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REDES LOCAIS INDUSTR
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REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
Viso Geral .
Necessidade / Viabilidade.
Nveis Hierrquicos de Integrao
Modelo CIM.
Nveis de Hierarquia em uma plant
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VISO GERAL
Redes industriais so extremamente teis em sistemasdistribudos, permitindo integrao de elementos, supervcontrole de um processo, atravs de enlaces fsicos (meiotransmisso) e de um conjunto de regras com a finalidade
organizar a comunicao (protocolos).
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VISO GERAL
As redes locais assumem um papel cada vez mais importante no
de informtica e telecomunicaes. Sempre que existir dois ou m
microprocessadores trocando informaes entre si, existir uma
A complexidade dessas redes varia de uma simples conexo entr
computadores a uma grande rede de computadores conectados
operadoras de telefonia (internet). (SENAI,2012)
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Problema -> No existe somente uma rede que poderia atender
necessidade de todos os nveis de atividade de um meio fabril.
Soluo -> Utilizao de vrias redes interconectadas, cada uma suporte comunicao de uma ou de vrias atividades.
VISO GERAL
NECESSIDADE / VIABILIDADE
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Processos de produo ou Fornecimento de servios
As rede Locais industriais consideram as particularidades de cada
ao ponto de vista da necessidade de comunicao.
Heterogeneidade.
VISO GERAL
NECESSIDADE / VIABILIDADE
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VISO GERAL
NECESSIDADE / VIABILIDADE
A heterogeneidade a variedade, a diferena de sistemas e de meiocomunicao, tais como:
- Implementao do diferente;- Linguagens de programao;- Hardware dos computadores;- Sistemas operacionais;- Redes.
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VISO GERAL
NECESSIDADE / VIABILIDADE
No processo fabril so fundamentais os requisitos: Determinismo. Dbito de informao.
Robustez Flexibilidade (Evolutividade e heterogeneidade).
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VISO GERAL
NECESSIDADE / VIABILIDADE
Existe uma tendncia para a descentralizao da inteligncia e da capacidaddos componentes de sistemas de automao industrial.
Os sistemas so decompostos de nveis hierrquicos de automao e os eleminteligentes so conectados rede de comunicao.
Uma estrutura fabril que considera a decomposio em mdulos funcionais dobedecer uma hierarquia o modelo CIM (Computer Integrated Manufactu
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Controle Descentralizado:
Refere-se topologia do controlador.
O controle implementado de forma distribuda, com os dados processados local
Tipicamente existem diversos sensores e atuadores na mesma malha.
Exemplo: em sistemas digitais, o software de controle pode ser descentralizado, mdulo de controle especfico para controlar cada malha.
VISO GERAL
NECESSIDADE / VIABILIDADE
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VISO GERAL
MODELO CIM
O modelo CIM objetiva automatizar deforma flexvel todos os processosenvolvidos com a manufatura.
Para a maior eficincia do pro
automao flexvel, a fbrica
subdividida e seis nveis hier
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VISO GERAL
MODELO CIM
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VISO GERAL
MODELO CIM
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 0: COMPONENTES
Neste nvel esto os sensores e atuadores com a finalida Processamento local. Monitorao local. (ex: Emisso de Alarme). Controle em Malha Fechada. Atuao em processo. Fornecimento de informao para o nvel 1.
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 1: SUBSISTEMAS OU UNIDADES
Neste nvel esto as mquinas, os robs, as esteiras e etc. Suas unidades deCNCs, CLPs, e outros dispositivos computacionais, com funes de:
Controle do processo ou da mquina.
Processamento e fornecimento de dados aos operadores.
Deteco e resposta a condies de emergncia.
Realizao de autodiagnsticos.
Coleta de informao sobre a produo da unidade, o uso da matria prima, enerfornece-os para o nvel 2.
