Monografia da disciplina de Seminário dos cursos de Eng. Informática e Eng. Informática e das Tecnologias de Informação da Escola

Superior de Tecnologia

André Lopes 1, António Afonso 1, Ricardo Antunes1

Nº 87/01 Nº 177/01 Nº160/01

1Curso de Engenharia Informática

{alopes, antonio, ric_antunes}@areadeservico.com

Abstract. In industry, it’s necessary to know how machines are working at the same

time that their applications are controlled, so that everything works the better way and

any error is corrected as soon as possible. So, the network that connects all the

machines to each other, and all of them to their controllers, is very important, because

it has to allow speed, performance and reliability at the same time that should be easy

to install and to configure.

Resumo. Na indústria, é necessário saber o estado das máquinas ao mesmo tempo que

se controlam as aplicações destas, para que tudo funcione da melhor maneira, e

qualquer erro seja corrigido o mais depressa possível. Para isso, a rede que interliga

as máquinas umas com as outras, e estas aos seus controladores, é muito importante,

pois tem que permitir rapidez, performance e fiabilidade ao mesmo tempo que deve ser

fácil de instalar e configurar.

O que é uma rede de controlo?

Uma rede de controlo é um grupo de objectos (nós, cada um deles com um ou mais sensores ou actuadores, com capacidade computacional) que comunicam sobre um ou mais meios, usando um protocolo standard, para implementar uma aplicação de monitorização, de detecção ou de detecção e controlo. Exemplos disto são um sistema de travagem ABS, um sistema de luzes de um temporizador ou um sistema de controlo de tráfego.

A comunicação entre os nós pode ser do tipo “peer-to-peer”, ou seja, com controlo dividido entre eles, ou do tipo “master-slave”, com o controlo centralizado em apenas alguns dos nós

Nestas comunicações existem, em ambos os casos, inteligência nos nós que permite a distribuição de carregamentos do processador. Isto permite um aumento dramático da performance do sistema e da confiança que se pode ter dele.

Nesta monografia vamo-nos centrar apenas nas redes de controlo industrial, pois é nelas que incide a nossa investigação.

O mercado de hoje

Nas fábricas de hoje, os dispositivos analógicos usados são ligados individualmente a um controlador central. As ligações ponto a ponto são o standard usado actualmente mas estes são muito limitados na informação que transmitem e que recebem. As únicas maneiras existentes de ultrapassar isto são: ou comunicar sem segurança ou comprar tecnologias de comunicação digitais, que têm o problema de terem que ser adquiridas de apenas um fabricante, o que condiciona o seu preço.

Tecnologias de “Fieldbus”

Existem muitos tipos de redes industriais e tecnologias de “fieldbus” no mercado actualmente. A ideia principal atrás de todo este desenvolvimento é oferecer um método standard industrial para que se possa trocar informação entre um dispositivo da rede, tanto sobre as funções a realizar como sobre as informações de diagnóstico, com um controlador ou uma aplicação. No entanto, existem muitos tipos de tecnologias diferentes num mercado muito fragmentado onde varias empresas batalham pelo titulo de “melhor solução” para redes industriais.

Tabela 1 – Algumas redes industriais e respectivo tipo de “fieldbus”.

Redes Industriais Tipo de fieldbus

ASI Sensorbus

WorldFIP Fieldbus

CANOpen Devicebus

ControlNet Control

DeviceNet Devicebus

Ethernet Enterprise

Interbus-S Sensorbus

LonWorks Devicebus

PROFIBUS - DP Devicebus

PROFIBUS - PA Fieldbus

Definição dos tipos de fieldbus:

• Sensorbus – A rede de nível mais baixo, geralmente usadas para ligar pequenos sensores, como interruptores. Transmite dados de tamanho pequeno e precisa de processamento mínimo por parte do sensor.

