SMAR - Redes Industriais

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    Redes Industriais

    Cesar CassiolatoDiretor de Engenharia de Projetos e SeN ir ;o s , Marketing e Qua/idade

    SMAR Equipamentos Industriais [email protected]

    Introdu~ao

    A necessidade de automacac na industria enos mais diversos segmentos esta associ ada, entre diversosaspectos, as possibilidades de aumentar a velocidade de processamento das lnformaeoes, uma vez que asoperacoes estao cada vez mais complexas e varlavels, necessitando de um grande numero de controles emecanismos de regula~ao para permitir decisiies mais ageis e, portanto, aumentar os niveis de produtividade eeficiencia do processo produtivo dentro das premissas da excelancla operacional.A automaeao permite economias de energia, forea de trabalho e rnaterlas-prlmas, um melhor controle dequalidade do produto, maior utiliza~iio da planta, aumenta a produtividade e a sequranea operacional. Emessenela, a automacao nas lndustr las permite elevar os niveis de cont inu idade e de controle global do processocom maior ef ic iencia, aproximar ao maximo a prooucao real a capacidade nominal da planta, ao reduzir ao minimapossivel as horas paradas, de manutencao corretiva e a falta de materia-prima.Alam disso, com 0 advento dos sistemas de automacao baseado em redes de campo e tecnologia digi ta l, pode-seter var ies beneficios em termos de manutencao e aumentar a disponibi lidade e sequranea operacional . E ainda, aautomacao extrapola os l imi tes de chao de fabr ica, ela cont inua ap6s 0 produto acabado, atingindo fronteiras maisabrangentes; a autornacao do neg6cio.

    Figura 1 - A automal;i lo extrapola os IImltes dechilo de fabrlca, ela continua ap6s 0produto acabado, atlnglndo frontelras malsabrangentes; a automa!;ilo do neg6cio.

    A solucao completa deve prover uma metodologia de gestiio da industria de forma transparente e garantir quetodos os esforcos sejam direcionados para se at ingir a meta estabelecida, fac il itando a tomada de decis iio quandoha mudancas relevantes ao desempenho dos indicadores ou um desvio em relaeao ao planejado.Usuartos e clientes entao devem estar atentos na escolha e defini~iio de um sistema de automacae e controle,onde esta definiciio deve levar em conta varlos crlterlos e que possa estar em sincronismo com 0 avaneotecnol6gico.Quanto mais informacao, melhor uma planta pode ser operada e sendo assim, mais produtos pode gerar e maislucrativa pode ser. A informaciio digital e os sistemas verdadeiramente abertos permitem que se coletelnforrnacoes dos mais diversos tipos e finalidades de uma planta, de uma forma lnteroperavel e como ninguamjamais imaginou e neste sentido, com a tecnologia Fieldbus (Foundation field bus, Profibus, HART, DeviceNet, Asi,etc.) pode-se transformar preciosos bits e bytes em um relacionamento lucrativo e obter tarnbem um ganhoqualitativo do sistema como um todo. Nao basta apenas pensar em barramento de campo, deve-se estar atentoaos beneficios gerais que um sistema de automacao e controle possa proporcionar.A revolueao da comunlcacao industrial na tecnologia da automacao esta revelando um enorme potencial naotlmlzaeao de sistemas de processo e tem feito uma impor tante contribuicao na direcao da melhoria no uso derecursos. Veremos a seguir alguns deta lhes e redes indust riais que tornecerao uma sxpucacao detalhada de comoestas redes agem como 0elo de ligaciio central no fluxo de lnformacoes na autornacao.

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    TC-330- Treinamento em ConfiguraC1lo& ManutenC1lode SistemaAuditFlowMAIOTC-127- Treinamento em ControladorL6gicoTC-211- Treinamento em ControladorProgramavel HSE DF75TC-227- Treinamento em SYSTEM302Aplicado a TecnologiaFoundationFieldbusTC-228- Treinamento em SYSTEM302Aplicado a TecnologiaPROFIBUSJUNHOTC-123 - Treinamento em ControleAutomatico de ProcessosTC-210 - Treinamento em SYSTEM302ManutenC1loPROFIBUSTC-212 - Treinamento em SYSTEM302Visao Geral da TecnologiaPROFIBUS

    I SMAR SoftwareFays 0 download dos softwaredisponlveis para os produtos SMAR.

    I SMAR FirmwaresVerifiquetodas as vers6es de firmwaresdisponlveis para os produtos SMAR.

    I Cerlificados de Produtos SMAR IVeja a lista completa de Certificadosdisponlveis para os produtos da SMAR.Biblioteca de Arquivos deProdutos SMARDownload os arquives deDD, DTMeGSDdes produtosSMAR (protocolosHART,FOUNDATION Fieldbus ePROFIBUS PAlSempre fomecendo Solu!;oes

    Confiliveis

    Disponibilidade e CompetAncia 24h.., Asslstencla Tecnlca.., InstalaC1loe Montagem.., Pre-Comissionamento eComissionamento.., Testesde Malhas.., Start- Up.., operacao Assistida.., Revis6es.., Metrologia.., Treinamento.., Consultoria em Projetos.., Plano Diretor de AutomaC1lo

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    A tecnologia da informa"ao tem side determinante no desenvolvimento da tecnologia da automacao alterandohierarquias e estruturas nos mais diversos ambientes industriais assim como setores, desde as indilstrias deprocesso e manufatura ate pred ios e sistemas logist icos. A capacidade de comunlcacao entre d ispositivos e 0 usode mecanismos padronizados, abertos e transparentes sao componentes indispensaveis do conceito deautomacao de hoje. A cornunlcacao vem se expand indo rapidamente no sentido hor izontal nos niveis infer iores(field levef j, assim como no sentido vertical integrando todos os niveis hlerarqulcos, De acordo com ascaracteristicas da apllcaeao e do custo maximo a ser atingido, uma cornblnaeao gradual de diferentes sistemas decornunicacao oferece as condlcoes ideais de redes abertas em processos industriais.

    N l:~do _._

    Figura 2 - Nlvels da plrAmlde de automa!;iioAnalisando a figura 2, vemos que no nlvel de atuadores/sensores existem algumas redes industriais, ondepodemos citar a AS-Interface (AS-i) onde os sinais blnarios de dados sao transmitidos via um barramentoext remamente simples e de baixo custo, juntamente com a al lmentacao (24 Vdc) necessar ia para al imentar estesmesmos sensores e atuadores. Outra caracter is tica importante e que os dados sao transmitidos cic licamente, deuma maneira extremamente eficiente e raplda, Veremos mais detalhes posteriormente.No nivel de campo, a periferia distribuida, tais como m6dulos de Entrada/Saida (E/S), transdutores, acionamentos(drives), valvu lae e palnels de operacao, comunicam-se com sistemas de automaeao via um ef ic iente sistema decomunlcaeao em tempo real (PROFIBUS-DP ou PA, Foundat ion Fieldbus, HART, etc.) . A transrnlssao de dados doprocesso e diagnosti cos e efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parametros e tarnbern diagnosticos saotransmitidos aciclicamente, somente quando necessarto,No nivel de celula, os controladores programaveis, tais como CLP's e PC's comunicam-se uns com os outros, 0que requer grandes pacotes de dados e um grande nilmero de funlfoes poderosas de comunlcacao. Alem disto,uma integra, .ao ef ic iente aos sistemas de comunlcacao corporat ivos existentes, tais como: In tranet , Internet eEthernet e um requisito absolutamente mandat6rio, 0 que var las redes podem suprir . A rede PROFlnet , HSE (HighSpeed Ethernet ), Ethernet IP, suportam dispositivos de campo simples e apucacees de tempo critico, bem como aintegralfao de sistemas de automacao distribuidos baseados em componentes.

    II'Tempo de-Transm[s'~ao IFrelJ,uencie de 'Transmissiloolume de!l"dos.

    I En!erpriS

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    R - R ed es In du stria is

