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http://slidepdf.com/reader/full/44656-unidade-i-barramentos-is 1/40Prof. Eng. Júlio César Mesquita Ruzicki 1
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Segundo Tanenbaum:
“Cada um dos três séculos anteriores foramdominados por uma única tecnologia.”
No século XVIII, os sistemas mecânicos;
No século XIX, as máquinas a vapor;
No século XX, aquisição, processamento e distribuição dasinformações.
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Exemplos de invenções do século XX:
Rede de telefonia;
Rádio;Televisão
Todas são um tipo de rede de comunicação!!!
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1768 – James Watt – Máquina a vapor1878 – James Maxwell – Teoria / Controlador de Watt1930 – Harry Nyquist – Teorias em Controle Automático
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No início do século XX temos o início da fabricaçãoem série com idéias as introduzidas por Henry Ford.Esse modelo ficou conhecido como Fordismo.
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Juntamente com estes avanços vimos o surgimentode dispositivos eletromecânicos: os relés.
Circuitos lógicos foram criados:origem da lógicas de relés;Possibilitaram a aplicação de
técnicas de controle deprocessos.
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Essa técnica possibilitou a elaboração de circuitoscapazes de controlar processos repetitivos.
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Embora tenha trazido avanços para a indústria,também trouxe desvantagens:
Ocupava muito espaço;Gerava muito calor;
A manutenção era demorada;
Apresentou limitações com sistemas analógicos;Difícil manutenção;
Modificação da lógica era difícil.
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Durante a década de 50, a indústria começa a trabalhar comequipamentos de controle e comando numérico;
Em 1947, Willian Shockley, John Barden e Walter Brattain
desenvolvem o transistor;
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Os computadores já existiam, desde a década 1940, masusavam válvulas:
Difíceis de programar;
Falhavam muito, várias vezes por dia;
Programação feita através de chapas furadas.
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Em 1961 surgem os computadores industriais:Capacidade de ligar e desligar máquinas;
Sinalizar defeitos no processo;
Imprimir relatórios.
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Em 1971 surge o primeiroprocessador, o Intel 4004 :
Usado em calculadoras;
Possuia o mesmo podercomputacional do ENIAC, 25anos depois.
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A partir deste momento os computadores industriaisforam aperfeiçoados:
Surge o conceito de PLC (Programmable LogicController) ou CLP (Controlador Lógico Programável);Sua grande vantagem era a “facilidade” de se alterar
o programa;
Inventado pela General Motors (1968), com afinalidade de facilitar a alteração de uma linha demontagem sem grandes custos.
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Principais características:
Facilidade de programação;Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
Alta confiabilidade;Dimensões menores que painéis de Relés, para
redução de custos;Envio de dados para processamento centralizado;
Expansão em módulos;
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Com o crescimento do uso de CLP’s, surgiu anecessidade de transportar informações paracomputadores para análise e supervisão.
Inventar redes de comunicação seria a solução, usode rede LAN (Local Area Network);
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Requisitos de comunicação fabril:
Compartilhamento de recursos;
Gerenciamento da heterogeneidade;Gerenciamento de diferentes tipos de diálogo;Garantia de um tempo de resposta médio ou máximo;Confiabilidade dos equipamentos e da informação;
Conectividade e interoperabilidade;Evolutividade e flexibilidade.
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• Necessário definir arquiteturas, topologias e protocolosapropriados para redes de comunicação industriais.
Redes do tipo ponto-a-ponto: centralização das funções de
comunicação.
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O barramento de laço de corrente foi o primeiro tipo debarramento a ser utilizado na indústria.Tipos:•
4-20 mA a dois fios.•Alimentação e comunicação no mesmo par de fios.
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Laço de corrente 4-20 mA a 4 fios.• alimentação e comunicação emdois pares de fios.
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•Transmissores a 2 e 4 fios são mais antigos e mais caros.•Seu princípio de funcionamento é analógico e sofreinterferência eletromagnética.•
Ainda são usados em equipamentos onde há poucacapacidade de processamento.
Qual seu principal mérito?
Se o fio romper a corrente cai à 0 mA. É uma formade descobrir se a rede está íntegra.
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Redes de difusão: possibilidade de descentralização dacomunicação.•
com o avanço da tecnologia novos tipos de CLP menosrobustos e baratos conseguem concentrar algum tipo deprocessamento e gerenciamento de pequenas redes;
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Redes de difusão
Tendência:Dispositivos ligados em
rede com ocontrolador
Tradicional:Cada dispositivo é
conectado
individualmente aocontrolador
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Idéia do final dos anos 70/ início 80: rede única para toda afábrica.• Mas nem todos os dispositivos tem a mesma capacidadede gerenciamento e/ou comunicação.
Idéia atual: não existe uma rede única que atende asnecessidades de todas as atividades existentes em umafábrica.