• Devicebus – A categoria de rede para uso geral que oferece serviços de comunicação para dispositivos mais “espertos” que conseguem realizar múltiplas funções e comunicar informações sobre diagnósticos e funções a realizar e já realizadas.

• Fieldbus – Suporta uma maior transmissão de dados, mas geralmente a uma menor velocidade e a necessitar de um maior poder de processamento por parte do dispositivo. Algumas tecnologias deste tipo suportam a distribuição de funções de controlo directamente nos dispositivos.

• Control – Usado principalmente para comunicação ponto-a-ponto (“peer-to-

peer”) entre dispositivos de controlo de alto nível como PLC’s (“Programable

Logical Controller”) ou controladores DCS.

• Enterprise – É tradicionalmente a espinha dorsal (“backbone”) da rede da companhia, onde são partilhados os dados relativos aos negócios. É predominantemente TCP/IP sobre Ethernet.

Assim seguidamente iremos fazer uma abordagem teórica a alguns dos protocolos de redes industriais mais utilizados. Estes serão respectivamente o LonWorks, o CAN e o Profibus.

LonWorks

A LonWorks foi criada pela Echelon para combater as soluções centradas no controlo baseado em sistemas lógicos hierárquicos (“master-slave”) com ligações ponto-a-ponto (“peer-to-peer”). Isto significa que existia um controlador “master”, como um computador ou um PLC, que controlava os “slaves”. Isto resultava mas era muito caro e difícil de manter, expandir e instalar.

Mas a LonWorks achou que os sistemas de controlo são fundamentalmente os mesmos, independentemente da aplicação: um sistema de controlo interligado é mais poderoso e flexível que um não interligado e as empresas só ficam a ganhar com isso.

Assim implementou um protocolo onde todos os aparelhos presentes na rede utilizam um chip chamado Neuron. Estes chips não são mais que 3 processadores de 8 bits embutidos num só. Dois deles são optimizados para executar o protocolo e o terceiro para a aplicação atribuída ao nó. Assim, este chip é não só um processador de comunicações como um de aplicações.

Este protocolo permite velocidades até aos 10 Mhz mas já estão a ser testadas variantes que atingem os 20 Mhz. Está incluído no standard europeu EIA 709.1 e no standard americano ANSI/ASHRAE 135 e é usado por empresas como a AEG, a HP, a NASA e a AT&T.

As redes sobre este protocolo podem ter desde 2 a 32000 aparelhos e podem ser usadas, não só em ambientes industriais como também em ambientes domésticos, como casas e superfícies comerciais.

Para o controlo dos dados utiliza um sub-protocolo Lontalk que faz o endereçamento e o transporte da informação e que implementa todas as 7 camadas do modelo OSI, permitindo assim comunicação “peer-to-peer”, autenticação, transições prioritárias, detecção de mensagens duplicadas e detecção de colisões (CSMA).

Este protocolo permite bastante interoperabilidade, que é garantida tanto pelo chip Neuron como pelo uso de objectos e tipos de produtos standard e devido a uma associação interna, a LIA (Lonworks Interoperability Association), que certifica os produtos e assegura a sua evolução segundo o modelo pretendido de interoperabilidade.

Em resumo, apesar de ser um protocolo bastante fiável e robusto com sucesso a

nível profissional é no entanto devido ao elevado custo e ao facto de haver tecnologias com prestações similares que não tem grande aceitação.

CAN – Controller Area Network

1. Introdução

Desenvolvido inicialmente por Robert Bosch, para utilização em redes de comunicações em veículos, o CAN veio a ser posteriormente desenvolvido para a aquisição de dados de sensores discretos. O CAN baseia-se nas normas ISO11898 e ISO11519-2, que definem respectivamente a camada de ligação de dados e a propagação de sinais e também a comunicação de dados série a baixa velocidade. O protocolo CAN define a camada física e de enlace do modelo de referência OSI/ISO.