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    Umpouco de historiaOs primeiros sistemas de autornacao foram desenvolvidos no final do seculo XIX durante a revolueao industrial.o t rabalho que era manual passou a ser real izado por maquinas dedicadas e customizadas a uma determinadatarefa visando cada vez mais 0 aumento da produtividade e eficil!ncia. As fun~oes de controle eramimplementadas at raves de disposi tivos rnecanlcos que automat izavam algumas tarefas cr iticas e repeti tivas.Estes disposit ivos eram desenvolvidos para cada tarefa e devido a natureza meciinica dos mesmos, tinham vidautiI reduzida e alta manu teneao,Posteriormente, com 0 advento dos reles e contatores, estes dispositivos foram substituldos e apareceramdisposit ivos autornatlcos em l inhas de montagens, dando um grande passe na epoca. A 16gica a reles viabi lizou 0desenvolvimento de fun~oes de controle mais complexas e sofisticadas.Ap6s a segunda guerra mundial , houve um avanco tecnol6gico e apareceram as rnaquinas por comando numericoe os sistemas de controle na industria de processo, assim como 0 conceito de referl!ncia de tensao paralnstrumentaeao anal6gica. Aparecem os primeiros circuitos integrados, os Cis, que proporcionaram 0desenvolvimento de uma nova gera~ao de sistemas de automacao, Vale lembrar que em 1947, Wi ll ian Shockley,John Barden e Walter Brattain descobr iram 0 t ransistor, que e um componente e let ri inico amplamente ut il izadonos processadores modernos, de forma integrada.No inicio dos anos 70, os primeiros computadores comerciais cornecaram a ser ut il izados como controladores emsistemas de automacao de grande porte, porern estes computadores eram grandes, ocupando muito espaco, dealto custo, d ificeis de programar e muito sensiveis ao ambiente industr ial . Mas tinham a vantagem de manipular aaqulslcao e controle de varlas vartavels.Ainda na decada de 70 tivemos um grande avanco em termos de autornacac.A partir de uma demanda existente na industria automobil istica norte-americana, foi desenvolvido 0 ProgrammableLogic Controller (PLC), ou Controlador L6gico Programavel (CLP). 0 CLP e um computador dedicado e projetadopara trabalhar no ambiente industr ial , onde sensores e atuadores sao conectados a cartoes de entradas e saidas.Os primeiros CLPs tinham um conjunto de instrues reduzido; normal mente somente condleoes 16gicas e naopossuram entradas anal6gicas, podendo manipular apenas apllcacoes de controle discreto. Os CLPs substiturramos palnels de controle com reles, diminuindo assim, 0alto consumo de energia, a dif icil manutencao e rnodltlcacaode comandos e tarnbem as onerosas alteracoes de fia~ao.Atualmente, devido a demanda das plantas industr iais, os CLPs manipu lam tanto cont role d iscre to quanta malhasanal6gicas. Estes sistemas sao usual mente cham ados de Controladores Programaveis, por nao serem l imitados aoperaes com condies 16gicas. As atua is funes de controle existentes em uma planta indust rial sao em geraldlstrlbuldas entre um mlmero de controladores programaveis, os quais sao montados pr6ximos aos equipamentosa serem controlados. Os diferentes controladores sao usualmente conectados via rede local a um computadorsupervis6rio central, 0 qual gerencia os alarmes, receitas e relat6rios.Entramos em uma fase onde a tecnologia e conectividade industr ial eram propr letar ias e um "casamento" entrecliente e fornecedor acontecia. No mercado apareceram os SDCSs (Sistemas Digitais de Controle Dlstrlbufdca).Na decada de 90, 0 mundo cornecou a presenciar enormes avances na area tecnol6gica, em que os circuitoseletriinicos passaram a proporcionar maior eficiencia, maiores velocidades, mais funcionalidades, maiores MTBFs(Mean 'Time Between Fai lures, maior confiabi lidade), consumos menores, espacos fisicos menores e ainda, comreducoes de custos. Ao mesmo tempo em que impulsionou 0 desenvolvimento de computadores, interfaces eperifericos mais poderosos, com alta capacidade de processamento e mem6ria e 0 mais interessante, dandovazao a al ta escala de produeao com custos reduzidos e 0 que foi uma vantagem de forma geral, po isaumentou aoferta de microcontroladores, Cis e ASCls para toda a industria.E se nao bastasse esta revolucao eletrOnica, os sistemas meciinicos tambem passaram e vl!m passando porlnovacoes e modificaes conceituais com a lncorporacao da capacidade de processamento, tornando-os maisrapldos, ef ic ientes e conf iBveis, com custos de lrnp lementaeao cada vez menores. Ao longo dos ul tlmos anos ecada vez mais frequente a utilizacao de componentes eletr iinicos para acionamento e controle de sistemasmeciinicos.Nao resta duvlda que hoje nao e somente a condlcao de controle que importa. A gestao da lnformaeao, ainteligl!ncia da lnstrurnentaeao, a tecnologia verdadeiramente aberta e nao proprletarla, os beneffcios datecnologia digital sao 0 que agregam valores ao usuarlo,Que atuallzacao um sistema convencional pode ter nos pr6ximos anos? Que capacidade de expansao vaipermitir? 0 portf61io de apllcacoes oferecidas pelos fornecedores com um sistema digital aberto aumentoubastante nos ultlmos anos, incluindo redes digitais abertas, areas como gerenciamento de ativos, controlebaseado em blocos funcionais, otlrnlzacao em tempo real, M~S (gestao de neg6cios), ferramentas degerenciamento de performance em tempo real, gerenciamento de alarme, e muitas outras.Hoje 0 usuario deve estar atento e especificar sempre um sistema de autornacao aberto com possibilidade dediagn6sticos, maior toleriincia a falhas, blocos de funes, FFBs (Blocos Flexiveis), conectividade OPC e comdiversos protocolos, e uma serie de outras caracteristicas que 0 torna um sistema de controle completo e nao umsimples barramento de cornunlcacao com integraes propr ietar ias. A esco lha nas princ ipa is plantas industr iaisdeve-se as funes de controle de processo que permitem agregar informaes que possam trazer benef ic ios nastomadas de declsoes, garantindo a excell!ncia operacional.Os Sistemas Verdadeiramente Abertos ut il izam tecnolog ias abertas que se integram perfei tamente ao hardware,ao mesmo tempo em que da liberdade para conectar-se com software e hardware de outros fabricantes. Osusuaries tem a l iberdade para esco lher os componentes e ate mesmo construi r 0 seu proprio sistema.A flexibilidade e a capacidade de axpansao da arquitetura de um sistema aberto e digital possibilitamreconfiguraes e expansces para atender as novas condies de processo sem grandes reinvestimentos.Tecnologias modernas possibili tam respostas rapldas as rnudancas nas condies de mercado.Vale lembrar que em termos de excelencla operacional qualquer segmento industr ial vem sofrendo constantespressoes para alcancar a excelencia operacional, objet ivando garantir sua competitividade. Excelencia operacionalsignifica otimizar e dinamizar os processos atraves da analise de dados em tempo real facilitando a tomada dedeclsao, de forma inteligente, estrateqlca e em todos os niveis da orqanlzaeao, Ao usar a tecnologia digitalpode-se ter os processos aprimorados, pode-se gerenciar de maneira mais ef ic iente as operaes da planta.Como um exemplo de Sistema Verdadeiramente Aberto, temos 0 System302 da SMAR:

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    www.system302.com.br. 0 System302 e urn sistema baseado em tecnologias estado da arte, total menteescalavel e integrado fornecendo uma plataforma unlca de controle e supervlsao de processos. Com 0System302, pode-se ter toda uma inf raest ru tura de hardware e sof tware necessarlos para urn controle otimizadodo processo, seja ele continuo ou batelada. Atraves de uma tecnologia que combina 0 melhor do mundo doSDCDs e dos PLCS/SCADA, 0 System302 e a solucao completa em sistema de autornacao e controle, ondepossui 0 diferencia l de ut il izar tecnologias ja consagradas em sua arqu ite tura e sem a necessidade de uso de urnsistema totalmente proprletarlo, provendo a abertura e flexibilidade que as apllcaeoes necessitam. Seguramentedevido a var las vantagens da tecnologia d igi tal e de redes abertas, 0 SDCD tradicional nao e rnais recomendadoem novos projetos ou mesmo em expansoes, pois os al tos custos de subst ltuleao dos instrumentos e a obsolsnclado sistema de controle podem abreviar a vida utll, Nestes casos 0 sistema de autornaeao tern que ser moderno everdadeiramente aberto, deixando 0 usuarlo confortBvel nos pr6ximos 15 a 20 anos.No mercado atua l global izado, a busca de uma vantagem tecnol6g ica que permita ao seu usuario competi r de umamaneira ef icaz, manter-se de uma maneira susten tavel , obtendo lucro e reinvestir no seu neg6cio, a automaeaoindustrial passou a ser item bas lco desse processo. No ramo da industria, a ot lmlzaeao de recursos faz-seimprescindivel. As lnovacoes na area de processo em si sao poucas, ficando para as areas de controle deprocesso a responsabi lidade na redu~ao de custos. 0 entendimento dos processos de inova~o na automaeaocom os sistemas digitais e de redes abertas podem ajudar a nos situarmos no contexte atual, identificando asl novaeoes que podem agregar valor Ii cadeia produtiva. Notadamente nos ul t lmos anos com 0 avanco naeletriinica digital passamos a ter novas ferramentas nas areas de controle de processo e rnanu tencao queassociadas com sistemas de cornun lcacao baseados em protocolos abertos de redes industriais.A seguir veremos algumas redes industriais.

    Classifica~aoGeral das Redes IndustriaisDe acordo com a Figura 3, podemos ter varias classif icaes das redes industriais .

    Quanto 8.0 l ipo de coffi i i ta!f30 .CQmu!a~Q de cirwilQSCornula9iio de pacotes

    Quanta a tapol'ogiSI lisica Banramenlo'Anel'~slrel,aANora

    Urn ponto importante e di ferenciar entre a rede de intormacao, a rede de controle e rede de campo.

    Quanto 8.0 mode lo d'e r,sd es Orig :sm >-d estinoProoulor-con5c mldor

    A rede de inforrna~o representa 0 nivel rna is e levado dentro de uma arqui tetura. Em grandes corporacoes enatural a escolha de urn backbone de grande capacidade para interliga~ao dos sistemas ERP (EnterpriseResource Planning), Supply Chain (gerenciamento da cadeia de supr imentos) e EPS (Enterpr ise ProductionSystems).

    Quanta ao ml l IQd, , , d'e troca d'edad os Pool ingCiclicaM".dan~ deeslad(lQu~ ntc

    Figura 3 - Classificalj'Bo Geral de Redes Industriais

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    Tlpodeeerstreie

    ,'Senplex"ASI 1t i I T . E R . B U S l o o p

    FieldblllsCOl1l'Iroie dePr,ocesso IECJISASP50 P ro ' fI !: lU s ! lA ,

    HART IF 'ou l ildat iGIi I Fleldlilus:OevlcebusS e n s o r b ' u s OeY tc eNet

    'SOS Prollbus DP L .ONWorksINTERBUS-S

    C o n t r r o , r e ,Logreo,

    bit T ipo d ieDi's:posit iVobyle blocotHsposl ,t l:voSimp les Dlspos i li voComplexo

    Figura 4 - Cenarlo das redes IndustrialsVisando a minimizac;:ao de custos e aumentar a operacional idade de uma apl lcaeao int roduziu-se 0 conceito derede industrial para interligar os varies equipamentos de uma aplicacao. A utilizac;:aode redes e protocolos digitaisprevll um slqnlflcatlvc avanc;:onas seguintes areas:

    Custos de lnstalacao, operacao e manutencao Procedimentos de rnanutencao com gerenciamento de at ivos Facil expansao e upgrades Informac;:aode controle e qualidade Determinismo (Permite determinar com preclsao 0 tempo necessarlo para a transferencia de informacoesentre os integrantes da rede) Baixos tempos de ciclos Varlas topologias Padroes abertos Redundancia em diversos niveis Menor variabilidade nas medic;:6escom a melhoria das exatldces Medic;:6es rnultlvariavels Etc.

    A opc;:aopela implementac;: iio de sistemas de controle baseados em redes requer um estudo para determinar qualo tipo de rede que possui as maiores vantagens de implementac;:ao ao usuario final, que deve buscar umaplataforma de apllcacao compativel com 0maior nurnero de equipamentos possiveis.