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 2: CLULAS FLEXVEIS DE MANUFATURA (FMC)
So constitudas de um agrupamento lgico de unidades, de modo que permifabricao de uma gama de produtos. Do ponto de vista computacional, a FMcomo uma sub-rede de CNCs e CLPs, tendo em geral uma unidade de procesem muitas implementada em um PC, e esta unidade tem funes de :[
Coletar e manter dados de produo, matria-prima, consumo de energia, estoqu Otimizar a operao conjunta das unidades sob seu controle.
Responder a condies de emergncia. Realizar diagnsticos dos elementos sob seu controle.
Interface com o nvel superior.
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NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 2: CLULAS FLEXVEIS DE MANUFATURA (FMC)
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 3: REA
Corresponde ao agrupamento de FMCs que fabricam de forma completa umproduto ou linha de produtos. Muitas vezes esse rea constitui um sistema fmanufatura. Do ponto de vista computacional, vista como uma sub-rede inFMCs entre si e possui uma unidade de gerenciamento.
Interconectar clulas entre si, atribuindo funes a cada uma e realizando sequeintertravamentos entre as mesmas.
Manter base de dados de produo, estoques, utilizao de materiais, insumos erea.
Preparar e emitir relatrios de produo.
Estabelecer programa de produo para as clulas da rea. Otimizar o plano de produo da rea.
Realizar interface com os nveis superiores e inferiores.
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 4: PLANEJAMENTO
Chamado tambm de 4P, responsvel pelo planejamento do produto, proceproduo. No esta no cho de fbrica e sim no setor de engenharia conectcomputadores em rede, que possuem ferramentas de software, em conjuntoresponsveis por:
Planejar e projetar o produto e o processo de fabricao. Estabelecer o plano de produo bsico
Determinar os nveis de estoque. Coletar, processar e armazenar dados sobre: situao de matria prima, consum
energia, produtos acabados e controle de qualidade.
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
NVEL 5: ADMINISTRAO CORPORATIVA
Administrao da empresa (setores de negcios, vendas, RH .....). A maior pacomputadores tambm tem acesso a acesso do sistema, e faz uso do banco para:
Fornecer informaes sobre o estado da planta, da companhia e da produo necgerenciamento da planta e da companhia, atividade de pessoal administrativo (cocontabilidade ..).
Fornecer informaes para decises estratgicas da companhia.
Interfaceamento com nveis inferiores da hierarquia e com o mundo externo.
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VISO GERAL
NVEIS DE HIERARQUIA EM UMA PLANTA FABRIL
TENDNCIAS
A tendncia de estruturao hierrquica se aproximar cada vez mais do procvez mais subsistemas independentes e dotados de uma inteligncia local), semperder as vantagens de uma superviso e conduo central do sistema como um
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COMPORTAMENTO TEMPORAL
Em geral os sistemas industriais requerem sistemas de superviso e co
caractersticas de Tempo-Real.
Em aplicaes deste tipo importante saber o Comportamento Temporal da
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COMPORTAMENTO TEMPORAL
Um STR (Sistema de Tempo Real) um sistema computacional que deestmulos (fsicos ou lgicos) oriundos do ambiente a ser controlado
intervalos de tempos impostos pelo prprio ambiente. Onde a correo n
somente dos resultados lgicos obtidos, mas tambm do instante no
produzidos.
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COMPORTAMENTO TEMPORAL
As mensagens de um STR podem ter as seguintes restries temporais: Peridicas: tem que ser enviadas em intervalos fixos pr-estabelecidos de tempo
Exemplo: Mensagens ligadas a malhas de controle.
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COMPORTAMENTO TEMPORAL
As mensagens de um STR podem ter as seguintes restries temporais: Espordicas: mensagens sem perodos fixos, porm que tem intervalo de tempo e
emisses consecutivas
Exemplo: pedidos de status, pedido de emisso de relatrios do sistema.
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COMPORTAMENTO TEMPORAL
As mensagens de um STR podem ter as seguintes restries temporais: Aperidicas: tem que ser enviadas a qualquer momento, sem perodo ou previso
Exemplo: alarmes em caso de falhas.
