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25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141.

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1 25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/20141REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/ REDES INDUSTRIAIS SEMANA 13-2 – PROTOCOLOS INDUSTRIAIS E PREDIAIS E APLICATIVOS DE SUPERVISÃO

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3 25/1/20143REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Profibus DP n n O PROFIBUS DP é a solução de alta velocidade (high-speed) do PROFIBUS. n n Voltado para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos dispositivos de I/O distribuídos. n n É utilizada em substituição aos sistemas convencionais 4 a 20 mA, HART ou em transmissão com 24 Volts. n n Utiliza-se do meio físico RS-485 ou fibra ótica. n n Requer menos de 2 ms para a transmissão de 1 kbyte de entrada e saída e é amplamente utilizada em controles com tempo crítico. n n Atualmente, 90% das aplicações envolvendo escravos Profibus utilizam-se do PROFIBUS DP. n n Essa variante está disponível em três versões: DP- V0 (1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002).

4 25/1/20144REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Versões do Profibus DP

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6 25/1/20146REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI PROFIBUS-FMS n n É a solução de padrão de comunicação universal que pode ser usada para resolver tarefas complexas de comunicação entre CLPs e DCSs. n n Suporta a comunicação entre sistemas de automação, assim como a troca de dados entre equipamentos inteligentes, e é geralmente utilizada em nível de controle. n n Recentemente, pelo fato de ter como função primária a comunicação mestre-mestre (peer- to-peer), vem sendo substituída por aplicações em Ethernet.

7 25/1/20147REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI PROFIBUS-PA n n É a solução PROFIBUS que atende os requisitos da automação de processos, onde se tem a conexão de sistemas de automação e sistemas de controle de processo com equipamentos de campo, tais como: transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. n n Pode ser usado em substituição ao padrão 4 a 20 mA.

8 25/1/20148REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI PROFIBUS-PA n n Oferece perfil original da aplicação para a automação do processo e interoperabilidade dos equipamentos de campo dos diferentes fabricantes. n n Adição e remoção de estações de barramentos mesmo em áreas intrinsecamente seguras sem influência para outras estações. n n Uma comunicação transparente através dos acopladores do segmento entre o barramento de automação do processo PROFIBUS PA e do barramento de automação industrial PROFIBUS-DP. n n Alimentação e transmissão de dados sobre o mesmo par de fios baseado na tecnologia IEC n n Uso em áreas potencialmente explosivas com blindagem explosiva tipo intrinsecamente segura ou sem segurança intrínseca. n n Benefícios econômicos: n n Instalações com redução de até 40% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais n n Custos de manutenção com redução de até 25% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais n n Menor tempo de startup, oferece um aumento significativo em funcionalidade e segurança.

9 25/1/20149REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Profibus DP e PA n n A conexão dos transmissores, conversores e posicionadores em uma rede PROFIBUS DP é feita por um coupler DP/PA. n n O par trançado a dois fios é utilizado na alimentação e na comunicação de dados para cada equipamento, facilitando a instalação e resultando em baixo custo de hardware, menor tempo para iniciação, manutenção livre de problemas, baixo custo do software de engenharia e alta confiança na operação.

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11 25/1/201411REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Arquitetura de comunicação do Protocolo PROFIBUS: Todas as variantes do PROFIBUS são baseadas no modelo de comunicação de redes OSI em concordância com o padrão internacional ISSO 7498.

12 25/1/201412REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI PROFUBUS DP e PA n n O protocolo de comunicação PROFIBUS PA usa o mesmo protocolo de comunicação PROFIBUS DP. n n Isto porque os serviços de comunicação e mensagens são idênticos. n n De fato, o PROFIBUS PA = PROFIBUS DP - protocolo de comunicação + Serviços Acíclico Estendido + IEC61158 que é a Camada Física, também conhecida como H1. n n Permite uma integração uniforme e completa entre todos os níveis da automação e as plantas das áreas de controle de processo. n n Isto significa que a integração de todas as áreas da planta pode ser realizada com um protocolo de comunicação que usa variações diferentes.

13 25/1/201413REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI IEC e o Modelo

14 25/1/201414REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Perfil de comunicação PROFIBUS – Communication Profile:define como os dados serão transmitidos serialmente através do meio de comunicação. n O DP é o perfil mais utilizado. Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicação entre sistemas de controle de automação e seus respectivos I/Os distribuídos em nível de dispositivo. n O PROFIBUS-DP pode ser usado para substituir a transmissão de sinal n em 24 V em sistemas de automação de manufatura assim como para a transmissão de sinais de 4 a 20 mA ou HART em sistemas de automação de processo.