    PROF/BUSA hist6ria do PROFIBUS comec;:ana aventura de um projeto da assoclacao apoiado por autor idades publ icae, queiniciou em 1987 na Alemanha. Dentro do contexte desta aventura, 21 companhias e institutos uni ram forc;:as ecriaram um projeto estrateglco em f ieldbus. 0 objetivo era a realizac;:iio e establllzacao de um barramento decampo bitserial, sendo 0 requ is ito baslco a padron izac;: iio da interface de disposit ive de campo. Por esta razao, osmembros relevantes das companhias do ZVEI (Associac;: iio Central da Industria Eletrica) concordaram em apoiarum conceito tecnico mutuo para manufatura e automacao de processos.Um primeiro passe foi a especif icac;: iio do protocolo de cornunlcacoes complexas PROFIBUS FMS (Especificac;:aode Mensagens Fieldbus), que foi preparado para exigencia de tarefas de comunicac;: iio.Um passe mais adiante em 1993 foi a conclusao da especificac;:iio para uma variante mais simples e comcornunicacao mais rapida, 0 PROFIBUS-DP (Periferia Descentralizada). Este protocolo esta disponivel agora emtrlls versoes funcionais, 0 DP-VO, DP-V1 e DP-V2.Baseado nestes dois protocolos de comunlcacao, acoplado com 0 desenvolvimento de numerosos perfis deapl lcacoes or ientadas e um nurnero de disposit ivos de crescimento rapldo, 0 PROFIBUS comec;:ou seu avanc;:oinicialmente na automacao manufatura e desde 1995 na automaeao de processos com a introduc;:ao doPROFIBUS-PA. Hoje, 0 PROFIBUS e 0 barramento de campo lider no mercado mundial.o PROFIBUS e um padrao de rede de campo aberto e independente de fornecedores, onde a interface entre elespermite uma ampla apl lcaeao em processos, manufatura e automacao pred ial . Esse padrao e garant ido segundoas normas EN 50170 e EN 50254. Desde janeiro de 2000, 0 PROFIBUS foi fi rmemente estabelecido com alEC61158, ao lado de mais sete outros fieldbuses. AlEC 61158 asta dividida em sete partes, nomeadas 61158-1 a61158-6, nas quais estao as especificac;:oes segundo 0modelo OSI . Nessa versao houve a expansao que inclu iu 0DPV-2. Mundialmente, os usuar loe podem agora se referenciar a um padrao internacional de protocolo aberto,cujo desenvolvimento procurou e procura a reducao de custos, f lexibilidade, confiabil idade, seguranc;:a, orientacaoao futuro, atendimento as mais diversas apllcaeoes, interoperabilidade e multiples fornecedores.Hoje, estima-se proximo de 30 rnl lhoes de n6s instalados com tecnologia PROFIBUS e mais de 1000 plantas comtecnologia PROFIBUS-PA. Sao 24 organizac;:6es reg iona is (RPAs) e 35 Centros de Competl lnc ia em PROFIBUS(PCCs), localizados estrategicamente em diversos paises, de modo a oferecer suporte aos seus usuarlos,inclusive no Brasil , em parcer ia com a FIPAI na Escola de Engenharia de Sao Carlos-USP, existe 0 unlco PCC daAmerica Latina.No nivel de celula, os cont roladores programaveis, como os CLPs e os PCs, comunicam-se entre si , requerendo,dessa maneira, que grandes pacotes de dados sejam transferidos em lnumeras e poderosas func;:oes decomunlcaeao. Alem disso, a integrac;:ao eficiente aos sistemas de comunlcaeao corporativos existentes, tais como:

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    Intranet, Internet e Ethernet sao requisitos absolutamente obrigat6rios. Essa necessidade e suprida pelosprotocolos PROFIBUS FMS e PROFINet.

    'R$4S~ IS: OP om ~"'$(Ex) IEe . '1'1M>.2 : ProlThu.,~'"

    ;11"I~r:r,;~:urm-f[hC;: I?rofihu:I UP

    - Topologias de Rede: redundanteanellinhaestrelaE E l x .. / l iI a _ o - E E l x

    Figura 5 - Exernplo de urna rede Profibus com as variantes ProfibusDP e ProfibusPA

    o PROFIBUS, em sua arquitetura, esta dividido em tres variantes principais:

    PROFIBUS DPo PROFIBUS DP e a solUl;:ao de alta velocidade (high-speed) do PROFIBUS, Seu desenvolvimento foi otimizadoespecial mente para comunlcacoes entres os sistemas de autornacoes e equipamentos descentralizados, Voltadapara sistemas de controle, onde se destaca 0 acesso aos dispositivos de 110 dlstrlbuldcs. E o ut il izada emsubstltuicao aos sistemas convencionais 4 a 20 rnA, HART ou em transrnlssao com 24 Volts, Utiliza-se do meioffsico RS-485 ou fibra 6tica. Requer menos de 2 ms para a transrnlssao de 1 kbyte de entrada e safda e eamplamente uti lizada em controles com tempo crltlco.Atualmente, 90% das apllcacoes envolvendo escravos Profibus uti lizam-se do PROFIBUS DP. Essa variante estadisponfvel em tres versi ies: DP-VO, DP-V1 e DP-V2. A origem de cada versao aconteceu de acordo com 0 avancotecnol6gico e a demanda das apl lcacoes exigidas ao longo do tempo.

    F'utlc,iomalidade desDevices, DPV2 :Modo tempo de cicio determinislfcoMo dQ iW \; tO "' QComunica~c> e5~rav(>.eson;,~o(DMOSIPubli"h~riSub"cr;b rSi ~c .o~ il :a~~Q de c lc ek . e T ime :o w rnpU p lo ad ,e DOWIm,dRedund::'m:iaH 'ARiMDP

    DPV1:Tr ooa de dados ac~~ic,os,ernbemeshes ,eeseravos! li la lm :H ,H1d l lr n gIn le gra \" B .O c orn E D DL e FTCF~ilSaf~BloOsP\H'!e;;ona;$

    [lPVO:T rc ca d e d~dos c fc lO co . " ,W e rn as tre s e e .c ra vQ SG,sD[li;!'9noSlioo$Tempo

    Figura 8- Vers6es do Profibus

    PROFIBUSPAo PROFIBUS PA e a solucao PROFIBUS que atende os requisitos da autornacao de processos, onde se tern aconexao de sistemas de automacao e sistemas de controle de processo com equipamentos de campo, tais como:

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    transmissores de pressao, temperatura, converso res, posicionadores, etc. Pode ser usada em substitui~o aopadrao 4 a 20 rnA.Existem vantagens potenciais da uti l izacao dessa tecnologia, onde resumidamente destacam-se as vantagensfuncionais (transmlssao de informac;:i ies conflavels, tratamento de status das varlavels, sistema de seguranc;:a emcaso de falha, equipamentos com capacidades de autodiagnose, rangeabil idade dos equipamentos, alta resolueaonas medic;:iies, integrac;:ao com controle discreto em alta velocidade, aplicac;:iies em qualquer segmento, etc.). Alemdos beneficios econiimicos pertinentes as instalac;:iies (reducac de ate 40% em alguns casos em relacao aossistemas convencionais), custos de manutencao (reduc;:ao de ate 2 5% em alguns casos em relacao aos sistemasconvencionais), menor tempo de startup, oferecern urn aumento significativo em funcionalidade e seguranc;:a.o PROFIBUS PA permite a medic; :aoe controle por uma l inha a dois f ios simples. Tarnbem permite alimentar osequipamentos de campo em areas intr insecamente seguras. 0 PROFIBUS PA permite a manutencao e aconexao/desconexao de equipamentos ate mesmo durante a operacao sem interferir em outras estac;:iies emareas potencial mente explosivas. 0 PROFIBUS PAfoi desenvolvido em cooperacao com os usuaries da Industriade Controle e Processo (NAMUR), satisfazendo as exigencias especiais dessa area de apllcacao:

    0 perfi l or iginal da apllcacao para a autornacao do processo e interoperabilidade dos equipamentos decampo dos diferentes fabricantes.

    Adicao e rernocao de estacoes de barramentos mesmo em areas int rinsecamente seguras sem inf luenciapara outras estac;:iies. Uma cornunlcacao transparente atraves dos acopladores do segmento ent re 0 barramento de automaeaodo processo PROFIBUS PAe do barramento de automacao industrial PROFIBUS-DP.

    Alimentac;:ao e transrnlssao de dados sobre 0 mesmo par de f ios baseado na tecnolog ia IEC 61158-2. Uso em areas potencial mente explosivas com bl indagem explosiva tipo " int rinsecamente segura" ou "semseguranc;:a intrinseca".

    As conexiies dos transmissores, conversores e posicionadores em uma rede PROFIBUS DP sao feitas por urncoupler DP/PA. 0 par tranc;:ado a dois fios e utili zado na allmentacao e na comun lcaeao de dados para cadaequipamento, facilitando a lnstalacao e resultando em baixo custo de hardware, menor tempo para iniciac;:ao,manutencao l ivre de problemas, baixo custo do software de engenharia e alta confianc;:a na operacao,A arquitetura e a filosofia do protocolo PROFIBUS asseguram a cada estacao envolvida nas trocas de dadosciclicos urn tempo suficiente para a execucao de sua tarefa de cornunlcacao dentro de urn intervalo de tempodefinido. Para isso, utiliza-se do procedimento de passagem de "token", usado por estac;:iies mestres dobarramento ao comunicar-se entre si, e 0 procedimento mestre-escravo para a cornunlcacao com as estac;: iiesescravas. A mensagem de "token" (urn frame especial para a passagem de direito de acesso de urn mestre paraoutre) deve circular, sendo uma vez para cada mestre dentro de urn tempo maximo de rotacao definido (que econf lquravel), No PROFIBUS 0 procedimento de passagem do "token" a usado somente para comun lcacoes entreos mestres.

    ComuT1IIi:caQao Multimes tre,passagem do token

    Var los mes t ree til" pacemacessa res Se ra .vascomasf i: l I1 Ic;:oes de leitlJ'ra.s

    Urn~"lem~miil~i>ITiO$Wecn.i$!e

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    Comunlcacao Mestre e E.scravoPLC, SIDeD a u PC lndustrial

    r .o f ibus .: i>AJ'1.2SI(Mlis

    S Ilte-I1"S co m Mono me , sl l ft I I~e Jn~am Ie-mpos, der~:1~q;~; mYI~Q;,urt_;;~,E Ie $,e on sl$ ~m d e 1,..... tre Df (e 180~e '1)- 1 1a 1 1 2 5 ~ $O i"Wo s 0 1 '-1,"'" .lre Of Ie lass~2)- "pdon~'1

    Figura 8- Comunicar;llo Mestre- Escravo.

    o procedimento mestre-escravo possibi li ta ao mestre que este ja at ivo (0 que possui 0 "token") acessar os seusescravos (atraves dos services de leitura e escrita).

