Download - Redes Industriais - TecNaut
REDES INDUSTRIAIS – TECNAUT
AUTOMAÇÃO COM QUALIDADE.PERTO DE VOCÊ.
ASI
LONWorks
RIO Profibus DPDH+
Profibus FMS
Modbus
Profibus PA
Algumas redes industriais disponíveis ...
HART
CLP com Entradas e Saídas distribuídas
I/O Remoto
I/O Remoto
I/O Remoto
Rack Principal
Com CPU
Rede de I/O´s
• Conecta Controladores Lógicos a gavetas remotas de I/O ou outros dispositivos inteligentes.
• Rede desenvolvida pela Allen Bradley• Características:
– Usa cabo par trançado – Veloc. Com. Distancia máx. em metros
57,6 Kbits/s 3048115,2 Kbits/s 1524230,4 Kbits/s 762
– Opcionalmente pode usar fibra óptica.– Topologia em barramento sem derivação/ramificação
Remote I/O - Introdução
Remote I/O ou RIO
ASB
IHM
INVERSOR FREQ.
CLP LOCAL
I/O remotos
I/O remotos
ASB
I/O remotosASB
Resistor de terminação156 ohms
Rede de Supervisão
• Rede Industrial para conexão de até 32 dispositivos, desenvolvida pela Allen Bradley
• Características:– Usa cabo RS-485.– Trunkline até 1219 metros.
• Caracteristicas da Transmissão:– 19,2 K bits/s– Topologia em barramento sem derivação/ramificação– Multimestre tipo Token pasing
Data Higway 485 – DH485
ALLEN-BRADLEY
AIC
C10
ALLEN-BRADLEY
AIC
C10
ALLEN-BRADLEY
AIC
C10
ALLEN-BRADLEY
AIC
C10
PIC
KRPANELVIEW 550
SUPERVISÃOTERM. PROGR.
DTAM PLUS
Data Higway 485 – DH485
• Rede Industrial para conexão de até 64 dispositivos, desenvolvida pela Allen Bradley
• Rede desenvolvida pela Allen Bradley• Características:
– Usa cabo par trançado– Veloc. Com. Distancia máx. em metros
57,6 Kbits/s 3048115,2 Kbits/s 1524230,4 Kbits/s 762
– Opcionalmente pode usar fibra óptica.– Topologia em barramento sem derivação/ramificação– Multimestre tipo Token pasing
Data Higway Plus – DH+
Data Higway Plus – DH+
IHM
CLP CPU
Micro
Micro
CLP
CLP
CLPCPUCPU
CPU
Resistor de terminação156 ohms
Origem/Destinosrcsrc dstdst datadata crccrc
identifier data crc
Produtor/ConsumidorProdutor/Consumidor(dados são identificados)(dados são identificados)
Modelos de Redes Industriais
Drive1Drive1 Drive3Drive3Drive2Drive2
CLP1CLP1 IHMIHM
SensorSensor
CLP2CLP2
#1
#2
Modelo Origem - Destino
Drive1Drive1 Drive3Drive3Drive2Drive2
CLP1CLP1 IHMIHM
SensorSensor
CLP2CLP2
#1
#2
Modelo Produtor - Consumidor
Mestre/Escravo
MultimestrePonto a Ponto
Modelo Produtor - Consumidor
Polling
CíclicoMudança-de-estado
pollingpollingpolling
a cada 500msa cada 500msa cada 500mscíclicocíclicocíclico
cíclicocíclico
mudança-de-estado mudança-de-estado
pollingpollingpolling
E/S AnalógicasE/S Analógicas
mudançamudança--dede--estadoestado
E/S DigitaisE/S Digitais
a cada 1000msa cada 1000msa cada 1000ms
Métodos de troca de dados
• Quando os dispositivos recebem dados, imediatamente os enviam
• Compatível com sistemas Mestre/Escravo & Multimestre– Normalmente não é utilizado com “ponto a ponto”
• Desenvolvido sobre origem/destino, mestre/escravo• Inerentemente ponto a ponto, não há multicast
ALLEN-BRADLEY
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1 2 3
. 0 -
< - - - - - - - - - - - - - - - - - '<
-
-
F 1
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F 8
F 4
F 9
F 5
F 1
0
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v
Método de troca de dados: “Polling”
• Dispositivos produzem dados a uma taxa configurada pelo usuário• Transferência cíclica é eficiente porque:
– os dados são transferidos numa taxa adequada ao dispositivo/aplicação– recursos podem ser preservados p/ dispositivos com alta variação– melhor determinismo
• Compatível com Mestre/Escravo, Multimestre, “peer-to-peer” eMulticast
analog I/Oanaloganalog I/OI/O
a cada 100msa cada 100msa cada 100ms
a cada 2000msa cada 2000msa cada 2000msa cada 5msa cada 5msa cada 5ms
ALLEN-BRADLEY
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. 0 -
< - - - - - - - - - - - - - - - - - '<
--
F 1
F 6
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v
Método de troca de dados: Cíclica
• Dispositivos produzem dados apenas quando tem seu estado alterado– Sinal em segundo plano transmitido ciclicamente para confirmar que o
dispositivo está ok.
