Arquitetura de sistemas

1. Níveis
Redes
Industriais

2. Redes Industriais
 Por que redes?

3. Classificação das redes
 LAN (local Area Networks) :Rede local.
 MAN (Metropolitan Area
Network) :Redes metropolitana.
 WAN (Wide Area Network) :Redes
geograficamente distribuídas.

4. Outros termos
 Internet: Rede mundial de
computadores
 Intranet: Rede local que usa a mesma estrutura
da internet para acesso da dados na rede
 Extranet: Intranet que permite acesso
remoto ou seja atraves de modem

5. Transmissão de
dados(Modos)
 Simplex.
Transmissor
(Tx)
Receptor
(Rx)

6. Transmissão de
dados(Modos)
 Half-duplex.
Transmissor
(Tx)
Receptor
(Rx)
Transmissor
(Tx)
Receptor
(Rx)
OU

7. Transmissão de
dados(Modos)
 Full-duplex.
Transmissor
e Receptor
Transmissor
e Receptor

8. Transmissão de dados
 Informação analógica X Digital

9. Transmissão de dados
 Transmissão em serie X Transmissão
paralela
1
0
1
1
1
1
0
0
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7 1
0
1
1
1
1
0
0
Transmissor
(Tx)
Receptor
(Rx)

10. Transmissão de dados
 Transmissão em serie X Transmissão
paralela
1
0
1
1
1 1
0 0
Transmissor
(Tx)
Receptor
(Rx)

11. Arquitetura de Sistemas –
Controle Local

12. Arquitetura de Sistemas –
Controle Centralizado

13. Arquitetura de Sistemas –
Controle Distribuido

14. Topologia de redes
 É a forma como os diversos componentes
de uma rede estão dispostos influenciando
assim no desempenho, flexibilidade,
segurança e confiabilidade da rede.

15. Topologia em Barramento
 Biderecional
 Meio físico por
difusão
(Broadcasting)
 Difícil isolamento
de problemas

16. Topologia em Anel
 Estações distribuidas em um
anel
 Comunicação unidirecional
 Anel duplo para comunicação bidirecional
 Estações podem realizar o
papel de repetidores
 Difícil isolamento de problemas
 Baixas velocidades

17. Topologia em estrela
 Também conhecida como
radial
 Ligações ponto a ponto
 Monitoramento centralizado
 Fácil implantação
 Estação central é o ponto crítico

18. Topologia em arvore
 Existe um barramento
central derivando para os
ramos

19. Topologia em Grafos
 Topologia ponto a ponto
 Permite a criação de muitas
rotas alternativas
 Altamente complexa e cara!

20. Protocolos de comunicação
 É o(s) padrão(s) de comunicação que dois
ou mais equipamentos seguem para poder
estabelecer uma comunicação

21. Modelo de referência OSI
 O modelo de referência OSI (Open systems
interconection) foi desenvolvido pela ISO
como um modelo para a arquitetura de um
protocolo de comunicação de dados entre
dois equipamentos. Ele é composto de sete
camadas.

22. Modelo de referência OSI
 Aplicação (Application)
 Apresentação (Presentation)
 Sessão (Session)
 Transporte (Transport)
 Rede (Network)
 Enlace de dados (Data Link)
 Física (Physical)

23. Modelo de referência OSI
 Física (Physical): Camada responsável pela
transmissão de uma seqüência de bits de
forma não estruturada em um meio físico.
Trata das características mecânicas, elétricas
e funcionais e para acessar o meio físico.

24. Modelo de referência OSI
 Enlace de dados (Data Link): Camada
responsável pela transmissão de blocos de
dados (frames) para a camada física
adicionando informação como endereço da
placa de rede e dados de controle de erros.

25. Modelo de referência OSI
 Rede (Network): Camada responsável
pelo endereça mento dos pacotes,
convertendo endereços lógicos em
físicos, por estabelecer, manter e
terminar conexões determinando
também a rota que essa informação deve
seguir.

26. Modelo de referência OSI
 Transporte (Transport): Camada
responsável em dividir os dados em
pacotes, assim como no receptor remontar
esses pacotes (controle de fluxo), e
controle de erros.

27. Modelo de referência OSI
 Sessão (Session): Camada que provê a
estrutura de controle para a
comunicação entre as aplicações.
Estabelece, gerencia e termina conexões
(sessões) entre aplicações.

28. Modelo de referência OSI
 Apresentação (Presentation): Camada
responsável por converter o formato do
dado recebido pela camada de aplicação
em um formato entendível pelos
protocolos das camadas
inferiores(sintaxe).

29. Modelo de referência OSI
 Aplicação (Application): Camada
responsável em fazer a interface entre o
aplicativo utilizado e o protocolo de
comunicação.