    PROFINETo PROFlnet a uma rede padronizada pelo PROFIBUS International de acordo com alEC 61158-5 e alEC61158-6. ~ uma das quatorze redes de Ethernet industrial, Basicamente, h~ do is tipos de redes PROFlnet:PROFlnet 10 e PROFlnet CBA 0 PROFlnet 10 a utilizado em apucacees em tempo real (rapidas) e 0 PROFlnetCBA e utilizado em aplicalioes onde 0 tempo niio e critico, por exemplo, na conversiio para rede PROFIBUS-DP.o PROFlnet e um conceito de automaeao compreenslvel que emergiu como resultado da tendencla na tecnologiade autornacao para rnaqulnas reusavels e modulares em plantas com inteligencia dlstribufda, Suasparticularidades atendem pontos-chaves das demandas da tecnologia de autornacao:

    comunlcacao consistente entre os diversos niveis de gerenciamento desde 0 campo ate os niveiscorporativos usando Ethernet uma grande quantidade de fabr icantes em um protocolo e sistema aberto; utiliza pad roes IT; integral ii io em sistemas PROFIBUS sem rnudancas dos mesmos,

    o PROFlnet foi definido de acordo com 0 Physical Layer ISO/IEC8802-3 e seu DataLink Layer de acordo comTCP/UDP/ lP/Ethernet da ISO/IEC8802-3, Seu principal enfoque, e a l se deixa claro as d lferencas ente 0mercadocomum de redes Ethernet, e a apllcacao do conceito de objetos j~ em usos e testados em softwares detecnologias de autornacao, Seguindo esta idaia, rnaqulnas e plantas podem ser divididas em rnodulostecnol6gicos, cada um deles com suas caracterlsticas e compromissos mecanlcos, eletrlcos/eletrenlcos esoftwares de apllcaeao.Cada modulo a entao encapsulado de acordo com componentes PROFlnet e podem seracessados via interfaces universais, e ainda podem ser interconectados em varlas apllcaeoes.Entenda 0 conceitode componentes como a ldela de reutilizacao de unidades de software, Neste sentido 0 PROFlnet uti liza-se decomponentes COM (Component Object Model) e sua expansiio 0 DCOM (Distributed Component Object Model)para sistemas distr ibuidos. Sendo assim, todos os objetos siio id6nt icos e possuem as mesmas aparsnclas, Estetipo de sistema de autornacao distribuido habilita projetos modulares de rnaquinas e plantas com suporte areutilizaciio de par tes de rnaqulnas e plantas, Isto garante a interoperabi lidade e a redu!;iio de problemas, Aintegrali iio de segmentos PROFIBUS em PROFlnet a feita uti lizando lmplementaeoes proxies 0 que garante que 0espectro todo de produtos PROFIBUS podem ser implementados sem rnudancas, garantindo ao usuario aprotecao maxima aos seus lnvestimentcs.Alem disso a tecnologia Proxy permite a integraCiio com outrosfield buses,

    Figura 9 - Criac iio e interconexiio de componentes.

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    runtime

    tFigura 10 Es1rutura de dispositivo PROFlnet

    PROFlnet---------- -----

    Conlro1ler Fi,eldbusdevice Orr iveFigura 11 Modelo de migragiio PROFlnet

    o PROFlnet tem trl is modelos d istintos de operacao, sendo dois de les para tempo real . Ve ja figura 12.o primeiro modelo e baseado na arqu ite tura TCP/IP pura, u ti lizando Ethernet na camada 1 e 2, 0 IP na camada 3e 0 TCP ou UDP na camada 4. Essa arquitetura e chamada de Non-real t ime (Non-RT), pois seu tempo deprocessamento se aproxima dos 100 ms. A grande apl lcacao nesse tipo de comunlcacao e de conflguraeao darede ou na comunlcaeao com os Proxis, uti lizando 0 PROFlnet CBA. Os Proxis sao conversores de protocolos (porexemplo, de PROFlnet para PROFIBUS-DP ou de PROFlnet para HART, FF, etc), conforme mostrado na figura13.

    Figura 12-PROFlnet tern tris modelos dlstlntos de operagllo

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    E 'RPE M E Sr---------Ehemebackbone

    ! 'l lO P '! !> !! :T ! '! '! .OX ' !'Figura 13- Proxy PROFlnatlPROFIBUSDP a PROFlnatlHART, PROFlnatlFF

    o segundo modelo baseia-se no chamado Soft Real Time (SRT) e caracter iza-se por ser um canal direto entre acamada da Ethernet e a aplica"iio. Com a eliminacao de varies niveis de protocolo, ha uma redu"iio nocomprimento dos telegramas transmitidos, requerendo menos tempo de transmissiio de dados na rede. Nestecaso, pode-se ut il izar os dois t ipos de PROFlnet 10 e CBA.o terce iro modelo baseia-se no concei to de Isochronous Real T ime (IRT), para apl lcacoes em que 0 tempo deresposta e critico e deve ser menor do que 1ms. Um exemplo tipico de apllcacao neste caso e 0 controle demovimento de robOs, onde 0 tempo de atuallzaeao de dados deve ser curto. Utiliza-se apenas 0 PROFlnet 10 paraesse caso.

    Componont2 Com'ponent l----- - -..---. . . . . . .-.:~- I"lenig.enlPROiTit . iETClev1co

    PROFIBUiSSla~o.

    !'ROFINETIODevice

    Figura 14- PROFlne! CBA e 10 provendo maxima flexibilidade as aplica~iies

    o PROFlnet foi desenvolvido em seu modelamento de forma a proporcionar 0 acesso as informa!iiies de dadosvia services padriies de WEB.

    Datain H T M L pag esand over applets

    Figura 15- 0 acesso as informali 'Des dedados do PROFlne! e possi~el ~ia servili'OS padriies de WEB.

    Alem disso, a tecnologia do PROFlnet permite facll integra"iio com sistema MES (Manufacturing ExecutionSystems).

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    ErnterpriseRessolln::ePlanrnirngl [Interface ERP ~MES:defined bylSA 595

    Malil:ufacturingExecuti'onSystem

    Figura 16 PROFlnet e 0MES

    Foundation FieldbusEste Ii um protocolo de comunlcacao digital bidirecional que permite a interligacao em rede de vanesequipamentos diretamente no campo, real izando func6es de controle e rnonltoraeao de processos e estacees( lHMs) at raves de sof twares supervis6r ios. Ests baseado no padrao ISOIOSI , onde se tem as seguintes camadas:Physical Layer, Communication Stack e User Application, onde podemos citar 0 gerenciamento de formaabrangente com a aplicaeao envolvendo 0 Fieldbus Access Sublayer(FAS), 0 Fie ldbus MessageSpecification(FMS) e 0modelo de Function Blocks mais Device Descriptions.

    r~ Op e n S y . > t e / ' l lfmero; ;nni1Cl (OS/) l ayeredr ommun i ; ;i I! io l 'l 5 mode l .

    ]Figura 17- Estrutura de camadas do Foundation Fieldbus

    a Physical layer (Meio Fisico) Iidef inido segundo padr6es internacionais (IEC, ISA). Ele recebe mensagens dacamada de comunlcacao (Communicat ion Stack) e as converte em sina is ffsicos no meio de t ransrnlssao f ieldbuse vice-versa, incluindo e removendo prearnbulos, delimitadores de cornaco e fim de mensagens.

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    N(II~f~ru..,n opUO;J"I, QIlI-e 0 ' ~I!I~l !e rm~te l ' :5"'0)1 N...,"'~.ppo

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    que os dados cheguem ao equipamento correto.Segundo 0Data Link layer. dois t ipos de equipamentos podem ser definidos:

    Link Master: tem a capacidade de se tornar LAS . Basic Device: nao tem a capacidade de se tornar LAS.

    Existem tres formas de acesso a rede: Passagem de Token (bastao): 0 token e 0 modo direto de iniciar uma transacao no barramento. Aoterminar de enviar mensagens 0 equipamento retorna 0 token para 0 LAS(Link Active Scheduler) quetransrnltlra 0mesmo para 0 equipamento que 0 requisitou, via pre-configurat;:ao ou via escalonamento.

    Resposta imediata: neste caso 0 mestre dara uma oportunidade para uma estacao responder com umamensagem. Requisit;:iio de Token: um equipamento requisita 0 token usando uma de suas mensagens com acodltlcacao para esta requisit;:ao e 0 LAS ao recebs-la, envia 0 token a ele quando houver tempo disponivel

    nas fases aciclicas do escalonamento.o LAS e quem contro la e planeja a cornunlcacao no barramento. Ele cont rola as at iv idades no barramento usandodiferentes comandos os quais em modo broadcast e passado a todos os equipamentos. Como sempre 0 LAS faz 0polling por enderecos de equipamentos sem tags na rede, e possivel se conectar devices a qualquer instantedurante a operacao e estes serao integrados em operacao "plug in play" automaticamente. Em sistemasredundantes. com a falha do LAS, 0 equipamento do tipo Link Master assume 0 papel de mestre backup durante afalha.Podemos ainda comentar a respeito do modelo Publisher/Subscriber (produtor/consumidor), onde umequipamento pode produzir ou consumir varlavels que sao transmitidas atraves da rede empregando 0 modelo deacesso de resposta imediata. Com uma unica t ransacao, 0 produtor pode enviar suas lntor rnacoes a todos osequipamentos da rede que as necessi tem. Este se t rata do modele mais eficiente na t roca de informay1ies, ja queexiste a otlmlzaeao total entre os participantes das transaeoes.Os services de comunlcacao utilizam transrnissao de dados chamadas de programadas (scheduled) enao-programadas (unscheduled). Tarefas envolvendo tempos cri ticos, tais como 0 controle de varlavels deprocesso, sao exclusivamente executadas pelos services programados enquanto que, pararnetrizacao e func1iesde diagnose sao nao-programadas. Schedule e criado pelo operador do sistema durante a configurat;:ao dosistema FF ou automaticamente pelas ferramentas de configuracao, conforme as estrategias de controle.Periodicamente 0 LAS faz um broadcast do sinal de slneronlzacao no barramento de tal forma que todos osequipamentos tem exatamente 0mesmo data link t ime.Neste tipo de transmlssao (scheduled) 0 ponto do tempo eas sequenelas sao exatamente definidas, caracterizando 0chamado sistema determinist ico. Baseado no Scheduleexiste uma li sta de transrnlssao que e gerada e que define quando um especifi co equipamento esta pronto paraenviar seus dados.Cada device recebe um Schedule separado que permite que 0 System Management saiba exatamente que tarefadeve ser executada e quando e ainda quando 0dado deve ser recebido ou enviado.

    To o message ill the q!.lf:U!E!i bt.if.rer~ 1.:r2lnsrnitledotl t~tertEldbus w~n 'roo ! . . A S i5SUB!t tlv.p as s l ok en rne5~ge (:0 d e v i o e :t Th'e m e s . s : . 1 9 c C.;in be s ent to S ' Si ng le d es tE na tl o:n . o r t om~iljplc d e O l J " " U " " , (mul!IC"'I)\

    Uns cl J, f! d u/ ed D a ta T r an s fe r .ll"" l~tDa-I .AS~ e

    PT ( I )- - - - , I ill..im , Atfllo't' Sdij;jlUftoI jPI-i\i"T,g,o

    Figura 20- Transferincla nfio programada de dados

    Tr.. m ,, ,, "9 " i n m o Q a , . t J t i I . ' ~ ' I > r M < l . " " 1 0 " I I " " " ~ " ' ~ " me r~II~~I.T h o . .J I) . I! :J o " ~ " ." 1. 0 ;1 ,. '""""'.l0 !>r '>O! lc" , t

    !Ji.S,,,,lIll;AdweS!D!d...l!er[D.ConlfiOlo",.S ch ed ule D a ia T ra n sfe r. S d , . < f l . J f o ot:>~_~1lAS

    PL . t ll j ,l . .. Subs!; r ioonFigura 21- Transferincia programada de dados

    A lista de todos os equipamentos que respondem convenientemente a passagem de token (PT) e chamada de"Live List".Periodicamente 0 LAS envia 0 Probe Node (PN) aos enderecos que nao estao no Live List de tal formaque se possa a qualquer instante conectar equipamentos e estes ao responderem com um Probe Response(PR)serao incluidos no Live List.Ao se remover um equipamento do Live List, 0 LAS envlara uma mensagem embroadcasl a lodos os equipamenlos informando as mudancas, Is lo permi le que os Links Maslers manlenham umac6pia f iel do L ive List .

