O documento discute as principais tecnologias de redes de comunicação industrial existentes, como Modbus, ETHERNET, FieldBus e suas classificações e aplicações. Não existe uma solução única que atenda a todas as necessidades de comunicação de dados em automação industrial e a escolha depende dos requisitos de cada aplicação.

1. Redes de Comunicação

2. Principais Tecnologias Existentes
Modbus
ETHERNET
Não existe uma solução única que atenda
a todas as necessidades de comunicação de dados
em automação industrial.

3. Modbus
SensorBus
DeviceBus
FieldBus
DataBus
ETHERNET

4. A escolha das tecnologias de Redes de
Comunicação a serem utilizadas
depende dos requisitos de cada aplicação.

5.  A IEC 61158 Comunicação digital para medição e Controle
Fieldbus para uso em sistemas de controle industrial,
considerou um padrão multi-opção, que inclui oito
protocolos de campo.
 (Type 1) - Fieldbus Foundation H1,
 (Type 2) - ControlNet;
 (Type 3) - PROFIBUS;
 (Type 4) - P-Net;
 (Type 5) - Fieldbus Foundation High-Speed Ethernet;
 (Type 6) - SwiftNet;
 (Type 7) - WorldFIP; e
 (Type 8) - Interbus-S.
IEC 61158 Fieldbus Standard

6. Classificação das Redes de Comunicação
Nível 4
Administração Corporativa
Nível 3
Gerenciamento de Produção
Nível 2
Sistemas de Supervisão
Nível 1
Dispositivos de Controle
Nível 0
Sensores / Atuadores
Nível 2 - DataBus
Computadores (Hosts)
Nível 1 - FieldBus
Dispositivos Inteligentes
Nível 0.5 - DeviceBus
E/S e Periféricos
Nível 0 - SensorBus
Dispositivos
Dispositivos Redes

7. Nível 0 - SensorBus
 Sensores e Atuadores
tipicamente discretos
 Mensagens de dados de
alguns bits
 Frequência de
comunicação de dezenas
de milisegundos
 Distância de dezenas de
metros
 Concepção determinística

8. Nível 0.5 - DeviceBus
 Distribuição de periféricos
de controle
 Mensagens de dados de
bytes ou words
 Frequência de
comunicação de dezenas
de milisegundos
 Distância de centenas de
metros
 Concepção determinística

9. Nível 1 - FieldBus
 Integração entre unidades
inteligentes
 Mensagens de dados de
words ou blocos
 Frequência de
comunicação de centenas
de milisegundos
 Distância de centenas de
metros
Modbus+

10. Nível 2 - DataBus
 Transferência maciça de
dados entre equipamentos
 Mensagens de dados de
blocos ou arquivos
 Frequência de
comunicação de segundos
ou minutos
 Grandes distâncias (LAN /
WAN / Internet)
ETHERNETETHERNET
FDDI
MAP

11. Estrutura das Redes - Modelo OSI
Física
Rede
Transporte
Sessão
Apresentaç ão
Aplicaç ão
Ligaç ão
Utilização da Rede
(serviços)
Formatação e codificação de
dados
Alocação de recursos para
a aplicação e sincronização
Transferência de informações
Roteamento de informações
Estruturação, acesso e
checagem de erros
Transmissão de dados binários
através do meio de comunicação
Assunto a ser tratado
Linguagem comum
Enquanto um fala o outro
escuta
Central telefônica
Sistema de comunicação
Conversão da voz em
sinal modulado
Sinal elétrico e linha telefônica
Exemplo

12. Estrutura da Rede Ethernet TCP/IP (DataBus)
Física
Rede
Transporte
Sessão
Apresentaç ão
Aplicaç ão
Ligaç ão
Par Tranç ado / Coaxial /
FO
Internet Protocol
Transmission Control Prot.
CSMA - CD
 A Ethernet foi criada antes do modelo OSI

13. Estrutura Típica Sensor/Device/FieldBus
 As camadas estão implementadas em
componentes padronizados e intrínsecos aos
dispositivos simplificando a estrutura a apenas
três níveis.
Física
Rede
Transporte
Sessão
Apresentaç ão
Aplicaç ão
Ligaç ão
Multiplos Meios Físicos
ASIC / Chip Set
Drivers / Software

