00H 00H 00H 01H 84H 0AH

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slide 198

Respostas de excessão

São utilizadas pelo slave para reportar ao master que houve um erro na composição da

mensagem recebida.

Sintaxe:

Resposta

Byte Descrição

1 End. Slave

2 Código função recebida OR 80H

3 Código de excessão

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO)

5 CRC (HI)

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slide 199

Resposta de Excessão: Erro de Função

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, executar função 50H

Solicitação: 01H 50H 00H 00H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função recebida OR 80H 2 ???

3 Código de excessão 3 ???

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Esta função não existe

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slide 200

Resposta de Excessão: Erro de Função

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, executar função 50H

Solicitação: 01H 50H 00H 00H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço slave

2 Código função recebida OR 80H 2 ???

3 Código de excessão 3 ???

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Esta função não existe

Prof. Igarashi

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slide 201

Resposta de Excessão: Erro de Função

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, executar função 50H

Solicitação: 01H 50H 00H 00H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 D0H → 50H OR 80H

3 Código de excessão 3 ??? 0 1 0 1 0 0 0 0 → 50H

01H: erro de função OR 1 0 0 0 0 0 0 0 → 80H 02H: erro de endereço 03H: erro de dados 1 1 0 1 0 0 0 0 → D0H

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Esta função não existe

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slide 202

Resposta de Excessão: Erro de Função

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, executar função 50H

Solicitação: 01H 50H 00H 00H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 D0H

3 Código de excessão 3 01H → código de erro

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Esta função não existe

Prof. Igarashi

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IFSP – campus SPO

slide 203

Resposta de Excessão: Erro de Função

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, executar função 50H

Solicitação: 01H 50H 00H 00H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 D0H

3 Código de excessão 3 01H

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 XXH → CRC

5 CRC (HI) 5 XXH

Erro! Esta função não existe

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slide 204

Resposta de Excessão: Erro de Função

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, executar função 50H

Portanto:

Solicitação: 01H 50H 00H 00H 00H 00H XXH XXH

Resposta: 01H D0H 01H XXH XXH

Solicitação

Resposta

Erro! Esta função não existe

Prof. Igarashi

Depto Eletrica – DEL

IFSP – campus SPO

slide 205

Resposta de Excessão: Erro de Endereço

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050H

Solicitação: 01H 05H 00H 50H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função recebida OR 80H 2 ???

3 Código de excessão 3 ???

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Este endereço não existe

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slide 206

Resposta de Excessão: Erro de Endereço

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050H

Solicitação: 01H 05H 00H 50H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço slave

2 Código função recebida OR 80H 2 ???

3 Código de excessão 3 ???

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Este endereço não existe

Prof. Igarashi

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IFSP – campus SPO

slide 207

Resposta de Excessão: Erro de Endereço

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050H

Solicitação: 01H 05H 00H 50H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 85H → 05H OR 80H

3 Código de excessão 3 ??? 0 0 0 0 0 1 0 1 → 05H

01H: erro de função OR 1 0 0 0 0 0 0 0 → 80H 02H: erro de endereço 03H: erro de dados 1 0 0 0 0 1 0 1 → 85H

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Este endereço não existe

Prof. Igarashi

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slide 208

Resposta de Excessão: Erro de Endereço

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050H

Solicitação: 01H 05H 00H 50H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 85H

3 Código de excessão 3 02H → código do erro

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Este endereço não existe

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slide 209

Resposta de Excessão: Erro de Endereço

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050H

Solicitação: 01H 05H 00H 50H 00H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 85H

3 Código de excessão 3 02H

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 XXH → CRC

5 CRC (HI) 5 XXH

Erro! Este endereço não existe

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slide 210

Resposta de Excessão: Erro de Endereço

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050H

Portanto:

Solicitação: 01H 05H 00H 50H 00H 00H XXH XXH

Resposta: 01H 85H 02H XXH XXH

Solicitação

Resposta

Erro! Este endereço não existe

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slide 211

Resposta de Excessão: Erro de Dados

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N

Solicitação: 01H 05H 00H 02H 01H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 ???