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    o nivel de aplica~ao (Application Layer) fornece uma interface para 0 software aplicativo do equipamento edef lnl ra a maneira de se ler, escrever ou disparar uma tarefa em uma estaeao remota. Ele tarnbem define 0 modopelo qual a mensagem deve ser transmitida. 0 gerenciamento def inl ra como sera a lnlclal lzacao da rede, at ravesdo Tag, atrlbuleao de endereco, slncronlzacao de tempo, escalonamento das transacoes ou conexao dosparametres de entradas e saida dos function blocks. 0 FAS e FMS sao a inter face entre 0 data link layer e 0 userappl ication, sendo que 0 primei ro atraves de seus servleos cria as chamadas VCRs (Virtual CommunicationRelationships) as quais sao usadas no layer superior FMS na execucao de tarefas. As VCRs descrevem diferentestipos de processos de comunlcacao e habil itam atividades associadas para serem processadas mais rapidamente.o Foundat ion Fieldbus se uti liza de 3 t ipos de VCRs:

    VCR Publisher/Subscriber: transmitindo dados de entrada e saida dos blocos funcionais; VCR Cliente/Server: usada em comunicacses nao-programadas. E base para pedidos de inicial izaCao viaoperador;

    Report Distribution communication: controlando a operacao da rede com levantamento de deteccao defalhas e de adicao ou rernocao de equipamentos.o FMS prove os servlcos de cornunlcacao padr6es. A cada t ipo de dado sao atr ibuidos servlcos de comunlcacao,chamados de object descriptions, que vao conter toda definicao de todos os tipos padr6es de mensagens e queser iio acessadas via dlclonario dos objetos (Object d ic tionary). Ahf !m disso, 0 FMS def ine as VFDs(Virtual FieldDevices) as quais sao usadas para disponibilizar os object descriptions para toda a rede. As VFDs e os objectdescriptions sao usados para se garantir 0 acesso loca l as informa9iies dos equipamentos de qualquer ponto darede usando services associ ados de cornunlcacao.o nivel do usuario (User Application) e onde realmente a funcional idade do equipamento ou das ferramentasganham os seus espacos, E 0 nivel onde transmissores, posicionadores, atuadores, conversores, hosts, etc,fazem a interface com 0 usuarlo.Pontos fundamentais do Foundation Fieldbus sao a interoperabilidade e aintercambiabilidade entre os fabricantes e seus dispositivos.lsto e conseguido com especif icaeoes abertas e quedefinem de maneira uniforme equipamentos e interfaces padr6es.E no nivel do usuarlo que serao definidos osformatos dos dados e a sernant lca que permiti ram que os equipamento compreendam e ajam com inte ligencia nomanuseio das lntormacoes.O Foundation Fieldbus e baseado no concei to de blocos funcionais que executamtarefas necessar ies as apl lcaeoes, como por exemplo, aquisicao de dados(bloco DI , AI) , cont role PID, calculosrnatemat lcostb loco ar lt rnetlcc), de atuacao(bloco DO, AO), etc.As t ransrn lssoes programadas(scheduled) saobaseadas nos blocos funcionais.Cada bloco tem uma tarefa associada as suas entradas e/ou saidas.Existemvarlos blocos funcionais padr6es def inidos, tais como AI , AO, CS, DI, DO, PID, etc.A quantidade de blocos em umequipamento depende do fabr icante.O resource block descreve as caracter is ticas do equipamento de campo, taiscomo, nome do equipamento, fabricante, nurnero serial, versoes de hardware e software. 0 transducer blockexpande a complexidade e as possibi lidades de apl lcacao de um equipamento. Seus dados habi li tam parametresde entradas e/ou saidas dos blocos funcionais. Eles podem ser usados em calibracoes, medidas,posicionamentos, llnearlzacoes, etc.

    C o ntro l lo op U sin gFUf lC lN:m Blocks .

    e.;lmpl. oi"a oompl'lte oonlroll.op 'u.lngf i jn ( IO l ! i 8 I o (1U 1 0 0 :; 01. 0 1 1 " l l cl ( fI l ; ;s d e .l o o ~ .

    Figura 22 - Exemplo de controle usando blocos funcionaisComponentes adicionais sao adicionados ao modelo de blocos:

    L ink Objects: que def inem os l inks ent re os di ferentes blocos funcionais, quer sejam internos ou externos. Alert Objects: que permitem 0 reporte de alarmes e eventos na rede fieldbus. Trend Objects; que permitem 0 trend das lnforrnacoes dos blocos funcionais e anallses em alto nlvel. View Objects: que sao grupos de parametres dos blocos funcionais que podem ser mostrados rapidamenteem tarefas de rnonltoracao, configuracao, manuteneao e controle, etc. Sao divididas em dini imicas eeetat lcas, de acordo com os dados.

    o grupo de parametres nas Views e nos Trends aceleram 0 acesso as lnformaeoes.Durante 0 comissionamento, star t-up e manutencao, assim como ao executar fun9iies de diagnosticos, umsistema de comunlcacao aberto deve assegurar que 0 sistema de controle possa acessar todas as lnforrnacoes detodos os equipamentos de campo e ainda ter 0 controle total dos mesmos. A DD, Device Descr ipt ion, conterntodas as lnrormacees que garantem estes requisi tos. Ela contem lntormacoes necessar las para compreender alnformacao que vem do equipamento e para rnostra-la convenientemente ao usuarlo, E escrita usando-se al inguagem DDL(Device Descr ipt ion Language), mui to pr6xima da l inguagem C, para gerar um arqu ivo texto que aoser convert ido pelo Tokenizer(Ferramenta de geracao de DDs) pode ser distribuida com os equipamentos.

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    DDLSoormFlleV A . I i :l P : B U P , , ,, . ,, , ~"i.bIo( l A B E L ' M E A S U R E D _ V A l U E ' ,nPE,LOM(OIS"I.AV.JFO~w..l~.II~~tI!X._w\LUE11MMJN_\~WU.O:J)

    Tckenizer. -DQytpy tFl I1}1J!)9~~1OOT I I . l l . o . S \ l I l l I i ' I _ \\\lU,-OOIQIG0;1-3.1i~~1OB6~20_ 000~;t(l 000 OOQOO i ) 000

    Figura 23- Gerando-se a DDAs DDs siio usadas em conjunto os capabilities fil es escritos no formato Common File Format (CFF), onde edef inido os recursos dos equipamentos e que esti io disponrveis. lsto garante que na condlcao de off line, 0 host niiouti lize recursos que niio estariio disponfveis no equipamento.o System Management de cada equipamento tem as seguintes tarefas:

    Slncronlzacao das atividades de dados relevantes no tempo, isto e de acordo com 0 Schedule detransmissiio. Processamento cfcl ico da l is ta de t ransmissiio (somente 0 LAS) com 0 pre-definido Schedule.

    th~,~I~l ~f i,,~ividll~'1'm rocyO!O$~,dfin~da.. nolhtlf,omi1l~ "b'Dlui~linl:$dr.dule .t~rttlm~,

    Qm{t'l- - / CijOfllNi ..IF ~II , iI!~. ~ ~ ' - > S :. . . . . , '1 O ~.!I,=' .u I/ t, " III I I I 'I I.~~.~~ ~~I I I-~'"~ II~.,. . . ~ I . . . .,I~:I ~ PI . 'I' J " '1.1) U , , I II.I

    A l J s o i l . l . t e lin/(schedUle startlime.

    ~- -. . . . . . . . . . . . . . . .~Figura 24- Processamento clclico dos blocos funcionais

    Tarefas adicionais siio atribufdas ao System Management: Atribui9iio autornatlca de um Link Master a LAS se uma falha ocorrer ao atual LAS. Sincronizacao do clock da apl lcacao, Enderecarnento automatico de novas estacoes conectadas.

    A bs Qlu te Lin /( S cn e ou te S ta rt T im e .SQhe d! ll e P ID F ur n:I IQ n B ro ck Execution 30

    50 IFigura 25- Transmlsslo programada e niio-programada. Cada equlpamento .. cebe um Schedule separado, habilltando a SystemManagement a saber exatamente qual tarefa deve ser executada, quando deve ser executada e quando deve ser enviado au recebidodados.

    A proqrarnacao da comunlcacao bem como a pararnetrlzacao dos equipamentos devem ser feitas antes dostart-up. Basicamente, temos duas fases: Fase de projeto e Fase de configura9iio dos equipamentos.As DDs de todos os equipamentos envolvidos na rede devem estar disponfveis para a ferramenta de configuraci ioque determlnara como as informacoes segundo as ast ra teq ias de controle ser iio conectadas at raves das entradase safdas dos blocos funciona is (os chamados l inks). Esta tarefa e facilmente executada com as interfaces grBficasde ferramentas avancadas de configuraciio, por exemplo 0Syscon da SMAR:

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    'i;~1

    1Rn lS IMIT[RF l [l [)EUS OCV I J: [

    VAL\'!:mLIl8U~[)E'.'1n

    Figura 26 - Conexao dos blocos funcionais para um controle em cascata

    A figura 26 mostra um controle em cascata onde 0 valor de pressiio, por exemplo, vindo de um transmissor depressiio e conectado ao bloco funciona l PID, Este bloco pode ser implementado por exemplo, em um posicionadorde valvula, que via bloco AO atua no elemento final. Alem da conexiio dos blocos funcionais, a ferramenta deconfigura9 iio tarnbern configura as taxas individua is de execucao das malhas individua is. Finalmente, 0 LAS etodos os Link Masters recebem a li sta de transmissiio segundo 0 Schedule. A configurayi io do sistema estacompleta e 0System Management do LAS e os equipamentos podem cuidar do contro le em todo sistema,

    A,utom,aH""af!ldlDls,play Devl.::~s

    I Q l FI St"n.d~~dH$~S"",itd!,sJRo!!Wr'=~=I ; ~ _ . . - -

    Large Network5.