14. Principais Conceitos das Redes
 Meio Físico de Comunicação
 Cobertura Geográfica (Topologia e Distância)
 Método de Acesso
 Performance (Velocidade x Throughput)
 Confiabilidade (Determinística x Probabilística)
 Protocolo de Comunicação

15. Meio Físico de Comunicação
 Elemento físico utilizado para a propagação de dados
Jacket of PVC or Teflon
Jacket made of PVC or Teflon
Cabo Coaxial
Cabo de Par Trançado
Fibra Óptica
Radio Frequência

16. Cobertura Geográfica
 Topologia: forma de interligação dos elementos na
Rede
 Distância: espaço máximo coberto pelo meio
físico de comunicação utilizado pela Rede.
BARRAMENTO
(BUS)
ANEL
(RING)
ESTRELA
(STAR)
ÁRVORE
(TREE)

17. Método de Acesso
 Polled Access
 Pergunta-Resposta (Query - Response)
 Mestre-Escravo
 Token Access
 Equalização de Acesso à Rede
 Redes Peer-to-Peer
 Carrier Sense Multiple Access
 Acesso Aleatório
 Cliente-Servidor

18. Método de Acesso
Mestre / EscravoMestre / Escravo
Pergunta
Resposta

19. Método de Acesso
Token RingToken Ring

20. Método de Acesso
HUB
CSMACSMA

21. Performance da Rede
 Velocidade:
 Taxa de transferência total de dados por
unidade de tempo.
 Considera informações (dados úteis) e o
Envelope de Comunicação (dados de controle
do protocolo).
 Throughput:
 Taxa de transferência de informações por
unidade de tempo.
 Considera apenas os dados efetivamente úteis
para os integrantes da Rede.
bps

22. Característica da Rede
 Redes Probabilísticas:
 Permite apenas calcular a probabilidade da
transferência de informações ocorrer em um
determinado intervalo de tempo.
 Redes Determinísticas:
 Permite determinar com precisão o tempo
necessário para a transferência de
informações entre os integrantes da Rede.

23. Checagem de Erros
 Exemplos:
 Paridade:
 Probabilidade de 50 %
 CRC-16 (Ciclical Redundant Check 16 bits):
 Probabilidade de 10-15
%
Algoritmo utilizado para garantir a integridade dos dados
transferidos na Rede

24. Considerações Adicionais
 Compatibilidade Rede - Ambiente (Física / Elétrica)
 Baixo Custo (Projeto / Instalação / Produtos)
 Fácil Instalação / Configuração / Expansão
 Procedimento de Manutenção Simples
 Quantidade de Dispositivos
 Tecnologia Consolidada
 Disponibilidade de Produtos

25. AS-i (Actuator Sensor Interface)
 Classificação: SensorBus
 Ampla oferta de produtos
 Topologia:Barramento / Anel / Estrela / Arvore
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 4.7ms
 Max. número de nós 248 E/S (31 dispositivos)
 Distância Máxima: 100 metros / 300 c/ repetidor
 Mestre-Escravo c/ pooling cíclico

26. Arquitetura Típica AS-i
7 8 9
4 5 6
1 2 3
+ 0 -
1
2
3
4
Sensores
Inteligentes
Sensores
Partida de
Motores
Interfaces
Máquina
Interfaces de Operação
Painel
Gateway
Fonte

27. Arquitetura Típica AS-i

28. Acessórios típicos AS-i
Cabo
Derivador p/ dispositivo ASi
Derivador p/ dispositivo convencional

29. Cabo plano
AS-i
Arquitetura Típica AS-i

30. Configuração AS-i

31. Interbus S
 Classificação: Devicebus
 Mais de 400 fornecedores de equipamentos
 Topologia:Segmentada com “T - drops”
 Velocidade de transmissão: 500kBits/s full duplex
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 1.8 ms
 Max. número de nós: 256
 Distância Máxima: 400m / segmento - 12.8Km total
 Mestre-Escravo c/ total transferência de frame

