Apresentacao -aula_01_rede_industrial

FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Rede Industrial e Tecnologias de Controle
Redes Industriais Semestre 01/2015
Engenharia de Controle e Automação

Introdução
 Muitos sistemas e técnicas tem sido
desenvolvidos para o controle de
operação, supervisão e gerenciamento
na otimização do processo industrial.
 O mesmo ocorre na parte física do
processo de automação industrial, com
novas tecnologias e métodos para a
transmissão em redes de dados bem
como conceitos de desenvolvimento.
PACKAGING LINE 1
Data
base
ERP and
Information
Systems
Business
Intelligence
HMI and View Clients
Typical System
Architecture
MES and
Automation
Systems
Manufacturing
Intelligence
Controllers
Server1 Server2

Arquitetura da Automação Industrial
 Nível 5: Administração dos recursos da empresa.
Softwares para gestão de vendas e financeira. Decisão
e gerenciamento de todo o sistema.
 Nível 4: Nível da programação e planejamento da
produção, realizando o controle e a logística dos
suprimentos.
 Nível 3: Controle do processo produtivo da planta.
Constituído por banco de dados, com informação sobre
índices de qualidade da produção, relatórios e
estatísticas de processo, índices de produtividade,
algoritmos de otimização da operação produtiva.
 Nível 2: Controladores digitais, dinâmicos e lógicos, e
de algum tipo de supervisão associada ao processo.
Aqui se encontram concentradores de informações
sobre o Nível 1, e as Interfaces Homem-Máquina (IHM)
 Nível 1: É o nível das máquinas, dispositivos e
componentes (chão-de-fábrica).
ISA-95
https://www.isa.org/isa95/

Warehousing, Receiving,
MES, CMMS, CAPA,
LIMS, Auto ID
Level 4
ERP, Compliance,
Analysis,
Health/Safety/Environment
Level 5
HMI, DCS, Historians,
Batch, Compliance
Level 3
Equipment and sensors
Lab Instruments
Level 1
HMI, PLC’s,
DCS,Instrumentation,
Analytics
Level 2
Integração
com
Redes
de
Comunicação
Arquitetura da Automação Industrial
ISA-95

The Connected Enterprise
Integrated Control and Information
Enterprise Optimization
Information Aggregation
and Analytics
Converged Secure Network
Infrastructure
Multi-disciplined
Control
Intelligent Assets
Business
Management
Production
Management
Operations
Engineering
Maintenance
ISA-95

Arquitetura de Referência
Converged Plantwide Ethernet (CPwE)
 Design guidance
 Best practices and
recommendations
 Methodology
 Documented configuration
settings
 Developed against tested and
validated architectures
 “Future-ready” network
foundation
GE Link for Failover
Detection
Firewall
(Active)
Firewall
(Standby)
Layer 3
Router
Layer 3 Switch
Stack
Layer 2 Switch
Drive
Controller
Controller
Drive
HMI
Controller
Drive
HMI
Distributed I/O
Distributed I/O
Level 0–2
HMI
Cell/Area #1
(Redundant Star Topology)
Cell/Area #2
(Ring Topology)
Cell/Area #3 (Bus
Topology)
Cell/Area Zone
Manufacturing Zone
Level 3
Demilitarized Zone (DMZ)
Demilitarized Zone (DMZ)
Enterprise Zone
Levels 4 and 5
Windows 2003 Servers
• Remote desktop connection
• VNC
• PCAnywhere
FactoryTalk Applications
• View
• Metrics
• Historian
• AssetCentre
• ProductionCentre
Network Services
• DNS, DHCP, syslog server
• Network and security management
http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/enet-wp004_-en-e.pdf

Arquitetura de Referência Wireless
Converged Plantwide Ethernet (CPwE)
 Design guidance
 Best practices and
recommendations
 Methodology
 Documented configuration
settings
 Developed against tested and
validated architectures
 “Future-ready” network
foundation
http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/wp/enet-wp034_-en-p.pdf