15 25/1/201415REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Perfil Físico

16 25/1/201416REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI RS 485: O MEIO FÍSICO MAIS APLICADO DO PROFIBUS, FIBRA ÓPTICA USADA EM CASO DE LONGAS DISTÂNCIAS (MAIOR QUE 80 KM) n n Transmissão Assíncrona NRZ. n n Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, selecionável. n n Par trançado com blindagem. n n 32 estações por segmento s/repetidor, máx. 126 estações c/repetidor. n n Distância dependente da taxa de transmissão n n 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < kBit/s = 1000 m. n n Distância expansível até 10Km com o uso de repetidores. n n 9 PIN, D-Sub conector.

17 17 PROFIBUS DP ARQUITETURA MÁXIMO DE 32 DISPOSITIVOS POR S/ REPETIDOR. MÁXIMO DE 126 DISPOSITIVOS C/ REPETIDOR

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19 19 PROFIBUS DP ARQUITETURA Taxa de transmissão [Kbits/s] Distância por segmento 9.6; 19.2; 45.45; ; 6000; Os valores referentes ao cabo do tipo A tem as seguintes propriedades: Impedância 135 a 165 Capacitância < 30 pf/m Resistência de loop < 110 /Km Diâmetro do fio > 0,64 mm Secção do cordão de guia > 0,34 mm 2 MÁXIMO DE 32 DISPOSITIVOS POR S/ REPETIDOR MÁXIMO DE 126 DISPOSITIVOS C/ REPETIDOR

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22 PROFIBUS DP CABO E CONECÇÕES CABO, ATERRAMENTO E TERMINAÇÃO

23 23 PROFIBUS DP CABO E CONECÇÕES CONECTORES MAIS COMUNS

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25 25/1/201425REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Detalhe do Conector Típico 9 – Pin Sub D

26 25/1/201426REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Detalhe da Preparação do Cabo Profibus

27 25/1/201427REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Conexão de Conectores e Indutores na Rede Profibus DP

28 25/1/201428REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Repetidores, Terminadores e Link Ópticos

29 25/1/201429REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

30 30 PROFIBUS DP COMUNICAÇÃO NO BARRAMENTO COMUNICAÇÃO CÍCLICA E ACICLICA NO DP-V1

31 25/1/201431REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Para casos com mais de 32 estações ou para redes densas, devem ser utilizados repetidores. O comprimento máximo do cabeamento depende da velocidade de transmissão.

32 25/1/201432REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI TECNOLOGIA DE TRANSMISSÃO NO PROFIBUS PA n o IEC e foi elaborada no intuíto de satisfazer os requisitos das indústrias químicas e petroquímicas: segurança intrínseca e possibilidade de alimentar os equipamentos de campo pelo barramento. n As opções e os limites de trabalho em áreas potencialmente explosivas foram definidos segundo o modelo FISCO ( Fieldbus Intrinsically Safe Concept).

33 25/1/201433REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI TRANSMISSÃO POR FIBRA ÓPTICA: A solução utilizando-se de fibra óptica vem atender às necessidades de imunidade a ruídos, diferenças de potenciais, longas distâncias, arquitetura em anel e redundância física e altas velocidades de transmissão.

34 25/1/201434REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Camada MAC no Profibus n A arquitetura e a filosofia do protocolo PROFIBUS asseguram a cada estação envolvida nas trocas de dados cíclico um tempo suficiente para a execução de sua tarefa de comunicação dentro de um intervalo de tempo definido. n Para isso, utiliza-se do procedimento de passagem detoken, usado por estações mestres do barramento ao comunicar-se entre si, e o procedimento mestre-escravo para a comunicação com as estações escravas.