2. Características

O CAN define um sistema flexível em que pode existir um máximo de 110 unidades num projecto com distâncias compreendidas entre 500m e 1Km. Para um barramento de 500m a sua velocidade máxima de transmissão de dados é de 100Kbit/s, podendo atingir 1Mbit/s em barramentos de 50m.

Quanto á fiabilidade da transmissão de dados, este protocolo permite que o utilizador defina a prioridade de mensagens, tendo as de maior prioridade uma latência máxima garantida. As funcionalidades de detecção e sinalização de erros encontram-se construídas dentro do protocolo CAN, que se encarrega de retransmitir automaticamente as mensagens corrompidas. Em casos de colisão o CAN utiliza o “bitwise arbitration” e tem um protocolo que utiliza o “NON-Destructive Collision Resolution”.

3. Funcionamento

A comunicação dos dispositivos com o barramento é realizada em modo “Multi-

Cast”, que consiste em identificar a mensagem enviada para o barramento com um identificador único de rede (os dispositivos não têm identificadores próprios). Os outros dispositivos que estão à escuta, ao receberem a mensagem, verificam se a mensagem deve ser processada ou não através de um teste de aceitabilidade. O identificador é também responsável pela definição da prioridade da mensagem, ou seja, quanto menor for o seu valor numérico, maior será a prioridade da mensagem no barramento. O método utilizado para transmissão de mensagens é o CSMA/CD.

Um barramento CAN utiliza a codificação NRZ (“Non Return to Zero”) com “bit-stuffing” para assegurar o sincronismo em comunicações efectuadas em cabos com 1 par trançado. No entanto esta comunicação pode ser efectuada apenas num único fio, visto que o padrão ISO 11898 define que os chips de interface o consigam, em casos em que um dos fios do par entrançado esteja danificado, curto-circuitado à fonte de alimentação ou à terra.

3.1 Estrutura das mensagens

O protocolo CAN utiliza dois tipos de mensagens, o standard CAN (versão 2.0A) e o extended CAN (versão 2.0B).

Uma trama do standard CAN é composta por sete campos diferentes:

• SOF (“Start of Frame”), que indica o inicio da mensagem;

• Identificador da mensagem e bit RTR (“Remote Transmission Request”), que define se a mensagem é um data frame (bit RTR a ‘0’), ou se pelo contrário é um RTR (pedido de dados a um outro nó do barramento);

• “Data Frame”, com tamanho de 6 bits dos quais os 2 primeiros estão reservados e os 4 últimos (DLC) indicam o número de bytes no “Data Field”;

• “Data Field”, com 8 bytes, sendo o bit mais significativo o primeiro a ser transmitido;

• CRC, com 15 bits e um bit recessivo delimitador;

• ACK (“Acknowledge”), que é composto por um “bit slot” recessivo e por um segundo bit recessivo delimitador;

• EOF (“End of Frame”), com sete bits recessivos;

• INT de três bits recessivos que prepara os controladores CAN para a próxima tarefa a ser executada.

O extended CAN, surgiu para que o CAN fosse compatível com outros protocolos de comunicação série utilizados em aplicações automatizadas nos EUA. Assim, foram realizadas algumas modificações na trama do standard CAN, listadas seguidamente:

• Passa-se de apenas um campo identificador para 2 campos identificadores. O ID de 11 bits e o extended ID de 18 bits;

• Distinção entre formatos feita através do bit IDE, que caso se trate de uma trama do standard CAN, é transmitido como bit dominante, caso a trama esteja a ser transmitida no formato extended é transmitido como bit recessivo;

• Bit SRR (“Substitute Remote Request”), para que caso seja necessário decidir a prioridade entre uma trama standard e uma extended com o mesmo identificador base, a trama standard tenha prioridade.

3.2 Detecção de erros

O CAN tem como mecanismos de detecção de erros o “Cyclic Redundancy

Checks” (CRC), o “Frame Checks”, o “Acknowledgement Error Checks”, o “Bit

Monitoring” e o “Bit Stuffing”.