Evolução do controle distribuído
1990’s
Flex I/O
Drive
PB
Panel
A partir de 2000
Multi-disciplined
Controller
Drive w/PID
Safety
Controller
IHM
Flex I/O
O.S.
Packaged
Controller
1980’s

A Rede Industrial
 Uma rede faz a comunicação entre um determinado número de estações
de forma que possam trocar informações entre si.
 Também transmite informação para o controle de um processo. Uma rede
é distinguida pelo tipo de sistema que compõe o backbone. Suas
características podem ser determinadas em função do gerenciamento do
fluxo de informação dentro do sistema.
 Informação ........ Controle ......... Dispositivos (campo)

Sistema em tempo real
 Um sistema em tempo real executa as tarefas em sincronismo com o
tempo presente. Estas tarefas podem consistir na aquisição de
dados, cálculos de controle de processos, inicialização de uma ação
crítica e controle de atuadores.
 Atualmente há sistemas no qual a “inteligência” é distribuída em
equipamentos terminais remotos. Estes sistemas envolviam a
resolução de dois tipos de problemas:
 Configuração do terminal inteligente através da rede
 Coordenação dos elementos distribuídos de uma aplicação para
a troca de dados em determinado instante (conceito de
sincronização).

… e finalmente, a Arquitetura deve prover acesso e
informação para quem precisa!
CIP
CIP
Informação
Controle
Campo
Controle
Informação
• Uma boa rede de comunicação:
• Acessa TODO sistema de controle de um ÚNICO
LOCAL
• Transmissão de mensagens de forma
transparente
• Não há programação extra nos gateways e
proxys, sem segredos!

O Modelo para Troca de Informação
 Os principais modelos utilizados são:
 o cliente/servidor (ou mestre/escravo, ou ainda origem/destino –
baseado em filas) e,
 o produtor/consumidor (baseado em tabelas de comunicação)

Modelo Cliente/Servidor
 Dentro do protocolo de comunicação de cada estação é incluído um conjunto de filas para receber
e enviar arquivos. Quando uma estação quer, por exemplo, ler o valor registrado por um sensor
de temperatura, ele envia uma mensagem para sua interface de comunicação ler esta variável do
processo da estação X. Isto desencadeia a seqüência:
 A mensagem de solicitação é mantida numa fila de saída e será lançada para a rede na
próxima vez que a estação X se comunicar.
 O sensor de temperatura recebe a solicitação que será mantida numa fila de recepção.
 O sensor mede (ou calcula) o valor solicitado e retorna este valor utilizando a mesma
freqüência.
 O tempo de espera nas filas representa o principal fator no tempo de resposta do modelo. Uma
estação com baixa performance refletirá na performance do sistema inteiro. Por isto, sistemas
cliente/servidor são difíceis de configurar.

Modelo Cliente/Servidor
 Uma pessoa (origem) informa individualmente a cada uma das outras
pessoas na sala (destino) o horário marcado em seu relógio (dado)
 O tempo continua passando enquanto a “origem “ informa o horário a cada
um
 dados não estarão corretos após as primeiras
pessoas
 Tanto origem como destinos terão que fazer ajustes
para se alcançar algum tipo de sincronismo
 A agilidade deste processo varia em função
do número de pessoas na sala

Modelo Produtor/Consumidor
 Usa um grupo de buffers no caminho de comunicação de cada
estação:
 Cada buffer corresponde a uma variável da aplicação.
 Cada buffer é identificado especificamente dentro do grupo de
aplicação por rótulo lógico.
 Cada buffer mantém o valor instantâneo de uma variável da
aplicação, esperando para ser enviado via rede ou ser usado
pela aplicação.
 Processos principais:
 Produtor: deposita o novo valor em um buffer de transmissão.
 A rede: copia o conteúdo do buffer de transmissão do produtor
para um buffer de recepção do consumidor.
 O consumidor: captura o valor contido no seu buffer de
recepção.

Modelo Produtor/Consumidor
 Sistemas deste tipo são fáceis de configurar, especialmente onde é
requerido a operação cíclica. O modelo produtor/consumidor é
limitado ao gerenciamento de eventos e transmissão de grande
quantidade de informação.

