UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

REDES LOCAIS INDUSTRIAIS

PROF. DR. JOSÉ JEAN-PAUL ZANLUCCHI DE SOUZA TAVARES

Simulação de redes de comunicação industriais

Bruno Botelho Prudente 93697 Vandemberg Vasconcelos da Silva 85731

Vítor Alexandre Caixeta Ildeu 87262

Uberlândia, 26 de Junho de 2012

Sumário

1. OBJETIVOS...................................................................................................................3

2. INTRODUÇÃO.............................................................................................................4

3. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS...............................................................................6

4. CONFIGURAÇÕES.......................................................................................................8

CLP............................................................................................................................................9

OTB I/O Station protocolo Ethernet..............................................................11

Murr I/O Station protocolo AS-i....................................................................13

Murr I/O Station (Impact20) protocolo Profibus-DP.....................................14

Rede Profibus.................................................................................................18

Rede AS-i........................................................................................................20

5. CONCLUSÃO...............................................................................................................21

6. BIBLIOGRAFIA..........................................................................................................22

2

Objetivos

Esta atividade prática tem como objetivo a simulação de redes de comunicação

industriais no sistema didático para Redes Industriais, adquirido pelo Laboratório de

Ensino de Mecatrônica (LEM). Este sistema possui em seu conjunto, um CLP, com

protocolo de comunicação PROFIBUS-DP, entradas e saídas digitais integradas na CPU,

interface de comunicação AS-I, interface de comunicação Ethernet, interface de

entradas e saídas analógicas.

Além dessa atividade prática, iremos especificar um projeto de expansão da

rede existente, a saber, ampliação da rede PROFIBUS-DP para acrescentar rede

PROFIBUS-PA com 01 acoplador, responsável pela coleta de dados de um sensor de

temperatura do tipo Pt100; e 01 link, vinculado ao acionamento de uma válvula de 3

vias proporcional de 1 polegada para água gelada.

3

Introdução

As condições ideais de redes abertas em sistemas industriais dependem de uma

combinação gradual de diferentes sistemas de comunicação, tais como Ethernet,

PROFIBUS e AS-Interface.

No nível de atuadores/sensores o AS-Interface é o sistema de comunicação de

dados ideal, pois os sinais binários de dados são transmitidos via um barramento

extremamente simples e de baixo custo, juntamente com a energia (24Vdc) necessária

para alimentar estes mesmos sensores e atuadores.

No nível de campo, a periferia distribuída, tais como módulos de E/S,

transdutores, acionamentos (drives), válvulas e painéis de operação, comunicam-se

com sistemas de automação via um eficiente sistema de comunicação em tempo real,

o PROFIBUS DP ou PA.

No nível de célula, os controladores programáveis, tais como CLP’s e PC’s

comunicam-se uns com os outros, o que requer grandes pacotes de dados e um

grande número de funções poderosas de comunicação. Além disto, uma integração

eficiente aos sistemas de comunicação corporativos existentes, tais como: Intranet,

Internet e Ethernet é um requisito mandatório.

Em uma indústria moderna coexistem muitos dispositivos e equipamentos

destinados ao controle, por exemplo, os controladores lógicos programáveis, os

4

Sistemas Digitais de Controle Distribuído (SDCD), computadores de gerência, de

projetos, sensores etc. O desenvolvimento das redes industriais visa unir todos estes

dispositivos com o objetivo de aumentar o rendimento e diminuir os custos. As

principais vantagens são:

1) Visualização e supervisão do processo de produção;

2) Aquisição de dados do processo mais eficiente e rápida;

3) Melhora do rendimento do processo;

4) Aumento do intercâmbio de dados de processo entre sensores e

departamentos vizinhos;

5) Programação remota, sem necessidade de acesso físico a dispositivos de

chão de fábrica.

A redução de custos é outra questão importante da utilização das Redes de

Comunicação, uma vez que computadores de pequeno porte apresentam uma menor

relação preço/desempenho que os grandes. Assim, sistemas que utilizariam apenas

uma máquina de grande porte e de custo muito elevado podem ser concebidos à base

da utilização de um grande número de microcomputadores (ou estações de trabalho)

manipulando dados presentes num ou mais servidores de arquivos. Outro ponto

importante da existência das Redes de Comunicação é relacionado a um aumento na

confiabilidade do sistema como um todo.