4. Controladores CAN

Tabela 2 – Controladores para o protocolo CAN

Fabricante Referência Versão do CAN Características Intel 82527 2.0B FullCAN. Stand-

alone Philips 82C200 1.0 BasicCAN. Stand-

alone Philips 82C150 1.0 SLIO NEC uPD72005 2.0B FullCAN. Stand-

alone National Semiconductors

COP884 2.0A BasicCAN. On-chip

Siemens 81C90 2.0A FullCAN. Stand-alone

Siemens SABC167C 2.0B FullCAN. On-chip Motorola TOUCAN 2.0B FullCAN. On-chip Motorola MSCAN 2.0B BasicCAN. On-

chip Motorola MCAN 1.0 BasicCAN. On-

chip

4.1. Hardware & Software

Os controladores de um sistema CAN podem ser encontrados como dispositivos internos ou externos. No caso de um dispositivo externo, encontram-se no mercado soluções que utilizam a porta série, ou a porta paralela para a comunicação com um PC. No caso de um dispositivo interno encontram-se disponíveis no mercado placas IBM-PC para utilizar em computadores de secretária. Para computadores portáteis, também estão disponíveis placas PCMCIA do tipo II.

A utilização do hardware acima referido, permite ao utilizador monitorizar, analisar os dados recolhidos na rede. Para tal pode ser utilizado a aplicação CANanalizer, que se encontra disponível para MS-DOS e Windows, e tem como principais características a análise e emulação de dados. É possível também fazer a análise de dados visuais, através da aplicação CANgraph que desenha gráficos dependentes do tempo, relativos aos dados recolhidos na rede.

Figura 1 – Aplicação CANgraph.

Profibus

1. Introdução

As tecnologias de comunicação têm sido determinantes no desenvolvimento de tecnologias para a automação. A capacidade de comunicação entre dispositivos e o uso de mecanismos padronizados, abertos e transparentes são componentes indispensáveis no conceito da automação actual.

O PROFIBUS representa uma das tecnologias industriais de “Fieldbus” mais conhecidas e implementadas na Europa e é utilizada numa grande variedade de aplicações industriais (automação de manufactura, processos, etc.), podendo ser utilizado para estabelecer um “link” de comunicação para dispositivos industriais (independente do fabricante), quer para comunicação a nível de célula (PC’s, PLC’s).

A arquitectura do PROFIBUS é baseada no Modelo de Referência OSI e divide-se em três camadas:

- Comunicação;

- Física;

- Aplicação.

A tecnologia PROFIBUS disponibiliza dois protocolos de comunicação:

- O DP e o FMS (camada de comunicação)

Dependendo da aplicação que se pretende implementar, podem utilizar-se diferentes meios de transmissão: RS-485, IEC61158-2 e Fibra Óptica (camada física) e a camada de aplicação define as opções do protocolo, da tecnologia de transmissão e também o comportamento dos vários dispositivos.

Figura 2 – Estrutura da Tecnologia PROFIBUS

2. Características básicas do Profibus

A tecnologia PROFIBUS especifica características técnicas e funcionais de um sistema de comunicação industrial através do qual, vários dispositivos digitais se podem interligar, permitindo a operação conjunta de vários sistemas de automação com os seus dispositivos periféricos.

Estes dispositivos podem ser classificados como Mestres ou Escravos.

Os dispositivos Mestres são denominados de estações activas, uma vez que determinam a comunicação de dados no barramento e podem enviar mensagens sem qualquer tipo de requisição externa.

Os dispositivos escravos são dispositivos remotos, como por exemplo módulos de IO’s, válvulas, transdutores, etc., não tem acesso ao barramento e só podem enviar mensagens ao mestre ou receber quando solicitadas ao dispositivo mestre. Os dispositivos escravos são também denominados por estações passivas.