    Figura 27- Configura~io da rede Fieldbus

    o Foundation Fieldbus ainda possui 0 HSE, High Speed Ethernet , onde um Link Device (por exemplo, 0 DFI302,da SMAR) e usado para conectar equipamentos de campo a 31,25 kbiVs a uma rede padriio FF a 100 MbiVs, ;;:apl icavel em redes de al ta velocidade com interfaces para sistemas de 1/05, que podem estar conectados a 31,25kbiVs ou no HSE,

    t :h~l l ; lQI l I r i9WEJJiQf1~E19Gn~ilte 'Sl.LI'1 df t t he l lnfQr~~QI l~ '~ ~ ~ I J I P I J " " M ; ! f l i ; ! ~ : ; ! U ; I I o J 5

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    fundadores e para suprir 0mercado cujo nfve l h lerarqulco a or ientado a bit. Desta forma, a rede AS-i foi concebidapara complementar os demais sistemas e tornar mais simples e raplda as ccnexoes entre sensores e atuadorescom os seus respectivos controladores.Um sistema industr ial formado por redes AS-i a considerado um dos mais econOmicos e ideal para comun lcaeaoentre atuadores e sensores. Os benef fcios da utll lzacao de uma rede AS- i vao desde economias de hardware at eo comissionamento de uma rede AS-i propriamente dita.Vejamos alguns beneffcios da rede AS-i:SimplicidadeUma rede AS-i a muito simples, pois requer apenas um unlco cabo para conectar modules de entradas e safdasde quaisquer fabricantes. usuarlos de uma rede AS-i nao precisam ter profundos conhecimentos em sistemaindustr iais ou protocolos de comun lcacao. Diferentemente de outras redes digitais, a rede AS-i nao precisa determinadores e de arquivos de descrtcao de equipamentos. A simplicidade e seu ponto forle.DesempenhoSistemas AS-i sao eficazes e incrivelmente rap ldos, 0 que os tornam aptos a substi tu frem sistemas grandes e comaltos custos. Existem mestres AS-i , especialmente, desenvolvidos para comunicarem com sistemas legados decontrole e promoverem uma suave integracao entre as tecnologias existentes. 0 melhor de tudo e que isto ereal izado de forma simples e conf lavel,FlexibilidadeA expansibilidade a muito facil - apenas conecte um modulo, enderece-o e, entao, conecte 0 cabo da rede.Verif ique se LED de a liment ac a o e s ta l igado e, entao, voGi! ja esta l iberado para a conexao do proximo modulo. Arede AS-i suporla qualquer topologia de cabeamento: est re la, barramento, arvore, anelar ou qualquer outraconfiguracao com ate 100 metros de cabo. Ou, entao, com a adicao de repet idores a possfvel expandir 0 sistemaata 300 metros. A rede AS-i a de facil instalacao, pois nao ha necessidade de terminadores nos pontes finais.CustoRedes AS-i t ipicamente reduzem 0 custo de cabeamento e lnstalacao em torno de 50% em comparacao comoutras redes convencionais. A ut il izacao de um unlco cabo para conexao com equipamentos discretos reduz anecessidade de gabinete, conduites e bandejas. As economias geradas na utll lzaeao da rede podem serrealmente signi ficantes, pois a uti lizacao de poucos cabos diminui os custos de lnstalacao, comissionamento e, porser uma rede simples, as horas de engenharia.o nome Actuator Sensor Interface representa 0 seu proprio conceito. Apesar de tecnicamente, 0 "AS-i" ser umbarramento, 0 te rmo interface mostra que ele fornece uma interface simples para acesso a sensores e atuadoresem campo.As redes industr iais AS-i foram concebidas para serem apl icadas em ambientes automat izados, substi tu indo asconexees tradicionais de atuadores e sensores do tipo "switch" ( Iiga-desliga) por um barramento unlco. Alamdesses a posslve l conectar ao barramento sensores/a tuadores que real izam uma conversao analogico/digi tal ouvice-versa. Tradicionalmente essas conexOes sao feitas por pares de fios que conectam um a um os atuadores esensores ao controlador correspondente, em geral um Controlador Logico Programavel (CLP).o sistema AS-i a conf igurado e controlado por um mestre, 0 qual programa a interface entre um controlador e 0sistema AS-i. Esse mestre troca lnforrnacoes continuamente com todos os sensores e atuadores ligados aobarramento AS-i de forma pra-determinada e cfclica.A Figura 29 i lustra 0 sistema AS-i como um todo, evidenciando os seus pr inc ipais componentes: cabo, fonte AS-icom seu circuito de desacoplamento, 0mestre e 0 escravo AS-i.

    Interface 1: entre 0 escravo e os sensores e atuadores; Interface 2 : entre os equipamentos (fonte , mest re e escravo) e 0meio de transrnlssao: Interface 3: entre 0 mestre e 0 host, ou seja, uma entidade qualquer que acessa a rede AS- i de um nlvelsuperior.

    II Contmle III (Ho$t}

    I Fonte AS-i - .____--'OeG ao o p l am6Olo

    Intertaee 3, 81m.n~ode~. Control~

    Interface 2, Sistema dB~ Transmiss1\c>

    /

    II Ereme~\o., III domoduloI I A = : : c e 1

    II

    Figura 29 - Componentes e interfaces.

    A rede AS-Interface conecta os dispositivos mais simples das solucoes de automacao, Um un tco cabo uneatuadores e sensores com os nfveis super iores de controle. AS-Interface a um sistema de rede padronizado (EN50295) e aberlo, que interliga de maneira muito simples atuadores e sensores.A conexao dos elementos pode ser feita em estrutura de arvore, estrela, linha ou em uma cornblnacao dasanteriores. Nao exist indo ccnexoes convencionais e reduzindo 0 nurnero de interligacoes em bornes e conectores,

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    nao somente reduz custos e tempo de montagem, como tarnbem reduz erros.Na tecnologia de conexiio usando cabos paralelos, cada contato individual de um equipamento e conectadoseparadamente para os terminais e bornes de sensores e atuadores. A rede AS-i substi tui 0 tradicional arranjo decabos multlplos, caixas de passagem, canaletas, dutos de cabos por um simples cabo especial mentedesenvolvido para rede AS-i.A rede AS-i se caracteriza por somente em um par de fios, caminharem junto a allmentaeao dos sensores ouatuadores em 24Vcc e a informacao do estado dos mesmos. A configuracao maxima da rede e de 62 participantes(escravos) que sao acessados cicli camente por um mestre no nivel de controle super ior. a tempo de reacao ecurto, para todos os escravos conectados, 0 tempo de resposta e de 10ms.Anteriormente, sensores e atuadores tinham de ser conectados ao controlador via terminais, conectores eterminais de blocos. AS-i proporciona uma redueao nos custos de lnstalacao e manutencao, Agora, um cabopadronizado com 2 fios habi lita a troca de informac6es e ao mesmo tempo a allrnentacao dos equipamentos.Escravos sao conectados diretamente no barramento sem a necessidade de interligacao adicional.Este cabo de flexivel de duas vias e considerado 0 padrao para a rede AS-i. Existe ainda um outro cabo comformato circular que deve ser usado somente se for explicitamente especif icado pelo fabricante.Este cabo flexivel de alta tensao esta em conformidade com as normas CENELEC ou DIN VDE 0281, designadopor H05W-F 2X1. 5 e e barato e faci l de se obter.

    MarromAS- i+t--I- - - ,' - - - - - - - - - - - - - - ?AzulAS- i+

    R eve sfim e n to Azul " _ ., ,.O VlMa:nrom + "24Vdc

    Figura 30 - Cabos padroes do barramento AS-i

    DeviceNetDeviceNet e um rede digital, mult i-drop para conexao entre sensores, atuadores e sistema de autornacao industrialem geral . E la foi desenvolvida para ter maxima flexibi lidade entre equipamentos de campo e interoperab il idadeentre diferentes vendedores.Apresentado em 1994 original mente pela Allen-Bradley, 0 DeviceNet leve sua tecnologia t ransfer ida para a ODVAem 1995. A ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) e uma organizacao sem f ins lucrativos composta porcentenas de empresas ao redor do mundo que mantem, divulga e promove 0 DeviceNet e outras redes baseadasno protocolo CIP (Common Industrial Protocol). Atualmente mais de 300 empresas estao registradas comomembros, sendo que mais de 800 oferecem produtos DeviceNet no mundo todo.A rede DeviceNet e classificada no nivel de rede chamada devicebus, cuja caracteristicas pr incipais sao: altavelocidade, cornunlcaeao a nivel de byte englobando comunlcaeao com equipamentos discretos e anal6gicos ealto poder de diagnost ico dos devices da rede.A tecnologia DeviceNet e um padrao aberto de automaeao com objetivo de transportar 2 tipos principais delnformacao:

    dados cic licos de sensores e atuadores, diretamente relac ionados ao controle e, dados aciclicos indiretamente relacionados ao controle, como configuracao e diagn6stico.

    as dados ciclicos representam lnformaeoes trocadas periodicamente entre 0 equipamento de campo e 0controlador. Por outro lado, os aclcli cos sao lnformacoes trocadas eventual mente durante configuracao oudiagn6stico do equipamento de campo.A camada flsica e de acesso da rede DeviceNet e baseada na tecnologia CAN (Control ler Area Network) e ascamadas superiores no protocolo CIP, que define uma arqui tetura baseada em objetos e conex6es entre eles.Uma rede DeviceNet pode conter ate 64 dispositivos onde cada disposit ivo ocupa um n6 na rede, enderecados deo a 63. Qualquer um desles pode ser utilizado. Nao ha qualquer restricao, embora se deva evitar 0 63, po ls estecostuma ser utilizado para fins de comissionamento.Um exemplo de rede DeviceNet e mostrada na f igura 31.

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    IH M llF79 AC CHIVEIHMDRfVE O JAC Zs.~

    o

    Ad aptad or D N ,~SensorConvenciol1al

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    Figura 31 - Exemplo de Rede DevleeNet

    Caracteristicas da rede DeviceNeto Topologia baseada em tronco principal com ramif lcacoes. 0 tronco pr incipal deve ser fei to com 0 cabo DeviceNetgross~. e as ramificaes com 0 cabo DeviceNet fino ou chato. Cabos similares podem ser usados desde quesuas canacterist icas eletricas e mecanlcas sejam compativeis com as especif icaes dos cabos padrao DeviceNet.o Permite 0 uso de repetidores, bridges, roteadores e gateways.

    o Suporta ate 64 nos, incluindo 0mestre, enderecados de 0 a 63 (MAC ID) .o Cabo com 2 pares: urn para al lmentacao de 24V e outre para comunlcaeao.o lnsercao e rernocao a quente, sem perturbar a rede.o Suporte para equipamentos al imentados pela rede em 24V ou com fonte propria.o Uso de conectores abertos ou selados.o Protecao contra lnversao de l igaes e curto-ci rcui to.o Alta capacidade de corrente na rede (ate 16 A).o Uso de fontes de ali rnentacao de prateleina.o Diversas fontes podem ser usadas na mesma rede atendendo as necessidades da apllcacao em termos de cargae comprimento dos cabos.

    o Taxa de cornunlcacao selecionavel:125,250 e 500 kbps.o comunlcacsc baseada em conexees de E/ S e modele de pergunta e resposta.o Diagn6stico de cada equipamento e da rede.o Transporte eficiente de dados de controle discretos e analoqicos,o Detec9ao de endereco dupl icado na rede.o Mecanismo de comunlcacao extremamente robusto a interferencias eletromagneticas.