5

Equipamentos utilizados

O equipamento didático utilizado é para sistema de treinamento em

Controladores Lógicos Programáveis, que possibilita demonstrações práticas de

desenvolvimento de controle e sistemas automatizado, simulações em aplicações

pneumáticas, e redes de comunicações industriais, presente no ramo da indústria.

O sistema didático possui:

CLP Modicon M340 da Schneider Electric

Profibus Remote Master também da Schneider Electric

I/O Station Profibus Impact 20 da Murr Elektronik

I/O Station AS-i da Murr Elektronik

I/O Station OTB Ethernet

Divisões do sistema didático:

1) Conjunto de CLP e IHM e Módulos de Comunicação: Este conjunto tem como

principal finalidade efetuar o controle das lógicas realizadas no CLP. Criar as telas de

interface com o operador, efetuar simulações utilizando a IHM. Simulação e

configuração de protocolo de comunicação industrial. Profibus-DP, AS-I, Ethernet.

6

2) Conjunto dos componentes pneumáticos: Este conjunto tem como principal

finalidade acionar as entradas.

3) Conjunto de entradas e saídas: Ilustração das entradas e saídas do

equipamento didático.

7

Configurações

É preciso definir um IP fixo para o PC. É Importante ficar atento para não haver

conflitos de IP com outras máquinas ou equipamentos. A máscara de sub-rede deve

ser definida também.

A figura acima demonstra o esquema de conexão entre os equipamentos da

rede juntamente com o endereço IP referente a cada dispositivo. Para que a rede

funcione sem problemas, cada componente deve ser configurado individualmente

perante uma lógica de endereços gerenciada pelo UnitPro.

8

CLP

Com o software Unity Pro XL é possível realizar a configuração e a programação

do CLP Modicon M340 da Schneider.

Este CLP possui vários módulos, eles foram definidos no software para que o

controlador opere com todas as suas funcionalidades. Dentre estes módulos estão:

P34 2020, BMX NOE, BMX EIA:

P34 2020: é a definição da própria CPU do CLP

BMX NOE: módulo responsável pela comunicação do sistema

BMX EIA: módulo que realiza a interface com a rede AS-i

Além destes três módulos citados também existem: DDI, DDO, AMM, nos quais

tem como função a configuração das entradas e saídas digitais do CLP, entretanto, eles

não serão utilizados nesta aplicação, as entradas e saídas digitais serão varridas por

outros equipamentos.

Os módulos CPU e NOE são utilizados para configurar as definições de rede do

CLP. O protocolo do módulo CPU é definido como padrão Ethernet. É preciso criar uma

Network no Unity Pro para realizar a configuração do endereço IP da CPU, sendo que

ele seja diferente de qualquer outro IP de sua rede.

Para o módulo NOE também se cria uma Network onde é definido um IP fixo

que seja diferente dos outros componentes. Uma importante observação: o CLP será

9

reconhecido na rede através do IP que foi definido na CPU, e a comunicação é

realizada através do protocolo TCP/IP.

Com os endereços IP corretamente configurados, foi possível reconhecer o CLP

pela rede e realizar a transferência do programa desenvolvido no Unity Pro para o CLP.

Com o CLP operando na rede, a próxima etapa foi começar as configurações

dos outros componentes da rede, tais como a I/O Station OTB Ethernet, I/O Station AS-

i da Murr Elektronik, o Profiubs Remote Master(PRM) e a I/O Station Profibus

Impact20 da Murr Elektronik.

10

OTB I/O Station protocolo Ethernet

A configuração deste componente foi realizada no software Advantys.

Similarmente ao CLP, foi preciso definir um módulo para configurar a estação de I/O

OTB. O módulo utilizado foi o: OTB 1E0DM9LP-V2. Com o modelo selecionado, o

próximo passo foi configurar este módulo.

No módulo existem vários parâmetros para se configurar, dentre eles: a

definição do endereço IP, máscara de sub-rede, tempo de conexão latente entre

outros. Em seguida foi preciso configurar a conexão no Advantys para que este módulo

editado seja transferido para o OTB Ethernet.

No Advantys definiu-se o protocolo TCP/IP como padrão, e foi necessário

realizar um procedimento de identificação de IP MAC de fábrica para estabelecer uma

primeira conexão entre o PC e a estação de I/O OTB Ethernet.

