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DEVICENET –Desenvolvido pela Allen-Bradley em 1994. –Rede para o nível operacional baseada protocolo CAN (Controler Area Network). –Boa velocidade de resposta.

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1 DEVICENET –Desenvolvido pela Allen-Bradley em –Rede para o nível operacional baseada protocolo CAN (Controler Area Network). –Boa velocidade de resposta e elevada confiabilidade. –Tornou-se um protocolo aberto com a criação da Open DeviceNet Vendors Association (ODVA). –Permite conectar dispositivos industriais (sensores de posição, sensores fotoelétricos, interfaces homem-máquina etc.) diretamente a uma rede. Redes Industriais

2 DEVICENET –Permite a comunicação entre dispositivos e o diagnóstico de falhas. –Permite a remoção e substituição de equipamentos em redes energizadas e sem a necessidade de um aparelho de programação. –Pode fornecer a alimentação aos equipamentos através do próprio cabo de rede. Redes Industriais

3 DEVICENET –Baixo custo, grande aceitação no mercado, alta confiabilidade, uso eficiente da rede e energia elétrica disponível na rede. –Desvantagens: comprimento máximo limite do tamanho da mensagem limite de largura de banda Redes Industriais

4 DEVICENET Número de NósNo máximo 64 Comprimento da Rede Taxa de ComunicaçãoDistância Máxima 125 kbps500m 250 kbps250m 500 kbps100m Tamanho do pacote de dados0 a 8 bytes TopologiaLinha tronco com derivações, mas somente com configurações lineares Método de AcessoPonto a ponto com multicast; mestre(s) e escravo Algoritmos de AcessoPolling, Cíclico e Mudança de Estado Meio Físico Barramentos separados de par trançado para a distribuição de sinal e de alimentação (24 V), ambos no mesmo cabo

5 CONTROLNET –Também desenvolvida pela Allen-Bradley (1995). –Tornou-se protocolo aberto em 1996 e controlado pela ControlNet International, que mantém e distribui a especificação ControlNet. –Características são compatíveis com as aplicações que necessitam de determinismo, repetibilidade, alta taxa de transmissão (throughput),distribuição de dados através de grandes distâncias (chegando a 30 km) e sincronismo. Redes Industriais

6 CONTROLNET –Rede para o nível de controle, com transferência de dados em tempo real, provendo transportes de dados críticos de E/S e mensagens, incluindo o upload e download de programação e configuração de dispositivos. –Meios físicos mais comuns são: cabo coaxial RG 6/U 75 com conector BNC e fibra ótica. –Utiliza protocolo de acesso ao meio denominado de Concurrent Time Domain Multiple Access (CTDMA). –A largura do intervalo de acesso a rede é selecionado pelo usuário através da seleção de um parâmetro chamado NUT (Network Update Time). O valor mínimo é de 2ms. Redes Industriais

7 CONTROLNET –Modos de envio de dados: Não agendadas (Unscheduled): dados enviados pelo usuário do programa ou pela interface homem/máquina por solicitação em demanda. Essa conexão é fechada quando não utilizada por um determinado intervalo de tempo; Agendada (Scheduled): dados são enviados repetidamente em taxas configuradas e predeterminadas. Essa conexão permanece aberta enquanto o gerador da conexão estiver ativo. Redes Industriais

8 CONTROLNET Número de Nós99 Taxa de Transmissão5 Mbit/s Comprimento da Rede 1000 m com cabo coaxial para dois nós 500 m para 32 nós 250 m para 48 nós 30 km com repetidor e fibra óptica Tamanho do Pacote de Dados0 a 510 bytes TopologiaBarramento, árvore, estrela ou combinações Configuração de ComunicaçãoMestre e escravo, múltiplos mestres e peer-to-peer Modelo de ComunicaçãoProdutor/Consumidor Alimentação dos DispositivosAlimentação externa Outras Características Pode-se remover ou adicionar dispositivos com a rede energizada, detecção de duplicidade de nós

