O documento discute conceitos de comunicação em sistemas de controle industrial, incluindo protocolos de comunicação como CAN, MODBUS e Fieldbus. Ele descreve as vantagens do Fieldbus, como interoperabilidade, dados de processo mais completos e melhor segurança da planta. O documento também discute estruturas de rede e meios de transmissão para sistemas de comunicação industrial.

1. Licenciatura em Engenharia Termotécnica
Controle em Sistemas Térmicos
Comunicação Para Sistemas de Controle
4° Ano VII semestre
Discente: Docente:
Paulo Rosário Olesse Eng. Fernando Dzeco
Dercio Victorino
Camocamo Albino
Songo, Abril de 2023

2. 1
Índice
Conteúdo Página:
Introdução......................................................................................................................... 2
Conceitos sobre comunicação em Sistemas de Controlo Industrial................................. 3
Comunicação por meio de sinais Analógicos e Digitais............................................... 3
Unidade de informação................................................................................................. 3
Estruturas de redes........................................................................................................ 4
Estrutura estrela ............................................................................................................ 4
Estrutura anel ................................................................................................................ 4
Estrutura barramento..................................................................................................... 5
Meios de transmissão.................................................................................................... 5
Protocolo de comunicação................................................................................................ 6
CAN – Controller Area Network.................................................................................. 6
CANopen ...................................................................................................................... 7
DeviceNet ..................................................................................................................... 7
MODBUS ..................................................................................................................... 7
Fundation FIELDBUS .................................................................................................. 8
Características da tecnologia Fieldbus ...................................................................... 8
Benefícios do Fieldbus.............................................................................................. 9
1-Interoperabilidade .................................................................................................. 9
2-Dados de processo mais completos........................................................................ 9
3-Melhor segurança da Planta................................................................................. 10
4-Manutençao proactiva Mais fácil......................................................................... 10
HART Highway Addressable Remote Transducer..................................................... 10
Ethernet....................................................................................................................... 10
Conclusão ....................................................................................................................... 12
Referências Bibliográficas.............................................................................................. 13

3. 2
Introdução
A comunicação é um processo que envolve a troca de informações por meio de regras
mutuamente entendíveis. A capacidade de compartilhar recursos de dados e de forma
segura no setor industrial surgiu como consequência da interligação dos controladores
lógicos programáveis aos computadores (PC). As redes de comunicação foram
introduzidas em sistemas de controlo em meados da década de 70 na indústria
automobilística para promover a redução dos custos com acabamento e modulação de
sistemas.
Objetivo geral:
Descrever o processo de comunicação em sistema de controle.
Objetivos específicos:
Conceitos sobre comunicação em Sistemas de Controle.
Descrever os Protocolos de Comunicação em redes Industrias.
Falar das Redes de Interoperabilidade.
Falar das aplicações práticas dos sistemas de comunicação de dados em plantas
térmicas.

4. 3
Conceitos sobre comunicação em Sistemas de Controlo Industrial
Comunicação por meio de sinais Analógicos e Digitais
Nos sistemas de controle de processos industriais a informação pode transitar sobe duas
vertentes de transmissão, nomeadamente a transmissão analógica e a digital.
A transmissão analógica de informações é caracterizada por uma contínua variação na
amplitude do sinal transmitido. Neste caso, uma corrente ou tensão proporcional ao valor
medido de uma determinada grandeza percorre o circuito entre o transmissor e o
controlador. Mudanças na intensidade da corrente ou tensão são imediatamente
registradas por qualquer dispositivo presente no circuito.
Diferentemente, o sinal digital não varia continuamente, mas é transmitido em pacotes
discretos de informação. A informação não é imediatamente interpretada devendo ser
primeiro decodificada pelo receptor. No sistema digital existem diferentes maneiras de
transmitir a informação, tais como por meio de pulsos elétricos (que saltam entre dois
diferentes níveis de tensão), em computadores e em barramentos de campo, ou, como
uma série de pulsos óticos ou acústicos de diferentes durações (como ocorre no código
de Morse).
Ainda no sistema digital, não há limitação quanto ao conteúdo do sinal, podendo este
transmitir além do valor da variável medida, outras informações a respeito do sensor. Na
comunicação digital o sinal, composto de uma série de pulsos de tensão é enviado do
transmissor para o receptor através de um meio de transmissão. Este pode ser um fio,
fibra ótica ou ondas eletromagnéticas.
Unidade de informação
O Sistema usado nos microprocessadores é o de numeração binário. A informação está
contida nas mudanças entre dois níveis de tensão. Convencionalmente o nível alto de
tensão representa o nível lógico 1 e a tensão baixo nível lógico 0. A unidade de
informação, representada pelos valores 0 e 1, é denominada bit-binary digit.
A comunicação entre o operador e o processador é estabelecida pelo uso do byte, que é
constituído por 8 bbits, facto este possibilita o processamento de textos e números, com
recurso a códigos de controle e de dados responsáveis por informar o que está a ser
transmitido e de que modo.