Após estes passos, a comunicação entre o OTB Ethernet e o PC pôde ser

estabelecida. Com a primeira conexão realizada, é possível realizar o download do

programa desenvolvido no Advantys para o OTB. Com isso o OTB passará a ter o

endereço IP que foi configurado para ele no módulo 1E0DM9LP-V2.

Com a comunicação entre o OTB e o PC estabelecida, foi possível iniciar a etapa

de configuração do NOE do CLP para que o OTB Ethernet e o CLP pudessem

11

estabelecer entre si uma comunicação independente do PC. Para isso foi necessário

sincronizar os endereços IP do NOE e do módulo do OTB Ethernet, depois disso as

variáveis varridas pela estação OTB podem ser acessadas pelo CLP.

Este equipamento em questão realiza a varredura de entradas no sistema e as

envia para o CLP, em seguida este sinal será processado e será gerada uma saída do

CLP, no qual o OTB enviará para o atuador do processo. Para que estas entradas e

saídas pudessem ser acessadas no diagrama Ladder do CLP, foi preciso criar variáveis

relacionadas com um endereço de entrada ou saída do equipamento.

Estas variáveis foram criadas no Unity Pro, mesmo programa no qual o

diagrama Ladder é desenvolvido.

12

Murr I/O Station protocolo AS-i

Para que o CLP também reconheça as entradas e saídas geradas pela estação

I/O do protocolo AS-i da marca Murr, foi necessário a configuração do módulo EIA do

CLP através do software Unity Pro.

Para ser realizada esta configuração, foi adicionado o primeiro componente da

rede AS-i, um módulo de 8 entradas e 8 saídas. Neste módulo adicionado, é feita a

definição do ID do dispositivo e a habilitação de quantas entradas e saídas estarão

disponíveis. Nesta aplicação, as entradas são o sinal lido por sensores fim de curso

acoplados em pistões Festo.

Além da configuração deste módulo citado, também é preciso definir a ID das

saídas que serão utilizadas na aplicação. Neste caso as saídas foram utilizadas para

acionar uma válvula solenoide Festo.

Com esta etapa de configuração concluída, em seguida foi criado duas variáveis

para receberem o sinal dos sensores fim de curso. Para isso foi preciso relacionar qual

entrada da estação I/O corresponde o sinal lido.

13

Murr I/O Station (Impact20) protocolo Profibus-DP

O protocolo Profibus é um pouco mais complexo, ele exige que um dispositivo

faça a interface entre a rede Profibus e a rede Ethernet. Este dispositivo é o Profibus

Remote Master(PRM) da Schneider Electric. Da mesma forma que a estação de I/O

Ethernet, a estação de I/O Profibus fará comunicação com o CLP através do módulo

NOE (lembrando que a estação de I/O AS-i se comunicou com o CLP através do módulo

EIA).

A configuração do PRM foi realizada pelo software Unity Pro. No software

existe um local para se inserir o DTM (Device Type Manager), neste local é definido

que o DTM é o PRM. Em seguida foi necessário definir que o PRM irá atuar na rede

como mestre.

O PRM Master irá fazer a varredura na rede criada buscando atualizar as

variáveis definidas no CLP, para isso, o Impact20 irá atuar como escravo fornecendo as

informações quando requisitado pelo mestre. Para que o PRM reconheça as variáveis

14

geradas pelo Impact20 foi preciso adicionar uma biblioteca GSD no PRM através

programa no Unity Pro.

Com os componentes da rede Profibus definidos, a próxima etapa foi a

configuração dos endereços IP do PRM e do Impact20. Foi preciso inserir o endereço

MAC de fábrica do PRM no qual se encontrou na parte frontal do equipamento e

também definir um IP fixo que não estivesse sendo utilizado por nenhum outro

equipamento na rede. O Impact20 possui em sua parte frontal uma chave que indica

um número de 0 a 9, no software Unity Pro é preciso entrar com este número do

dispositivo como endereço da rede Profibus.

O Impact20 possui 3 módulos de configuração: 16 entradas digitais, 8 entradas

digitais e 8 saídas digitais e 16 saídas digitais. Para esta aplicação foi escolhido o

módulo de 8 entradas digitais e 8 saídas digitais.