• Mudança de estado é eficiente porque:– reduz significativamente o tráfego da rede– recursos não são desperdiçados processando-se dados antigos
digital I/Odigital I/O
ALLEN-BRADLEY
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-
F 1
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0
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v
Método de troca de dados:Mudança de Estado
CAMADA DE INFORMAÇÃO
DEVICENET
CAMADA DE SUPERVISÃO E CONTROLE
CAMADA DE DISPOSITIVOS
Gerenciamento Integrado. Sistemas de ERP/MÊS.
Banco de dados relacional.
Controle de Processo: Contínuo e Batch.
Diagnostico.
Controle Lógico: discreto e analógico.
Variáveis de processo.Diagnóstico.
Níveis de Redes Industriais e suas Aplicações
TAMANHO VOLUME TEMPO DEUSUÁRIO
DA REDE DADOS RESPOSTACUSTO
GestoresINFORMAÇÃO Troca de dados Grande Muito
AltoModerado Alto a
Histórico Mod.
AUTOMAÇÃO
E
OperaçãoModerado Alto Rápido BaixoManutenção
CONTROLEE/S Remotas Moderado Moderado Muito
RápidoBaixo
Dispositivosinteligentes
DISPOSITIVOSFiação
Pequena Baixo MuitoRápido
MuitoBaixo
Manutenção
NOTA: Áreas sombreadas são os focos primários
PRIMÁRIO
ponto a ponto
Resumo Comparativo dos Diferentes Níveis
1990’s
PBPanel
Flex I/O
Drive
2000
Multi-disciplinedController
Drive w/PIDAxis Controller
PB Panel
Prox
Flex I/O
O.I.
PackagedController
1980’s
Evolução da aplicação das Redes Industriais
Prog. terminal
CNCPC
PLCDCS
MMI
Rack based I/O
Low-end MMI
Standard drivesSmart sensor,
actuatorSimple sensor,
actuator
CONTROLBUS
DEVICEBUS
SENSORBUS
PROFIBUS DPPROFIBUS FMS
DEVICENET
167 kpbs 1.5 Mbps 500 kpbs 100Mbps500 kbps 12 Mbps 5 Mbps
PROFIBUS PA FOUNDTION. FIELDBUS
ASI
INTERBUS-S
ETHERNET IP
Posicionamento
CONTROLNET
Origem/DestinoDispositivos Supervisão e Controle
(Mestre/Escravo) (Multimestre)
RIO
Profibus DP
Interbus-S
ASI
DH+
Profibus FMS
Modbus Plus
LONWorks
Produtor/ConsumidorProdutor/ConsumidorDispositivos Supervisão e Controle
DeviceNet ControlNetDeviceNet ControlNetF. Fieldbus Ethernet IPF. Fieldbus Ethernet IP
Classificação das redes quanto ao modelo
INFORMAÇÃO
DISPOSITIVOS
SUPERVISÃO E CONTROLE
DISPOSITIVOS
Solução proposta para os diferentes níveis
DeviceNet Stack Lights
DeviceNet SMP-3
Substituição de fiação Baixo custo por nó instaladoDeterminismo para I/O Suporte à diagnósticoSuporte a configuração Dispositivos compactosBaixo tempo de resposta Suporte a diferentes fornecedores
24vdc
509 - B O D
24vdc
509 -BOD
Dispositivos
Requisitos das redes de dispositivos
• Linha tronco + derivações
• Remoção de nós e diagnóstico
• Até 64 nós
• Taxas de 125, 250 ou 500Kbps
• Terminações de 121 OHM
Devicenet - Características
• Dois pares trançados• Sinal e alimentação 24 Vcc• Sensores podem ser alimentados diretamente
a partir do cabo tronco• Múltiplas fontes em paralelo
PS PS
Devicenet - Características
Taxa Tronco Derivação (cabo fino)
125K
250K
500K
500m (1640 ft)
250m (820 ft)
100m (328 ft)
6m (20 ft)
6m (20 ft)
6m (20 ft)
156m (512 ft)
78m (256 ft)
39m (128 ft)
AcumuladoMáximo
Taxas, Alcance e Derivações
Devicenet - Características
Rede DeviceNet
Resistor de terminação121 ohms
Limitações:• 6 metros maximo entre tap e nó
mais distante• soma dos percursos limitados ao
máximo comprimento acumulado
Derivação
Tap Tap
Tronco
Devicenet – Derivações e Ramificações
Seladas e Abertas Flat, Cabo Fino e Grosso
Fibra Ótica via repetidores
Devicenet - Conexões
• CAN é uma tecnologia aberta
• Fabricantes do chip CAN: Intel,Motorola, Philips/Signetics, NEC, Hitachi, Siemens
• http://www.odva.org
Open DeviceNet Vendor Association Inc.