    Para rnais informa9ao, visite tambern 0 site da ODVA: http://www.odva.org/

    HART/4-20mAAtualmente muito se fala em termos de redes f ieldbus, mas tem-se muitas apllcacoes rodando em HART (HighwayAddressable Remote Transducer), tendo vantagens com os equipamentos inteligentes e utilizando-se dacornunlcacao digital de forma flexivel sob 0 sinal 4-20mA para a pararnetrlzaeao e monltoracao das lntormaeoes,Introduzido em 1989, tinha a lntencao inicial de permitir facil callbracao, ajustes de nange e damping deequipamentos anal6gicos. Foi 0 primeiro protoco lo digi ta l de cornunlcacao bidirec ional que nao afetava 0 sinalanalogico de controle.Este protocolo tern sido testado com sucesso em milhares de apllcacoes, em varlos segmentos, mesmo emambientes perigosos. 0 HART permite 0 usa de mestres: urn console de engenharia na sala de controle e urnsegundo mestre no campo, por exemplo urn laptop ou urn prognamador de mao.Em termos de performance, podemos citar como caracterfst icas do HART:

    Comprovado na pratlca, projeto simples, facll operacao e rnanutencao, CompaUvel com a lnstrumentacao anal6gica; S inal analcq lco e comunlcacao digi tal ; OP9ao de comunlcacao ponto-a-ponto ou multidrop; Flex ivel acesso de dados usando-se ate dois mestres; Suporta equipamentos rnultlvarlavels; 500ms de tempo de resposta (com ate duas t ransacees): Totalmente aberto com varies fornecedores;

    As especif icaes continuamente sao atualizadas de tal fomna a atender todas as apllcaeoes,Veremos a seguir alguns deialhes do proiocolo HART.

    A simplicidade: 0HART e 0loop de corrente convencionalAs figuras 32 e 33 nos mostram como entender 0 HART facilmente. Na figuna 32, temos urn loop de corrente

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    anal6gica, onde os sinais de um transmissor variam a corrente que passa por ele de acordo com 0 processo demedleao, 0 controlador detecta a varia~ao de corrente atraves da tensao sob um resistor sensor de corrente. Acorrente de loop var ia de 4 a 20mA para f requencias usualmente menores que 10Hz.A figura 33 a baseada na figura 32, onde 0 HART foi acrescido. Agora ambas termlnaeoes do loop possuem ummodem e um amplificador de recepcao, sendo que este possui alta irnpedancia de tal forma a nao carregar 0 loopde corrente. Note ainda que 0 transmissor possu i uma fonte de corrente com acoplamento AG e 0 controlador umafonte de tensao com acoplamento AG.A chave em serle com a fonte de tensao no controlador HART em operacaonormal, fica aberta.No controlador HART os componentes adiciona is podem ser conectados no loop de corrente,como mostrado ou atraves do resistor sensor de corrente.Do ponto de vista AG, 0 resultado a 0 mesmo, uma vezque a fonte de allrnentacao a um curto-circuito.Note que 0 sinal anal6gico nao a afetado, uma vez que oscomponentes adicionados sao acoplados em AG. 0 amplificador de recepcao frsquentemanta a considerado comoparte do modem e usual mente nao a mostrado separadamente.Na figura 33 foi desenhado separadamente paramostrar como se deriva 0 sinal de tensao de recepcao, 0 sinal de recepcao nao a somente AG, nem nocontrolador ou mesmo no transmissor.Para enviar uma mensagem, 0 transmissor ao ligar sua fonte de corrente, fara com que se sobreponha um sinalde corrente de 1 mA pico-a-pico de alta frequencia sobre 0 sinal anal6gico da corrente de saida. 0 resistor R nocontrolador convertera este sinal em tensao no loop e esta sera amplificada no receptor chegando ata aodemodulador do controlador (modem). Do mesmo modo, para enviar uma mensagem ao transmissor, 0controlador fecha sua chave, conectando sua fonte de tensao que sobrepos um tensao de aproximadamente 500mV plco-a-plco atraves do loop. Esta a vista nos terminais do transmissor e encaminhada ao amplifi cador edemodulador. Note que existe uma lrnpllcaeao na figura 33 que a que 0 mestre transmita como fonte de tensaoenquanto 0 escravo, como fonte de corrente .A f igura 34 mostra deta lhes do sinal HART, sendo que as ampl itudespodem variar de acordo com as impedl lnc ias e capacitancias de cada equipamento e perdas causadas por out rose lementos no 100p.O HART se uti liza do FSK, chaveamento por rnudanca de frequencia(Frequency Shift keying),onde a frequAncia de 1200 Hz representa 0 1 blnarlo e a de 2200 Hz, representa 0 0 blnarlo.Note que estasfrequAncias estao bem acima da faixa de frequAncias do sinal anal6gico(0 a 10Hz) de tal forma que nao hainterferencias entre elas.Para assegurar uma comunlcacao confiavel, 0 protocolo HART especif ica uma carga totaldo loop de corrente, inc luindo as resist i! inc ias dos cabos, de no minima 230 Ohms e no maximo 1100 Ohms.

    Fonte deMim.nm~~o

    Figura 32 - Loop de cor rente convencional

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    F igura 33 - Loop de corrente acrescido 0 HART

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    Figura 34- Modula~io e sinal HART

    Equipamentos de campo e handhelds (programadores de mao) possuem urn modem FSK integrado, onde via portser ial ou USB de urn PC ou laptop pode-se conectar uma estacao externamente. A figura 35 mostra uma conexaotipica HART de campo. Veremos posteriormente, outros tipos de conexoes.

    Figura 35- Elementos tipicos de uma instala~io HART

    Figura 36- Conexiio HART ponto-a-ponto

    Em uma conexao do tipo ponto-a-ponto, como a da figura 36, e necessarto que 0 endereco do equipamento sejaconfigurado para zero, desde que se use 0modo de endereco na cornunlcacao para acessa-lo,Em sistemas considerado grandes, pode-se ut il izar-se de multiplexadores para acessar grandes quantidades deequipamentos HART, como por exemplo, na figura 37, onde 0 usuarlo devera selecionar 0 loop de corrente paracomunicar v ia Host. Nesta sltuacao em cascata, 0 host pode comunicar com varies equipamentos(mais do que1000), todos com enderecos zero.Ainda podemos ter rede em multidrop e condlcees de spl it -range. Na f igura 38, na conexao em multidrop, observeque podem ser ligados no maximo ate 15 transmissores em paralelo na mesma linha. A corrente que passa peloresistor de 250 Ohms (foi ocul tado na f igural sera al ta, causando uma alta queda de tensao.Portanto, deve-se assegurar que a tensao da fonte de al lrnentacao seja adequada para supr ir a tensao minima deoperacao.No modo multidrop a corrente fica f ixa em 4mA, servindo apenas para energizar os equipamentos no loop.

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    IT~O'f----.lL..~-----t-&.:::-J. Add.",,!; 0

    Figura 37 - Conedo HART via multiplexador

    Figure 38 - Conedo HART em Multidrop

    A condtcao de spl it -range e usada em uma sltuaeao especial onde normal mente dois posicionadores de valvulasrecebem 0 mesmo sinal de controle, por exemplo. um operando com corrente nominal de 4 a 12 mA e 0 outre de12 a 20 mAo Nesta condlcao, os poscionadores sao conectados em serie no loop de corrente com enderecosdiferentes e 0 host sera capaz de distingui-Ios via cornunlcacao.veja f igura 39.

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    Esta[iio deConfrole

    FY3fil1End = 1

    Am plilicadorisd!aaor

    FY3tl1End =2

    Figura 39- Conexilo HARTvia Split Range

    Como visto anteriormente, 0 HART se utiliza do sinal de 4-20mA, sobrepondo um sinal em tecnlca FSK,chaveamento por mudanca de frequencia (Frequency Shi ft keying), onde a frequencia de 1200 Hz representa 0 1blnarto e a de 2200 Hz representa 0 0 blnano.Cada byte individual do telegrama do layer 2 e transmitido em 11bits, usando-se 1200 kHz.

    CabeamentoUtiliza-se um par de cabos trancados on de se deve estar atento Ii reslstencla total ja que esta colaboradiretamente com a carga total, e agindo na atsnuaeao e distorcao do sinal. Em longas linhas e sujeitas ainterferencias, recomenda-se 0 cabo com shield, sendo este aterrado em um unlco ponto, preferencialmente nonegativo da fonte de allmentacao,

    Layer 2o protocolo HART opera segundo 0 padrao Mestre-Escravo, onde 0 escravo somente transmltlra uma mensagemse houver uma requisleao do mestre. A figura 40 mostra de maneira simples 0 modelo de troca de dados entremestre e escravo. Toda cornunlcacao e iniciada pelo mestre e 0 escravo s6 responde algo na linha se houve umpedido para ele.Existe todo um controle de tempo entre envios de comandos pelo mestre.lnclusive existe umcontrole de tempo entre mestres quando se tem dois mestres no barramento.

    I ~ D . ~ -----------------------' '0,,5':Q.''I:I1 1 1 1 itIt t:a : : :: '_ . 'eom..to HART +Dadol

    ~ I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Reconhec : lmento + Dadoa

    Figura 40- Frame HART

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    A convivincia de varios protocolos em uma mesma plantaDaqui para frente e esperado que a convivencia entre varlos protocolos torne-se uma constante, princ ipa l menteonde 0 parque insta lado for grande e deseja-se preservar os investimentos fei tos. A f igura 41 e urn exemplo tfpicode sistema onde se tern em uma mesma planta os protocol os Foundation Fieldbus e HART.Neste caso, umainterface HART-FF, 0 H1302, e utilizado, permitindo conexi5es ponto-a-ponto e multidrop. 0 HI302 e uma ponteentre equipamentos HART e sistemas Foundation Fieldbus, possui 8 canais HART master e permite ao usuartoexecutar manu tencao, calibra~iio, monitoramento de status do sensor, status geral do equipamento, dentre outrasinformaes.