35 25/1/201435REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Comunicação Mestre-Escravo

36 25/1/201436REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Serviços do PROFIBUS (nível 2)

37 25/1/201437REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS PA n n Mestres (Masters): são elementos responsáveis pelo controle do barramento. Podem ser de duas classes: n n Classe 1: responsável pelas operações cíclicas (leitura/escrita) e controle das malhas abertas e fechadas do sistema de controle/automação (CLP). n n Classe 2: responsável pelos acessos acíclicos dos parâmetros e funções dos equipamentos PA (estação de engenharia ou estação de operação: Simatic PDM ou CommuwinII ou Pactware). n n Acopladores (Couplers): são dispositivos utilizados para traduzir as características físicas entre o PROFIBUS DP e o PROFIBUS PA (H1: 31,25 kbits/s). E ainda: n n São transparentes para os mestres (não possuem endereço físico no barramento). n n Atendem aplicações seguras (Ex) e (Non-Ex), definindo e limitando o número máximo de equipamentos em cada segmento PA. Podem ser alimentados até 24 Vdc, dependendo do fabricante e da área de classificação. n n Podem trabalhar com as seguintes taxas de comunicação, dependendo do fabricante: P+F (93.75 kbits/s e SK2: até 12Mbits/s) e Siemens (45.45 kbits/s).

38 25/1/201438REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Arquitetura básica com couplers

39 25/1/201439REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Link Devices n n Link devices : São dispositivos utilizados como escravos da rede PROFIBUS DP e mestres da rede PROFIBUS PA (H1: 31,25kbits/s). n n São utilizados para se conseguir altas velocidades (de até 12Mbits/s) no barramento DP. n n E ainda: Possuem endereço físico no barramento. n n Permitem que sejam acoplados até 5 couplers, mas limitam o número de equipamentos em 30 em um barramento Non-Ex e 10 em barramento Ex. Com isso, aumentam a capacidade de endereçamento da rede DP.

40 25/1/201440REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI ENDEREÇAMENTO NA REDE PROFIBUS

41 25/1/201441REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Topologia Estrela

42 25/1/201442REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Topologia Barramento

43 25/1/201443REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Topologia Ponto-a-Ponto

44 25/1/201444REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/201444REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI25/1/201444REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI Pontos Fortes e Fracos do Profibus n n Mais veloz que o DeviceNet n n É IEC n n Pode importar HART (DP-V2) n n Permite alcance maior que o DeviceNet n n Grande número de fornecedores n n O uso de Spur não é usual n n Alimentação externa (pela norma) n n Terminadores alimentados (porém tem imunidade a ruídos)

45 APLICATIVOS DE SUPERVISÃO n SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – Supervisão Controle e Aquisição de Dados. n O SCADA faz a coleta e transferência das informações lógicas e analógicas sobre o estado corrente do sistema, pela exibição desses dados na sala de controle e pelo comando remoto de dispositivos (automaticamente ou por iniciativa do operador). n Controle supervisório é o processo de monitorar a distância uma atividade. 25/1/201445REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

46 Atribuições de um Sistema SCADA n Controle – ação de gerar sinais de forma que a variável controlada se comporte de acordo com o preestabelecido. n Monitoração – aquisição de dados para verificar as condições de funcionamento do processo (sinalização de valores limites, ocorrências de falhas, alarmes e relatórios). n Supervisão – aquisição de dados para permitir a elaboração de uma estratégia de operação para maximizar o retorno financeiro (maior produção, qualidade e eficiência). Necessita de uma LAN e gateways para ligar diversos protocolos envolvidos e seus diversos níveis. 25/1/201446REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

47 Controle 25/1/201447REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

48 Monitoração 25/1/201448REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

49 Supervisão: (a) gateway; (b) LAN e vários processos 25/1/201449REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

50 Definições Importantes n Aplicativo – algoritmos de alto nível, conjunto de telas, recursos, comunicações e configurações elaboradas pelo usuário responsável pela personalização do sistema SCADA. É no aplicativo que é definida toda a funcionalidade do sistema. n Scripts – sub-rotinas (módulos) em que se pode definir linhas de código em linguagem de programação (Basic, VB, C). n Tags – é o nome dado as variáveis utilizadas em um sistema SCADA. n Hardkey – dispositivo de segurança ligado à porta paralela ou USB do microcomputador, que permite e utilização plena do software. Os tipos de Hardkey são: n Configurador – Módulo que permite a o desenvolvimento de aplicações de supervisão de processos. n Runtime – Módulo que permite a execução de um aplicativo de supervisão desenvolvido com o uso do Configurador. n Master – Módulo que engloba o Configurador e o Runtime. 25/1/201450REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

51 Arquitetura de um Sistema SCADA 25/1/201451REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

52 Níveis de Arquitetura do Sistema Escada 25/1/201452REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

53 Arquitetura do Sistema SCADA com o Mestre em Rede 25/1/201453REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

54 Arquitetura do Sistema SCADA tendo o Servidor como Mestre 25/1/201454REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