Modelo Produtor/Consumidor - Multicast
 Uma pessoa informa o horário (produtor) a todos os presentes
 Todas as 20 pessoas recebem a informação simultaneamente
 Algumas pessoas podem optar por “consumir”os dados
(reconhecer a recepção por um gesto, ajustar seus relógios,
etc..)
 Outros podem optar por não “consumir” a informação.
 Altamente eficiente (os dados são produzidos apenas uma vez,
não são necessários ajustes adicionais para produtores e/ou
consumidores)
 Altamente determinístico (tempo de transmissão não muda se
mais pessoas entrarem ou saírem da sala)

Modelo Produtor/Consumidor - Multicast
• Mensagem #1
– referência de posição do sensor transmitida em multicast aos CTRL1, 2 e IHM
• Mensagem #2
– comando de velocidade do CTRL1 transmitido simultaneamente aos 3 inversores e IHM
• Multicast não é possível com modelo mestre/escravo
– no sistema acima teríamos necessariamente 7 mensagens se fosse utilizada uma rede
de comunicação no modelo Mestre-Escravo (ou Cliente-Servidor)
inversor1 inversor3
inversor2
CTLR1 HMI
Sensor
CTLR2
#1
#2

Unicast vs. Broadcast
Controller
BROADCAST
One-to-one, individual
transactions
One-to-all, single
transaction
Controller
UNICAST

Multicast
MULTICAST
Controller
 Switches replicam os fluxos de dados para os segmentos e hosts que necessitam
dele
 O host (controlador) que quer receber o tráfego de um grupo multicast pode entrar e
sair do grupo dinamicamente
 Aguns controladores são membros de um grupo multicast designado e pode estar
localizado em qualquer lugar na rede de Camada 2 (Layer2) – não para a Camada 3
(Layer3) devido ao multicast TTL = 1 da EtherNet / IP
One-to-many,
single transaction

Sistemas de gerenciamento Industrial
•Algumas das Estratégias de Gerenciamento Industrial incluem CIM (Computer
Integraded Manufacturing), JIT (Just in Time), FMS (Flexible Manufacturing
Systems), HMI (Human Machine Interfaces), MES (Manufacturing Execution
System), MRP (Material Requeriments Planning), MRP II (Manufacturing
Resources Planning), ERP (Enterprise Resources Planning) e SCM (Supply
Chain Management).
•A maior parte dos sistemas de gerenciamento localiza-se num dos seguintes
níveis:
•MIS (Management Information System) Business Intelligence e Manufacturing Intelligence
•Supervisão Visualização e Operação
•Sistema de Controle

Sistema de Controle
• O nível do Sistema de Controle envolve a transferência de informações ponto
a ponto entre equipamentos tais como PLCs, PACs, CNCs, DCSs,
Controladores de Segurança, robôs e outros controladores de modo a fornecer
uma operação eficiente e segura nos processos. Ele também disponibiliza a
interface com os níveis de Supervisão e MIS (Management Information System).
• Tecnologias para integrar a operação:
•MAP (Manufacturing Automation Protocol)
•Redes Fieldbus
•Destaque para a Ethernet/IP
•OPC (OLE –Object Linking and Embedding –
Process Control)
HMI Clients
Controller
Industrial Network

Sistema de Controle - MAP
•MAP (Manufacturing Automation Protocol)
É um sistema de controle com padrão de comunicação aberto,
desenvolvido em 1980 pela GM. Na época, a GM possuía em torno de 40000
dispositivos inteligentes no chão de fábrica em ilhas de automação isoladas.
Apesar do sucesso inicial, o MAP não popularizou-se
internacionalmente. O principal problema foi a falta de um caminho de migração
para os usuários de equipamentos produzidos fora do padrão MAP.