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PROTOCOLOS
Para muitas aplicaes fabris, especialmente aquelas com requisitos de tempo
necessrio utilizar protocolos para que definam o acesso ao meio fsico.
Portanto, a comunicao em tempo real est fortemente ligada ao protocolo u
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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO
Alocao Fixa: alocam o meio s estaes por determinados intervalosindependente de haver ou no necessidade de acesso. Exemplo: TMDA ( Ti
Multiple Access).
Alocao Aleatria: permite acesso aleatrio das estaes do meio. Exem
(Carrier Sense Multiple Access).
Obs.: Em caso de envio simultaneo de mais de uma estao, ocorre uma coliso
envolvidas tem que transmitir suas mensagens aps a resoluo do confli
(protocolos de conteno).
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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO
Alocao Controlada: cada estao de direito de acesso apenas quando de popermisso, que entregue as estaes segundo alguma sequncia predefinida
TokenPassing, Master-Slaves.
Alocao Por Reserva: para poder usar o meio, as estaes tm que reservar
antecedncia, enviando pedidos a uma estao controlada durante um interva
pr-destinado a este fim. Exemplo: CRMA (Cyclic Reservation Multiple Access
Hbridos: consistem em 2 ou mais categorias anteriores.
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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO: COMPORTAMENTO TEMP
MAC
Determinsticos
NoDeterminsticos
ControleCentralizado
CSMA
ControleDistribudo
Mestre-Escravo Tok
Tok
VarDeter
do
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PROTOCOLOSMACCLASSIFICAO: COMPORTAMENTO TEMP
Classificao por Comportamento Temporal:
Determinsticos: caracterizados pela possibilidade de definio de um tempo limit
entrega de uma dada mensagem .
No Determinsticos: tempo de entrega no determinado (aleatrio ou probabils
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
CSMA (Carrier Sense Multiple AccessAcesso Multiplo por Deteco de Por CSMA no persistente:
Emissor escuta o meio, se meio livre, transmite mensagem.
Se meio ocupado, tenta retransmitir mais tarde.
CSMA 1-persistente:
Meio livre, transmite com probabilidade 1 (100%).
Se meio ocupado, espera na escuta (persiste) at o canal ficar livre.
CSMA P-persistente:
Meio livre, transmite com probabilidade p ou atrasa a transmisso em um dado tempo com (1-p); se canal ainda livre, repete o procedimento , se ocupado aguarda liberao e reinicia.
Se meio ocupado, aguarda liberao e reinicia.
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
CSMA (Carrier Sense Multiple AccessAcesso Multiplo por Deteco de Por CSMA no persistente: faz pior uso da banda, mas tem menor probabilidade de g
CSMA 1-persistente: faz melhor uso da banda, mas tem maior probabilidade de ge
CSMA P-persistente: intermdio entre as duas acima.
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
CSMA (Carrier Sense Multiple AccessAcesso Multiplo por Deteco de Por Todas as variantes no impedem coliso
Receptora envia quadro de reconhecimento (ACK) a emissora se a transmisso e
Em caso de erro de transmisso ou coliso as mensagens so retransmitidas aps
determinado tempo (Timeout) no emissor.
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
CSMA|CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection Acesso por Deteco de Portadora com Deteco de Coliso): Mtodo de acesso ndeterminstico com controle distribudo.
Operao
Emissor escuta meio;
Se meio livre, enviar primeiro byte do quadro
Emissor escuta meio durante a transmisso e compara com byte enviado Se igual (no houve coliso) envia resto da mensagem. Seno espera um tempo e
operao
Se transmisso bem sucedida, emissor espera ACK do receptor
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
CSMA|CD:
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
Mtodo de acesso CSMA: Simplicidade
Autonomia das estaes
Tempo de reao no pode ser exatamente determinado
Mtodo de acesso CSMA-CD, melhor por tambm:
No perde tempo enviando dados aps uma coliso
Ocorrncia de coliso detecta logo no inicio da transmisso.