3. Arquitectura do protocolo

A arquitectura do protocolo é orientada ao modelo de referência OSI, sendo que camada 1 (nível físico) define as características físicas de transmissão, a camada 2 (“data link layer”) define o protocolo de acesso ao meio e a camada 7 (“application

layer”) define as funções de aplicação.

Figura 3 – Arquitectura do protocolo

O DP usa as camadas 1 e 2, bem como a interface de utilizador, já o FMS usa as camadas 1, 2 e 7. A camada de aplicação é composta pelo FMS (“Fieldbus Message

Specification”) e do LLI (“Lower Layer Interface”). O FMS define a selecção de vários serviços de comunicação mestre-mestre ou mestre-escravo. O LLI define a representação desses serviços no protocolo de transmissão de dados.

4. Protocolo de acesso ao meio

A camada de comunicação utiliza um protocolo uniforme de acesso ao meio. É implementado pela camada 2 do modelo OSI e inclui também a segurança dos dados e a manipulação do protocolo de transmissão de mensagens.

No PROFIBUS essa camada é denominada “Fieldbus Data Link” (FDL). O controlo de acesso ao meio (MAC) especifica os procedimentos quando uma estação tem permissão para transmitir dados. O MAC deve assegurar que uma única estação tem o direito de transmitir dados num determinado momento.

Existem dois requisitos básicos do MAC que o PROFIBUS tem que disponibilizar.

- Na comunicação entre dispositivos Mestre, deve ser assegurado que cada estação detém tempo suficiente para executar as tarefas de comunicação num intervalo de tempo previamente definido e preciso.

- A transmissão cíclica de dados em tempo real deverá ser implementada rapidamente e de forma simples para uma comunicação entre um PLC e os dispositivos escravos.

O protocolo de acesso ao barramento inclui o procedimento de passagem de “Token”, que é utilizado pelas estações Mestre para comunicarem umas com as outras e o procedimento de mestre-escravo que é usado pelas estações activas para se comunicarem com as estações escravas.

Figura 4 – Configuração PROFIBUS com 3 estações activas (mestres) e 7 estações passivas (escravas). Os 3 mestres formam um anel lógico de “token”

5. Camada Física

Existem alguns requisitos que determinam a escolha do meio de transmissão, tais como a integridade da informação transmitida, distâncias a serem cobertas, velocidade,

etc., no entanto existem especificidades na área da automação como por exemplo a transmissão de dados e alimentação no mesmo meio fisco. Uma vez que não é possível atender a todos estes requisitos num único meio de transmissão existem três tipos físicos de comunicação:

- RS-485, uso universal, especialmente em sistemas de automação de manufactura

- IEC61158-2, usado fundamentalmente em sistemas de automação orientados ao controlo do processo.

- Fibra Óptica, sistemas onde a distância e interferências são importantes.

6. Meio de transmissão RS-485

O padrão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais frequentemente encontrada no PROFIBUS. Para além de ser de instalação simples e barata possui uma alta taxa de transmissão de dados. Esta tecnologia é muito fácil de manusear.

O uso de par trançado não requer nenhum conhecimento extra. A topologia permite adicionar ou remover estações sem afectar o comportamento de outras estações existentes, ou seja a expansão futura do sistema não afectará as estações em operação.

O comprimento máximo do cabo depende da velocidade de transmissão que se pretende disponibilizar.

Tabela 3 – Relação de comprimento de cabos e velocidade de transmissão.

Baud rate (Kbit/s)

9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000

Comprimento (m)

1200 1200 1200 1000 400 200 100

A figura seguinte ilustra o esquema de pinos e de ligação para conectores DB9

Figura 5 – Ligação e Terminação para o RS-485

7. Camada de comunicação

A camada de comunicação define como os dados são transmitidos através do meio de comunicação.

7.1 PROFIBUS DP (“Descentralized Periphery”)

Tipicamente o DP é o protocolo de comunicação mais utilizado e está optimizado para comunicações de alta velocidade e uma conecção de baixo custo, tendo sido projectado para comunicação entre sistemas de controlo de automação (ex: PLC’s) e os seus respectivos IO’s distribuídos a nível de dispositivo.

