1. O que são redes industriais?
1.1. O cliente pode ter o carro da cor que quiser, contanto que seja preto
1.1.1. de hoje, temos um cenário completamente diferente
1.2. linha de produção automotiva é capaz de produzir simultaneamente:
1.2.1. carros com cores diferentes
1.2.2. modelos distintos
1.2.3. pacote de acessórios dedicados
1.2.4. itens completamente customizados
1.2.5. rastreabilidade de alto nível
1.2.6. adequação aos mais requintados padrões de qualidade
1.3. Porque usar redes industriais?
1.3.1. As informações obtidas durante um processo produtivo
1.3.2. possibilitam extrair relatórios gerenciais não só do processo em si...
1.3.3. mas também de arquiteturas individuais que compõem o mesmo.
1.3.4. transformando aquela informação binária em dados extremamente relevantes, mensuráveis e estatísticos
1.4. Uma rede industrial oferece:
1.4.1. Velocidade no processamento de dados
1.4.2. Gerenciamento de inúmeras variáveis de processo
1.4.3. Aumento dos níveis de produtividade
1.4.4. Qualidade e flexibilidade nos processos
1.4.5. informações em tempo real
1.4.6. sinergia dos dados reportados com as ações a serem tomadas
1.5. Benefícios
1.5.1. Redução nas instalações elétricas
1.5.1.1. eliminando uma infinidade de cabos centralizados em painel de ligação
1.5.1.2. viabilizando a instalação de devices diretamente em campo
1.5.2. Modularização de máquinas e equipamentos
1.5.2.1. trazendo vantagens na desmontagem, transporte e montagem quando necessário
1.5.3. Flexibilidade na ampliação e modificação
1.5.3.1. possibilitando que as máquinas envolvidas no processo possam se adequar em função da oscilação na demanda de produtividade
1.5.4. Diagnóstico em tempo real
1.5.4.1. possibilitando a identificação de falhas ou comportamento incomum ao processo
1.5.4.2. sinalização direto ao ponto em casos de manutenção
1.5.4.3. redução no tempo de setup e parada de máquina
1.5.4.4. gerenciamento remoto
1.6. Resumindo
1.6.1. Redes industriais são estruturas de comunicação automatizadas que gerenciam processos industriais envolvendo atuadores, computadores, máquinas, sensores, interfaces, rádios de comunicação, fibra óptica, redes wireless industriais e robôs.
1.6.2. Elas transmitem e compartilham dados entre si, garantindo um funcionamento eficiente dos processos produtivos. Cada empresa e fábrica terá sua configuração de rede industrial de acordo com suas necessidades.
2. Um pouco de história
2.1. os primeiros mecanismos de automação foram criados durante a revolução industrial
2.1.1. eram máquinas que funcionavam através de dispositivos mecânicos com funções repetitivas
2.2. Com o avanço da eletrônica vieram os relés e contadores
2.2.1. capazes de realizar funções de controle mais complexas devido ao advento da lógica propiciada pela eletrônica digital
2.3. Com o desenvolvimento da Ethernet os primeiros computadores foram utilizados como controladores de sistemas de automação
2.3.1. foram desenvolvidos os CLPs
2.3.2. foi necessária a criação de protocolos que estruturassem seu funcionamento
2.4. em 1980 os sensores foram desenvolvidos e implementados de maneira digital.
2.4.1. um grande avanço que viria a necessitar de tecnologias de comunicação para estabelecer uma integridade entre os campos de comunicação
2.4.2. Esse conjunto de tecnologias e protocolos para redes industriais recebeu o nome genérico de Fieldbus
2.5. na década de 90 com o aumento da potência dos computadores e dos circuitos eletrônicos
2.5.1. resultaram numa maior conectividade que caracteriza fortemente as estruturas de redes industriais