Uma Nova Tecnologia de RedesAbertas para Automação e Controle
• Dados de I/O em tempo real– Determinístico c/ alta repetibilidade
• Intertravamento entre controladores• Mensagens entre controladores• Programação
– “ Upload” e “download”
AUTOMAÇÃO E CONTROLE
2 4 v d c
5 0 9 - B O D
T
Requisitos das redes de Controle
• Rede para I/O e Controladores - Alta velocidade (5Mbps)• Projetada para Processos contínuos e discretos• Rede única para programação, mensagens “ponto a
ponto”, intertravamento em tempo real e aquisição de I/O• Baseada no modelo Produtor/Consumidor
– “Entradas” podem ser compartilhadas por diferentes consumidores
• Permite múltiplos controladores na mesma rede• Flexibilidade para o meio físico
– Topologias barramento, árvore e estrela combinadas– Opção de redundância para o meio físico– Pleno acesso a rede a partir de qualquer dispositivo
Controlnet - Características
• Cabo coaxial RG6» Padrão para TV a cabo (EUA)» Baixo custo » Boa imunidade a ruído» Disponível sob diferentes formas a partir de diferentes fabricantes
Nó Nó Nó Nó
75 ? 75 ?
Separaçãoentre taps:qualquer
Derivação1 m
Terminação obrigatória
Cabo tronco
Nó“tap”
conector padrão
Controlnet - Características
• É necessário um conector padrão para cada dispositivo permanentemente ligado a rede
• “Network Access Port” (NAP) incorporado a todos os produtos permitindo acesso temporário a rede.
PortaDe acessoa rede (RJ45)
A B
NAP
A
B
ControlNetLED's
Conexões coaxiais
Frontal típico
Controlnet - Conexões
• Cálculo simples para determinação do comprimento máximo de um segmento coaxial
• Um segmento simples pode ter– 2 nós para 1000 m , e– 48 nós para 250 m
• Uma rede pode conter até 99 participantes – identificação varia de 1 a 99
Extensão docabo coaxial
Número de dispositivos2 16 32 48
250
500
750
1000Metros
Gráfico p/um
segmentoRepetidores nãosão necessários
Necessário o uso de repetidores
L = 1000 - [(N-2)*16,3]
Controlnet – Segmento coaxial
Método de Acesso ao Meio
Intervalo de atualização da rede (NUI)
Serviço Programado
Serviços da Camada de Enlace
Serviço Não-programado
Serviço de Manutenção da rede
Tempo
Concurrent Time Domain Multiple Access
Controlnet - Camada de Enlace
• O Repetidor Ótico pode ser utilizado para interligar produtos instalados em áreas “seguras” a produtos intrínsecamente seguros instalados em áreas classificadas
1797RPA1797RPFS
Node Node
IS Node IS Node
1786RPA 1786RPFSTap
ÁREASEGURA
ÁREACLASSIFICADA
Ex Tap
ControlNetTM
ControlNet Ex TM
Std Coax
Ex Term
Fiber
Ex Coax
ControlNet – Segurança Intrínseca
ControlNet – TUV SIL 2 (IEC 61508)
Topologia ControlNet e ControlLogix para aplicações SIL 2
• Rede única para E/S, Programação e comunicação entre Controladores
• Modelo produtor/consumidor
• Repetibilidade e Determinismo (5Mbps)
• http://www.controlnet.org
ControlNet Internatinal
Foundation fieldbus
• A resposta a demanda dos usuários por uma rede aberta para instrumentação
• O focu primário é desenvolver um padrãodigital para substituir o sinal 4-20 mA
• Uma organização voltada para: – Suportar e contribuir para os esforços da IEC /
ISA para definir um padrão internacional de rede de instrumentação
O que é Foundation Fieldbus?