7.2 PROFIBUS FMS (“Fieldbus Message Specification”)

O FMS é o protocolo de comunicação universal para tarefas de comunicação complexas. Oferece várias funções sofisticadas para comunicação entre dispositivos inteligentes e foi projectado para a comunicação ao nível de células. PC ou PLC’s podem comunicar uns com os outros sem quaisquer problemas.

A tecnologia PROFIBUS está actualmente a desenvolver a integração da tecnologia TCP/IP daí que o uso do FMS será gradualmente extinto ou terá um papel menos significativo no futuro.

8. Camada de Aplicação

Trata de integrar o protocolo de comunicação com o meio de transmissão, para uma determinada aplicação ou para um certo tipo de dispositivo além de definir o comportamento do dispositivo durante a comunicação.

PA – Automação de Processo

O uso da tecnologia PROFIBUS nos dispositivos e aplicações típicas de automação e controlo de processos é definido pelo perfil PA e define os parâmetros dos dispositivos e o comportamento de dispositivos típicos como por exemplo: transmissores de variáveis, posicionadores, entre outros, independente do fabricante possibilitando desta forma uma total independência e interoperabilidade do dispositivo.

9. Desenvolvimento de dispositivos

Os dispositivos que utilizam a tecnologia PROFIBUS possuem diferentes características de funcionalidade (por exemplo funções de diagnóstico) ou parâmetros de comunicação (por exemplo taxa de transmissão e tempo de monitorização).

As características de comunicação desses dispositivos são definidas nos ficheiros GSD (um formato padrão, ficheiros fornecidos pelo fabricante). Estes ficheiros são carregados durante a configuração do sistema e fornecem uma descrição detalhada, clara e precisa das características de um determinado dispositivo e estão divididos em três secções:

9.1 Especificações Gerais

Informação sobre o fabricante, nome do dispositivo, informações de hardware e software, taxas de transmissão suportadas. É possível configurar nesta secção o intervalo de tempo para monitorização.

9.2 Especificações de Mestre

Esta secção define todos os parâmetros relacionados com o mestre, como por exemplo o número máximo de escravos que podem ser conectados ou opções de “upload/download”. È uma secção inexistente nos ficheiros GSD para dispositivos escravos.

9.3 Especificações de Escravo

Número e tipo de canais I/O, especificações de informação e textos de diagnósticos.

Todos os dispositivos têm um ID único. Desta forma o mestre compara o número de identificação do dispositivo conectado com o número especificado aquando da configuração do sistema, oferecendo desta forma um alto nível de segurança contra possíveis erros de configuração.

Futuro das Redes Industriais

O futuro das redes industriais passa, inevitavelmente e na nossa opinião, pela Ethernet, já muito comum nas nossas vidas do dia a dia, sendo usada, por exemplo, na nossa escola, em empresas, para interligar os computadores e para os conectar aos servidores centrais. Para isso vamos fazer uma pequena apresentação à Ethernet, demonstrando os prós e os contras e apresentando a opinião de alguns especialistas.

Introdução à Ethernet

A Ethernet é uma tecnologia de rede que foi introduzida no mercado à 15 anos; é usada em escritórios, escolas, habitações e no sector industrial. Originalmente os dados eram transmitidos a uma velocidade de 10Mbit/s mas com o standard Fast Ethernet em 1996 os dados passaram a ser enviados a 100Mbit/s. Para garantir compatibilidade com velocidades menores, velhos standards como o método de acesso (CSMA/CD) para “half duplex” foram implementados nesta nova versão assim como o facto de os pacotes terem um tamanho mínimo de 64 bytes e um máximo de 1518 bytes. No entanto os cabos são diferentes, pois a Fast Ethernet usa apenas configuração em estrela.

