REDES INDUSTRIAIS

REDES INDUSTRIAIS SEMANA 9 – HISTÓRICO E ARQUITETURA DE REDES INDUSTRIAIS 17/11/2014 17/11/2014 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 1 1

Automação - Objetivos • Uso de computadores e redes na automação de processos • Realiza o trabalho repetitivo ou que de alguma forma são nocivos ou perigosos a saúde. • Realiza medições e gerenciamento automático de processos. • Deu origem a indústrias como a Eletrônica de Consumo e Automotiva. • Trouxe um aumento na produção e qualidade de produtos. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Histórico das Redes Industriais • Início da década de 60: computadores utilizados de forma isolada. • 1838: Invenção do telégrafo, e a transmissão de pulsos elétricos (código de Morse) desenvolvido por Samuel F.B. Morse. • Telefone • Rádio • Televisão • TV a cabo • Internet • A fusão entre o Processamento de Informação e a comunicação torna os sistemas computacionais mais eficientes e eficazes. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

A fusão entre o Processamento de Informação e a comunicação • Permite intercambiabilidade, interoperabilidade, expansividade influindo nos custos e modos de gestão e manutenção. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

SDCD – Sistemas Digitais de Controle Distribuído • Eram implementados com componentes digitais específicos para: • O tipo de aplicação no que se refere ao SO desenvolvido para a aplicação. • Programas aplicativos de controle e supervisão destinados a aplicação específica. • Hardware e dispositivos de E/S com configurações específicas voltadas a aplicação. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Sistema Digital de Controle Distribuído antigo (EPY-100-ECIL) REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Exemplo de SDCD EPY-100 da ECIL: (a) sumário de alarmes; (b) diagrama de produção; (c) visão geral de controladores e (d) gráficos de tendências. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Bastidor de um SDCD antigo (EPY-100-ECIL) REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Arquitetura Genérica de um SDCD • Estações locais de interface com o processo que realiza controle, monitoração e comunicação com controladores de malha simples. • Interface homem-máquina interativa, para supervisão e monitoramento do processo, com vídeos coloridos e teclados funcionais. • Rede de comunicação redundante com cabo coaxial ou fibra óptica. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CD 600 Plus – Controlador Digital Multi-Loop - SMAR • O CD600Plus é um controlador versátil e confiável de módulo único, capaz de controlar simultaneamente até 4 malhas de controles, com 8 PIDs e estratégias de controle sofisticadas com mais de 120 blocos de função. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

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Painel Frontal REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Arquiteturas Atuais de um SDCD • Devido o crescente desenvolvimento dos CLP (eficiência e confiabilidade) e das interfaces homem-máquina os SDCD passaram a ter uma nova arquitetura, tornando-se bem mais flexível e com um custo bem menor. • A maioria das implementações atuais passaram a ser redes de CLP gerenciadas por Sistemas de Controle e Aquisição de Dados (Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA) REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Principais Diferenças entre Arquitetura Antiga e Atual dos SDCD • Os antigos eram computadores digitais que faziam controle, monitoramento e supervisão de sistemas de automação industrial de grande porte, com grande capacidade de processamento, grande número de E/S, interface homem-máquina (monitores) e programa supervisório. • Os atuais substituem esta tecnologia por redes de controladores supervisionados através de programas do tipo SCADA. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Controlador Lógico Programável • Controlador Lógico Programável Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. • Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CLP • Um CLP é o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventos discretos ou seja, com processos em que as variáveis assumem valores zero ou um (ou variáveis ditas digitais, ou seja, que só assumem valores dentro de um conjunto finito). • Podem ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tensão elétrica. • As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são os elementos variáveis entre valores conhecidos de tensão ou corrente. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CLP • Os CLP's estão muito difundidos nas áreas de controle de processos ou de automação industrial. • No primeiro caso a aplicação se dá nas industrias do tipo contínuo, produtoras de líquidos, materiais gasosos e outros produtos, no outro caso a aplicação se dá nas áreas relacionadas com a produção em linhas de montagem, por exemplo na indústria do automóvel. • Num sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada no controlador (CLP) que de acordo com o programa em memória define o estado dos pontos de saída conectados a atuadores. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CLP E SDCD • Os CLPs tem capacidade de comunicação de dados via canais seriais. Com isto podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados. • Softwares de supervisão controlam redes de Controladores Lógicos Programáveis. • Os canais de comunicação nos CLP´s permitem conectar à interface de operação (IHM), computadores, outros CLP´s e até mesmo com unidades de entradas e saídas remotas. • Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com que seus equipamentos troquem informações entre si. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CLP e PROTOCOLOS DE REDES INDUSTRIAIS • Os protocolos mais comuns são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), EtherCAT (Beckhoff), Profibus (Siemens), Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen Bradley), entre muitos outros. • Redes de campo abertas como PROFIBUS-DP são de uso muito comum com CLPs permitindo aplicações complexas na indústria automobilística, siderurgica, de papel e celulose, e outras. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Controlador Lógico Programável REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Painel de Comando Contendo Controlador Lógico Programável REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Histórico do PLC • O CLP foi idealizado pela necessidade de poder se alterar uma linha de montagem sem que tenha de se fazer grandes modificações mecânicas e elétricas. • O CLP nasceu praticamente dentro da industria automobilística, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e seguindo uma especificação que refletia as necessidades de muitas indústrias manufatureiras. • A idéia inicial do CLP foi de um equipamento com as seguintes características resumidas: • 1. Facilidade de programação; • 2. Facilidade de manutenção com conceito plug-in; • 3. Alta confiabilidade; • 4. Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos; • 5. Envio de dados para processamento centralizado; • 6. Preço competitivo; • 7. Expansão em módulos; • 8. Mínimo de 4000 palavras na memória. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Um pouco de história 1960s… Modicon Inventora do PLC - 1968 (Richard Morley) Criadora do primeiro protocolo industrial –bus REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Dick Morley o Pai do PLC REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CPL de 5ª Geração • 5ª Geração: Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os CLP's, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante, não só CLP's, como Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração a fim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada Globalização. • Existem Fundações Mundiais para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. A grande dificuldade tem sido uma padronização por parte dos fabricantes. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CD 600 Plus – Controlador Digital Multi-Loop - SMAR • O CD600Plus é um controlador versátil e confiável de módulo único, capaz de controlar simultaneamente até 4 malhas de controles, com 8 PIDs e estratégias de controle sofisticadas com mais de 120 blocos de função. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Painel Frontal REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