9 INDUSTRIAL ETHERNET –Rede Ethernet foi desenvolvida pela Xerox nos anos 70. –Foi grande o desafio de levar a Ethernet para a indústria e torná-la uma das redes de maior crescimento no setor. –Ao contrário dos protocolos industriais como MODBUS e PROFIBUS, que são determinísticos, no padrão Ethernet ocorrem colisões de dados na rede, tornando o tempo de resposta não determinístico. –Padrões não determinísticos não são recomendáveis do ponto de vista da automação, porque a falta de definição do tempo de resposta de uma informação pode comprometer o desempenho do sistema que está sendo controlado. Redes Industriais

10 INDUSTRIAL ETHERNET –O protocolo Ethernet não foi concebido para aplicações em automação industrial. –Não apresenta algumas características desejáveis em ambientes de controle em tempo real, como determinismo e segurança na transmissão dos dados. –É provavelmente a tecnologia de rede mais difundida, que permite uma grande escala de produção, disponibilidade, baixo custo. Assim, é uma alternativa bastante atrativa para interconexão de dispositivos de automação. Redes Industriais

11 INDUSTRIAL ETHERNET –A Ethernet foi inicialmente concebida para ser uma rede de barramento multidrop (10Base5), mas este sistema mostrou-se de baixa praticidade. –Avanços: Topologia estrela com par trançado. As velocidades da rede cresceram de 10 Mbps para 100 Mbps e agora alcançam 1 Gbps. Hubs inteligentes com capacidade de comutação de mensagens e uso de cabos full duplex (em substituição aos cabos half duplex). A rede se torna determinística e isso reduz a probabilidade de colisão de dados. Redes Industriais

12 INDUSTRIAL ETHERNET –Fatores que contribuíram para o desenvolvimento da rede Ethernet industrial: Uso de switches (dispositivos utilizados em redes para reencaminhar frames entre os diversos nós) para evitar a arbitragem de barramento; Uso de canais dedicados de 10 Mbps a Mbps; Padrão IEEE802.1p/Q – acrescenta campos de prioridade e de Quality of Service (QoS) ao frame Ethernet tradicional; Canal full duplex para eliminar colisões; Rede Fast Ethernet no backbone levando a velocidade a até 200 Mbps. Redes Industriais

13 INDUSTRIAL ETHERNET –Algumas organizações desenvolveram a partir dos seus protocolos níveis de aplicação para Ethernet TCP/IP: Modbus/TCP (Modbus sobre TCP/IP); EtherNet/IP (ControlNet/DeviceNet sobre TCP/IP); Foundation Fieldbus High Speed Ethernet; Profinet (Profibus sobre Ethernet). –Apesar de utilizarem Ethernet TCP/IP, não há interoperabilidade entre as diferentes redes, ou seja, não há possibilidade comunicação direta entre estas. Redes Industriais

14 INDUSTRIAL ETHERNET –Vantagens: Plataforma aberta e realmente global; Tecnologia acessível e de fácil compreensão; Segurança, velocidade e confiabilidade garantida pela evolução da própria informática; Dados disponíveis em qualquer sistema operacional; Acesso às informações da planta via redes públicas e redes privadas; Diversidade de serviços disponíveis para melhor desempenho; Inúmeros equipamentos disponíveis de diversos fabricantes. Redes Industriais

15 INDUSTRIAL ETHERNET –O padrão Ethernet Industrial terá uma grande fatia do mercado, mas não deverá substituir os barramentos de campo tradicionais. –Não existem razões técnicas para esta substituição e sob o ponto de vista de custo, a Ethernet é cara para aplicações onde é exigido determinismo. Redes Industriais

