REDES INDUSTRIAIS
SEMANA 13-1 – PROTOCOLOS
INDUSTRIAIS E PREDIAIS E
APLICATIVOS DE SUPERVISÃO
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Device Net





Apresentado em 1994 originalmente pela Allen-Bradley, o
DeviceNet teve sua tecnologia transferida para a ODVA em
1995.
A ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) é uma
organização sem fins lucrativos composta por centenas de
empresas ao redor do mundo que mantém, divulga e promove o
DeviceNet e outras redes baseadas no protocolo CIP (Common
Industrial Protocol).
Atualmente mais de 300 empresas estão registradas como
membros, sendo que mais de 800 oferecem produtos
DeviceNet no mundo todo.
www.odva.org – Organização que suporta tecnologias de rede
construídas sobre o Protocolo Industrial Comum (CIP)
DeviceNet, EtherNet/IP, CompoNet, ControlNet
Não é mundial!
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Device Net
DeviceNet é um rede digital, multi-drop
para conexão entre sensores,
atuadores e sistema de automação
industrial em geral.
 Ela foi desenvolvida para ter máxima
flexibilidade entre equipamentos de
campo e interoperabilidade entre
diferentes vendedores.

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Device Net : Classifica-se como Device Bus – Alta velocidade,
comunicação a nível de byte, comunicação com equipamentos
discretos e analógicos, possui alto poder de diagnóstico com os
devices de rede.
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Device Net - Objetivos

Objetivos de transportar 2 tipos
principais de informações
Dados cíclicos de sensores e atuadores,
diretamente relacionados ao controle e,
 Dados acíclicos indiretamente
relacionados ao controle, como
configuração e diagnóstico.

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Camada Física e de Acesso a Rede Device Net



É baseada na tecnologia CAN (Controller
Area Network) e as camadas superiores no
protocolo CIP, que define uma arquitetura
baseada em objetos e conexões entre eles.
O CAN originalmente foi desenvolvido pela
BOSCH para o mercado de automóvel
Europeu para substituir os caros chicotes de
cabo por um cabo em rede de baixo custo
em automóveis.
Como resultado, o CAN tem resposta rápida
e confiabilidade alta para aplicações
principalmente nas áreas automobilística.
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Rede Device Net
Pode conter até 64 dispositivos onde
cada disposito ocupa um nó na rede.
 Endereçados de 0 a 63
 A Camada MAC usa o CSMA (Carrier
Sense Multiple Access with bit wise
Arbitration)

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Exemplo de Rede Device Net - O mecanismo de
comunicação é peer to peer com prioridade. O esquema de arbitragem é
herdado do protocolo CAN e se realiza bit a bit.
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Aplicações Device Net
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Características da Rede Device Net
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



Topologia baseada em tronco principal com ramificações.
 O tronco principal deve ser feito com o cabo DeviceNet
grosso.
 As ramificações com o cabo DeviceNet fino ou chato.
 Cabos similares podem ser usados desde que suas
características elétricas e mecânicas sejam compatíveis
com as especificações dos cabos padrão DeviceNet.
Permite o uso de repetidores, bridges, roteadores e gateways.
Suporta até 64 nós, incluindo o mestre, endereçados de 0 a 63
(MAC ID).
Cabo com 2 pares: um para alimentação de 24V e outro para
comunicação.
Inserção e remoção à quente, sem necessidade de desconectar
a alimentação da rede.
Suporte para equipamentos alimentados pela rede em 24V ou
com fonte própria.
Uso de conectores abertos ou selados.
Proteção contra inversão de ligações e curto-circuito.
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Características da Rede Device Net
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







Alta capacidade de corrente na rede (até 16 A).
Uso de fontes de alimentação de prateleira.
Diversas fontes podem ser usadas na mesma rede
atendendo às necessidades da aplicação em termos
de carga e comprimento dos cabos.
Taxa de comunicação selecionável :125, 250 e 500
kbps.
Comunicação baseada em conexões de E/S e
modelo de pergunta e resposta.
Diagnóstico de cada equipamento e da rede.
Transporte eficiente de dados de controle discretos e
analógicos.
Detecção de endereço duplicado na rede.
Mecanismo de comunicação extremamente robusto
a interferências eletromagnéticas.
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Características no Nível Físico