5. 4
Estruturas de redes
Uma rede é a conexão de dois ou mais dispositivos através de um meio de transmissão.
Em uma rede de barramento de campo, o meio pode ser fio, fibra ótica ou canal de
telecomunicação. A escolha do meio depende da interface e da taxa de transmissão
requerida. A tipologia de rede descreve a maneira pela qual os vários dispositivos de rede
são conectados. Existem varias topologias, que se diferenciam de acordo com três
critérios: a disponibilidade, a redundância e a expansibilidade. As três topologias
básicas são estrela, anel e barramento.
Estrutura estrela
Toda informação é canalizada através de um nó central, um computador de processo.
Cada dispositivo é servido por uma conexão própria. Toda troca de informação entre os
dispositivos é manipulada via nó central. Nesta tipologia falhas nas linhas individuais não
são críticas, afectando somente o dispositivo a elas conectado. Por outro lado se estação
falhar toda a rede falha.
Figura 1: ilustração de fluxo de informação na topologia estrela.
Estrutura anel
Na estrutura anel não há um controle centralizado. Cada dispositivo assume papel de
controlador em intervalos estritamente predeterminados. Possui expansibilidade
teoricamente eliminada. Uma falha em um dispositivo seria suficiente para interromper a
comunicação na rede. Como forma de mitigação utiliza-se chaves by pass.
Figura 2: ilustração de fluxo de informação na topologia anel

6. 5
Estrutura barramento
Na estrutura barramento, todos dispositivos são conectados são conectados a uma linha
de dados simples, chamada barramento, ao longo da qual a informação é disponibilizada.
Um barramento com ramos é denominado árvore. A informação chega até um receptor
sem ajuda de qualquer outro dispositivo, agindo estes como elementos passivos,
diferentemente do que ocorre na estrutura em anel. A estrutura permite comunicação entre
quaisquer dispositivos conectados, mas a transmissão de dados pelo barramento deve ser
regulada com rigor. Apresenta expansibilidade teoricamente ilimitada.
Utiliza normalmente um cabo longo, comumente chamado backbone; os dispositivos são
conectados a ele, usando conectores, em formato de “T”. O backbone é terminado nas
extremidades. A maior parte das topologias permite que os sinais trafeguem nas duas
direções, havendo restrição de distância e número de bifurcações, a fim de manter a
integridade do sinal. No caso de falha, sua detecção é difícil e todos os dispositivos são
afetados
Figura 3: ilustração de fluxo de informação na topologia barramento.
Meios de transmissão
Em redes de comunicação industriais, quanto mais informações e quanto maior a taxa de
transmissão são necessárias maiores exigências sobre os meios de transmissão pois, as
condições podem se afastar muito de ideal devido às possíveis interferências de
maquinaria elétrica pesada. Neste caso, o melhor meio de transmissão depende muito da
aplicação.

7. 6
Figura 4: ilustração de diferentes tipos de condutores.
O par tração é a solução mais económica na transmissão de dados, possibilitando taxas
de transmissão de até 375 𝑘𝑏𝑖𝑡/𝑠 em distâncias de até 300 m. Quando encapado aumenta
sua imunidade a interferências e melhora a performance.
Os cabos múltiplos encapados são recomendados quando não há comunicação cruzada
entre os cabos. Permitem altas taxas de transmissão e podem transportar várias mensagens
em simultâneo. Podem transmitir até distâncias de 2 km. Em qualquer caso, entretanto,
estes meios devem ficar bem afastados dos cabos de potência onde grandes cargas são
chaveadas.
As fibras óticas possuem uma capacidade de transmissão cinco vezes superior ao dos
cabos coaxiais. Por transmitirem sinais de luz, tornam-se imunes a interferências
eletromagnéticas. Permitem transmissão na ordem de gigabits por segundo.
Protocolo de comunicação
A arquitetura de rede é formada por níveis, interfaces e protocolos. Um protocolo de nível
N é um conjunto de regras e formatos (semântica e sintaxe), através dos quais dados ou
informações do nível N são trocados entre as entidades do nível N, localizados em
sistemas distintos, com intuito de realizar as funções que implementam os serviços de
níveis. Um ou mais protocolos podem ser definidos em um nível.
CAN – Controller Area Network
O protocolo CAN é um protocolo de comunicação serial que descreve os serviços da
camada de enlace de dados, segundo o padrão ISO/OSI. Nela, são definidos os diferentes
tipos de telegramas (frames), validação, arbitração de mensagens e a forma de detecção
de erros.