2 Código função recebida OR 80H 2 ???

3 Código de excessão 3 ???

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Correto seria FFH

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slide 212

Resposta de Excessão: Erro de Dados

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N

Solicitação: 01H 05H 00H 02H 01H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H → endereço slave

2 Código função recebida OR 80H 2 ???

3 Código de excessão 3 ???

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Correto seria FFH

Prof. Igarashi

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slide 213

Resposta de Excessão: Erro de Dados

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N

Solicitação: 01H 05H 00H 02H 01H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 85H → 05H OR 80H

3 Código de excessão 3 ??? 0 0 0 0 0 1 0 1 → 05H

01H: erro de função OR 1 0 0 0 0 0 0 0 → 80H 02H: erro de endereço 03H: erro de dados 1 0 0 0 0 1 0 1 → 85H

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Correto seria FFH

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slide 214

Resposta de Excessão: Erro de Dados

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N

Solicitação: 01H 05H 00H 02H 01H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 85H

3 Código de excessão 3 03H → código de erro

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 ???

5 CRC (HI) 5 ???

Erro! Correto seria FFH

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slide 215

Resposta de Excessão: Erro de Dados

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N

Solicitação: 01H 05H 00H 02H 01H 00H XXH XXH

Resposta Resposta enviada

Byte Descrição Byte Descrição

1 End. Slave 1 01H

2 Código função recebida OR 80H 2 85H

3 Código de excessão 3 03H

01H: erro de função 02H: erro de endereço 03H: erro de dados

4 CRC (LO) 4 XXH → CRC

5 CRC (HI) 5 XXH

Erro! Correto seria FFH

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slide 216

Resposta de Excessão: Erro de Dados

Ex: num dispositivo com endereço físico 01H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N

Portanto:

Solicitação: 01H 05H 00H 02H 01H 00H XXH XXH

Resposta: 01H 85H 03H XXH XXH

Solicitação

Resposta

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slide 217

Resposta de Excessão

Exemplo de fluxograma para tratamento do comando de escrita de coil recebido pelo slave

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slide 218

MODBUS-RTU

Classes de Implementação

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slide 219

Classes de Implementação (Profiles)

Definir categorias onde em cada uma delas são especificadas quais características do

protocolo deverão ser implementadas.

No MODBUS-RTU são definidas duas classes: BASIC e REGULAR.

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slide 220

Profiles

Exemplo de profile do Protocolo Profibus DP

INTEROPERABILITY versus INTEROPERABLE

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slide 221

O Modelo Internet para redes de

comunicação de dados

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slide 222

Modelo Internet

- Internet é um sistema global de redes de computadores que utilizam como base o

Modelo Internet de protocolos para interliga-los e prover serviços de acessos a

esta rede para todo o mundo.

- O Modelo Internet começou no final da década de 60, a partir da ARPANET, com o

objetivo de definir um protocolo para interligar computadores militares.

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slide 223

Modelo Internet

Pode ser considerado um modelo simplificado do Modelo ISO/OSI

Modelo ISO/OSI (7 camadas)

Modelo Internet (4 camadas)

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slide 224

Modelo Internet

Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica

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slide 225

Protocolo Ethernet

- Definido pela IEEE 802.3

- Desenvolvido pela Xerox na década de 60.

- Nome “fantasia” para o protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Detection), derivado do conceito de éter luminífero (suposto meio de

propagação da luz)

- Velocidades mais usuais: 10Mbits/s e 100Mbits/s

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slide 226

Modelo ISO/OSI (7 camadas)

Modelo Internet (4 camadas)

Protocolo Ethernet

Localização no Modelo Internet

Software

Hardware

Ethernet

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slide 227

Protocolo Ethernet

Exemplos de alguns padrões para implementação do meio físico

Microcontrolador

MAC

PHY (para RJ45)

Conector para RJ45 Tranceptor para fibra óptica

PHY (para FO)

Microcontrolador MAC

Interface RMII Interface MII

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slide 228

Protocolo Ethernet Codificação dos dados

- Codificação Manchester especificada pela IEEE 802.3, onde:

Bit 1: Começa com -V e termina com +V

Bit 0: Começa com +V e termina com –V

-O sinal é “simétrico” e sem componente DC, ou seja, possui área positiva e negativa iguais, o que permite seu acoplamento através de indutores/capacitores

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slide 229

Protocolo Ethernet

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slide 230

Protocolo Ethernet

Exercício:

1) Qual a velocidade de operação?

