Redes de Comunicação 1 Redes de Comunicação Industrial De todas as tecnologias associadas ao controle industrial, as redes de comunicação são as que sofreram maiores evoluções na última década, seguindo a tendência global de evolução das comunicações , praticamente em todos os ramos de atividade, desde as telecomunicações móveis, à Internet, à comunicação sem fios (wireless), etc. A utilização das redes permite a comunicação rápida e fiel entre equipamentos e o uso de mecanismos padronizados, que são hoje em dia, fatores indispensáveis no conceito de produtividade industrial. 2 História Tecnologias de Bus de Campo • O aumento do grau de automatização das máquinas e sistemas aumentou a quantidade de cabos a utilizar nas ligações paralelas. Devido ao aumento do número de Entradas/Saídas as especificações dos cabos são muitas vezes elevadas, por exemplo para a transmissão de valores analógicos. Assim, a ligação em série dos componentes utilizando um bus de campo é cada vez mais utilizada, devido ao menor custo de material e mão de obra, redução significativa da quantidade de cabos, maiores velocidades nos tempos de comando e respostas dos sistemas, entre outros benefícios. Um bus de campo aberto, permite a interligação de vários PLC’s, mesmo de fornecedores distintos, e também de outros componentes de campo. Todos ligados ao mesmo bus, permitem a comunicação dos dados, com maior confiabilidade e disponibilidade do sistema, minimizando os tempos de parada e de manutenção. • Os sistemas de bus de campo abertos, normalizam a transmissão dos dados e a ligação de equipamentos de diversos fabricantes. • O utilizador fica assim livre de escolher o fabricante, e com a flexibilidade de expandir ou modificar facilmente o sistema. 3 ODVA Fundada em 2006 a Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) é uma organização internacional de empresas fabricantes de redes industriais baseados nos protocolos comuns . Incluem na lista da ODVA DeviceNet, EtherNet/IP, CIP Safety and CIP Sync.. Os membros da ODVA fazem parte das empresas de Automação, atualmente existem 274 membros . 4 Evolução das Redes Industriais 5 ModBus • MODBUS é um protocolo aberto, normalmente utilizado em comunicação série. Trata-se de uma rede extremamente divulgada e com grande utilização (variadores de velocidade, robôs, máquinas especiais, automações industriais,…). Existem dois modos para MODBUS: - RTU (o mais utilizado com o melhor desempenho): Caracteres codificados com 8 bits + 1 bit de paridade - ASCll : Caracteres codificados em 7 bits + 1 bit de paridade • Histórico Teve a sua origem em 1971, desenvolvido pela Modicon Inc., tornando-se num standard de mercado em 1980. É um protocolo com mais de 30 anos, o que aliado à sua simplicidade, leva a que existam hoje uma enorme quantidade de fabricantes de material em todo o mundo, que dotaram os seus equipamentos com a capacidade de comunicar em Modbus. • Aplicações típicas Qualquer tipo de aplicação pode ser alvo (E/S remotas, comunicação entre autómatos, etc). 6 MODBUS RTU 7 FORMATO DO PACOTE MODBUS 8 ModBus Plus - Modbus Plus é uma rede local industrial que utiliza as camadas 1, 2 e 7 do modelo OSI. É utilizada para aplicações de controle industrial, multimestre, e com uma velocidade de comunicação de 1 MB/s. Esta rede permite a troca de dados entre todos os equipamentos sobre a rede. O protocolo é baseado no princípio de um bus de passagem (Logical Token Passing). Cada estação de uma mesma rede é identificada por um endereço compreendido entre 1 e 64. - Foi desenvolvido pela Modicon em 1987, com o intuito de ser uma versão de alta velocidade do Modbus. Aplicações típicas • Automação de produção • Automação de edifícios • Automação de processos • Produção e distribuição de energia • Indústria alimentar e de bebidas • Indústria petrolífera 9 CLP com Cartão ModBus Plus 10 TOPOLOGIA DE REDE INDUSTRIAL Informação Controle Dispositivos 11 Evolução 1980’s 1990’s O.I. PB Panel 2000 Flex I/O Multi-disciplined Controller Prox PB Panel Axis Controller Drive Flex I/O Packaged Controller 12 FIPIO FIP ou WorldFIP é um conjunto de normas definidas para comunicação em tempo real, necessária à implementação de sistemas de automação. O WorldFIP oferece dois tipos de serviços de aplicação: Bus FIPIO e rede Fipway. O bus FIPIO e a rede FIPWAY são completamente normalizados segundo a norma FIP. O bus FIPIO é um protocolo com origem na Telemecanique. Bus FIPIO • Base de dados distribuída (variáveis cíclicas) que é trocada periodicamente entre os equipamentos ligados à rede e não requer programação. A informação está disponível em todos os “consumidores” ao mesmo tempo, proporcionando dados consistentes e facilitando a sincronização entre equipamentos. Aplicações típicas O FIPIO é utilizado para aplicações de controle de sensores e atuadores. Com este bus, parte do sistema de controle pode estar localizado junto à produção (módulos E/S,variadores de velocidade, sistemas de identificação, terminais de operação e estações de controlo). A gestão da rede é efetuada por um gestor. 