55 Arquitetura utilizando CLP Mestre ligado ao Servidor 25/1/201455REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

56 Porque a empresa precisa de um sistema SCADA (SSC)? n QUALIDADE - Através do monitoramento das variáveis do processo produtivo, (pressão, temperatura, vazão, etc.) é possível determinar níveis ótimos de trabalho. Caso estes níveis saiam da faixa aceitável o SSC pode gerar um alarme na tela, alertando o operador do processo para um eventual problema no processo produtivo. Desta forma, as intervenções no processo são feitas rapidamente, garantindo que o produto final sempre tenha as mesmas características. 25/1/201456REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

57 Porque a empresa precisa de um sistema SCADA (SSC)? n REDUÇÂO DOS CUSTOS OPERACIONAIS - Imagine um processo produtivo com inúmeros instrumentos de medição. Quanto tempo e quantos funcionários especializados seriam necessários para percorrer todo o processo de produção afim de realizar a leitura de todos os instrumentos? Quantas planilhas seriam necessárias e qual a probabilidade de erros humanos? Com um SSC é possível centralizar toda a leitura dos instrumentos de campo, gerar gráficos de tendência e gráficos históricos das variáveis do processo. São necessários poucos funcionários especializados. 25/1/201457REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

58 Porque a empresa precisa de um sistema SCADA (SSC)? n MAXIMIZAR DESEMPENHO DE PRODUÇÃO - Através da rapidez da leitura dos instrumentos de campo, as intervenções necessárias podem ser feitas mais rapidamente. Problemas de parada de máquina por defeitos podem ser diagnosticados mais pontualmente e os setup´s de máquina também são agilizados. 25/1/201458REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

59 Porque a empresa precisa de um sistema SCADA (SSC)? n BASE DE DADOS PARA OUTROS SISTEMAS - Os SSC podem coletar os dados do processo produtivo e armazená-los em banco de dados. Estes dados podem ser utilizados para gerar informações importantes, sendo integrados com sistemas MES, ERP, SAP e etc. Podem também fornecer dados em tempo real, para sistemas que realizam cálculos de OEE, sistemas SFC, sistemas de PCP ou similares. n OEE - Overall Equipment Effectiveness n PCP – Planejamento e controle de produção n MES - Manufacturing Execution Systems n SFC - Shop floor control 25/1/201459REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

60 Sinóticos n Através das telas de sinóticos é que um processo industrial pode ser monitorado. n Estas telas são projetadas e desenhadas através de um desenvolvedor (conforme dito anteriormente) e depois executadas através do executável (run-time). 25/1/201460REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

61 Alarmes n Os SSC´s podem ser configurados para gerar alarmes, ou seja, avisar ao usuário do sistema quando uma variável ou condição do processo de produção está fora dos valores previstos. n Os alarmes são mostrados na tela em formato de planilhas e/ou animações na tela. 25/1/201461REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

62 Alarmes e Sinóticos 25/1/201462REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

63 Relatórios n Atualmente, os SSC´s do mercado possuem ferramentas para a geração de relatórios na própria estação de trabalho. Os relatórios mais comuns que são utilizados são: n Relatório de alarmes: Lista um histórico com os alarmes ocorridos durante uma faixa de tempo escolhida pelo operador do sistema. n Relatório de Acesso: Lista quais foram os usuários que acessaram o SSC ou modificaram algum parâmetro do processo. n Relatório de variáveis: Lista a alteração de variáveis ao decorrer do tempo/lote/período. 25/1/201463REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

64 Redundância e confiabilidade n Existem processos industriais que não podem parar. n Desta forma alguns dos sistemas SCADA podem ser configurados de forma redundante. (depende do fabricante) n Existem inúmeros métodos de arquitetura de redundância de dados, variando de fabricante a fabricante de SSCs. n O mais utilizado é comumente chamado de hot standby. 25/1/201464REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

65 Aplicativos de Mercado n FIX D´MACS e IFIX da Intellution para aplicações genéricas n LAB VIEW da National Instruments para aplicações em laboratórios. n ISIS 1000 da Merlin Gerin para sistemas elétricos. n ELIPSE SCADA da Elipse Software (Nacional) para uso genérico sendo o ELIPSE LAB para aplicações em sistemas de laboratório, ELIPSE POWER para sistemas elétricos. n MIDAS da YOKOGAWA n UNITEC n IN TOUCH n Cimplicity da GE Fanuc n Action View n WinCC da Siemens 25/1/201465REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI


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