16 INDUSTRIAL ETHERNET Número de Nós2 11 ou 2 29 em modos estendidos Taxa de Transmissão10 Mbit/s, 100 Mbit/s e 1 Gbit/s Comprimento da rede Variável TipoComprimento 10Base5500m 10Base2200m 10BaseT, 100BaseTx100m Fibra Óptica mono modo com switchesAté 50 km ConectoresRJ45 ou coaxiais Tamanho do Pacote de DadosAté 1500 bytes TopologiaBarramento ou estrela Tecnologia de ComunicaçãoPonto-a-Ponto Alimentação dos dispositivosAlimentação dos dispositivos é externa Algoritmo de acesso ao meioCSMA/CD

17 PADRÃO OPC (OLE for Process Control) –OPC significa OLE para Controle de Processos. –Baseado nas tecnologias Microsoft OLE COM (Component Objetc Model) e DCOM (Distributed Component Object Model). –OPC é um conjunto comum de interfaces, métodos e propriedades de comunicação, agregados dentro de uma especificação padronizada e aberta para acesso público. –Teoricamente, qualquer pessoa com conhecimentos de programação pode desenvolver seus aplicativos OPC, basta acessar as especificações contidas no web site da OPC Foundation e desenvolver uma interface compatível. Redes Industriais

18 PADRÃO OPC (OLE for Process Control) –Estabelece as regras para que sejam desenvolvidos sistemas com interfaces padrões para comunicação dos dispositivos de campo (CLPs, sensores, etc.) com sistemas de monitoração, supervisão e gerenciamento (SCADA, MES, ERP, etc.). –Sendo um padrão aberto, o OPC separa os sistemas das dificuldades de comunicação, criando uma camada única e padronizada que permite a fácil integração de diversos sistemas. –OPC surgiu como uma simples resposta aos drivers de comunicação proprietários e acabou por se tornar um padrão altamente difundido na indústria. –É possível criar uma camada de comunicação padronizada, que integra facilmente todas as informações industriais. Redes Industriais

19 PADRÃO OPC (OLE for Process Control) –É uma aplicação da tecnologia OLE tendo em vista as necessidades da indústria de controle de processos. –O objetivo é prover uma infraestrutura única, na qual a informação possa ser universalmente compartilhada. –Diretivas básicas: Simplicidade de implementação: o padrão é simples e pouco restritivo; Flexibilidade: focado para as necessidades dos vários segmentos da indústria; Alta funcionalidade: procura-se incluir o máximo de funcionalidades na especificação, sem conflito com os demais objetivos; Operação eficiente. Redes Industriais

20 PADRÃO OPC (OLE for Process Control) –Vantagens: Padronização das interfaces de comunicação entre os servidores e clientes de dados de tempo real, facilitando a integração e manutenção dos sistemas; Eliminação da necessidade de drivers de comunicação específicos; Melhoria do desempenho e otimização da comunicação entre dispositivos de automação; Interoperabilidade entre sistemas de diversos fabricantes; Redes Industriais

21 PADRÃO OPC (OLE for Process Control) –Vantagens: Integração com sistemas MES, ERP e aplicações Windows (Excel, etc.); Redução dos custos e tempo para desenvolvimento de interfaces e drivers de comunicação, com consequente redução dos custos de integração de sistemas; Facilidade de desenvolvimento e manutenção de sistemas e produtos para comunicação em tempo real; Facilidade de treinamento. Redes Industriais

22 REDES WIRELESS –Alternativa para redes cabeadas; –Baseadas no padrão (IEEE) – define como estações devem trocar informações utilizando ondas eletromagnéticas (RF – radiofrequência): IEEE b (1999) – frequência de 2,4 GHz – 11 Mbps IEEE a (1999) – frequência de 5 GHz – 54 Mbps IEEE g (2003) – frequência de 2,4 GHz – 54 Mbps (compatível com b) –Não há a necessidade de obras de infraestrutura; –Facilidade de alteração do layout; –Alta taxa de transferência; Redes Industriais