2) Qual a sequência de bits enviada?

3) Qual a sequência de bytes enviada?

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slide 231

Protocolo Ethernet

cabo comum / cabo cross-over / cabo par trançado

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slide 232

Ethernet

Industrial

Ex: profinet

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slide 233

Protocolo Ethernet

Power over Ethernet (PoE)

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slide 234

Protocolo Ethernet

Endereço MAC

- Endereço físico do dispositivo composto por 6 bytes, separados por dois pontos “ : “

- Controlado pelo IEEE-SA (IEEE Standards Association)

- Os 3 primeiros bytes são denominados OUI (Organizationally Unique Identifier) e

são atribuídos pelo IEEE-SA

- Os outros 3 bytes são atribuídos pelo próprio fabricante

- O fabricante deve garantir que o MAC seja único

-Exemplo de endereço MAC:

08 : 00: 02 : 04 : e8 : 6f (hexa)

IEEE-SA fabricante

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slide 235

Modelo Internet

Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica

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slide 236

Protocolo IP

- Protocolo IP (Internet Protocol) é definido pela RFC 791

- Utilizado para direcionar as mensagens ao seu destino

- Não oferece garantia de que a mensagem foi recebida pelo destino

- Deve-se identificar a rede utilizando IP para evitar a intervenção de outros nós

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slide 237

Protocolo IP

Endereço IP

- Endereço lógico formado por 4 bytes, representados separados por ponto “ . “

- Trabalha em conjunto com a Máscara de Rede e o Endereço de Gateway para o

direcionamento das mensagens

- Gateway é um dispositivo físico responsável por interligar redes

- Pode ser programado pelo usuário

- Exemplo de endereço IP:

194.168.0.1 (decimal)

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slide 238

Protocolo IP

Endereçamento

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

Endereço IP do dispositivo

Máscara de subrede

Endereço IP do gateway

A B

C

X

Y Z

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slide 239

Protocolo IP

Endereçamento

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

Resultado da operação lógica AND entre o IP e o MSK gera um número IP denominado IP de subrede que identifica a subrede ao qual o dispositivo esta conectado: IP : 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 AND IP subrede: 192.168.0.0

A B

C

X

Y Z

Prof. Igarashi

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slide 240

Protocolo IP

Endereçamento

IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001

MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND

IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000

(192.168.0.0)

192 168 0 0

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slide 241

Protocolo IP

Endereçamento

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP subrede 200.208.0.0

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

Prof. Igarashi

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slide 242

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

A C

Prof. Igarashi

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IFSP – campus SPO

slide 243

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

A C

Antes de enviar mensagem C precisa verificar se A pertence a mesma subrede que ele

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slide 244

IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001

MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND

IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000

(192.168.0.0)

192 168 0 0

C

IP: 192.168.0.2 = 11000000 10101000 00000000 00000010

MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND

IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000

(192.168.0.0)

192 168 0 0

A IP de subrede iguais, portanto, pertencem a mesma subrede

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slide 245

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

A C

C envia mensagem contendo: IP origem: 192.168.0.1 [IP C] IP destino: 192.168.0.2 [IP A]

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slide 246

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

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slide 247

Antes de enviar mensagem Y precisa verificar se C pertence a mesma subrede que ele

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

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slide 248

IP: 200.208.0.3 = 11001000 11010000 00000000 00000001

MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND

IP subrede = 11001000 11010000 00000000 00000000

(200.208.0.0)

200 208 0 0

Y

IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001

MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND

IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000

(192.168.0.0)

192 168 0 0

C IP de subrede diferentes, portanto, não pertencem a mesma subrede

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slide 249

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

Y envia mensagem contendo: IP origem: 200.208.0.3 [IP Y] IP destino: 192.168.0.1 [IP C]

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slide 250

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

Y envia mensagem contendo: IP origem: 200.208.0.3 [IP Y] IP destino: 192.168.0.1 [IP C]

Pergunta: Se o IP destino é o IP C como a mensagem chegará ao gateway???

