SEMANA 11 – MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO EM REDES INDUSTRIAIS

SEMANA 11 – MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO EM REDES INDUSTRIAIS
18/09/2018 18/09/2018 18/09/2018 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 1 1 1 1 1

O Par Trançado em Aplicações Industriais
São usados cabos trançados blindados que pertencem às categorias UTP modificado ou STP, de 1 ou 2 pares. Ex: Cabo RFS (Radio Frequency Systems) modelo AF-T 2x22AWG. Cabo flexível sem uso de fio rígido para evitar mau contato ou quebra. Cabos UTP modificados: ScTP (Screened Twisted Pair) ou FTP (Foil Twisted Pair); SFTP (Shielded Foil Twisted Pair); UTP categoria 5 Non-Plenum (sem resistência ao fogo) 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 2

Seção de cabo e Cabo UTP 18/09/2018 18/09/2018
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Seção de cabo e Cabo STP 18/09/2018 18/09/2018

Nos cabos de 1 km podem alcançar velocidades de 1 a 2 Gbps.
Cabo Coaxial Nos cabos de 1 km podem alcançar velocidades de 1 a 2 Gbps. Apresentados nos padrões de 50 ohms (transmissão digital) e 75 ohms (transmissão de sinais de TV. Pesados, difícil de manejar, mau contato provocado pelos conectores, caros. Estas desvantagens recomendam seu uso apenas para ligações entre 100 a 200 m. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 5

Cabo Coaxial 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
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Conectores usados em Cabos Coaxiais
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Conexões com Cabos Coaxiais

Fibra Óptica O cabo de fibra óptica é constituido por um núcleo muito fino de vidro, ou mesmo de um tipo especial de plástico. Uma nova cobertura de fibra de vidro, bem mais grossa envolve e protege o núcleo. Em seguida temos uma camada de plástico protector chamada de cladding. Uma nova camada de isolamento e por fim uma capa de plástico externa. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 9

Vantagens e Desvantagens
Dimensões Reduzidas Capacidade para transportar grandes quantidades de informação ( Dezenas de milhares de conversações num par de Fibra); Atenuação muito baixa, que permite grandes espaçamentos entre repetidores, com distância entre repetidores superiores a algumas centenas de quilômetros. Imunidade às interferências electromagnéticas; Matéria-prima muito abundante. Custo ainda elevado de compra e manutenção; Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamento; Dificuldade de conexões das fibras ópticas; Acopladores tipo T com perdas muito grandes; Impossibilidade de alimentação remota de repetidores; Falta de padronização dos componentes ópticos. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 10

Fibra Óptica - Tipos Mono Modo – Altas taxas de transmissão. Um único modo. Utiliza laser, maior alcance, baixa atenuação, mais cara (eqtos de conexão), difícil manuseio. Multi Modo – Taxas de transmissão intermediárias, vários modos, maior atenuação, mais barata (eqtos de conexão), utiliza led (índice degrau) e led e laser (índice gradual) 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 11

Fibra Óptica Mono Modo São tipos de fibras ópticas com dimensões de núcleo muito pequenas, permitem a incidência de raios de luz em um único ângulo. Sua fabricação requer equipamentos muito complexos. As dimensões de uma fibra óptica Mono Modo são: - Núcleo: típico de 08 ± 1 comercialmente adota-se o núcleo de 08µm. - Casca: de 125 até 240µm, comercialmente adota-se à casca de 125µm. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 12

Fibra Óptica Multimodo
São tipos de fibras ópticas com dimensões de núcleo relativamente grandes, permitem a incidência de raios de luz em vários ângulos. São relativamente fáceis de fabricar. As dimensões de uma fibra óptica Multi Modo são: - Núcleo: de 50 até 200 µm, comercialmente adota-se o núcleo de 62,5µm. - Casca: de 125 até 240 µm, comercialmente adota-se à casca de 125µm. Com a relação ao Núcleo, existem 2 tipos básicos de perfis de núcleo: - Índice Degrau - apresentam apenas um nível de reflexão entre o núcleo e a casca, este tipo perfil, por suas dimensões relativamente grandes, permitem uma maior simplicidade de fabricação e operação, além de permitirem uma grande capacidade de captação da luz. Sua capacidade de transmissão é relativamente baixa. - Índice Gradual - apresentam vários níveis de reflexão entre o núcleo e a casca, este tipo de perfil mantém ainda uma simplicidade de fabricação e operação, porém exibe uma maior capacidade de transmissão. Suas dimensões são maiores que as do tipo Degrau. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 13