Topologia física básica do tipo linha principal com
derivações.
Barramentos separados de par trançado para a
distribuição de sinal e de alimentação (24VCC),
ambos no mesmo cabo.
Inserção e remoção de nodos a quente, sem
necessidade de desconectar a alimentação da rede.
Uso de opto acopladores para permitir que
dispositivos alimentados externamente possam
compartilhar o cabo do barramento com os
dispositivos alimentados pelo barramento.
Usa terminadores de 121 ohms em cada fim de linha.
Permite conexão de múltiplas fontes de alimentação.
As conexões podem ser abertas ou seladas
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Caixa de Conexão Aberta e Conexão Selada
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A partir de cada dropline vários dispositivos
podem ser ligados em daisy chain.
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Cabos: Há 4 tipos de cabos
padronizados: o grosso, o médio, o fino e
o chato. É mais comum o uso do cabo
grosso para o tronco e do cabo fino para
as derivações.
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Vista dos componentes do cabo padrão DeviceNet
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Velocidades de transmissão e comprimentos de
cabo na DeviceNet
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E x emp l o : C á l c u l o d a d e r i v a ç ã o c u m u l
ativa
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E x emp l o : C á l c u l o d a d e r i v a ç ã o c u m u l a t i v a
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E x emp l o : C á l c u l o d a d i s t â n c i a m á x i m a d o s
cabos
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Cálculo da distância Máxima dos cabos




Derivação 1: Não é considerada porque seu
comprimento é menor que a distância da
linha tronco para o resistor de terminação
(1.5 m).
Derivação 2: É considerada, já que 5 > 1,5 +
1,5.
Derivação 3: Não é considerada.
Distância máxima dos cabos = (5 m + 50 m +
12 m) = 67 metros.
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Resistividade de cabos DeviceNet
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Cálculo de queda de tensão numa rede DeviceNet
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Comprimento do segmento de rede x corrente máxima para
fonte única
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E x emp l o: Posicionamento da Fonte de
Alimentação
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E x emp l o: Posicionamento da Fonte de
Alimentação






Vamos determinar se a fonte de alimentação está
sobrecarregada ou não:
1) Somatório das correntes dos dispositivos da
Seção 1: (1,10 + 1,25 + 0,50) = 2,85
2) Somatório das correntes dos dispositivos da
Seção 2: (0,25 + 0,25 + 0,25) = 0,75
3) O comprimento da seção 1 é de 86 metros.
Consultando a tabela para 100 metros verificamos
que a corrente máxima permitida é de 2,93 A.
O comprimento da seção 2 é de 158 metros.
Consultando a tabela para 160 metros encontramos
1,89 A.
Logo, toda a rede está operacional.
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A Rockwell Automation desenvolveu um aplicativo que facilita
a configuração de um barramento DeviceNet. O software
realiza os cálculos necessários para verificação de
comprimentos de cabo, corrente, etc.
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Formato do Frame de Dados
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Processo de Arbitragem - o valor do identificador da mensagem 3 tem
um menor valor binário e portanto uma maior prioridade que as demais
mensagens.
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Modelo de rede - Utiliza paradigma
Produtor/Consumidor que suporta vários
modelos de rede.
Produtor/Consumidor
 O Dado é identificado pelo seu conteúdo.
 A mensagem não necessita explicitar o
endereço da fonte e destino dos dados.
 Também não existe o conceito de mestre.
 Qualquer nodo pode iniciar um processo de
transmissão.
 Este modelo permite gerar todos os demais:
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Modelo Mestre/Escravo
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Modelo Peer-to-Peer
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Modelo Multi-Mestre
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Protocolo DeviceNet
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Conectores - Há três tipos básicos de
conectores: o aberto, o selado mini e o selado
micro.
O uso de um ou de outro depende da
conveniência e das características do
equipamento ou da conexão.
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Conector Aberto, Selado Mini e Selado Micro
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Ligação dos Resistores de Terminação
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Derivadores (TAPS) – T-Port Tap

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Conecta um
dispositivo simples
ou uma linha de
derivação “drop
line” através de um
conector estilo plugrápido.
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Derivadores – Device Port


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componentes selados
que conectam ao “trunk
line” via “drop line”
através de conectores
de desconexão rápida
somente dispositivos
compatíveis a rede
DeviceNet.
Existem DevicePort
para conectar 4 ou 8
dispositivos.
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Derivação tipo box “DeviceBox”


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são elementos passivos
que conectam
diretamente os
dispositivos DeviceNet
no “Trunk Line” através
de conexões de
terminais para até 8
nós.
Eles possuem tampa
removível selada que
permite montagem em
máquina ou no chão de
fábrica.
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Derivação de Alimentação “PowerTap”