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slide 251

Modelo Internet

Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica

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slide 252

Protocolo ARP

- Protocolo ARP (Address Resolution Protocol) definido pela RFC 826

- Responsável pela tradução do endereço lógico (endereço IP) para o endereço físico

(MAC address)

- É necessário se conhecer o endereço físico de um dispositivo sempre que for enviar

uma mensagem para ele

- Para isto, antes de enviar a mensagem, o dispositivo envia uma mensagem

Broadcast (MAC address = ff : ff : ff : ff : ff : ff) perguntando qual é o MAC address do

dispositivo com o IP destino

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slide 253

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

Y envia mensagem ARP broadcast perguntando MAC address do gateway

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slide 254

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

gateway responde para Y informando seu MAC address

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slide 255

Exemplo: Mensagem → :

Rede

IP: 192.168.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

switch

gateway gateway

switch

IP: 192.168.0.2

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 192.168.0.10

MSK: 255.255.0.0

GW: 192.168.0.10

IP: 200.208.0.1

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.3

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.4

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

IP: 200.208.0.20

MSK: 255.255.0.0

GW: 200.208.0.20

A B

C

X

Y Z

C Y

Y envia mensagem contendo: MAC origem: [MAC Y] MAC destino: [MAC gateway] IP origem: 200.208.0.3 [IP Y] IP destino: 192.168.0.1 [IP C]

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slide 256

Protocolo ARP

Consulta a tabela ARP

- Abra o prompt de comando e digite o comando “arp -a”

Será exibido a tabela ARP contendo os endereços IP atualmente traduzidos

para seu correspondente endereço MAC e armazenados em uma tabela

interna para posterior consulta.

- Digite o comando “arp” e explore as demais opções deste comando.

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slide 257

Protocolo IP

Programação dos parâmetros IP, MSK e GW

Basicamente, pode ser feita de duas formas:

- Manualmente (mais comum nos dispositivos industriais)

- Automaticamente (através do sistema operacional em conjunto com protocolo

específico)

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slide 258

Protocolo IP

Programação dos parâmetros IP, MSK e GW

Importante: A escolha do valor do MSK é um dos fatores que define a quantidade de

dispositivos que podem ser conectados a uma determinada subrede.

IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001

MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND

IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000

(192.168.0.0)

192 168 0 0

Calc qtde de dispositivos

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slide 259

Modelo Internet

Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica

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slide 260

Protocolo DHCP

- Protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) definido pela RFC 2131

- Responsável por oferecer configuração dinâmica de alguns dos parâmetros de rede

dos dispositivos.

- Dentre estes parâmetros se encontram o IP, MSK e GW.

- Para isto o dispositivo envia uma mensagem Broadcast perguntando para um

Servidor DHCP qual a configuração necessária para se conectar a subrede.

- Este servidor responde para o dispositivo estas configurações e ele se ajusta

automaticamente.

Config de rede no Windows

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slide 261

Modelo Internet

Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica

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slide 262

Protocolo ICMP

- Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) definido pela RFC 792

- Oferece recursos para diagnóstico de rede

- Principais comandos:

PING [endereço IP ou URL] → testa conexão entre dois dispositivos

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slide 263

Protocolo ICMP

Curiosidade: www.submarinecablemap.com

TRACERT [endereço IP ou URL] → mostra a rota de conexão entre dois dispositivos

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slide 264

Protocolo DNS

- Protocolo DNS (Domain Name System) definido pela RFC 1034

- Oferece recursos para a conversão de um determinado endereço URL para o seu

endereço IP correspondente

- Para isto ele efetua uma consulta a um servidor DNS instalado na internet capaz de

converter o endereço URL para o endereço IP correspondente

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slide 265

Tarefa

Descubra qual o endereço IP do micro do seu colega ao lado e realize as seguintes

análises:

a) Envie o comando ping para este micro e monitore os frames gerados. Verifique se

houve erros na conexão.