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PROTOCOLOSMACNO DETERMINSTICOS
Razes do No Determinismo: No se sabe se havero colises
No se sabe quantas colises seguidas podem ocorrer
No se conhece de antemo tempo aleatrio de espera em caso de coliso
Portanto, estas caractersticas tornam os protocolos CSMA e CSMA-CD ruin
aplicaes em processos que necessitem de Sistemas de Tempo Real, muito co
cho de fbrica. Porm, podem ser aplicados em escritrios.
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Centralizado: Mestre Escravo
Garante um tempo definido entre as transmisses
Controle distribudo com controle centralizado
Deadline vs. Tempo de varredura
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Centralizado: Mestre Escravo
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Distribudo: TokenBus
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Distribudo: TokenBus
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Distribudo: TokenRing A ficha circula pela topologia anel
At ser removida por uma estao
Que deseja transmitir dados
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Distribudo: Forcing Headers (Variante determinista de CSMA)
Processo:
Estaes enviam bit a bit um identificador da mensagem, que define a prioridade d(cada mensagem tem que ter prioridade diferente das demais e se todos os bits didentificador for 0, prioridade mxima);
Camada fsica executa uma AND sobre cada bit enviado ao barramento (ativa ao e desativa a enviar um 0)
Transmisso interrompida quando um 1 enviado e existe uma coliso (0 lido)
Se identificador transmitido at o fim se coliso, o resto da mensagem enviada
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PROTOCOLOSMACDETERMINSTICOS
Comando Distribudo: Forcing Headers (Variante determinista de CSMA)
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PROTOCOLOSPROWAY
Proposta PROWAY (ProcessData Highway) iniciada em 1975 pela IEC (InternaElectrotechnicalCommission) para a normalizao de redes de comunicao p
controle de processos:
Proway passou pelas fases A, B e C.
Proway A e B utilizavam o protocolo HDLC da ISO na camada de enlace, com ace
tipo Mestre / Escravos.
Proway C adotou a tcnica de Token-Passing.
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PROTOCOLOSPROWAY
Arquitetura composta de 4 camadas do modelo OSI:
"Line" (camada fsica);
"Highway" (camada de enlace);
"Network" (camada de rede);
"Application" (camada de aplicao)
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PROTOCOLOSTOP
Technical Office Protocol (TOP): desenvolvido pela BOEING a partir de 1983
Redes para automao de reas tcnicas e administrativas.
Baseado no modelo OSI de 7 camadas.
A partir de 1986: MAP e TOP reunidos (projeto MAP/TOP).
Servios: -correio eletrnico; -processamento de textos; -acesso a base de dados transferncia de arquivos; -CAD/CAM distribudo; -troca de documentos; -transabancrias. -
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PROTOCOLOSTOP
Servios:
Correio eletrnico;
Processamento de textos;
Acesso a base de dados distribuda;
Transferncia de arquivos;
CAD/CAM distribudo;
Troca de documentos;
Transaes bancrias.
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PROTOCOLOSMAP
Manufacturing Automation Protocol (MSP): iniciativa da GM (1980), com a finalidad
rede voltada para automao da manufatura (baseada no RM-OSI).
MAP bem adaptada para comunicao entre equipamentos de cho de fbrica, tais
Robs, CNC, CLP, terminais de coleta de dados, Computadores, etc.
Para aplicaes com tempos crticos foi definida a verso MAP/EPA (Enhanced Per
Architecture), que apresenta duas pilhas de camadas: arquitetura MAP completa (7
uma arquitetura simplificada (camadas 1, 2 e 7).
Verso mais simplificada: MINI-MAP implementa somente as camadas 1, 2 e 7 do R
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PROTOCOLOSMAP - ARQUITETURA
Camadas 1 e 2: selecionadas normas IEEE 802.4 (barramento com ficha) e IEE
(LLC).