30. Padrão IEEE 802
Enlac
e
Física Física
Controle de Link lógico
(LLC)
Controle de acesso ao meio (mac)
{
 Padrão de protocolo criado pela IEEE (Institute
of Electrical and Electronic Engineers) que e
largamente usado no acesso a rede.

31. Padrão IEEE 802
Física
Controle de Link lógico
(LLC)
Controle de acesso ao meio (mac)
Rede
Sessão
Transporte
Aplicação
Apresentaçã
o
OSI
IEEE 802
 Modelo de protocolo usando o padrão IEEE

32. Padrão IEEE 802
Enlac
e
Física
Controle de Link lógico
(LLC)
Controle de acesso ao meio (mac)
802.2
802.3 802.4 802.5
 Existem vários padrões IEEE 802, como o IEEE
802.2 que especifica o funcionamento da
camada de controle do link lógico, e o IEEE
802.3, 802.4, 802.5 e etc. Que especifica o
funcionamento da camada de controle de ao
meio e a camada física

33. IEEE 802.3 (Ethernet)
 Usa o conceito de detecção de colisão
CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access With
Collision Detection).
 Escuta a linha antes de trasmitir, se ocupada
espera um tempo aleatório e faz uma nova
tentativa.

34. Ethernet
 É baseado no padrão IEEE 802.3
 Foi implementado pela Digital, Intel e Xerox
 Utiliza um barramento compartilhado por
varias estações*
 Utiliza cabo coaxial de 50 ohms*
* Atualmente utiliza um cabo par trançado sendo que a ligação entre as estações e
feita através de outro dispositivo, como um Hub ou Switches.

35. Ethernet
 Velocidade de 10 Mbps, mas existem revisões para
que atinjam 100 Mbps e 1 Gbps.

36. IEEE 802.3 Transmissão
 Modulação Manchester.
 Sinal Alto = +0,85 VDC
 Sinal Baixo = – 0,85 VDC

37. IEEE 802.3 Quadros MAC
 Preâmbulo: visa sincronização (cada
byte = 10101010)

Delimitador de Início de quadro: Um
byte = 10101011

38. IEEE 802.3 Quadros MAC

Endereço: Também conhecido como MAC
address identifica uma placa de rede local
específica. Ele é configurado no hardware de
placa de rede, normalmente em ROM. (Tudo
1 = broadcast)

Tamanho: Indica o tamanho do campo de
dados.

39. IEEE 802.3 Quadros MAC

Dados: Os dados propriamente ditos.

Pad: completo o campo dados caso o mesmo
tenha um valor inferior a 46 bytes.

FCS (Frame Check Sequence): utilizado
para correção de erros.

40. Estrutura do endereço MAC
Código definido pelo IEEE
(indica o fabricante).
Definidos pelo fabricante.
 Os endereços MAC são representados por
um numero de 12 números hexadecimais.

41. Estrutura do endereço SNAP
Código definido pelo IEEE
(indica o desenvolvedor).
Definidos pelo
desenvolvedor.

42. IEEE 802.2 Quadro LLC
 DSAP: indica o endereço SAP de destino. SE o
campo SNAP for utilizado é fixado em
10101010.
SNAP
 SSAP: indica o endereço SAP de origem. SE o
campo SNAP for utilizado é fixado em
10101010.

43. IEEE 802.2 Quadro LLC
 Controle: Informa a finalidade do quadro,
como troca de dados, troca de dados de
identificação, teste de transmissão e etc.
 Código: Código do desenvolvedor do
protocolo no IEEE.
 Tipo: Código dado pelo desenvolvedor ao
protocolo.

44. TCP/IP
Física
Enlace
Rede
Sessão
Transporte
Aplicação
Apresentaçã
o
Interface com rede
Interne
t
Transporte
Aplicaçã
o
Modelo OSI TCP/IP

45. TCP/IP
Endereço IP: É o endereço dado a cada um dos
hosts (equipamentos) de uma rede TCP/IP. Este
numero e composto por 32 bits, este numero e
dividido em netid, hostid sendo que:
 Netid identifica uma rede
 Hosid identifica um host naquela rede

46. Endereço IP

São escritos como quatro números inteiros no
formato decimal separados por pontos, no qual
cada número inteiro fornece o valor de um
octeto de endereço IP. Assim, o endereço de 32
bits:
10000000 00001010 00000010 00011110

é representado por:
128.10.2.30

47. IP v6
 basicamente com as mesmas
características do IPv4.
 O novo tamanho de endereço é a
mudança mais visível. O IPv6 quadruplica
o tamanho de um endereço de IPv4, de
32 para 128 bits. O espaço de endereço
de IPv6 é tão grande que não pode ser
consumido em futuro previsível.