b) Envie o comando tracert para este micro e monitore os frames gerados através do

ping. Descubra, por exemplo, se existem roteadores/gateways no caminho.

c) Envie o comando ping para um endereço URL e verifique o endereço IP do servidor

que mantém esse endereço URL.

d) Utilize o comando nslookup para descobrir o servidor DNS cadastrado em seu

computador e digite nslookup <endereço URL> para o protocolo DNS requisitar o

endereço IP deste endereço URL no servidor DNS.

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slide 266

Modelo Internet

Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica

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slide 267

Protocolo TCP

- Protocolo TCP (Transmition Control Protocol) definido pela RFC 793

- Robustez do sistema: recuperação de dados perdidos, danificados, duplicados ou

fora de ordem

- Transferência básica de dados: recurso de fragmentação das mensagens

- Controle de fluxo: controle de dados aceitos e que faltam ser recebidos

- Multiplexação: múltiplas conexões simultâneas (ports)

- Conexão lógica (sockets)

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slide 268

Protocolo TCP Estabelecimento de conexão lógica (Three Way Handshake) e Comunicação Confiável (ACK)

Estabelece o Número de Sequência Inicial ISN (Initial Sequence Number) gerado randomicamente a cada início de conexão

ISN incrementado a cada mensagem transmitida

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slide 269

Protocolo TCP Sockets e Multiplexação

- Definido por uma par número de IP + número de Porta

- Permite o uso de diversos protocolos em uma mesma rede física

- Permite o acesso de diversos protocolos em um mesmo equipamento

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slide 270

DNP3 MODBUS

TCP TCP

DNP3

TCP

MODBUS

Protocolo TCP Sockets e Multiplexação

IP: 192.168.0.1 IP: 192.168.0.5 IP: 192.168.0.3

Porta: 20000 Porta: 20000 Porta: 502 Porta: 502

Socket com Porta: 20000

IP orig: 192.168.0.1 IP dest: 192.168.0.5

Socket com Porta: 502

IP orig: 192.168.0.3 IP dest: 192.168.0.5

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slide 271

Protocolo TCP Segmentação, Controle de Fluxo e Controle de Congestionamento

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slide 272

Encapsulamento e a pilha de

protocolos no Modelo Internet

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slide 273

Encapsulamento ???

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slide 274

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

Rede

Internet

Aplicação

Transporte

Modelo Internet (pilha com 4 camadas)

Encapsulamento

Como o frame é efetivamente construído

Ler a corrente da fase A

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

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slide 275

MODBUS-RTU

Endereço do slave Código da função Dados da função CRC

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

01H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

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slide 276

MODBUS over TCP/IP

Endereço do slave Código da função Dados da função CRC

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

01H 03H 00H 00H 00H 01H XXH XXH

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slide 277

MODBUS over TCP/IP

7 bytes 03H 00H 00H 00H 01H

Código da função Dados da função

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

Cabeçalho MBAP

Total: 12 bytes

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slide 278

MODBUS over TCP/IP

Cabeçalho MBAP (Modbus Application Protocol)

Total: 7 bytes

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slide 279

Encapsulamento

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

Ler a corrente da fase A

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

12 bytes

Nosso frame

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slide 280

Cabeçalho do Protocolo TCP

Total: 20 bytes (mínimo)

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slide 281

Cabeçalho do Protocolo TCP

Porta de destino: 502 = 0000 0001 1111 0110B

Sequência de bytes da camada superior Número ISN estabelecido no inicio da conexão e incrementado a cada envio de nova mensagem

Total: 20 bytes (mínimo)