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Conectores para Fibra óptica
ST: possuem trava em baioneta sendo o mais comum de todos. O ferrule de cerâmica garante alto desempenho. SC: possue corpo injetado e um sistema de trava push-pull. Ideal para escritórios, TV a cabo e telefonia. FDDI: possui ferrule flutuantede cerâmica de 2,5 mm, que minimiza a perda de luz. Um invólucro fixo contorna o ferrule, protegendo-o. MT-RJ: possui trava RJ similar ao patch cable categoria 5 e ao cabo de telefone. Instalação bastante fácil. LC: um dos princiapis competidores do MT-RJ, ocupa pequeno espaço. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 16

Conectores para Fibra Óptica: (a) ST; (b) SC; (c ) FDDI; (d) MT-RJ e (e) LC

Cabo com conectores ST Cabo com conectores SC 18/09/2018 18/09/2018

Conversor de UTP para Fibra Óptica
Cabo com conectores MTRJ 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 19

Placa de rede para conectores para Fibra Óptica
Cabo híbrido SC/ST 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 20

Transmissão sem Fio 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
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Transmissão sem Fio Ondas de baixa frequência (VLF, LF e MF) atravessam obstáculos e acompanham a curvatura da terra, más perdem potência abruptamente com a distância. Nas ferequências mais altas as ondas trafegam em linha reta e são absorvidas pela terra. Nas faixas HF e VHF as ondas são refletidas na atmosfera. Quanto maior a frequência, maior a largurade banda e, consequentemente, maior a taxa de transferência. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 23

Microondas com frequência acima de 8 GHz são absorvidas pela água.
Transmissão sem Fio A taxa de transferência pode atingir vários bits por Hertz. Um canal com largura de banda de 200 MHz pode atingir taxas de 1 Gbps. Acima de 100 Mhz as ondas de rádio são denominadas de microondas. Essas ondas viajam em linha reta. Antenas parabólicas podem ser usadas para convergir o raio em um feixe, reduzindo a taxa sinal/ruído. Microondas com frequência acima de 8 GHz são absorvidas pela água. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 24

Transmissão sem Fio Uma antena de microondas tem dois elementos: o refletor parabólico e a própria antena que é um dipolo eletromagnético. As microondas enviadas pela parábola transmissora incidem diretamente sobre a parábola receptora que, por sua vez, focaliza as ondas no seu ponto central, onde está a antena receptora. Dessa antena as ondas são levadas por uma guia de onda até o radioreceptor. Cada antena de microondas com sua respectiva parábola, geralmente serve para transmitir e/ou receber mais de um canal de RF 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 25

Transmissão em Visibilidade por Microondas
Geralmente a cada 50 km antenas repetidoras são instaladas. Ao ultrapassarem os 300MHz, as ondas de rádio passam a se propagar quase em linha reta, obrigando que as antenas transmissoras e receptoras fiquem uma de frente para outra. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 26

Sistemas de Transmissão Comerciais por Rádio
Procuram usar a banda de rádio-frequência liberada para aplicações Industriais, Científicas e Médicas (ISM) que é alocada mundialmente entre 2,4 GHz e 2,484 GHz. Também existem as faixas MHz e 5,725-5,850 GHz usadas para telefones sem fio, portões eletrônicos, alto falantes, controle remoto para veículos, etc. A faixa ISM não precisa de autorização governamental em qualquer parte do mundo. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 27

Spread Spectrum Desenvolvida pelos militares para evitar interferências inimigas e escutas nas comunicações de guerra. Usa faixa de frequência idêntica aos aparelhos de telefonia móvel. Essas faixa não necessitam de autorização expressa de uso em qualquer país (potência abaixo de 1 W e faixas de frequência restritas. O espalhamento é obtido a partir de um sinal de código, que é independente da informação e, no receptor, a recuperação da informação original é feita pela correlação entre o sinal recebido com uma réplica sincronizada do sinal de espalhamento usado no transmissor. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 28

Técnicas de Modulação Spread Spectrum
FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum OFDM – Orthogonal Frequence Division Multiplexing 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 29

Spread Spectrum 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
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Técnica FHSS 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
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Técnica DSSS 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
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Aplicações do Spread Spectrum
As interfaces de dados típicas disponíveis são do tipo Ethernet, embora possam ser encontradas também portas RS-232, V.35, RS-485 e E1/T1. Os serviços mais comuns oferecidos são de interligação de redes corporativas ou de acesso a Internet (que compete diretamente com serviços do tipo ADSL) sendo que, em ambos os casos, a banda oferecida para cada usuário depende da arquitetura implementada. Os rádios spread spectrum utilizam as faixas de freqüências livres adotadas por vários países, inclusive o Brasil, denominadas internacionalmente como bandas ISM (Instrumentation, Scientific & Medical) definidas nas faixas de 900 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 33