    Proces.s Viewo(estal,;ii.oda opar",~a")Sy.s"o.~

    !~~I~~ao deGornf"9ura~ao)Assel View(man,u,1en . .< lo j

    Figura 41 -Integra!;io Foundation Fleldbus e HART usando 0HI302

    Wire/essHARTTM

    Nos ultlrnos anos, a tecnologia de redes sem fio sofreu grandes avances tecnol6gicos 0 que hoje podeproporcionar: sequranca, conf iab il idade, estab il idade, auto-orqanlzaeao (mesh), baixo consumo, s istemas degerenciamento de potAncia e baterias de longa vida.Em termos de beneficios podemos citar, entre outros:

    a redu~o de custos e simplifica~o das instalaes a redu~o de custos de manutencao, pela simpl ic idade das instalaes rnonl toracao em loca is de di fici l acesso ou expostos a sltuacoes de riscos escalabilidade integridade flsica das instalaes com uma menor probabilidade a danos meciinicos e eletrlcos

    (rompimentos de cabos, curto circuitos no barramento, ataque qufmico, etc)Hoje no mercado vemos varlas redes propr letarias e tam bern algumas padronizadas. Existem muitos protocolosrelac ionados com as camadas superiores da tecnolog ia (ZigBee, Wire lessHARPM, ISA SP100) e 0 protocolo IEEE802.15.4 (2006) para as camadas inferiores. 0protocolo IEEE 802.15.4 define as caracterlst icas da camada flsicae do controle de acesso ao meio para as LR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area Network).A padronlzaeao para redes sem fio mostra que, ainda que existam diferen~s, as normas esti io convergindo e aprincipal dentre elas, a SP100 e WirelessHARPM, da ISA e HCF (HART Foundation e que hoje vern sen doadoiado como padrao para a Foundation Fieldbus e Profibus). Vamos comeniar urn pouco sobre 0WirelessHARpM.A estrutura de uma rede WirelessHARPM esta representada no diagrama da figura 42, onde a comunlcaeao deuma rede WirelessHARPM e fei ta atraves de uma gateway.Consequentemente, 0 gateway precisa ter a funcionalidade de urn roteador de pacotes para urn destino especff ico(instrumento da rede, apllcaeao hospedeira ou gerenciador da rede). 0 gateway usa 0 padriio de comandos HARTpara comunicar com os instrumentos na rede e apllcaeoas hospedeiras (host applications).

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    Plant AutomationApplication Host

    Network I Gateway Ianager I ".. .,

    Figura 42- Estrutura de uma rede WirelessHART'"Incluso ao HART 7 esta 0 WirelessHARPM, 0 primeiro padri io aberto de cornunlcacao sem f io desenvolvidoespecif icamente para atender as necessidades da industria de processo.Opera na frequl1!ncia de 2.4 GHz ISM usando 0 Time Div ision Mul tiple Access (TDMA) para sincronizar acornunlcacao entre os varios equipamentos da rede. Toda a comunlcacao e real izada dentro de um slot de tempode 10ms. Uma slots de tempo formam um superframe.Supor ta chaveamento de canais (channel hopping) a tim de evitar interferencias e reduzir os efeitos deesvanecimento multi-percurso (multi-path fadings). 0 protocolo HART foi elaborado com base na camada 7 doprotocolo OSI. Com a int rodut; :i io da tecnolog ia sem f io ao HART tem-se duas novas camadas de Data Link: token-passing e TDMA. Ambas suportam a camada de apllcaeao HART.

    ~u~ "La"lffliiB ERP/MES /n~I,~Liw!I/

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    Figura 43 Sistema Wireless com 0DF100 (Controlador HSEWlrelessHART'M)Na figura 43 temos 0 primeiro controlador HSE (High Speed Ethernet) WirelessHARpM. 1 0 um controlador daSMAR que traz ao mercado mais uma inovat ;: iio. 1 0 um controlador com tecnolog ia digi tal aberta e integravel emsistemas baseados em HSE.Uma rede de cornunlcaeao WirelessHART'Me estruturada em malhas, onde cada sensor funciona como um"router" ou como um repetidor. Deste modo, 0 alcance de uma rede niio depende apenas de uma "gateway'central , 0 que permite a cont igurat; :i io de uma ampla estrutura de rede distr ibuida. 1 0 uma forma intel igente de segarantir que em uma sltuacao de obstrucao que possa causar a lnter rupcao de um caminho de comunlcacao, 0sistema remaneja e consegue rotas alternativas, aumentando e garantindo assim a disponibilidade da rede.o WirelessHARTTM adota uma arquitetura util izando uma rede "Mesh" baseado no IEEE 802.15.4 operando nafaixa de 2,4 GHz. Os radios ut il izam 0metodo de DSSS (espalhamento espectral com sequenclamento direto) ou

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    sai to de canais FHSS (Spread Spectrum de sai to de frequencias) para uma eomunlcacao segura e confiave l assimcomo comunicaeao sincronizada entre os dispositivos da rede utilizando TDMA (Time Division Multiple Access).As redes "Mesh" permitem que os nos da rede comuniquem entre si estabelecendo caminhos redundantes ate abase, aumentando a confiabilidade, pois se um caminho esta bloqueado existem rotas alternativas para que amensagem chegue ao seu destino final. Este tipo de rede tambern permite escalabilidade simplesmenteadicionando mais n6s ou repetidores na rede. Outra caracterlstica a que quanta maior a rede maior aconfiabilidade porque mais caminhos alternativos sao automaticamente criados.Uma rede Wire/essHART'" possui trl!s dispositivos principais:

    Wireless Field devices: equipamentos de campo Gateways: permitem a comunlcaeao entre os equipamentos de campo e as apl lcacoes de controle Network Manager: responsavel pela configurayao da rede, gerenciamento da comunlcacao entre osdispositivos, rotas de comunlcaeao e monitoramento do estado da

    rede. 0Network Manager pode ser integrado em um gateway, ap llcacao no host ouem um controlador de processo.

    Sistema de automa~ao aberto baseado em redes industriaisA figura 44 mostra um exemplo de um sistema verdadeiramente aberto baseado em redes industriais. 0SYSTEM302, sistema de automacao e controle da SMAR, fornece uma plataforma de autornacao com amplacapacidade de conectividade com as mais diversas tecnologias (Foundation Fieldbus, Profibus-DP, Profibus-PA,HART/4-20mA, DeviceNet, AS-i, 1/0 convencional , Modbus, DNP3, HSE, etc), criando um ambiente arnlqavel ,f lexivel, escalonavel, integrado e colaborativo. 0 ambiente integrado facil ita a engenharia, comissionamento,manutencao e gestao de redes de campo. Sua interface intui tiva permite a faci l operaeao e dlaqnostlco de todo 0sistema. E uma arquitetura poderosa de informa0;:i5ese a solucao para:

    Sistemas de automacao para os mais diversos segmentos indust riais Apl icayoes de pequeno, rnedlo e grande porte Sistemas hibr idos de controle de processo, combinando 0melhor dos do is mundos, SDCD e CLP Controle continuo e discreto, controle avano;:ados, tempos de varreduras menores, arquiteturas

    redundantes Melhoria da aflcacla operacional atravss de informao;:oes integradas Gerar solucoes eficazes atraves da engenharia s impl if icada e integrada Gerenciamento de informao;:oes e alarmes Gerenciamento de Ativos e gestao de Negocios (MES) Conectividade, modularidade e facil idade de expansao Seguran"a aliada a confiabil idade de hardware e software Excell!ncia operacional

    Para mais detalhes, consulte: www.system302.com.br

    .~ Zoom

    Figura 44- Exemplo de um Sistema Digital Aber1o, baseado em redes Industrials: SYSTEM302, SMAR

    Conclusao:As Redes de Comunlcacao Indust rial tem um papel fundamental para as lndust rlas em geral . Hoje a automaeaoextrapola 0 chao de fabrica e chega ao mundo dos neg6cios. Vimos varies padri5es abertos e suas caracterist icas.o fa tor tecnol6gico a lrnpresclndlvel para a sustentabi lidade de uma unidade inudust rial . A lnovaeao tecnol6gica aresponsavel pelo rom pimento e/ou aperfeio;:oamento das tecnlcas e processos de produeao. Pode, desta forma,trazer ganhos em termos de competitividade. Neste caso, deve-se romper com a tecnologia convencional eampliar as possibilidades de sucesso com a lnovacao demandada pelo mercado, neste caso sistemas deautomacao verdadeiramente aberto, com tecnologia digital, baseado em redes industriais e com varias vantagenscomparadas aos convencionais SDCDs:

    o Reduyao do erro de mediyao com a el iminao; :i io da conversi io AID do sina l v indo do transmissor de campoo Visibilidade acrescida de toda a lnsfrumsntacao digital, isto a, desde 0 chao de fabrica ata a automacao dos

    negocios

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    o Diagn6sticos em l inha, em qualquer ponto do sistemao Expansao da rede com 0sistema em funcionamentoo Redul;ao de mater iais na fase de montagem: e let rocalhas, eletrodutos, condulets, caixas de junl ;ao, cabos, etc.o Redul;oes de tempo e custo de comissionamento e partida de sistemaso Redul;ao no uso de armarios de rearranjoo Interoperabil idade entre equipamentos de fabricantes diferentes.o Atualizal;ao de firmwareo Instrumentos multlvarlavelso Redul;ao do cabeamento, paine ls, borne iras, fontes de al irnentacao, conversores e espaco na sala de controleo Al imenta l;:ao do instrumento pelo mesmo cabo de sinalo Opl;:oes de sequranca intrinsecao Capacidade de auto sensing (auto reconhecimento) do instrumento permitindo facll lnstalacao e download de

    parametroso Redul;ao dos custos de engenharia, lnstalacao e manutencao, Ah~m do controle de fluxo de lntorrnacoes e

    processos.o Gestao de ati vos

    A rnudanca do controle de processo da tecnologia 4-20 rnA para as redes digitais e sistemas abertos ja seencontra num estaq lo de matur idade tecnol6gica e usuaries colhendo seus beneficios. Essa rnudanca a encaradacomo urn processo natural demand ado pelos novos requisitos de qualidade, confiabilidade e sequranea domercado. A sua ut il izal ;ao t raz uma vantagem competi tiva, no sentido que essa nova tecnologia t raz aumentos deprodutividade pela redw;:ao das variabi lidades dos processos e reducao dos tempos de indisponibi lidade dasmal has de controle.

    Referencias: Material de Treinamento Profibus, Casar Cassiolato. Art igos t~cnicos Foundation Fieldbus, HART, Profibus, Wireless, ceear Cassiolato Manuais SMAR www.system302.com.br www.smar.com.br Pesquisas na internet (Todas as llustracoes, marcas e produtos usados aqui pertencem aos seus respectivos

    proprletarlos, assim como qualquer outra forma de propriedade intelectual) . Cesar Cassiolato e Diretor de Marl