• Otimizada para coleta de dados a partir de instrumentos de processo e controladores através da comunicação bi-direcional e multi-variável; também suporta dados discretos
• Projetada para controle distribuido de processo baseado na instrumentação de campo
• Opção de mídia redundante para aumentar a tolerância de falhas
• Economias: redução nos custos de cablagem, redução no tempo de start-up, aumento de diagnósticos, de detecção e correção de falhas
Foundation FieldBus - Características
Two-way communication
Foundation FieldBus – Estratégia de Controle
Método tradicional fecha a malha de controleno controlador de
processo
Foundation Fieldbus permite que você transfira o fechamento da malha do controlador de processo paraa instrumentação de campo
COntrolador
Sistema de ControleConvencional
Fieldbus
4-20mA
Subsistema deEntrada/Saida
PID Controller
Sistema de Controleusando FF-H1
AO
AI
PIDAO
AI
Foundation FieldBus – Estratégia de Controle
PID AOIN OUT
AIOUT CAS_IN OUT
H1 Fieldbus
FF Configurator SoftwareFF Configurator Software
FieldBus Foundation – Níveis de controle
– H1: Solution for process automation, field-level interface, and device integration. Runs at 31.25 kbit/s. Power and signal are on the same wire pair. Fiber Optic Media Option. Supports Intrinsic Safety Applications.
– HSE: Solution for high performance control backbone, high-speed data generators/users, and subsystem integration. Same Functions as H1, but runs at 100 Mbit/s on Commercial, Off-The-Shelf Ethernet Equipment.
Solução Rockwell para PLC´s com Foundation Fieldbus
4 - 20maDigital
RSView SE / PERSLogix Fieldbus Manager
RSLogix 50001757- FFLD
HSE HSE /IP
• HSE suporta multiplos dispositivos HSE comoum sistema
• Todos FFLD podem estarno mesmo projeto
BoardBoard of of Directors Directors
Fisher-Rosemount
ABB Industrial Systems, Inc.
Rockwell Automation
Honeywell
Groupe Schneider
Siemens AG
Fuji Electric
Yokogawa Electric
The Foxboro Co.
Yamatake-Honeywell
Elsag Bailey
Organização Foundation Fieldbus
EtherNet IP
• Conexão entre o nível de automação da Planta e Manufacturing ExecutionSystems – MÊS.
• Capacidade de transferência de grandes volumes de dados
• Gerenciamento de rede padronizado e ferramentas de detecção e correção de falhas
INFORMAÇÃO
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5 0 9 - B O D
T
Requisitos das redes de Informação
• Conectividade entre IHM e sistemas supervisório.
• Troca de dados não críticos entre CLP´s, ou seja, sem ser em tempo real.
HISTÓRICO• Em 1981 associação da DEC, XEROX e INTEL desenvolveu uma
filosofia de rede local.• Posteriormente resultou no padrão 802.3 IEEE (Instituto Eng. Elétrica
e Eletrónica USA).• Principais características:
– Topologia em barramento.– Método de acesso CSMA/CD (Carrier Sense Multiple access/Colision
Detection).
• O prefíxo “Ether” refere-se ao fato da cablagem ser totalmente passiva.