13 FIPIO x OSI 14 Fipway A rede Fipway é um sistema de gestão de mensagens, que envia mensagens sob pedido em modo ponto-a-ponto ou em difusão. Isto é muito útil para configuração, ajuste, diagnóstico e manutenção de sensores e atuadores inteligentes, assim como para as funções de supervisão e Interface Homem/Máquina. É também um protocolo criado pela Telemecanique e está de acordo com o modelo FIP/WorldFip. Utiliza as camadas 1,2,3 e 7 do modelo OSI, e integra-se na arquitetura XWAY. É um protocolo mais restrito aos equipamentos Telemecanique. Caracteriza-se por possuir diferentes tipos de serviços: a transmissão ponto-a-ponto, tabela de dados partilhadas e telegramas. Transparência X-WAY: Possibilidade de comunicação entre equipamentos de redes diferentes, apenas por endereçamento. Modelo de comunicação Tipo: FIP- rede industrial normalizada e aberta. Topologia: Ligação de equipamentos em rede (linear) ou derivação. Método de acesso: Controlado por um árbitro de bus. Serviços: Telegramas, palavras comuns e troca de mensagens UNI-TE em tabela partilhada. Nivel físico: ligação em par trançado blindado, impedância de 150 Ohms (norma francesa NF C46 604) ou fibra óptica Velocidade de transmissão: 1 Mb/s. 15 CAN Origem em 1983, desenvolvido pela Bosch para a indústria automóvel. Introdução oficial do CAN em 1986. Publicação das especificações CAN em 1991. Início da associação CiA (CAN in Automation) em 1992. Em 2001, apareceu o DS-304 communication profile: CANsafe. Normas aplicáveis: ISO 11898, ISO 16845 É um protocolo muito utilizado na indústria em geral, principalmente pela sua abertura e baixo custo. CAN é uma rede de comunicação multi-mestre. Permite uma topologia livre, linear ou com derivações. Identifica as mensagens e não os equipamentos. Cada equipamento pode enviar mensagens sempre que o bus estiver livre. Este apenas define os níveis 1 e 2 do modelo ISO. A comunicação é por eventos, o que reduz o tráfego na rede. Possíveis conflitos são evitados através de uma definição de níveis de prioridade. Todos os participantes têm os mesmos direitos, por isso é possível configurar uma rede sem mestre. 16 TOPOLOGIA CAN 17 ETHERNET • Link entre o chão de fábrica e os sistemas de manufatura. (MES) • Troca de dados em intervalos não críticos entre PLC’s. • Conexão entre os PLC’s e os sistemas supervisórios. • Capacidade de transferir grandes pacotes de dados. • Rede com padrões definidos mundialmente pelo IEEE. • Conexão para redes de grande porte,internet e aplicações em internet. 18 ETHERNET Supervisão Rede Corporativa ou exclusiva de automação Supervisão Repetidor, Hub ou switch Até 100 metros Até 100 metros 19 CONTROLNET A rede ControlNet foi desenvolvida em 1995 pela empresa Allen Bradley, que hoje chama-se Rockwell Automation. No começo, a rede era dedicada somente aos produtos da AB, mas depois ela se tornou uma rede aberta, e hoje já existem vários fornecedores de equipamentos para a rede ControlNet. A rede ControlNet é uma rede serial para transmissão de dados críticos ao processo. Esses dados são transmitidos continuamente e disponibilizados para a aplicação em intervalos de tempo configuráveis (NUI, Network Update Interval). Entretanto, a rede ControlNet também suporta a transmissão para dados não críticos como aqueles para configuração e parametrização de devices em formato de telegramas não cíclicos de mensagem, esse tipo de comunicação porém não é determinística. 20 CONTROLNET - Protocolo src dst data crc Origem/Destino identifier data crc Produtor/Consumidor (dados são identificados) 21 CONTROLNET CTLR1 CTLR2 IHM #2 #1 Sensor Drive1 Drive2 Drive3 22 CONTROLNET Taxa de Com. 5 M bits/seg No. Máx. Nós 99 Nós por Rede Meio Físico RG-6 Coax Fibra Óptica Distancia 500 meters - típico 30 km com repetidores ControlNet ALLEN-BRADLEY PanelView 550 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 < F1 F2 F3 F4 F5 < F6 F7 F8 F9 F1 0 v