Prof. Dr. Helder Anibal Hermini
UNICAMP-FEM-DPM
AULA 7
Em todos os segmentos do conhecimento humano, no mundo, a
comunicação é imprescindível, acontece de forma instantânea, rápida
e intensamente, quer pôr meio do PRÓPRIO HOMEM ou pela ação da
Comunicação Cibernética, pelas Networks.
Redes de
Comunicação
Industrial
Motivações:
Integração entre níveis hierárquicos
Informação rápida e confiável para tomada de decisão
Viabilização Técnica e Econômica da automação
INTEGRAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
Classificação genérica das redes de comunicação.
WAN´S – Wide Area Networks.
MAN´S – Metropolitan Area
Networks.
CAN´S – Campus Area
Networks.
LAN´S – Local Area
Networks.
LAN´S – Local Area Networks.
Meios de transmissão de primeira classe.
Par de fios trançados.
Cabo coaxial.
Fibra ótica
LAN´S – Local Area Networks.
Meios de transmissão de primeira classe.
Comparação.
Tecnologias de Comando
Sistema Convencional.
Vantagens:
CLP
• Simplicidade técnica;
• Nível de descentralização dos elementos
CPU,
memória
Desvantagens:
I/O - cards
Caixas de
conexões
Fonte de
alimentação
S
A
Sensores/Atuadores
A
S
• Quantidade elevada de cabos elétricos;
• Necessidade de muitas calhas, suportes
• Maior tempo para a conexão entre os elementos de campo e o controlador;
• Controlador com muitas placas de I/Os;
• Grandes armários para os controladores;
• Quantidade elevada de componentes para
a instalação (maior custo);
• Maior dificuldade em detectar e solucionar
as falhas de interligação
• Maior tempo tempo de start-up;
• Maior dificuldade de inserção de novos elementos para futuras ampliações;
• Maior dificuldade de manutenção.
Tecnologias de Comando
A instalação e manutenção de sistemas de
controle tradicionais implicam em altos custos
principalmente quando se deseja ampliar uma
aplicação onde são requeridos além dos custos de
projeto
e
equipamento,
custos
com
CABEAMENTO destes equipamentos à unidade
central de controle.
Tecnologias de Comando
Sistema Convencional.
Tecnologias de Comando
De forma a minimizar custos e aumentar a
operacionalidade de uma aplicação introduziu-se
o conceito de REDE para interligar os vários
equipamentos de uma aplicação. A utilização de
redes em aplicações industriais prevê um
significativo avanço nas áreas de:
Custos de instalação
Procedimentos de manutenção
Opções de upgrades
Informação de controle de qualidade
Tecnologias de Comando
IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE
BASEADOS EM REDES
REQUER UM ESTUDO para determinar
qual o tipo de rede que possui as maiores
vantagens de implementação ao usuário
final, que deve buscar uma plataforma de
aplicação compatível com o maior número
de equipamentos possíveis.
Atuais Filosofias
ARQUITETURAS
PROPRIETÁRIAS
ARQUITETURAS
DE SISTEMAS
ABERTOS
Apenas um fabricante
lança produtos compatíveis
com
a
sua
própria
arquitetura de rede.
O usuário pode encontrar
em mais de um fabricante
a solução para os seus
problemas.
Tecnologias de Comando
Redes industriais são
padronizadas sobre 3 níveis
de hierarquias cada qual
responsável pela conexão
de diferentes tipos de
equipamentos com suas
próprias características de
informação.
Tecnologias de Comando
O NÍVEL MAIS ALTO, nível
de informação da rede, é destinado a
um computador central que processa
o escalonamento da produção da
planta e permite operações de
monitoramento estatístico da planta
sendo implementado, geralmente, por
softwares gerenciais (MIS). O padrão
ETHERNET operando com o
protocolo TCP/IP (Transmission
Control Protocol/Internet Protocol) é
o mais comumente utilizado neste
nível.
Tecnologias de Comando
O NÍVEL INTERMEDIÁRIO,
nível de controle da rede, é a rede
central
localizada
na
planta
incorporando PLCs,
PCs. A
informação deve trafegar neste nível
em tempo real para garantir a
atualização dos dados nos softwares
que realizam a SUPERVISÃO da
aplicação.