Camada Fsica: escolhido o suporte de comunicao em broadband, com cabo
Escolha de broadband baseada nas razes seguintes:
possibilidade de uso de vrios canais de comunicao sobre um mesmo suporte;
permitir a troca de sinais como voz e imagem para aplicaes como superviso, c
fechado de TV, teleconferncia, etc.
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PROTOCOLOSMAP - ARQUITETURA
Camada de Enlace (MAC): escolhido Token-Bus, pois:
era o nico protocolo suportado em broadband;
muitos equipamentos programveis j usavam broadband e IEEE 802.4;
possibilidade de atribuir prioridades s mensagens.
Camada de Enlace (LLC): optou-se por LLC tipo 1 (sem conexo e sem reconhec
Camada de Rede: sem conexo, cada mensagem sendo roteada individualmente at
rede. Protocolo de roteamento definido pelo projeto MAP e normalizado na ISO sob o
9542.
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PROTOCOLOSMAP - ARQUITETURA
Camada de Transporte: protocolo classe 4 da ISO (TP4, ISO 8072/73), orienta
conexo, com controle de erros. Oferece um canal de comunicao confivel,
perdas, erros, nem duplicao de mensagens. TP4 assegura ainda as funes de
fragmentao e blocagem de mensagens.
Camada de Sesso: norma ISO 8326/27, modo fullduplex e resincronizao.
Camada de Apresentao: representao de dados baseada na ASN.1
PROTOCOLOS
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PROTOCOLOSMAP - ARQUITETURA
Camada de Aplicao:
MMS: troca de mensagens entre equipamentos de produo;
FTAM: acesso e a transferncia de arquivos;
ROS: gesto de nomes (diretrio);
Funes de gerenciamento de rede: gesto dos recursos, medio de desempenho
modificao dos parmetros da rede
PROTOCOLOS
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PROTOCOLOSMAP - ARQUITETURA
REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DE
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REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DEESCRITRIOS
Tipos mais difundidos:
ETHERNET (DEC, INTEL e XEROX);
ARCNET (Datapoint);
TOKEN-RING (IBM).
REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DE
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REDES LOCAIS PARA AUTOMAO DEESCRITRIOS
Caractersticas bsicas:
REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENET
DeviceNet uma rede industrial de baixo custo para conectar dispositivos co
fim de curso, clulas fotoeltricas, vlvulas, motores, drives, displays de CLP e P
DeviceNet foi desenvolvida tendo CAN como base.
DeviceNet oferece manipulao robusta e eficiente de dados e baseada na t
produtor / consumidor
REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA FSICA
Configurao em barra (daisy-chain ou ramificaes)
Ns podem ser removidos sem interromper linha
At 64 ns endereveis
Sinal e alimentao de 24vdc no mesmo cabo
Taxas transmisso: 125kbps, 250kbps, 500kbps
Conectores selados ou abertos
Terminador de 121 ohms nas extremidade
REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA FSICA
Conectores
REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA FSICA
Daisy-Chaining
REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA ENLACE
Enlace segue sistema CAN.
Formas de comunicao suportadas atravs do modelo produtor/consumidor
Master/Slave: escravos s enviam dados em resposta a varredura do mestre.
Multi-master: vrios mestres e vrios escravos.
Mudana de estado dos dados: envio de dados entre estaes predefinidas sempr
houver alterao de estado.
Produo cclica de dados: estaes enviam dados entre si em intervalos fixos de
REDES LOCAIS INDUSTRIAIS
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REDES LOCAIS INDUSTRIAISDEVICENETCAMADA DE APLICAO
CIP: Common Industrial Protocol
Definio do campo Identifier Estabelece prioridade no processo de arbitragem
usado pelos ns receptores para identificar mensagens
Dois tipos de mensagens: Mensagens de I/O para dados de controle crticos no tempo
Mensagens explicitas para funes cliente/servidor
Fragmentao para dados maiores que 8 bytes
Deteco de identificadores duplicados
Verificao de consistncia dos dados de aplicao