A partir de 1998 apareceu uma melhor versão, na forma de Gigabit Ethernet, na qual a velocidade de transmissão foi multiplicada por 100 comparativamente com a Ethernet original. Tal como a Fast Ethernet, a Gigabit Ethernet, com uma velocidade de transmissão de 1 Gbit/s utiliza também o formato standard da Ethernet para os pacotes, mas o tamanho mínimo destes passou de 64 bytes para 512, para garantir o tamanho da rede de 200 metros para o modo “half duplex”.

A Ethernet original (10 Mbit/s) requer um máximo de 1.2 milissegundos para a transmissão de um pacote de 1518 byte. Hoje em dia esse tempo foi reduzido para 12 micro segundos usando a Gigabit Ethernet e parece que as inovações não vão ficar por aqui. As possibilidades da 10 Gigabit Ethernet, o novo standard a ser testado, estão agora a ser consideradas. Uma das novidades é, como esperado, um pacote poder ser transmitido em 1.2 micro segundos, 10 vezes mais rápido que a Gigabit Ethernet.

Porque Ethernet ?

A Ethernet tem demonstrado ao longo do tempo que não é uma rede para apenas escritórios e aplicações de negócios. Com as redes industriais a ganhar popularidade, a Ethernet é cada vez mais usada como uma solução para aplicações de alta velocidade entre PC’s ou workstations e a rede industrial. Como é uma tecnologia de hardware, ela responde a todos os requisitos de um BUS industrial especializado, com a grande vantagem de ter um uso mais generalizado e ser mais barato devido aos grandes volumes de fabrico. Claro que sempre existirão aplicações que requerem conectividade especial como por exemplo áreas perigosas, que requerem aparelhos a prova de

explosões ou produtos quimicos e cabos revestidos, etc.… Nestes casos serão usadas redes “fieldbus” ao nível dos dispositivos e uma “gateway” irá conectar estas sub-redes à rede Ethernet que envolve toda a empresa. Ao termos apenas um tipo de tecnologia de rede desde a Enterprise até ao nível dos sensores pode simplificar bastante a arquitectura, o design, a instalação e a manutenção do sistema.

Olhando para o passado da Ethernet apercebemo-nos de que é uma tecnologia dinâmica com fases de desenvolvimento que vão ficando cada vez mais curtas. O que significa que podemos esperar cada vez mais inovações e cada vez mais rapidamente.

Benefícios em usar Ethernet

Há várias razões para o uso de Ethernet como o “backbone” da comunicação em toda a rede. Algumas das vantagens são:

Standard já a ser usado na empresa – A Ethernet tem sido tradicionalmente usada como o “backbone” da parte empresarial e está instalada em muitas companhias actualmente. As empresas que usam a Ethernet para interligar os escritórios conseguem utilizar a infra-estrutura existente para tanto isso como para a parte industrial da empresa.

A maior parte dos PC’s tem suporte para Ethernet – A Ethernet está presente na “motherboard” de muitos PC’s actualmente e a um preço bastante razoável. Os vários Windows existentes assim como as versões do Linux ou outros sistemas operativos possuem suporte para as placas Ethernet e para o protocolo TCP/IP.

A Ethernet é barata – Os produtos Ethernet são comercializados em volumes enormes, no que resulta o seu baixo preço. Ao usar produtos que podem ser comprados em qualquer loja de informática, as redes podem ser construídas muito mais rápida e facilmente, pelo menos quando comparada com as outras redes industriais onde a maior parte dos componentes é específica para aquele tipo de rede e tem que ser comprada a um único fornecedor, resultando num acréscimo significativo no preço final.