Tipos de WLAN IEEE 802.11 – Trata do mercado de WLAN de 2,4 a 5 GHz.
IEEE b – Wi-Fi: esta entre os primeiros e mais produtivos padrões de WLAN para redes corporativas e residenciais. Opera em 2,4 GHz com o uso de DSSS e se baseia em CSMA/CA IEEE a – HiperLAN2 Ethernet, IEEE 1394 (FireWire – interface serial Apple), ATM, PPP e 3G. Opera em 5GHz com o uso de OFDM Alcança velocidade de 40 a 54 Mbps a um alcance de 150 metros. Suporta 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 34

Tipos de WLAN IEEE b – emprega um esquema de modulação chamado CCK (Complementary Code Keying. Opera em 2,4 GHz em ISM. Alcança taxas de 1 a 2 Mbps em FHSS Alcança taxas de 1 a 11 Mbps em DSSS Prove interoperabilidade entre estas 2 redes. IEEE (WI-MAX): Tecnologia em banda larga para redes comunitárias. Alcance até 70 km e velocidade até 70 Mbps Opera na faixa ISM centrada a 2,45 GHz. Dispensa visada. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 35

Transmissão de Dados sem Fio de Uso Industrial
Geralmente usa rádios transmissores UHF com frequência fixa ou variável (Spread Spectrum) com potência mais elevadas da faixa ISM e com baixas taxas de transferência de dados. Em geral o equipamento para transmissão de dados utiliza uma porta serial padrão (RS 232 ou 485) Transmissão geralmente duplex mas também simplex. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 36

Faixa de frequência mais usada: Frequencia típica de 400 a 470 MHz com separação entre canais de 12,5 kHz, com potência típicas de 10 a 500 mW Spread Spectrum na faixa de 902 a 928 MHz com potências típicas de 10 a 1000 mW. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 37

Desde que os transmissores tenham potência máxima de 1 W, as frequências anteriormente mencionadas são de uso livre e permitem taxas de transferência típica de 9600 ou bps a uma distância por volta de 25 km. Esta característica é adequada à maioria das aplicações industriais, nas quais o processamento é distribuído e uma rede industrial (fieldbus) é utilizada para a integração do sistema SCADA a todos os controladores de campo. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 38

São os equipamentos para transmissão mais simples.
Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio de Dados (Data Radios) São os equipamentos para transmissão mais simples. Não possuem circuitos Moduladores/Demoduladores ou qualquer inteligência. Simplesmente transmitem por um canal de rádio os dados de um MODEM externo, sem verificação de errro e controle de fluxo. Equivocadamente chamados de rádios MODEM. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 39

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM transparente
É um rádio com função de MODEM, más inteligência limitada. Geralmente possui uma porta serial RS-232 ou RS-445 para E/S de dados. Transmitem em RF os dados recebidos na porta serial sem checagem de erro e controle de fluxo de dados no canal de rádio. Os modelos mais simples não tem um processador ou memórias internas e a transmissão de dados no canal de rádio e na porta serial tem, necessariamente, a mesma velocidade. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 40

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM transparente
Alguns possuem um buffer de dados de E/S, o que possibilita velocidades diferentes da porta serial e do canal de rádio. Vários equipamentos funcionando na mesma frequência e na mesma área funcionam como um barramento, pois toda a transmissão é ouvida por todos os elementos. Cabe aos equipamentos conectados aos rádios evitar a colisão de dados no meio de transmissão. Estes são adequados apenas para servidores inteligentes, os quais fazem o endereçamento, controle de fluxo de dados e verificação de errros. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 41

Desvantagem: grande número de portas seriais e rádios.
Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM transparente CLP são bastante utilizados em aplicações de sistemas de automação industrial ou nãoe podem ser integrados por meio da tecnologia de um SDCD, gerenciado por um programaaplicativo de supervisão. Aplicações típicas geralmente utilizam um protocolo mestre-escravo e um par de rádio para cada controlador de rede. Ex. MODBUS – onde o Mestre da rede é o sistema SCADA e cada escravo só responde quando é solicitado. Com a utilização de um par de rádios para cada controlador a ser conectado ao sistema de supervisão central (SCADA) deve ter uma porta multiserial para tratar cada enlace de rádio de maneira independente e os rádios devem ter frequências diferentes. Desvantagem: grande número de portas seriais e rádios. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 42