23 REDES WIRELESS –Vantagens em relação às redes convencionais utilizados em ambientes industriais: Mobilidade e liberdade de movimento; Sem desgaste mecânico do meio de transmissão; Instalação e colocação em funcionamento rápida e fácil; Alta flexibilidade com poucas alterações na instalação; Integração simples de dispositivos na rede; Necessidade de ultrapassar áreas problemáticas. Redes Industriais

24 REDES WIRELESS –Itens a serem avaliados: Distância a ser coberta pela rede; Quantidade de dados trafegando por unidade de tempo (largura de banda); Taxa de atualização de informação requerida pelo processo (tempo de ciclo); Atraso máximo aceito do momento em que uma informação está disponível em um ponto da rede até que ela esteja presente no seu destino (latência). Redes Industriais

25 HART WIRELESS –Motivação do uso do protocolo HART: É amplamente utilizado na automação industrial para o controle de processos; O sinal digital modulado em FSK seja sobreposto ao sinal convencional de 4-20 mA, (modo half-duplex - taxa de 1200 bps); Fácil integração aos sistemas de controle e facilidade de uso; Redes Industriais

26 HART WIRELESS –HART Communication Foundation (HCF) – 2004, criou um padrão sem fio para comunicação HART; –Tecnologia confiável; –Interoperabilidade entre os produtos; –Novas alternativas de conectividade; –Não exige altas taxas de comunicação e nem um controle tão preciso das latências na camada física. Redes Industriais

27 Outras tecnologias wireless –IEEE b Wi-Fi: Redes locais sem fio (Wireless LAN); Frequência de 2,4 GHz; Taxas maiores do que 10 Mbps; Padrão foi desenvolvido para as redes comerciais, domésticas e corporativas, não adequado para os ambientes industriais pela sua susceptibilidade às interferências eletromagnéticas e pela distância limitada (< 50 m). Redes Industriais

28 Outras tecnologias wireless –IEEE Bluetooth: Padrão desenvolvido especificamente para conectar computadores pessoais, telefones celulares e outros periféricos tais como câmeras e fones de ouvido; Utiliza a faixa de 2,4 GHz; Velocidades inferiores ao Wi-Fi; Menos vulnerável às interferências; Pequena distância alcançada (<30 m para classe 2 e <100 m para classe 1). Redes Industriais

29 Outras tecnologias wireless –IEEE ZigBee: Desenvolvido originalmente para aplicações em aquecimento, ventilação e condicionadores de ar (HVAC) como uma alternativa ao uso do Bluetooth; Baixo consumo, o que confere maior autonomia para equipamentos alimentados por baterias; Desenvolvido para ser instalado diretamente nos sensores e atuadores; Sua camada física possui também melhores características para operação em temperaturas extremas; Opera em taxas mais baixas, sendo bem mais robusto contra interferências no sinal que o Wi-Fi e o Bluetooth; Devido à baixa potência, a distância também é limitada pouco mais de 100m. Redes Industriais

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31 SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE –Tipo de sistema de controle distribuído onde sensores, atuadores e controladores são interconectados através de uma rede de comunicação. –A utilização em sistemas de manufatura automatizados tem se mostrado uma nova área de pesquisa multidisciplinar, relacionando conhecimentos de sistemas de controle, sistemas de tempo real e redes de comunicação. –São necessárias, para garantir o desempenho e a estabilidade, ferramentas de análise e projeto baseados em conceitos e parâmetros de redes de comunicação e técnicas de controle. Redes Industriais

32 SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE –Consiste em malhas de controle realimentado sob um sistema de comunicação. –É necessário que o sistema de controle via rede ofereça um serviço de comunicação de tempo real. –Deve ser capaz de suportar fluxos de mensagens periódicas, de forma a transferir dados periódicos relacionados com o controle. Redes Industriais

33 SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE –Deve garantir um tempo de resposta limitado para transferência de mensagens entre os nós computacionais. –Deve garantir um comportamento temporal previsível na presença de carga de rede variável por causa do tráfego não relacionado à aplicação de controle. Redes Industriais