Sistema de Controle – Redes Fieldbus
•Redes Fieldbus
Diversos padrões para sistemas Fieldbus tem sido desenvolvidos nos
últimos anos. São redes de alta velocidade projetadas especificamente para
aplicações em Sistema de Controle. Algumas destas redes especificam
requisitos para aplicação em sistemas de segurança intrínseca, alimentação
elétrica via cabo de comunicação e sistemas com redundância.
Ex.: Safety DeviceNet, DeviceNet, ControlNet,
Safety Ethernet/IP e Ethernet/IP.
Profibus-DP e Profibus-PA
HMI Clients
Controller
Industrial Network
Drive
Sensor

Sistema de Controle – Redes Fieldbus

Sistema de Controle – Ethernet/IP
•Ethernet/IP
A Ethernet para aplicação no Sistema de Controle Industrial possui
vantagens como o baixo custo para instalação e manutenção, configuração e
gerenciamento simplificados, e fácil conectividade em redes intranets ou na
Internet.
A taxa de transferência pode ser de 10Mbps, 100Mbps (Fast Ethernet) e
1Gbps (Gigabit Ethernet).
Entre as facilidades da Ethernet são a comunicação com múltiplos
dispositivos e gerenciamento do tráfego entre sistema de Controle e
computadores, tornam eficiente sua utilização para integrar desde os níveis do
Sistema de Controle até o Sistema MIS (Management Information System).

Multi-discipline Industrial Network Convergence
Process Control
Discrete Control
Information Technology
Intelligent Motor Control Convergence of Industrial Automation Technology (IAT)
with Information Technology (IT)

Sistema de Controle – OPC
• OPC (OLE –Object Linking and Embedding – Process Control)
Este padrão foi desenvolvido a partir de 1995 e atualmente é controlado pela
Fundação OPC. Possui arquitetura aberta, flexível e “plug-and-play” na interface de
comunicação para dispositivos de controle. Baseado nas tecnologias OLE e COM (Component
Object Model) da Microsoft, consiste de um conjunto de padrões para interfaces, propriedades e
métodos para controle no processo e aplicações de automação.
O OPC utiliza a arquitetura cliente/servidor. No caso da Ethernet o OPC padroniza a
interface apresentada por todos os dispositivos.
Os servidores OPC atuam como componentes de software executados em plataforma
Microsoft, que fornece interface para aplicações em dispositivos contendo padrão de
comunicação proprietário.
Exemplos:

Supervisão
• Este nível atua como um estágio de processamento intermediário da
informação transferida entre MIS (Management Information System) e
Sistema de Controle.
•Principais Funções:
•Controle de Supervisão e monitoração do processo em tempo real.
•Realimentação em tempo real.
•Relatórios de operação.
•Planejamento de controle de recursos.
•Instruções de produção.

Supervisão
• Principais características:
•Gráficos orientados a objetos.
•Arquitetura de rede mestre/escravo ou produtor/consumidor.
•Arquitetura de visualização local ou distribuída com
servidores/clientes
•Alta performance na comunicação com PLCs/PACs e outros
controladores.
•Relatório e consulta de Alarmes.
•Operação em tempo real.
•Controle de Acesso de Operadores/Supervisores - Login

Supervisão
• Controle e
Supervisão

• Realimentação em tempo real
Supervisão

Supervisão
• Relatórios de Operação e
qualidade

Supervisão
• AUTOMAÇÃO
Planejamento de
Controle e
Recursos.
•Instruções de
Produção e
qualidade.

MIS (Management Information System)
Business Intelligence & Manufacturing Intelligence
•A integração do nível MIS com os outros níveis de gerenciamento é
direcionada para uma visão de produção eficiente, com todas as
informações críticas disponíveis na forma eletrônica. O objetivo final é
proporcionar um instrumento de decisão e implementação operacional em
tempo real.
•Sistema deste nível, como o ERP, MES e SCM são comprometidos com o
aumento da eficiência, redução de inconsistências e confirmação do tempo
do processo completo.
•Com isso, este sistema é dependente da precisão na modelagem
(programação) das tarefas de automação.

Perguntas?

Apresentacao -aula_01_rede_industrial

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Apresentacao -aula_01_rede_industrial

Semelhante a Apresentacao -aula_01_rede_industrial (20)

Último

Último (12)

Apresentacao -aula_01_rede_industrial