32. Controlador
Remota
Inversores
Encoders
Derivador
Arquitetura Típica Interbus S

33. DeviceNet
 Classificação: Devicebus
 Mais de 300 fornecedores de equipamentos
 Topologia:Barramento
 Velocidade de transmissão: 500 - 250 - 125 kBits/s
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 2.0 ms
(configuração mestre / escravo)
 Max. número de nós: 64
 Distância Máxima: 500m (Dependente do Baudrate) - 6Km com
repetidores
 Mestre-Escravo / Multimestre / “peer to peer”

34. Acessórios DeviceNet

35. Profibus DP / PA
 Classificação: Devicebus
 Mais de 300 fornecedores de equipamentos
 Topologia:Linha / Estrela / Anel
 Velocidade de transmissão: DP - Máx: 12 Mbps ; PA - Max:
31.25 kbps
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): < 2.0 ms
(dependente da configuração)
 Max. número de nós: 127
 Distância Máxima: 100m entre segmentos (12Mbaud) ; 24Km
(Dependente do meio e do Baudrate)
 Mestre-Escravo - “peer to peer”

36. Profibus DPProfibus DP Profibus PAProfibus PA
Process AutomationProcess Automation
Arquitetura Típica Profibus DP/PA
SegmentSegment
CouplerCoupler

37. • Inserindo Mestre • Inserindo Escravos
Configuração Profibus DP/PA

38. • GSD - Identificador do dispositivo
Configuração Profibus DP/PA

39. • Configuração do sistema via software
Profibus DP / PA - Arquitetura

40. World FIP
 Classificação: Devicebus
 Inúmeros fornecedores de equipamentos
 Topologia: Barramento
 Velocidade de transmissão: Máx 2.5Mbps / 6Mbps (Fibra)
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 2ms (1
Mbps)
 Max. número de nós: 256
 Distância Máxima: 40Km
 “Peer to peer”

41. Arquitetura Típica Device WorldFIP

42. Acessórios típicos FIP
Derivador IP 65
Repetidor
Conector

43. Configuração FIP

44. Modbus Plus
 Classificação: Fieldbus
 Inúmeros fornecedores de equipamentos
 Topologia: Barramento
 Velocidade de transmissão: 1 Mbps
 Tempo de Ciclo: 20.000 registros p/ segundo
 Max. número de nós: 32 Nós por segmento - Máx: 64 Nós
 Distância Máxima: 14 Km - Fibra
 “Peer to peer”
Modbus+

45. Arquitetura Típica Modbus Plus
I1 133 A
Modbus

46. Acessórios Modbus Plus
Tap Tap (ambiente agressivo)

47. Configuração Modbus Plus

48. ControlNet
 Classificação: Fieldbus
 Poucos fornecedores de equipamentos
 Topologia: Barramento / Arvore / Estrela
 Velocidade de transmissão: 5 Mbps
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 0.5ms
 Max. número de nós: 99
 Distância Máxima: 1Km (coaxial) - 2 Nós / 250m - 48 Nós / 3Km
(fibra) / 30Km (fibra com repetidores)
 Produtor / Consumidor

49. Acessórios ControlNet
Derivação
Conectores

50. Foundation Fieldbus - H1
 Classificação: Fieldbus
 Crescente número de fornecedores de equipamentos
 Topologia: Barramento / Estrela
 Velocidade de transmissão: 31.25 kbps
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): < 100 ms
 Max. número de nós: 240 /segmento - 65.000 segmentos
 Distância Máxima: 1900m (31.25 K)
 Cliente / Servidor - Notificação de eventos

51. Arquitetura Típica Foundation Fieldbus H1

52. Ethernet
 Classificação: Databus
 Varios fornecedores de equipamentos e chips
 Topologia: Estrela
 Velocidade de transmissão: 10/100 Mbps
 Tempo de Ciclo:Dependente do application layer
 Distância Máxima: Ilimitada (Hardware apropriado - WAN /
LAN)
 “Peer to Peer”
ETHERNET

53. Arquitetura Típica Ethernet
Veja a apresentação Transparent Factory !!