2.5.2. capacidades de processamento mais eficientes
2.5.3. podendo interagir facilmente também com sistemas mecânicos
2.6. Industria 4.0 e Internet das Coisas
2.6.1. Uma grande mudança
2.6.2. Migração de protocolos proprietários para protocolos com acesso a internet
2.6.2.1. TCP-IP
2.6.2.2. Ethernet
3. Classificação das redes industriais
3.1. Por isso, são usadas em situações distintas.
3.1.1. Cada rede industrial tem um tipo de protocolo para transporte de dados e características específicas
3.1.2. Por isso, são usadas em situações distintas.
3.2. SENSORBUS
3.2.1. Conceitos
3.2.1.1. Também chamadas de Redes de Sensores/Atuadores
3.2.1.1.1. pois atuam a nível de chão de fábrica, conectando sensores, atuadores e controles simples
3.2.1.1.2. A principal função do sensorbus é conectar redes de sensores digitais e atuadores
3.2.1.1.3. essa rede industrial leva a informação dos sensores conectados aos cartões de entradas e saídas até o CLP
3.2.1.2. O protocolo transmite dados de pequeno tamanho à rede, o que exige menor processamento dos sensores.
3.2.1.2.1. O sensorbus não cobre longas distâncias
3.2.1.2.2. o objetivo é reduzir custos de conexão
3.2.1.2.3. o que se traduz também em equipamentos mais simples
3.2.2. AS-Interface
3.2.2.1. Feita para ser simples e prática
3.2.2.2. Usa um cabo chato de duas vias
3.2.2.3. conexão para pontos analógicos e digitais
3.2.2.4. Muito antiga e quase em desuso
3.2.3. InterBus-s
3.2.3.1. Usa um par de fios trançados como meio físico
3.2.3.2. Tem uma velocidade de transmissão de 500 kbps e um comprimento máximo de 400 m
3.2.3.3. Suporta até 512 dispositivos na mesma rede, sendo que cada dispositivo tem um endereço único
3.2.3.4. Possui um protocolo mestre-escravo
3.2.3.4.1. o mestre é responsável por iniciar e coordenar a comunicação com os escravos
3.2.3.5. Permite a troca de dados cíclicos e acíclicos
3.2.3.5.1. dados cíclicos são transmitidos periodicamente
3.2.3.5.2. os dados acíclicos são transmitidos sob demanda
3.2.3.6. Oferece serviços de:
3.2.3.6.1. diagnóstico
3.2.3.6.2. configuração
3.2.3.6.3. parametrização dos dispositivos conectatos
3.2.3.7. O sistema foi apresentado em 1987 na Feira de Hannover
3.2.3.7.1. ainda pode ser encontrado hoje nas fábricas de produção da indústria automobilística
3.2.3.8. este sistema perdeu importância
3.2.3.8.1. Esta tendência foi exacerbada pelo aumento da importância das redes baseadas em Ethernet
3.3. DeviceBus
3.3.1. Conceitos
3.3.1.1. Atuam a nível de chão de fábrica
3.3.1.2. coletando e distribuindo dados de e para sensores e atuadores
3.3.1.3. , comunicando dados entre os dispositivos de campo e controladores programáveis e consoles de gerenciamento
3.3.1.4. são muito comuns com servomotores
3.3.1.5. possui alcance de até 500 metros
3.3.1.6. tem capacidade para transferências de dados mais rápidas
3.3.1.7. intermedia a transmissão de dados entre o sensorbus e o fieldbus
3.3.2. CANOpen
3.3.2.1. Características
3.3.2.1.1. O objetivo da CANopen é atender projetos mais exigentes
3.3.2.1.2. médica, navegação naval, ferrovias
3.3.2.1.3. operação multimestre
3.3.2.1.4. Possui preços razoavelmente competitivos
3.3.2.1.5. proporciona dificuldades a medida que o painel elétrico fica distante dos nós de rede
3.3.2.2. CAN Open versus CAN
3.3.2.2.1. CAN - Controller Area Network
3.3.2.2.2. CANOPEN
3.3.3. DEVICENET
3.3.3.1. DeviceNet facilitou que diversos fabricantes desenvolvessem dispositivos e componentes preparados para transmissão de dados
3.3.3.1.1. intercambialidade
3.3.3.1.2. interconectividade
3.3.3.2. oferece até 64 nós de conexão
3.3.3.3. a taxa DeviceNet utilizados nas aplicações é de somente 4%
3.3.3.4. as vantagens contidas nessa rede foram transferidas para a sua evolução, a Ethernet IP
3.3.4. Modbus
3.3.4.1. Uma das redes industriais abertas mais antigas utilizadas em todo o mundo
3.3.4.2. construir aplicações padronizadas com comunicação de IO de dispositivos sem se preocupar em ultrapassar o orçamento
3.3.4.3. estima-se que por conta de revisões tecnológicas, o Modbus pode cair no esquecimento em algum tempo
3.3.5. PROFIBUS-DP
3.3.5.1. rede digital responsável por prover comunicação entre sensores de campo e controladores
3.3.5.2. No começo, o grupo desenvolveu o PROFIBUS FMS
3.3.5.2.1. um protocolo complexo
3.3.5.3. Depois foi separado
3.3.5.3.1. PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals)
3.3.5.3.2. PROFIBUS PA (Process Automation)
3.3.5.4. usa meio físico RS-485 ou fibra ótica
3.4. FieldBus
3.4.1. Características
3.4.1.1. protocolos desenvolvidos até os anos 80 obedecendo as camadas OSI
3.4.1.2. a maior parte possui meio físico (topologia, conectores, cabos) diferentes um do outro.