Ethernet - Introdução
1965 1970 1980 1985
APANETcommissioned
by DOD1969
1975
Telnet1972
FTP1973
TCP1974
IP1981
TCP/IPProtocol Suite1982
DNS1984
• Padrão de fato - Internet, e-mail, troca de arquivos
• Embutido em vários PCs hoje em dia
• Devido a base instalada possui virtualmente facilidades de fabricação – marcas familiares/nível de conforto
• Tecnologia aberta
• Aumento de capacidade e performance
Ethernet Comercial
• Recentes evoluções tecnológica fizeram a Ethernet mais apropriada para uso em aplicações de controle– Hubs -> Switches– 10MB -> 100 Mb Ethernet -> (1Gb Ethernet)– Half Duplex -> Full Duplex– Crescimento da Internet e ferramentas de software relativas a
Internet – Tendência a integração entre os sistemas de negócio e os
sistemas de fabricação
• Alto volume de negócios leva a redução de custo e rápida evolução tecnológicas
Evolução da Ethernet
Ethernet – Tipos de cabos
Cabo Coaxial 50 ohms dupla blindagem
Coaxial 50 ohms RG-58
Fibra óptica Par trançado
Padrão
802.3
802.3
802.3/802.5
802.3/802.5
Ambiemte mais utilizado
Indústrias e CPD’S
Escritórios Indústrias e conexão entre prédios
Interno, aproveitando rede telefefonica
Alcance em metros
500
185
2000
100
Designação técnica
10 base 5
10 base 2
10 base F
10 base T
Designação comercial
Thick wire
Thin wire
Cabo óptico
Par trançado
Tipo de conector
Vampiro
BNC
SMA/ST
RJ-11/45
Topologia Barramento Barramento Estrela Estrela
• Padronização de cabos e acessórios da rede (IEEE 802.3).• Alta velocidade de comunicação (10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps).• Utilização de Topologia estrela.
– Hubs e Minihubs.– Alta confiabilidade.
• Utilização de Fibra Óptica.– Alta imunidade a ruídos.– Fácil Instalação.
• Protocolo TCP/IP.– Permite conexão de dispositivos de diversos fabricantes.– Padrão de fato.
Vantagens em utilizar Rede Ethernet
Ethernet IP
• EtherNet/IP stands for ‘Ethernet Industrial Protocol’ • Open industrial networking standard • EtherNet/IP reuses CIP (Control and Information Protocol),
the protocol currently used for real-time I/O and information messaging over DeviceNet and ControlNet.
Standard PanelView
Flex I/O
SLC 5/05
PLC-5E
ControlLogix
ALLEN-BRADLEYP o w e r m o n i t o r I
V 473 465 471A 865 852 859
Power Monitor
MicroLogix
SoftLogix 5800
ControlLogix I/O
FlexLogix
DriveLogix
ProcessLogix
Ethernet SwitchEthernet SwitchEthernet Ethernet SwitchSwitch
Ethernet HUBEthernet HUB
Rede Ethernet IP
ETHERNET-IP
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Link
Físico
IP-MulticastIP
TCP Pedido de comentáriosIETF
UDP/TCP/IP
EthernetMAC
EthernetFísica
CIP
Protocolo de Controle e Informação
Especificação de ControlNet International nternational
eePadrão IEC 61158
IEEE 802.3
UDP
IP-MulticastIP
TCP Pedido de comentáriosIETF
UDP/TCP/IP
EthernetMAC
EthernetFísica
CIP
Protocolo de Controle e Informação
Especificação de ControlNet International nternational
eePadrão IEC 61158
IEEE 802.3
UDP
• O protocolo CIP implementado no núcleodas 3 redes: DeviceNet, ControlNet e EtherNet/IP
Control and Information Protocol (CIP)Control and Information Protocol (CIP)Common Object LibraryCommon Device ProfilesCommon Control Services
Common Routing
For Data Collection, Configuration and Control
CSMA/NBA CTDMATCP/UDP/IP
Physical layer Physical layer Physical layerCSMA/CD
DeviceNet ControlNet EtherNet/IP
Semelhança entre as redes
Solução Integrada
Ethernet
Estações de Operação
Estações Rotativas
Acesso Remoto
Histórico da Planta,Sistemas da Empresa
ControlNet ou Ethernet
Servidor
FoundationFieldbus
A L L E N - B R A D L E Y
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. 0 -
< - - - - - - - - - - - - - - - - - '<--
F 1
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F 7
F 3
F 8
F 4
F 9
F 5
F 10
P a n e l V i e w 5 5 0
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v
DeviceNet
A L L E N - B R A D L E Y
7 8 9
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< - - - - - - - - - - - - - - - - - '<--
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v
Nossos Contatos
Telefones:(71) 2105-9511 (71) 8802-7351(79) 3211-6937 (81) 3467-4877
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