Tecnologias de Comando
O
NÍVEL
MAIS
BAIXO, nível de controle
discreto, se refere geralmente
às ligações físicas da rede ou o
nível de I/O. Este nível de rede
conecta os equipamentos de
baixo nível entre as partes
físicas e de controle. Neste
nível encontram-se os sensores
discretos, contatores e blocos
de I/O.
Tecnologias de Comando
CLASSIFICAÇÃO DAS REDES DE COMUNICAÇÃO
•As redes de
classificadas:
equipamentos
são
pelo tipo de equipamento conectado a elas;
pelo tipo de dados que trafega pela rede.
Tecnologias de Comando
CLASSIFICAÇÃO DAS REDES DE COMUNICAÇÃO
* As redes com dados em FORMATO DE BITS (Binary digiT)
transmitem sinais discretos contendo simples condições ON
(1) / OFF (0).
* As redes com dados no FORMATO DE BYTE (8 bits) podem
conter pacotes de informações discretas e/ou analógicas.
* As redes com dados em FORMATO DE BLOCO são
capazes de transmitir pacotes de informação de tamanhos
variáveis.
Tecnologias de Comando
As redes classificam-se quanto ao tipo de rede de
equipamento e os dados que ela transporta como:
REDE SENSORBUS
dados no formato de bits
REDE SENSORBUS
•A REDE SENSORBUS conecta
equipamentos simples e pequenos
diretamente à rede.
•Os equipamentos deste tipo de rede
necessitam de comunicação rápida
em níveis discretos e são tipicamente
sensores e atuadores de baixo custo.
REDE SENSORBUS
•Estas redes não almejam cobrir grandes
distâncias, sua principal preocupação é
manter os custos de conexão tão baixos
quanto for possível.
•Exemplos
típicos
de
REDE
SENSORBUS incluem SERIPLEX, ASI
e INTERBUS Loop.
Tecnologias de Comando
REDE DEVICEBUS
dados no formato de bytes
REDE DEVICEBUS

A REDE DEVICEBUS preenche o espaço
entre REDES SENSORBUS e FIELDBUS e pode
cobrir distâncias de até 500 m.
Os equipamentos conectados a esta rede terão
mais pontos discretos, alguns dados analógicos ou
uma mistura de ambos.
Esta rede tem os mesmos requisitos de
transferência rápida de dados da REDE
SENSORBUS, mas consegue gerenciar mais
equipamentos e dados.
Tecnologias de Comando
REDE FIELDBUS
dados no formato de
pacotes de mensagens
O que é FIELDBUS ?
•
FIELDBUS é um sistema de comunicação digital
bidirecional que permite a interligação em rede de
múltiplos instrumentos diretamente no campo realizando
funções de controle e monitoração de processo e
estações de operação (IHM) através de SOFTWARES
SUPERVISÓRIOS.
O mestre da rede,
determina a
performance da
comunicação.
O que é FIELDBUS ?
• Utiliza
geralmente
como
meio físico,
para as
transmissões, um par de condutores trançados ou fibra
óptica, formando uma topologia com ligações multiponto
onde um mestre (master) comanda os participantes, por
meio de sinais seriais, por exemplo, no padrão RS 485.
O mestre da rede,
determina a
performance da
comunicação.
As tecnologias de comando.
Sistema Convencional.
Comando
CLP+I/O
Sistema Fieldbus.
CLP com
Placa de Rede
Terminais de válvulas
Rede
Fieldbus
As tecnologias de comando.
SISTEMA FIELDBUS - Resumo das vantagens da tecnologia
 Impacto na concepção - os custos de engenharia são reduzidos e os atuais
procedimentos completamente mudados.
 Impacto na instalação - a atual conexão física, "ponto-a-ponto", entre
equipamentos é substituída pelas Conexões Multiponto. Conseqüentemente temse redução de cabos, bandejas, borneiras; economia com o sistema de controle,
I/Os não são mais necessárias.
 Impacto na Operação - os equipamentos de campo são capazes de fornecer
muito mais informações. Como o sinal digital é menos sensível a ruídos, a
qualidade da informação também é melhor. Aumento da robustez do sistema,
dados digitais são mais confiáveis que analógicos;
 Impacto no comissionamento da instalação, star-up - é feito em menor tempo, o
que poderá evitar multas por atraso na entrega.
 Impacto na Manutenção - equipamentos de campo podem indicar falhas em
tempo real, assim como indicar diagnóstico preventivo, reduzindo o tempo
de inatividade da planta.