8. 7
Foi desenvolvido inicialmente pela Bosch, em 1986, para aplicações automotivas, e que,
atualmente vem sendo utilizado em sistemas de automação industrial. É baseado na
técnica de CSMA/CR – Carrier Sense Multiple Access/Collision Resolution de acesso
ao meio de transmissão. Isso quer dizer que, sempre que ocorrer uma colisão entre duas
ou mais mensagens, a de mais alta prioridade terá acesso assegurado ao meio físico e
poderá prosseguir a transmissão.
Têm como principais características boa flexibilidade de configuração, capacidade de
detecção e sinalização de erros, distinção entre falhas permanentes e erros provisórios nos
nós, priorização de mensagens e ser aplicável a topologia barramento ou estrela.
CANopen
A rede CANopen é uma rede baseada em CAN, ou seja, utiliza telegramas CAN para
troca de dados na rede. Foi desenvolvida como uma rede embarcada padronizada com
capacidade de configuração altamente flexível. Originalmente foi projetada para redes de
controle de máquinas orientadas por sinal, como sistemas manuais, evoluiu para mais
diversos campos de aplicação.
DeviceNet
DeviceNet foi apresentado em 1994, é uma implementação do protocolo CIP – Common
Industrial Protocol – para redes de comunicação industrial. Foi desenvolvido
originalmente pela Allen-Bradley, teve sua tecnologia transferida para a ODVA, que,
desde então divulga, mantém e promove o DeviceNet, além de outras rede.
Tem como principais características ser utilizado principalmente na interligação entre
controladores industriais e dispositivos de I/O – Imput/Output, prioridade entre as
mensagens, pode operar na arquitetura mestre/escravo, quanto ponto a ponto, define dois
tipos de mensagens: I/O e explicit (configuração e parametrização), detecta endereços
duplicados e pode isolar um nó em caso de defeitos críticos, utiliza resistores de
terminação nos extremos do barramento principal.
MODBUS
Desenvolvido pela Modicon Industrial Automation Systems, hoje Scheneider, serve para
comunicar um dispositivo mestre com outros dispositivos escravos. Embora seja utilizado
normalmente sobre conexões seriais pardraoRS-232, ele também pode ser usado como
um protocolo de chamada de aplicação de redes industriais tais como TCP/IP sobre
Ethernet e MAP. Constitui, provavelmente, o protocolo de mais larga utilização em
automação industrial, pela sua simplicidade e facilidade de implementação.

9. 8
O protocolo MODBUS é baseado num modelo de comunicação mestre-escravo, onde um
único dispositivo, o mestre, pode iniciar transições denominadas queries. Os demais
dipositivos da rede, os escravos, respondem, suprindo os dados requisitados pelo mestre
ou executando uma acção por ele comandada.
Geralmente o mestre é um sistema supervisor e os escravos são controladores lógicos
programáveis. Os papeis de mestre escravo são fixos, quando se utiliza comunicação
serial, mas e outros tipos de rede, um dispositivo pode assumir ambos papeis, embora não
em simultâneo.
Fundation FIELDBUS
O Fieldbus é uma rede de transmissão de dados para comunicação em equipamentos de
instrumentação e controle de plantas industriais, tais como transmissores, atuadores e
controladores. Esta rede é do tipo digital pois, as informações são transmitidas em forma
de mensagens de acordo com as camadas de comunicação definidas pelo protocolo
Fieldbus.
O Fieldbus surgiu com a finalidade de interligar os instrumentos de campo com diferentes
características e de diversos fabricantes. Esta interligação proporciona vantagens como
a maior imunidade a ruídos, pré-processamento de dados específicos, transmissão de
informações adicionais dos dados capacitando o diagnostico do dispositivo e a previsão
de falhas, redução de custos do projeto, entre outras.
O Fieldbus é um protocolo interoperável suportado pela maioria dos fabricantes mundiais
de instrumentação. A opção de baixa velocidadepara Fieldbus é 25 vezes mais rápida que
os protocolos comuns para transmissores inteligentes, além de ser muito mais eficiente.
Características da tecnologia Fieldbus
O fundantion Fieldbus é um sistema de comunicação totalmente digital, em série e
bidirecional que conecta equipamentos fieldbus tais como sensores, atuadores e
controladores. Consiste de uma rede local (LAN) para automação e instrumentação de
controle de processos, com capacidade de distribuir o controle no campo.