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slide 282

Encapsulamento

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

Ler a corrente da fase A

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

12 bytes

Nosso frame

12 bytes 20 bytes

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slide 283

Cabeçalho do Protocolo IP

Total: 20 bytes (mínimo)

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slide 284

Cabeçalho do Protocolo IP

Total: 20 bytes (mínimo)

IP de origem

IP de destino Ex: 200.208.0.5 (decimal) =

= 1100 1000 . 1101 0000 . 0000 0000 . 0000 0101 (binário) Sequência de bytes da camada superior

20 bytes (IP) + 20 bytes (TCP) + 12 bytes (MODBUS) = 52 bytes

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slide 285

Encapsulamento

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

Ler a corrente da fase A

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

12 bytes

Nosso frame

12 bytes 20 bytes

12 bytes 20 bytes 20 bytes

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slide 286

Cabeçalho do Protocolo Ethernet

Total: 22 bytes

(no início)

Total: 4 bytes (no fim)

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slide 287

Cabeçalho do Protocolo Ethernet

MAC destino Ex: 0c : 0f : 75 : 00 : 00 : 0a

MAC origem

Sequência de bytes da camada superior

Frame Check Sequence = CRC de 4 bytes

Bytes utilizados

no cálculo do FCS

Total: 22 bytes

(no início)

Total: 4 bytes (no fim)

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slide 288

Encapsulamento

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

Ler a corrente da fase A

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

12 bytes

Nosso frame

12 bytes 20 bytes

12 bytes 20 bytes 20 bytes

12 bytes 20 bytes 20 bytes 22 bytes 4 bytes

Total = 78 bytes

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slide 289

Análise da pilha de protocolos no

Modelo Internet

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slide 290

Wireshark

- Conhecido anteriormente como Ethereal

- Software livre amplamente utilizado para análise e solução de problemas para

diversos tipos de protocolos de rede

- Download e informações no site:

www.wireshark.org

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slide 291

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

ETHERNET

IP

MODBUS

TCP

Ler a corrente da fase A

Tabela de Registros End Descrição 0000H Corrente fase A 0001H Corrente fase B 0002H Corrente fase C

12 bytes

Nosso frame

12 bytes 20 bytes

12 bytes 20 bytes 20 bytes

12 bytes 20 bytes 20 bytes 22 bytes 4 bytes

Desktop com software Wireshark monitorando a placa de rede

Wireshark

IP: 192.168.1.44 IP: 192.168.1.152

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slide 292

Switch Layer-2 e Switch Layer-3

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slide 293

Tela do software Wireshark

Frames capturados

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slide 294

Tela do software Wireshark Selecionando o 18º frame capturado (MODBUS

over TCP/IP)...

... aparece neste campo a sua análise

detalhada

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slide 295

Tela do software Wireshark

... e neste campo

os bytes efetivamente

enviados

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slide 296

Tarefa

Abra o arquivo modbus.pcap e analise o comando MODBUS over TCP/IP enviado na

linha 18, respondendo:

a) Qual a função MODBUS executada? (leitura de registro, escrita de coil, etc...)

b) Qual(is) endereços de coil, ou registro, estão sendo acessados? O que está sendo

feito?

c) Em qual linha está o comando de resposta desta solicitação? Esta resposta foi

executada corretamente?

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slide 297

Tela do software Wireshark

Selecionando um protocolo

específico (ex: MODBUS)

aparece sua análise

detalhada

... e são destacados em azul os seus bytes no frame 03H 00H 00H 00H 01H Ler corrente da fase A

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slide 298

Tarefa

a) Abra o software Wireshark e habilite a captura de pacotes na interface de rede

utilizada pelo seu computador para acesso à internet. Utilizando algum browser

digite um site que você ainda não acessou no dia de hoje. Verifique com o software

Wireshark todas as mensagens trocadas para que a solicitação do site feita através do

browser seja processada.

b) Teste os comandos vistos até agora (ping, tracert, nslookup, etc...) e verifique

como se comportam através do software Wireshark.

c) Envie um comando ping para o colega ao lado e descubra qual o endereço MAC

dele.