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O “PowerTap” possui
proteção de sobre
corrente para o cabo
tipo “thick” (grosso).
Com proteção a diodo é
possível utilizar vários
“PowerTaps” permitindo
assim o uso de várias
fontes de alimentação.
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Protocolo DeviceNet Resumo
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DeviceNet Specifications
Physical Media
Network Power
Maximum Devices
•24vDC power to devices
•Thick & Flat trunk rated to 8 amps 64 Nodes per Network
•Thin wire rated at 3 amps
ALLEN- BRADLEY
Panel Vi ew
7
8
9
4
5
6
1
2
3
.
<
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F1
0
0
(Shielded Twisted Pair)
Communications and Power
Thick - Trunk or drop
Thin - Trunk or Drop
Flat - Trunk only
Trunk line Distance
and Baud rate
100m Max. with Thin cable
500m @ 125Kbaud (thick)
250m @ 250Kbaud (thick)
100m @ 500Kbaud (thick)
(longer with Repeaters)
550
-
<- - - - - - - - - - - - - - - - - '
^
<
>
v
Device Connections
T-Taps
Zero-drop
(Maximum 6m each)
Cumulative
Drop-line Budget
Terminating Resistors
120 Resistors at both
network trunkline ends
Messaging Services
Producer/Consumer
High-speed I/O
Programming
Configuration
Diagnostics
Drop-line wiring
Single drop
Daisy-chaining off drop
Branching off drop
156m @ 125Kbaud
78m @ 250Kbaud
39m @ 500Kbaud
(Maximum of 6m each)
ELECTRONIC DATA SHEET
47
CÁLCULO DE CORRENTE
48
TENSÃO NOS EQUIPAMENTOS
49
ATERRAMENTO
50
Centro de Controle de Motores Inteligentes
CCM inteligente
Pontos Fortes e Fracos do DeviceNet



Escolha de
Velocidades
Ter 24 VDC no cabo
Grande número de
fornecedores



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Distância do SPUR
menor que 6
metros, o projeto é
diferente do mundo
real.
Não é mundial (IEC)
Velocidade baixa
quando comparado
com o Profibus DP
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O que é Profibus




O PROFIBUS é um padrão de rede de campo aberto
e independente de fornecedores, onde a interface
entre eles permite uma ampla aplicação em
processos, manufatura e automação predial.
Esse padrão é garantido segundo as normas EN
50170 e EN 50254.
Desde janeiro de 2000, o PROFIBUS foi firmemente
estabelecido com a IEC 61158, ao lado de mais sete
outros fieldbuses.
A IEC 61158 está dividida em sete partes,
nomeadas 61158-1 a 61158-6, nas quais estão as
especificações segundo o modelo OSI.
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Profibus





Mais de 1300 associados ao redor do mundo
Mais de 20 milhões de nós instalados com
sucesso
Mais de 2800 produtos e mais de 2000
fornecedores, atendendo às mais diversas
necessidades de aplicações.
Um extensivo catálogo de produtos pode ser
obtido no site http://www.profibus.com/.
Descrição da tecnologia em
http://www.profibus.com.br.
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Comunicação Industrial Profibus
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 Ethernet, PROFIBUS e AS-Interface, oferece as
condições ideais de redes abertas em processos
industriais.
 No nível de atuadores/sensores o AS-Interface é o
sistema de comunicação de dados ideal (baixo custo,
alimentação de 24 VDC).
 No nível de campo, a periferia distribuída, tais como:
módulos de E/S, transdutores, acionamentos (drives),
válvulas e painéis de operação, trabalham em sistemas
de automação, via um eficiente sistema de comunicação
em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA. A transmissão
de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto
alarmes, parâmetros e diagnósticos são transmitidos
somente quando necessário, de maneira acíclica.

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 No nível de célula, os controladores programáveis,
como os CLPs e os PCs, comunicam-se entre si,
requerendo, dessa maneira, que grandes pacotes de
dados sejam transferidas em inúmeras e poderosas
funções de comunicação.
 Além disso, a integração eficiente aos sistemas de
comunicação corporativos existentes, tais como:
Intranet, Internet e Ethernet, são requisito
absolutamente obrigatório.
 Essa necessidade é suprida pelos protocolos
PROFIBUS FMS e PROFINet.
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Arquitetura Profibus

Três variantes principais:
Profibus DP
 Profibus FMS
 Profibus PA

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Transparent Communication from
Sensor/Actuator to Area Controller
Factory
Level
Ethernet/TCP/IP
Bus Cycle
Time
< 1000 ms
PC/VME
CNC
Cell
Level
Bus Cycle
Time
< 100 ms
Field
Level
Bus Cycle
Time
< 10 ms
Area
TCP/IP/Ethernet
Controller
PROFIBUS-FMS
VME/PC
PLC
PROFIBUS-DP
DCS
PROFIBUS-PA