3.4.1.3. Além disso, cada um foi feito por um fabricante para atender uma aplicação
3.4.1.4. permite a interligação em rede de múltiplos instrumentos diretamente no campo
3.4.1.5. funções de controle e monitoração de processo e estações de operação (IHM) através de softwares supervisórios
3.4.1.6. Suporta uma maior transmissão de dados
3.4.1.6.1. mas geralmente a uma menor velocidade
3.4.1.7. necessita de um maior poder de processamento por parte do dispositivo
3.4.1.8. Utiliza geralmente como meio físico
3.4.1.8.1. um par de condutores trançados
3.4.1.8.2. fibra óptica
3.4.1.9. mestre (master) comanda os participantes, por meio de sinais seriais
3.4.2. PROFIBUS PA
3.4.2.1. usado para monitorar o equipamento de medição através de um sistema de controle de processo
3.4.2.2. A camada física (o cabo) está de acordo com a norma IEC 61158-2
3.4.2.3. permite que a energia seja entregue, através do barramento, aos instrumentos de campo
3.4.2.4. Limita a corrente para não ter problemas de explosões
3.4.2.5. O número de dispositivos conectados a um segmento é limitado pela característica de limitação de corrente
3.4.2.6. por usar o mesmo protocolo do Profibus DP ele pode ser ligado a uma rede DP usando um dispositivo de acoplamento
3.4.2.7. Isto significa que DP e PA podem trabalhar bem juntos
3.5. Redes de Controladores
3.5.1. Conceitos
3.5.1.1. Atuam a nível dos controladores
3.5.1.2. transmitindo dados entre dispositivos poderosos de campo e controladores
3.5.1.3. além de transmitir dados entre controladores
3.5.2. ControlNet
3.5.2.1. O ControlNet usa o Common Industrial Protocol (CIP)
3.5.2.2. Que é uma adaptação do modelo OSI para redes industriais
3.5.2.3. garante que mensagens críticas que não dependem de timming
3.5.2.4. Essa rede industrial é normalmente usada para aplicações redundantes ou aplicações que trabalham melhor com comunicações agendadas
3.6. Rede ethernet industrial
3.6.1. Conceitos
3.6.1.1. Ethernet Industrial (IE) refere-se ao uso de protocolos padrão Ethernet com conectores robustos e interruptores de temperatura ampliada em um ambiente industrial, para automação ou controle do processo.
3.6.1.2. têm o potencial para substituir as redes fieldbus tradicionais a longo prazo
3.6.1.3. A rede Ethernet é muito usada graças à simplicidade, eficiência e baixo custo, além da capacidade de atuação com vários protocolos de comunicação
3.6.1.4. São usadas não apenas no meio industrial, mas também no doméstico
3.6.1.5. depende de componentes como switches, gateways, firewalls e outros
3.6.1.6. O uso de Ethernet de fibra reduz os problemas de ruído elétrico e fornece isolamento elétrico para evitar danos no equipamento
3.6.1.7. Ethernet usa detecção de colisão que faz o tempo de transporte para pacotes de dados individuais difícil de ser estimado devido ao aumento do tráfego de rede.