10. 9
Figura: ilustração de rede fieldbus com controlo centralizado.
Benefícios do Fieldbus
O Fundantion Fieldbus possui muitas características operacionais do sistema analógico 4
a 20 mA, tais como uma interface física padronizada da fiação, os dispositivos
alimentados por um único par de fios e as opções de segurança intrínseca, mas oferece
uma série de benefícios aos usuários.
1-Interoperabilidade
Interoperabilidade é a capacidade de um sistema de se comunicar de forma transparente
com outro sistema.
Para um sistema ser considerado interoperavel é essencial que ele trabalhe com
Padrões abertos.
Com a interoperabilidade, um dispositivo Fieldbus pode ser substituído por um
dispositivo similar com maior funcionalidade de outro fornecedor da rede do Fieldbus,
mantendo as características originais. Dispositivos individuais Fieldbus podem também
transmitir e receber a informação de multivariáveis, comunicando-se diretamente um com
o outro sobre o mesmo barramento Fieldbus, permitindo que novos dispositivos sejam
adicionados ao barramento sem interromper o controlo.
Aplicações práticas dos sistemas de comunicação de dados em plantas Térmicas
2-Dados de processo mais completos
Com o Fundantion Fieldbus, as variáveis múltiplas de cada dispositivo podem ser trazidas
ao sistema de controlo da planta para a análise, arquivo, análise de tendência, estudos de

11. 10
otimização de processo e geração de relatórios. Este acesso aos dados mais exatos e de
alta resolução, permite um ajuste fino do processo e para melhorar operação, reduzindo o
tempo ocioso da planta. Estas características permitem um maior desempenho e
lucratividade mais elevada da planta.
3-Melhor segurança da Planta
Esta tecnologia ajuda as plantas a manter as exigências de segurança, cada vez mais
restritas. Fornecendo operadores com notificação aviso antecipados de circunstancias
perigosas pendentes e atuais, o Fieldbus permite a ação corretiva antes de uma parada não
planeada. As potencialidades de diagnóstico ampliadas da planta reduzem também a
necessidade do acesso frequente `as áreas perigosas, minimizando os riscos do pessoal no
campo.
4-Manutençao proactiva Mais fácil
As potencialidades ampliadas de diagnóstico dos dispositivos de campo possibilitam
monitorar e registrar condições como o desgaste da válvula e entupimento do transmissor.
O pessoal da planta pode executar a manutenção proactiva sem esperar uma parada
programada, evitando ou reduzindo assim o tempo ocioso da planta.
HART Highway Addressable Remote Transducer
HART é um protocolo digital que utiliza de forma flexível o sinal digital sob o 4-20 mA
para parametrização e monitoração das informações. As duas tecnologias, analógica e
digital convivem nesse protocolo. Ele propicia a comunicação digital bidirecional em
instrumentos de campo inteligentes, sem que haja interferência no sinal analógico de 4-
20 mA. Os dois sinais podem ser transmitidos simultaneamente no mesmo cabo. A
variável primaria é transmitida pelo 4-20mA, enquanto medições adicionais, parâmetros
de processo, configurações de parâmetros, calibrações, etc.
Algumas das principais características do protocolo HART incluem projeto relativamente
simples, de fácil operação e manutenção, é compatível com instrumentação analógica,
sinal analógico e comunicação digital, possui acesso de dados flexível, usando até 2
mestres, emprega método mestre/escravo, comunicação ponto-a-ponto ou multi-drop, etc.
Ethernet
Ethernet, desenvolvida para conexão de computadores pessoais, utilizada largamente para
interconexão para redes locais LAN, é baseada no envio de pacotes. Ela define sinais
elétricos e cabeamento para a camada física, além do formato de protocolos e pacotes

12. 11
para a camada de controle de acesso ao meio MAC Media Access Control do modelo
OSI.
A partir do Ethernet, diversos serviços e protocolos foram de mais alto nível foram
desenvolvidos, para permitir maior número de serviços na rede, como estabelecimento de
conexão, roteamento de pacotes, transmissão e recepção de arquivos

13. 12
Conclusão
Findo o estudo do tema abordado tornou-se claro que definir uma solução de redes
industriais para estabelecer comunicação em uma empresa é uma decisão importante,
pois, envolve desenvolver e manter a integridade e funcionalidade das redes industriais,
promover o aperfeiçoamento do desempenho e torná-las mais confiáveis, escaláveis e
seguras.
É crucial que ao criar uma solução de qualquer natureza em automação, é necessário
primeiramente desenhar a arquitetura do sistema, organizando seus elementos vitais, tais
como módulos de aquisição de dados, CLP’s, instrumentos, sistema de supervisão, em
torno das redes de comunicação de dados apropriadas.

14. 13
Referências Bibliográficas
CAVALLIN Fernando, Estudo sobre redesde comunicação para automação
industrial, Curtiba-2016.
AGOSTINI Nestor, Tecnologias de comunicação utilizadas em automação, Rio
do Sul-2008.