34 SISTEMA DE CONTROLE VIA REDE Redes Industriais

35 Supervisórios (SCADA) –SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition –Objetivos: Qualidade: controle de qualidade eficiente, compensação automática de deficiências do processo, processos de fabricação sofisticados; Flexibilidade: inovações frequentes no produto, atendimento a especificidades do cliente, produção de pequenos lotes; Produtividade: produção de refugo zero, redução dos estoques; Viabilidade Técnica: processamento imediato de grande volume de informações e/ou complexidade, limitações do homem, condições desumanas de trabalho; Redes Industriais

36 Supervisórios (SCADA) –Permitem a visualização de forma gráfica das informações do processo por cores e animações; –Interface amigável (eficiente e ergonômica), cujo objetivo é permitir a supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos de uma planta automatizada; –São Interfaces Homem-Máquina (IHM) mais sofisticadas; –Permitem a supervisão e o controle das variáveis no processo. Redes Industriais

37 Supervisórios (SCADA) –As principais informações do processo industrial ou da instalação física apresentadas são: Ocorrências na planta; Visualização das grandezas monitoradas; Configuração de receitas; Falhas; Alarmes; Relatórios e gráficos de produção. Redes Industriais

38 Supervisórios (SCADA) –Variáveis: TAG: nome que identifica a variável; Endereço: endereço da variável na Unidade Inteligente, necessário para a troca de dados; Discreta: os atributos podem ser zero ("0") ou um ("1"), ligado ou desligado, aberto ou fechado; Analógica: os atributos podem ser grandezas físicas: metros, l/h, m 3 /h, oC, psi, bar, etc. Redes Industriais

39 Supervisórios (SCADA) –Programação: Desenvolvimento de programas no software de supervisão; As programações estão associadas a algum tipo de evento; Alguns softwares possuem funções prontas em bibliotecas. –Relatórios: Os software geram relatórios; Podem ser arquivados ou impressos; Registram os valores das variáveis de processo; Auxiliam na análise da capacidade de produção da planta. Redes Industriais

40 Supervisórios (SCADA) –Comunicação com Aplicativos: Pode fazer uso de variáveis que permite troca de dados com outros programas (padrões ODBC); Compartilha dados com banco de dados. –Comunicação com Equipamentos: Oferece diversos drivers de comunicação para as mais variadas unidades inteligentes; Cada driver possui uma configuração específica. Redes Industriais

41 Supervisórios (SCADA) –Tipos de Telas: Telas de Visão Geral: –Pode ser observado um número elevado de malhas de controle; –Deve permitir o acesso a subníveis de telas para que se possa analisar cada sistema de controle. Telas de Malhas Individuais –Mostra a malha de controle em detalhes; –Neste tipo de tela se isola a malha para alterar parâmetros. Redes Industriais

42 Supervisórios (SCADA) –Tipos de Telas: Telas de Registro: –Registra uma variável (pode ser de processo ou de controle); –A informação gráfica pode ser salva em arquivo ou impressa. Telas de Alarme: –Registra a data e hora da ocorrência de algum evento de alarme; –Apresenta a variável alarmada ou o motivo do alarme. Redes Industriais

43 Supervisórios (SCADA) –Configuração de Telas de Operação: Diagramas de processo e instrumentos; Instrumentos virtuais; Botões virtuais para atuar no processo em modo manual; Lista de alarmes; Gráficos de tendência real e histórica; Login de operadores com senhas. Redes Industriais

44 Supervisórios (SCADA) –Passos para o planejamento do sistema: Entendimento do processo a ser automatizado; Tomada de dados; Planejamento do banco de dados; Planejamento dos alarmes; Planejamento da hierarquia de navegação entre telas; Desenho das telas; Gráficos de tendência dentro das telas; Planejamento de um sistema de segurança; Redes Industriais

45 Supervisórios (SCADA) –Programas que permitem a configuração de um Sistema de Supervisão de Processo: Labview; Elipse. Redes Industriais

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