CIM – Conceito de Manufatura Integrada por Computador • Sistemas que se caracterizam pelo gerenciamento de processos de forma integrada – Manufatura Integrada por Computador (CIM). • Os CIM possibilitam a interligação dos níveis de gerenciamento, controle e supervisão dos sistemas de automação de forma hierárquica com o uso de complexos algoritmos, distribuição do controle e centralização de macro decisões, possibilitando o gerenciamento do processo tanto técnico como administrativo. • Atualmente a base de um CIM é formada por SDCD que representa praticamente todos os níveis de controle e execução do processo. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Estrutura do CIM • É relevante destacar a importância dos programas de aquisição de dados, supervisão e controle (SCADA). • Das redes de comunicação que utilizam protocolos industriais (fieldbus), essenciais ao bom funcionamento do CIM e do SDCD. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Comparações entre número e volume de informações. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Níveis Hierárquicos de um CIM REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Arquitetura de Redes Industriais - Histórico • Início: sistemas de controle totalmente baseados em controladores com malha única de realimentação (single-loop- controllers SLC) • Década de 1960: Sistemas baseados em Mini e grandes computadores digitais, os chamados Controles Digitais Direto – DDC. • Década de 70 e 80: Sistemas de Controle Distribuído (DCS) aplicados em sistema de automação. • Década de 90: Ocorreu um grande desenvolvimento na eficiência dos computadores, CLP, sensores, atuadores e sistemas de comunicação tornando os Sistemas Digitais de Controle Distribuído (SDCD) uma realidade. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Uso dos SDCD • Todos os segmentos da automação: • Processos Industriais • Processos não industriais (sistemas de água e esgoto, energia elétrica, telecomunicações, etc.) • Automação predial: controle de utilidades, detecção e alarme de incêndio, controle de acesso, etc. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Particulares do SDCD • Misto entre os Controladores com Malha Única (SLC) e o DDC. • O DDC implementa um grande número de malhas em um único computador, que centraliza todas as informações e funções de controle. • O SDCD implementa as malhas de controle em pequenos grupos, cada grupo com o seu próprio processamento (controlador). • Os controladores são conectados via barra de comunicação de dados (Data Highway – BUS), que em alguns casos podem ser duplicados para aumentar a confiabilidade. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Estrutura de um SDCD com barramento duplo. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Vantagens do uso do SDCD • Controle das funções tão independentemente quanto se deseja, permitindo escolha através da relação custo/benefício. • Permite monitorar e ajustar as funções de controle de forma centralizada e com fácil operação. • Permite sistemas com multiprocessadores controlados por um único gerenciamento, com capacidade de executar uma mesma tarefa compartilhada dinamicamente. • Cada processador tem seu próprio gerenciamento (programa aplicativo) e realiza funções especiais. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Razão para se usar o processamento distribuído e paralelo (multicomputador) em sistemas de controle em tempo real: • Tempo de resposta necessário. • Múltiplas cópias dos componentes dos sistemas levam a uma maior flexibilidade e redundância. • Algumas aplicações são geograficamente distribuídas. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Topologia de Redes: Em Estrela REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Topologia em Anel REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Topologia em Barramento REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Topologia em Árvore REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Resumo Comparativo entre as Topologias REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Redes Digitais: O Modelo OSI da ISO REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Comparação do Modelo OSI com o Protocolo TCP/IP REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

Sistema de Controle Centralizado • Sistemas de controle centralizados com barramentos paralelos são os favoritos em aplicações onde uma alta eficiência de processamento é necessária. • Um sistema de multicomputadores é usado. • O esquema centralizado é feito de forma a manter os dispositivos juntos em uma única sala. • Neste sistema, vários computadores compartilham um barramento comum. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI

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