3.6.1.8. Normalmente, as utilizações industriais de Ethernet empregam padrões full-duplex
3.6.1.9. está em constante evolução e aprimoramento
3.6.2. História da rede ethernet na indústria
3.6.2.1. Caracteristicas
3.6.2.1.1. Tem implementação mais simples;
3.6.2.1.2. Tem custos reduzidos
3.6.2.1.3. Permite uso de protocolos variados em ambiente industrial
3.6.2.1.4. Segue em constante evolução e aprimoramento
3.6.2.1.5. Pode ser aplicada em qualquer espaço
3.6.2.1.6. É interoperável e escalável para as demandas
3.6.2.2. Vantagens
3.6.2.2.1. Aumento da velocidade, acima dos 9,6 kbit/s com RS-232 para 1 Gbit/s com Gigabit Ethernet através de cabos Cat6/Cat5e ou fibra óptica
3.6.2.2.2. Aumento da distância
3.6.2.2.3. Capacidade de usar padrão pontos de acesso, roteadores, switches, hubs, cabos e fibra óptica
3.6.2.2.4. Arquiteturas Peer- to-peer pode substituir as master-slave
3.6.2.2.5. Melhor interoperabilidade
3.6.2.3. Desvantagens
3.6.2.3.1. A migração de sistemas existentes para um novo protocolo
3.6.2.3.2. A gestão de uma stack TCP/IP é mais complexa
3.6.2.3.3. O tamanho mínimo de Frame Ethernet é de 64 bytes
3.6.2.3.4. afeta a eficiência de transmissão de dados
3.6.3. Ethernet Industrial X Ethernet para redes de computadores
3.6.3.1. A Ethernet padrão e a Ethernet Industrial são ambas tecnologias de rede baseadas no protocolo Ethernet, mas são projetadas para diferentes ambientes e têm características distintas
3.6.3.2. Ethernet Padrão
3.6.3.2.1. A Ethernet padrão é a tecnologia de rede mais aceita no mundo para a intercomunicação de dados
3.6.3.2.2. Ela define o meio físico de conexão do cabeamento, o controle de acesso do dado na rede e o quadro (frame) de informação
3.6.3.2.3. É uma rede simples de projetar e implantar, com componentes de baixo custo comparados a outras redes
3.6.3.2.4. Pode ser aplicada desde ambientes domésticos até comerciais
3.6.3.3. Ethernet Industrial
3.6.3.3.1. A Ethernet Industrial é uma versão da Ethernet padrão que foi adaptada para atender aos requisitos rigorosos dos ambientes industriais
3.6.3.3.2. Ela tem requisitos baseados em comunicações bidirecionais, ou seja, é interativa
3.6.3.3.3. O fluxo de informações e transferência de dados é feito “para e de” o ponto de origem
3.6.3.3.4. A Ethernet Industrial pode utilizar uma série de protocolos de comunicação, sendo os mais comuns os do tipo Profinet, Ethernet/IP, Ethercat e OPC UA
3.6.4. Redes Ethernet Industriais
3.6.4.1. Profinet
3.6.4.2. Ethernet/IP
3.6.4.3. Modbus TCP
3.6.4.4. EtherCat
3.7. Redes TCP/IP
3.7.1. As redes TCP/IP normalmente são Redes Coorporativas
3.7.2. atuam a nível da empresa,
3.7.3. conectando e transmitindo dados entre segmentos dos sistemas de automação e demais setores da empresa
3.8. Qual tipo de rede escolher?
3.8.1. A rede ideal é aquela que está sempre pronta para acompanhar o desenvolvimento da empresa, armazenando seu alto fluxo de dados.
3.8.2. Os objetivos de uma empresa ao implementar uma rede devem ser claros. As informações que têm valor e utilidade para o negócio devem ser definidas.
3.8.3. É preciso observar as reais necessidades e se o projeto é viável técnica e economicamente.
3.8.4. qual será o CLP (Controlador Lógico Programável) utilizado?