Problemas no uso de Ethernet

Inicialmente, existiam críticos que questionavam se a Ethernet podia operar como a “backbone” dum sistema de comunicações industrial. Mas com o tempo muitos dos problemas apontados foram sendo resolvidos e actualmente já quase não se verificam. Alguns dos problemas apontados eram:

A Ethernet é muito dependente – A tecnologia Ethernet é baseada em detecção de colisões e isso atrasa a resposta da rede conforme o tráfego aumenta. No entanto a probabilidade de ocorrerem “delays” pode ser diminuída. Para conseguir isto, o tráfego na Ethernet tem que ser mantido bastante abaixo dos seus limites teóricos para evitar colisões. A maior parte das instalações Ethernet nos nossos dias são baseadas em tecnologia de 100 Mb/s. No entanto, as versões mais rápidas começam a aparecer e já existem redes de 1 Gb/s que se estão a tornar o standard rapidamente. E já estão em vista as de 10 Gb/s, pois cada vez mais as de 100 Mb/s se estão a tornar obsoletas. Estas redes mais rápidas não eliminam de vez as colisões mas pelo menos diminuem a sua probabilidade

.

As colisões de pacotes afectam a largura de banda – Todo o tráfego na Ethernet é verificada em cada nó, aumentando a probabilidade de colisões tornando a performance de cada aplicação dependente do uso da rede pelas outras aplicações. Embora isto aconteça, pode-se segmentar a rede em vários domínios de colisão usando “switchs” e “routers”. Assim, usando sub-redes dedicadas, pode-se remover a rede industrial do mesmo domínio de colisão das outras redes da empresa, separando as várias aplicações, e diminuindo o tráfego que nada tem a ver com cada parte da rede.

Falta de componentes industriais – Como a Ethernet é usada principalmente em escritórios e ambientes domésticos, os componentes da rede não são apropriados para aplicações industriais, por serem bastante frágeis. Mas embora isto aconteça, o aumento da utilização da Ethernet nestes meios levou a criação de um mercado dedicado à criação deste tipo de componentes, onde a preocupação é a criação de dispositivos protegidos e cabos resistentes para poderem ser usados em qualquer tipo de situação.

Opinião de especialistas

Aqui apresentamos a opinião de alguns especialistas, cujas citações encontramos em páginas consultadas na Internet.

“In summary, today's world of multiple competing fieldbuses and user confusion will

become much simpler in the future. Ethernet will be the universal backbone from the

enterprise to the sensors. There will still be a role for specialized industrial buses, and

standard bridges will allow users to connect these buses into the Ethernet network.

While there will likely never be a single universally-accepted fieldbus standard, users

will see a very large degree of interoperability due to the use of industry-standard

TCP/IP communication and OPC connectivity.”

By Chris LeBlanc, National Instruments

“Hirschmann Automation and Network Systems assumes that intelligent equipment and

open networks based on Ethernet will have the largest effect on changes in industrial

automation in the next few years. As one of the leading companies for communication

technology and connector technology in the world, Hirschmann will also continue to

develop innovative solutions for industrial automation. With the aid of many years of

experience in the Ethernet and industrial connector technology sectors, Hirschmann is

thus continually expanding the Industrial Line product family.

Ethernet makes it possible for the user to retain his/her existing infrastructure at the

process level and at the same time to transfer his/her control networks to a transparent

technology with individually matched speed in each case.

Ethernet is a proven technology in wide use and is the first choice for future control

networks. The growing acceptance of industrial standard IT hardware, Windows NT and Ethernet compatibility with already existing industrial standard systems are aspects

that support the view that Ethernet will become the de-facto standard for high speed

networks at the control and field level.”

By Tony Kinsella, Richard Hirschmann UK

Referências

[1] Lonworks

http://www.echelon.com/products/lonworks/ (acedido a 10/05/2005)

[2] Lonworks FAQ

http://www.echelon.com/products/lonworks/faq.htm (acedido a 10/05/2005)

[3] CAN – Controller Area Network

Http://www.iee.efei.br/~gaii/can/hp_can.htm (acedido a 10/05/2005)

[4] Profibus

http://www.profibus.com/profibus.html (acedido a 12/05/2005)

[5] http://ethernet.industrial-networking.com (acedido a 12/05/2005)