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Nas empresas modernas temos grande quantidade decomputadores operando em diferentes setores.
Operação do conjunto mais eficiente se estes computadoresforem interconectados:
• possível compartilhar recursos;• possível trocar dados entre máquinas de forma simples e
confortável para o operador;• vantagens gerais de sistemas distribuídos e downsizing
Atendidas;• Redes são muito importantes para a realização da filosofia
CIM (Computer Integrated Manufacturing).
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Maioria das redes de comunicação existentes concebidaspara automação de escritórios.Ambiente industrial tem características e necessidades que tornamredes para automação de escritórios mal adaptadas:• Ambiente hostil para operação dos equipamentos (perturbações
eletromagnéticas, elevadas temperaturas, sujeira, áreas de segurançaintrínseca, etc.);• Troca de informações se dá entre equipamentos e, as vezes, entre umoperador e o equipamento;• Tempos de resposta críticos;
• Segurança dos dados crítica;• Grande quantidade de equipamentos pode estar conectada na rede =>custo de interconexão crítico.
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1. Comportamento temporal
2. Confiabilidade
3. Requisitos do meio ambiente4. Tipo de mensagens e volume de
informações
5. Conectividade/interoperabilidade
(padronização)
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Aplicações Industriais freqüentemente requerem sistemas decontrole e supervisão com características de Tempo-Real.• Em aplicações tempo real é importante poder determinar o
comportamento temporal do sistema de comunicação.• Mensagens em STR podem ter restrições temporais:
•Periódicas: tem que ser enviadas em intervalos conhecidos efixos de tempo. Ex.: mensagens ligadas a malhas de controle.• Esporádicas: mensagens sem período fixo, mas que tem
intervalo de tempo mínimo entre duas emissões consecutivas. Ex.:pedidos de status, pedidos de emissão de relatórios.•Aperiódicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, semperíodo nem previsão. Ex.: alarmes em caso de falhas.
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•Em aplicações industriais, erro de 1 bit pode ter conseqüênciasdesastrosas.•Para aumentar confiabilidade, enlace usa teste cíclico deredundância (CRC - Cyclic Redundancy Check) sobre quadros(técnica polinomial).•Em sistemas que necessitem de uma operação contínua,pode ser utilizado um meio de transmissão e estaçõesredundantes.•Recomenda-se usar cabos blindados em ambientes com fortescampos magnéticos.•Uso crescente de fibra ótica.
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• Perturbações eletromagnéticas requerem escolha adequadado meio de transmissão.
• Fonte: acionamentos de motores elétricos de grande porte,fontes chaveadas, estações de solda, conversores estáticos, etc.
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Níveis hierárquicos superiores:• mensagens grandes (KByte);• podem ter tempos de transmissão longos (seg. até min.);• longos intervalos entre transmissões.
Aplicações mais próximas ao processo:mensagens curtas, tais como:
• ligar ou desligar uma unidade -> 1 bit ;• fazer leitura de um sensor / medidor -> 8 Bytes ;•
alterar o estado de um atuador -> 8 Bytes ;• verificar o estado de uma chave ou relé - > 1 bit .
Requisitos: taxa de transmissão de dados não muito elevada; taxa deocupação do barramento elevada (grande número de quadrospequenos transmitidos); tempo de entrega conhecido.
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• Verifica-se necessidade de uma especificação de redes locaispara aplicações industriais diferente daquela adotada em
automação de escritório.• Já existem diversas redes proprietárias para ambiente fabril,
mas não permitem a interligação de equipamentos de outrosfabricantes.
• Maior entrave à conectividade e interoperabilidade: nãopadronização das interfaces e protocolos de comunicação.• Grandes esforços tem sido despendidos para solucionar estes
problemas => Projetos de Padronização.
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Cabo coaxial:
•Boas características elétricas.•Requer resistências nos terminais.•Conectores BNC fáceis de abrir.
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Par trançado:
•Usualmente usado com HUB/Switcher•Atualmente solução mais usada para chão fábrica.•UTP (Unshielded Twisted Pair) CAT-5 / STP (ShieldedTwisted Pair).
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Par trançado:
•Usualmente usado com HUB/Switcher•Atualmente solução mais usada para chão fábrica.•UTP (Unshielded Twisted Pair) CAT-5 / STP (ShieldedTwisted Pair).
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Fibra ótica:•
Ótimo para rejeitar perturbações eletromagnéticas.•Dificuldade de realizar topologia em barramento (bus):derivações ativas x passivas.•Mais usado em topologias ponto a ponto: anel, estrela, árvore.•Emulação de bus com HUB ou Switcher.•Um sistema de fibra é caro;•
O limite de velocidade é o da luz.
Podemos ter vários canais de comunicação namesma fibra.
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Contato
Site: www2.pelotas.ifsul.edu.br/~jcmr
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