48. Classes de endereço IP
 Endereços do tipo A: são usados pelas
numerosas redes que não possuem mais de 216
(ou seja, 65.536) hosts, dedicam sete bits para
netid e 24 bits para cada hostid.
 Endereços do tipo B: são usados para redes de
tamanho médio que possuem entre 28
(ou seja,
256) e 216
hosts, alocam 14 bits para o netid e 16
bits para o hostid.

49. Classes de endereço IP
 Endereços do tipo C: são usados por redes
que possuem menos de 28
hosts, alocam 21
bits para o netid e somente 8 bits para hostid.

50. Classes de endereço IP
A 1.0.0.0 126.0.0.0
B 128.1.0.0 191.255.0.0
C 192.0.1.0 223.255.255.0
D 224.0.0.0 239.255.255.255
E 240.0.0.0 255.255.255.254
Classe Endereço mais
baixo
Endereço mais
alto

51. Datagrama IP
Cabeçalho
(20 ou 24 bytes)
Dados
(65511 ou 65515 bytes)
Versão (4 bits)
Tamanho da cabeçalho (4 bits)
Tipo de serviço (1 bytes)
Tamanho Total (2
bytes)
Identificação (2 bytes)
Flags (3 bits)
Offset do fragmento (13 bits)
Tempo de vida (1 bytes)
Protocolo (1 bytes)
Checksum do cabeçalho (2 bytes)
Endereço IP de origem (4 bytes)
Endereço IP de destina (4 bytes)
Opções + Pad (4 bytes - opcional)
Dados Até (65511 bytes ou 65515)
 Tamanho máximo de um
datagrama IP é de 65535
bytes.

52. Estrutura do segmento TCP
Porta de Origem (2 bytes)
Porta de destino (2 bytes)
Número de seqüência (4 bytes)
Offset (4 bits)
Número de Confirmação (4 bytes)
Reservado (6 bits)
Janela (2 bytes)
Checksum (2 bytes)
Bits de controle (6 bits)
Ponteiro d urgência (2 bytes)
Opções + Pad (4 bytes)
Dados

53. TCP/IP
Cabeçalho TCP
Área de dados do Pacote
TCP
Área de dados da datagrama IP
Cabeçalho IP
Área de dados do quadro
Cabeçalho do
quadro

54. Protocolos de Aplicação
 HTTP (Hyper Text Transfer protocol): usado
na transferência de documentos
Hipermídia (WWW, Word Wide Web).
 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol):
Usado no envio e recebimento de e-mails.
 FTP (File Transfer Protocol): Usado na
transferência de arquivos.

55. IEEE 802.5 Token Ring
 Topologia anel
 Estruturação física da rede - anel/estrela
 Taxas de transmissão típicas - 4 MBps/ 16 MBps
 Meio de transmissão - par trançado blindado
 Utilização de concentradores de fiação - MAU's
 Protocolo de Acesso ao meio TOKEN RING

56. Cabaeamento conectores
 DB9

57. Cabaeamento conectores
 DB25

58. Cabaeamento conectores
 Minidin

59. Cabaeamento conectores
 Din

60. Cabaeamento conectores

61. Cabaeamento
 Cabo coaxial

62. Cabaeamento
 Par trançado (UTP, blindado STP)

63. Pinagem RJ-45
Pin Nome do Pino
1 TD+
2 TD-
3 RD+
4 não utilizado pelo 10BASE-T
5 não utilizado pelo 10BASE-T
6 RD-
7 não utilizado pelo 10BASE-T
8 não utilizado pelo 10BASE-T

64. Pinagem RJ-45
Marrom
8
Branco –
marrom
7
Laranja
6
Branco – azul
5
Azul
4
Branco –
laranja
3
Verde
2
Branco – verde
1
CORES
PIN
O
EIA/TIA 568A
Marrom
8
Branco –
marrom
7
Verde
6
Branco – azul
5
Azul
4
Branco – verde
3
Laranja
2
Branco –
laranja
1
CORES
PIN
O
EIA/TIA 568B

65. RS-232
SINGLE-ENDED DATA
TRANSMISSION
Criado em 1962
Baixas taxas de transmissão, até
20Kbps
Pequenas distâncias, até 15,24M
Topologia: Ponto a Ponto

66. RS-232
 Interferência Eletromagnética
 Terra comum entre os dispositivos causa
limitação em ambientes industriais
 Cross-Talk (linha cruzada): Variações em
um cabo provoca variações em outras
linhas
 Solução: Blindagem do cabo

67. RS-232 pinagem
Pin Nome do Pino
1 Data carrier detected
2 Received data
3 Transmitted data
4 Data terminal ready
5 GND
6 Data set ready
7 Request to send
8 Clear to send
9 RNG indicator