Todos estes procedimentos citados foram realizados no software Unity Pro e

ainda não foram passados para o PRM pois similarmente ao OTB, foi preciso

estabelecer uma primeira conexão com o equipamento através do endereço de fábrica

MAC para que seja feito o download do programa com as configurações desejadas.

15

Com o download realizado, foi estabelecida a comunicação entre o Impact20 e

o PRM Master através da rede Profibus e entre o PRM e o PC através da rede Ethernet.

O próximo passo é estabelecer a comunicação entre o CLP e o PRM diretamente.

Assim como foi dito no início desta seção, para estabelecer a comunicação

entre o CLP e o PRM diretamente, será utilizado o módulo NOE do CLP para definir o

endereço IP do PRM. Para isto, no módulo NOE foi preciso inserir o endereço IP do

PRM e a máscara de sub-rede. Com os parâmetros inseridos, foi feito o download do

programa para o CLP com as novas configurações, assim, o CLP reconheceu de forma

direta o PRM Master. Neste momento, foi possível observar que a comunicação havia

sido estabelecida, entretanto, o PRM estava em estado Stop impossibilitando assim a

varredura de variáveis pelo Impact20.

Para que o PRM passe para o estado Run é preciso que o CLP esteja rodando

algum programa. É de se esperar que isto acontecesse, pois até então foram

configurados apenas parâmetros de rede, nenhum programa de controle ou comando

elétrico foi desenvolvido ainda.

Através da lógica Ladder foi feita a programação do CLP para dar início aos

testes do sistema:

16

Um primeiro programa foi implementado com um bloco funcional advindo da

biblioteca Profibus (bloco PRM_MGT_M), com este bloco foi possível realizar a

interface entre o CLP e o PRM.

Como é possível observar na figura acima, após estas configurações o PRM

passou a comunicar corretamente com o CLP e com o Impact20.

17

Rede Profibus

Para testar a funcionalidade da rede Profibus, foi aplicada uma tensão de

entrada no dispositivo Impact20 gerando uma mensagem na rede de nível lógico alto.

Esta entrada digital altera o bit de algum endereço de memória gerenciado pelo PRM.

A partir disto, através do Unity Pro, é feita a definição deste bit agregando uma lógica

funcional.

A lógica funcional neste exemplo é acionar uma saída definida no Unity Pro a

partir da entrada digital lida pelo Impact20, levando em conta que o Ladder deverá

transformar bit em lógica booleana para acionar uma saída definida no Unity Pro

Este programa foi desenvolvido no diagrama Ladder e posteriormente feito o

download para o CLP.

A imagem abaixo demonstra que o sistema esta operando normalmente e que

o dispositivo Impact20 não está lendo nenhuma entrada, portanto, a Saída1 não esta

em nível lógico alto:

Nesta segunda imagem, demonstra-se que o sistema esta operando

normalmente e que o dispositivo Impact20 está lendo uma entrada, portanto, a Saída1

está em nível lógico alto:

18

19

Rede AS-i

Como foi constatado anteriormente, a rede AS-i esta operando normalmente.

Os componentes nela envolvidos estão reconhecidos e com os endereços IP

configurados corretamente, entretanto, quando foi colocada uma tensão de entrada

na estação I/O do protocolo AS-i, o CLP não reconheceu tal fato.

Após uma análise minuciosa, percebeu-se que estava ocorrendo uma

queda de tensão na entrada do equipamento, ou seja, a tensão estava sendo aplicada

na entrada da estação I/O, mas ela não estava reconhecendo isto. Com isso, a rede AS-

i enviava para o CLP o sinal de nível lógico baixo.

20

Conclusão

Conclui-se que as redes industriais são de fundamental importância para obter-

se eficiência e confiabilidade no sistema produtivo, pois além de proporcionar a

visualização e supervisão do processo de produção, também retira a necessidade de

acesso físico a dispositivos do chão de fábrica.

Além disso, com a descentralização das estações de I/O, torna-se mais

organizada a manipulação das variáveis do chão de fábrica, uma vez que os processos

podem ser separados por protocolos e dispositivos diferentes.

21

Bibliografia

http://www.schneider-electric.com/site/home/index.cfm/br/

http://www.smar.com/brasil/index.asp

http://www.automationpartsexpress.com/

22