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Redes de Comunicação
Principais Tecnologias Existentes
Modbus
ETHERNET
Não existe uma solução única que atenda
a todas as necessidades de comunicação de dados
em automação industrial.
Modbus
SensorBus
DeviceBus
FieldBus
DataBus
ETHERNET
A escolha das tecnologias de Redes de
Comunicação a serem utilizadas
depende dos requisitos de cada aplicação.
 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;
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 (Type 8) - Interbus-S.
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Classificação das Redes de Comunicação
Nível 4
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Nível 3
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Nível 2
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Nível 1
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alguns bits
 Frequência de
comunicação de dezenas
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 Distância de dezenas de
metros
 Concepção determinística
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
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+
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)
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a aplicação e sincronização
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 A Ethernet foi criada antes do modelo OSI
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 As camadas estão implementadas em
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Rede
Transporte
Sessão
Apresentaç ão
Aplicaç ão
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Multiplos Meios Físicos
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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
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
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Fibra Óptica
Radio Frequência
Cobertura Geográfica
 Topologia: forma de interligação dos elementos na
Rede
 Distância: espaço máximo coberto pelo meio
físico de comunicação utilizado pela Rede.
BARRAMENTO
(BUS)
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(RING)
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(STAR)
ÁRVORE
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Método de Acesso
 Polled Access
 Pergunta-Resposta (Query - Response)
 Mestre-Escravo
 Token Access
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 Redes Peer-to-Peer
 Carrier Sense Multiple Access
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 Cliente-Servidor
Método de Acesso
Mestre / EscravoMestre / Escravo
Pergunta
Resposta
Método de Acesso
Token RingToken Ring
Método de Acesso
HUB
CSMACSMA
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
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.
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
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
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
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
Arquitetura Típica AS-i
Acessórios típicos AS-i
Cabo
Derivador p/ dispositivo ASi
Derivador p/ dispositivo convencional
Cabo plano
AS-i
Arquitetura Típica AS-i
Configuração AS-i
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
Controlador
Remota
Inversores
Encoders
Derivador
Arquitetura Típica Interbus S
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”
Acessórios DeviceNet
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”
Profibus DPProfibus DP Profibus PAProfibus PA
Process AutomationProcess Automation
Arquitetura Típica Profibus DP/PA
SegmentSegment
CouplerCoupler
• Inserindo Mestre • Inserindo Escravos
Configuração Profibus DP/PA
• GSD - Identificador do dispositivo
Configuração Profibus DP/PA
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Profibus DP / PA - Arquitetura
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”
Arquitetura Típica Device WorldFIP
Acessórios típicos FIP
Derivador IP 65
Repetidor
Conector
Configuração FIP
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+
Arquitetura Típica Modbus Plus
I1 133 A
Modbus
Acessórios Modbus Plus
Tap Tap (ambiente agressivo)
Configuração Modbus Plus
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
Acessórios ControlNet
Derivação
Conectores
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)
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Arquitetura Típica Foundation Fieldbus H1
Ethernet
 Classificação: Databus
 Varios fornecedores de equipamentos e chips
 Topologia: Estrela
 Velocidade de transmissão: 10/100 Mbps
 Tempo de Ciclo:Dependente do application layer
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  • 2. Principais Tecnologias Existentes Modbus ETHERNET Não existe uma solução única que atenda a todas as necessidades de comunicação de dados em automação industrial.
  • 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
  • 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
  • 28. Acessórios típicos AS-i Cabo Derivador p/ dispositivo ASi Derivador p/ dispositivo convencional
  • 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
  • 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”
  • 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”
  • 42. Acessórios típicos FIP Derivador IP 65 Repetidor Conector
  • 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)
  • 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
  • 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
  • 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 !!