Rádio MODEM 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
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Podem operar no modo transparente ou modo controlado.
Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM Inteligente São Rádio MODEM que implementam uma série de funções como controle de fluxo de dados (RTS e CTS) e checagem de erros. Dependendo do equipamento podemos utilizar repetidores aumentando o alcance. Podem operar no modo transparente ou modo controlado. No modo transparente os equipamentos não utilizam um endereço especifico. Desta forma o sistema se comporta como uma conexão fixa. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 44

Radio MODEM Inteligente em Modo Transparente

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM Inteligente
No modo controlado, as unidades são endereçadas individualmente e configuradas para se comunicar apenas com as unidades que interessam. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 46

Rádio MODEM em Modo Controlado

Rádio MODEM em Modo Controlado com Repetidor

Rádio Telemetria Transmite os sinais provenientes de sensores conectados às entradas digitais e analógicas do próprio rádio, ao invés de transmitir dados provenientes de uma porta serial, replicando-os em saídas de outro rádio. Possui E/S padrões para sensores e atuadores, e transmite informações dos mesmos através de um protocolo de comunicação de rádio. O protocolo é totalmente transparente ao usuário e a única operação necessária é a programação dos endereços das unidades , bem como a definição de quais E/S são replicadas. Pode-se programar lógica simples. Ex.: acionamento de bombas hidráulicas de acordo com um determinado nível recebido. As transmissões são realizadas somente quando há uma mudança de estado em alguma entrada e/ou em intervalos de tempo programados para uma checagem do estado de todas as entradas. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 49

Rádio Telemetria Vantagem: redução do custo , quando se deseja apenas monitorar e acionar dispositivos, pois não é necessário a utilização de um CLP e nem de um protocolo de rede. 18/09/2018 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 50

Rádio Telemetria sem CLP Duplex

Rádio Telemetria sem CLP Simplex

Rádio-Telemetria com Integração de CLP e sistemas SCADA
É usado aqui um elemento que replica uma tabela de dados (posições de memória) de até 4 kB de maneira automática e transparente para o usuário, ao invés de replicar estados de E/S. Dessa forma programa-se quais posições de memória de cada rádio devem ser transmitidas a outros rádios, através dos endereços de cada um e cada vez que há a mudança no estado de um dado de memória, o conteúdo da tabela é enviado. O acesso a estes dados é realizado através de uma porta serial RS-232 ou RS-485 com protocolo MODBUS-RTU, PROFIBUS-DP ou DeviceNet. 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Rádio Telemetria com Integração

Diagrama de Blocos Funcional de um Rádio MODEM

Transmissão de Dados Via Sistema de Telefonia Móvel-Celular
Nas aplicações em que as unidades de comunicação estão muito distantes, ou é inviável a instalação de rádio MODEM, a solução mais adeuqada é o uso da transmissão dos sistemas de telefonia móvel (clelular), como MODEM ou mensagens SMS (Short Messages Service) 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Tecnologia GSM (Global System for Mobile Communications) e SMS
Quando GSM é usado como meio de transmissão de dados, é possível fazer telemetria e controle através de GPRS (General Packet Radio Service) ou telemetria através de SMS. SMS – Serviço de mensagem curto (até 160 caracteres), cobrado por mensagem, custo variável de acordo com a operadora do serviço, cliente e plano. Não exige canal dedicado, só é alocado no momento da transmissão. GPRS – Usa comutação de pacotes, é cobrado por dados e não por tempo. Seu custo é menor que o SMS. Usa protocolo IP e possui interconectividade com a Internet. 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Tecnologia GSM (Global System for Mobile Communications) e SMS
Para o uso do SMS os únicos componentes necessários para a comunicação são:os módulos GSM, a própria rede GSM. Os endereços dos módulos são os números das caixas postais dos SIM cards (Subscriber Identity Module), que são fixos e únicos. No serviços GPRS, o módulo GSM ganha um endereço IP no domínio da rede GPRS e pode acessar servidores com endereços IP no domínio da Internet. 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Transmissão de Dados sem Fio - Considerações
Para grandes distâncias é indicado um sistema para transmissão de dados utilizando telefonia móvel no modo SMS ou GPRS. Pois possuem o menor custo de implantação e manutenção. Este sistema só é superado pelos sistemas que operam na faixa de frequência aberta ISM. Uma solução híbrida utilizando RM com Spread Spectrum para enlaces de média distância e módulos celulares para longas distâncias é a mais viável economicamente. 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
Bluetooth 18/09/2018 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Interligação de Dispositivos Utilizando Bluetooth

Modelo de Trabalho ZigBee

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