68. RS-232 pinagem

69. RS-485
 Rede de comunicação Multi-Ponto a
dois fios
 Até 32 receptores
 Com transmissores automáticos e
high-impedance drivers pode-se
alcançar mais pontos
 Admite colisão no barramento

70. Redes Industriais

71. Níveis de Redes Industriais

72. Níveis de Redes Industriais

73. Aplicações Redes Industriais

74. Posicionamento Redes
Industriais

75. Modelos Redes Industriais

76. Modelo Origem/Destino

77. Modelo
Produtor/Consumidor

80. Modbus
 Criado na decada de 70 pela Modicon
 Utiliza os padrões de meio físico
RS-232, RS-485 e Ethernet
 Comunicação mestre escrava

81. Modbus
Exemplo de quadro modbus

82. Modbus
 Principais códigos de comando
Leitura
01 - Leitura de Bit (Read Coils)
02 - Leitura de Bit (Read Input Discretes)
03 - Leitura de Words (Read Multiple Registers)
04 - Leitura de Words (Read Input Registers)
07 - Leitura de Status (Read Exception Status)
Escrita
05 - Escrita de Bit (Write Coil)
06 - Escrita de Word Simples (Write Single Register)
15 - Escrita de Bits (Force Multiple Coils)
16 - Escrita de Words (Write Multiple Registers)

83. Modbus variações
 Modbus RTU (Remote Terminal Unit ) - Neste
modo os dados são transmitidos em
formato binário de oito bits.
Modbus ASCII - Transmite os dados
codificados em caracteres ASCII de sete
bits. Consome mais recursos da rede.

84. Modbus variações
Modbus/TCP - Os dados são encapsulados em formato
binário em Pacotes TCP para a utilização do meio físico
Ethernet. Quando o Modbus/TCP é utilizado, o mecanismo de
controle de acesso é o CSMA-CD (Próprio da rede Ethernet).
Modbus Plus - Versão que possui vários recursos adicionais
de roteamento, diagnóstico, endereçamento e consistência de
dados. Esta versão ainda é mantida sob domínio da Schneider
Electric e só pode ser implantada sob licença deste fabricante.

89. Profibus (Process Field Bus)
 Desenvolvido em 1987 por 21
empresas e institutos de pesquisas
 Normas: EN 50170
 Utiliza 3 camadas do modelo OSI
(Física, Enlace e Aplicação) + 1 Usuário

90. Profibus

91. Profibus camada física
 RS-485 Aplicações genéricas
 Fibra Optica Longas distâncias /
Interferências
 IEC 61158-2 Automação de Processos

92. Profibus
 PROFIBUS DP (Distributed Peripherals)
Desenvolvida para a aplicação que exigem respostas rápidas
e eficientes.
 PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification)
Desenvolvido para permitir a troca de dados entre sistemas
de automação inteligentes e independentes permitindo que
a comunicação seja independente dos equipamentos que
compõem o sistema.
 PROFIBUS PA (Process Automation)
É a versão mais moderna do PROFIBUS para a interligação de
instrumentos analógicos de campo.
Os dados podem trafegar pela mesma linha de alimentação.

93. Profibus
CP
Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Nível de
Planta
Ciclo
< 1000 ms
Nível de
Controle
Ciclo
< 100 ms
Nível de
Campo
Ciclo
< 10 ms

94. Profibus DP
 Topologia: Barramento
 Padrão físico: RS 485 / Fibra Óptica
 Acesso: Híbrido (Token e Mestre /
Escravo)
 Velocidade: 9,6 Kbps . . 12 Mbps.
 Distância: até 1,2 Km
 Dispositivos: 126 (máximo)

95. Profibus arquitetura mono-mestre

96. Profibus arquitetura Multi-mestre

97. Profibus PA
 É baseado no protocolo PROFIBUS-DP
 Topologia: barramento,
árvore/estrela, ponto-a-ponto
 Meio físico de acordo com norma IEC
61158-2
 Taxa de transmissão: 31.25 Kbit/s
 Distância: até 1900m, sem repetidores

98. ControlNet
 De proprietário aberto
 Velocidade: Até 5 Mbps.
 Múltiplos controladores controlam I/O`s
na mesma rede

Topologia: árvore, barramento e estrela

Cabeamento: Cabo coaxial e fibra ótica

Distância: Até 1Km Cabo coaxial, 3 km
Fibra ótica.

99. Devicenet
 Desenvolvido pela Rockwell
Automation em 1993.
 Protocolos de especificações aberta
 Velocidade: Até 500 Kbps

100. AS-interface
 Padrão aberto
 Transmissão de dados e energia pelo
mesmo cabo
 Topologia: Barramento, árvore
 Cabeamento: Conectores auto
perfurantes (cabo vampiro)
 Distância: Até 100m
 Dispositivos: Até 62 escravos (V2.1)

101. AS-interface