Redes de Automação
Industrial
Prof. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Modelo OSI
Redes para Automação Industrial
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Aplicações industriais freqüentemente requerem
sistemas de controle e supervisão com
características de tempo real;
As mensagens em sistemas de tempo real podem
ter restrições temporais associadas e podem ser
classificadas como:
 Periódicas: enviadas em intervalos conhecidos
e fixos de tempo.
 Ex: msgs ligadas a malha de controle
Redes para Automação Industrial
 Esporádicas:
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msg sem período fixo, mas que
tem intervalo mínimo entre duas emissões.
 Ex: pedido de status, emissão de relatório;
 Aperiódicas: tem que ser enviadas a qualquer
momento.
 Ex: alarme em caso de falhas;
Utiliza-se arquitetura com apenas três camadas:
 Física
 Enlace: dividida em duas (LLC e MAC);
 Aplicação;
Redes para Automação Industrial
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Redes determinísticas:
 Aquelas onde a transmissão de dados ou
informações ocorre em instantes e e intervalos de
tempo determinados;
 Permitem que o tempo de resposta seja
precisamente determinado, evitando problemas
de inicialização e atrasos;
Redes probabilísticas:
 Aquelas onde somente é possível calcular a
probabilidade da transferência de informações
ocorrer em um determinado intervalo de tempo;
Redes para Automação Industrial
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Especificação de uma rede de automação:
 Taxa
de transmissão;
 Topologia física da rede;
 Meio físico de transmissão;
 Tecnologia de comunicação;
 Algoritmo de acesso ao meio;
Redes para Automação Industrial
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Taxa de transmissão:
 É a quantidade média de dados a serem
transmitidos na rede em um período de tempo
 Taxa é medida em kilobits por segundo (kbps);
Topologia física da rede:
 Está relacionada dom a disposição construtiva na
qual os dispositivos estão conectados na rede;
Redes para Automação Industrial
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Meio físico de transmissão:
 Relacionado com o cabeamento utilizado para
interconexão dos dispositivos;
 Par trançado, cabo coaxial, fibra ótica;
 São selecionados de acordo com a aplicação;
Tecnologia de comunicação:
 É a forma de gerenciamento entre os pontos
de comunicação da rede no tocante à
comunicação de dados;
 Comunicação
produtor/consumidor
e
mestre/escravo;
Redes para Automação Industrial
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Algoritmo de acesso ao barramento:
 Algoritmo utilizado pelos nós para acessar ou
disponibilizar informações na rede.
 Exemplos: CSMA/CD, token passing, etc
Topologia física:
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Ponto a ponto:
 Cada processador recebe a informação, utiliza a
que lhe diz respeito e retransmite o restante a
outro
Topologias físicas
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Topologia em barra
 O meio físico de comunicação é compartilhado
entre todos os processadores
Topologias físicas
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Topologia em anel:
 Arquitetura ponto a ponto em que cada
processador é conectado a outro, fechando-se o
último segmento ao primeiro
 O sinal circula no anel até chegar no destino
Topologias físicas
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Topologia estrela:
 Utiliza um nó central para gerenciar a comunicação
entre as máquinas. Nós em falha não afetam os outros,
apenas o central
Topologias físicas - Híbrida
Tecnologia de comunicação
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Forma de gerenciamento entre os pontos de comunicação:
Mestre-escravo:
 Escravo: periféricos que recebem informações do processo
mestre para atuar na planta
 Dispositivos passivos que somente respondem a requisições
diretas vindas do mestre
Monomestre:
 há somente um mestre no barramento durante a operação
 Geralmente a CPU do CLP é o componente do controle central
Multimestre:
 A imagem de entradas e saídas pode ser lida por todos os
mestres, porém somente um mestre pode controlar um dado
escravo
Tecnologia de comunicação
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Ponto a ponto (origem-destino):
 Desperdício de banda pois os dados devem ser enviados várias
vezes para cada destino especificamente
 Sincronização entre os nós é difícil pois os dados chegam em
instantes diferentes
 Pode gerar congestionamento no fluxo de informação
Produtor-consumidor:
 Neste modelo os dados possuem um identificador único:
origem ou destino
 Todos os nós podem ser sincronizados
 Múltiplos nós produtores podem enviar dados para múltiplos
nós consumidores
 Alguns nós podem ser produtores e consumidores
 Economia na transmissão de dados
Algoritmos de acesso ao meio
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Procedimentos específicos para acessar a informação da rede:
CSMA/CD: Carrier sense multiple access/colision detection
 Um dispositivo começa a transmitir dados assim que detecta
que o canal está disponível
 Pode haver colisão, e neste caso após um tempo randômico
transmite de novo
Token passing:
 A rede física tem topologia em anel
 O anel indica a direção onde circula o token (ficha)
 Se um dispositivo deseja transmitir ele deve capturar o token e
substituí-lo por um frame
 Após transmitir ele regenera o token e o libera no anel
Algoritmos de acesso ao meio
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Cíclica ou varredura (cyclic polling):
 Dispositivos produtores transmitem dados a uma taxa
configurada pelo usuário (E/S) e adequada à aplicação
 Eficiente para aplicações onde os sinais transmitidos se
alteram lentamente
Mudança de estado:
 Dispositivos produzem dados apenas quando tem seu estado
alterado
 Em segundo plano um sinal é transmitido ciclicamente para
confirmar que o dispositivo está operando normalmente
Redes de campo
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Para uma rede aplicada à interligação de elementos simples a
nível de chão de fábrica é utilizada a denominação genérica de
“barramentos de campo” ou Fieldbus
Redes de sensores ou SENSORBUS: interligam sensores e
atuadores discretos tais como chaves, contactores, etc.
 Ex: ASI, Seriplex, CAN e LonWorks
Redes de dispositivos ou DEVICEBUS: interligam dispositivos mais
genéricos como CLPs, controladores, conversores, relês
inteligentes, etc.
 Ex: Profibus-DP, DeviceNet, Interbus-S, ControlNet, Modbus+
Redes de instrumentação ou FIELDBUS: integram instrumentos
analógicos como transmissores de vazão, temperatura, nível,
válvulas proporcionais, etc.
 Ex: Hart, WorldFIP, Profibus-PA
Sistema em Rede
Sistema em Rede