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Podemos observar a seguir uma tabela comparativa:
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
• Redução de custos no acréscimo de novas
malhas;
• Instrumentação de ponta;
• Vantagens operacionais do sistema (sistema
aberto);
• Baixos custos de implantação:
– Engenharia de detalhamento;
– Mão de obra/materiais de montagens;
– Equipamentos do sistema supervisório;
– Configuração do sistema;
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Sistema Fieldbus.
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Instalação — Sistema Convencional x Sistema Fieldbus.
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Sistema Fieldbus.
Aplicação. Em todos
os segmentos.
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Sistema Fieldbus.
Aplicação – Linha de montagem de motores.
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Sistema Fieldbus.
Aplicação – máquina de envase.
BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
Sistema Fieldbus.
Aplicação - Ind. Automobilística, fechamento da carroceria.
CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕES
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
EM UMA REDE FIELDBUS
Um importante aspecto na concepção de um projeto FIELDBUS é a
determinação de como serão instalados os equipamentos constituintes da
rede.
CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕES
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
EM UMA REDE FIELDBUS
Para tal, devem ser consideradas as distâncias máximas permitidas
entre os equipamentos de forma a otimizar ao máximo o comprimento do
barramento (trunk) e das derivações (spurs).
CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕES
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
EM UMA REDE FIELDBUS
CARACTERÍSTICAS A SEREM CONSIDERADAS
•Número máximo de equipamentos ligados à uma
mesma rede (um fator limitante pode ser a fonte de
alimentação que deve alimentar todos os transmissores,
caso o barramento seja energizado),
•Topologia
utilizada
equipamentos
na
implementação
dos
CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕES
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
EM UMA REDE FIELDBUS
CARACTERÍSTICAS A SEREM CONSIDERADAS
• Elementos que constituirão a rede FIELDBUS
conjuntamente com os equipamentos (dispositivos
que permitam facilidade e agilidade quando for
solicitado algum tipo de manutenção com um
determinado equipamento, como por exemplo as
caixas de campo).
CONSIDERAÇÕES E LIMITAÇÕES
PROJETO DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
EM UMA REDE FIELDBUS
CARACTERÍSTICAS A SEREM CONSIDERADAS
•Utilização de barreiras de segurança intrínseca e redundância
dos equipamentos. Deve-se fazer uma análise preliminar
destas características no ambiente de instalação do sistema
visando a maior otimização possível no que se refere às
instalações dos equipamentos (número de equipamentos e
comprimento de cada barramento), caso se faça necessário a
utilização destes recursos.
POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS
Várias topologias podem ser aplicadas em
projetos Fieldbus. As topologias mais utilizadas
em sistemas FIELDBUS são:
Topologia de barramento com Spurs
Topologia ponto-a-ponto
Topologia em árvore
Topologia “End-to-End”
Topologia mista
POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS
TOPOLOGIA DE BARRAMENTO COM SPURS
Nesta topologia utiliza-se um barramento único onde
equipamentos ou barramentos secundários (spurs) são
conectados diretamente a ele. Pode-se ter ainda vários
equipamentos diferentes em cada spur.
POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS
TOPOLOGIA PONTO-A-PONTO
Nesta topologia tem-se a ligação em série de todos os equipamentos
utilizados na aplicação. O cabo FIELDBUS é roteado de equipamento para
equipamento neste seguimento e é interconectado nos terminais de cada
equipamento FIELDBUS. As instalações que utilizam esta topologia devem
usar conectores de forma que a desconexão de um simples equipamento não
interrompa a continuidade do segmento.
POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS
TOPOLOGIA EM ÁRVORE
A topologia em árvore concentra em acopladores/caixas de
campo a ligação de vários equipamentos. Devido a sua
distribuição, esta topologia é conhecida também como “Pé
de Galinha”.
POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS
TOPOLOGIA “END-TO-END”
Esta topologia é utilizada quando se conecta
diretamente apenas dois equipamentos. Esta ligação pode
estar inteiramente no campo (um transmissor e uma válvula
sem nenhum outro equipamento conectado) ou pode ligar um
equipamento de campo (um transmissor) ao “Device Host”.
POSSIBILIDADES DE TOPOLOGIAS
TOPOLOGIA MISTA
Nesta configuração encontra-se as 3 topologias mais
comumente utilizadas ligadas entre si. Deve-se observar no
entanto, o comprimento máximo do segmento que deve incluir
o comprimento dos spurs no comprimento total.