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PirâmidePirâmide da Automaçãoda Automação
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ASAS--i i -- Definição e Pontos ChaveDefinição e Pontos ChaveASAS--i i -- Definição e Pontos ChaveDefinição e Pontos Chave
• Actuator Sensor Interface (AS-i) . . .– Barramento que interconecta produtos binários de
custo baixo tais como atuadores, sensores (chaveslimite, botoeiras, relés, válvulas solenoides), etc.
– Substituição digital para cabos tradicionais
– A tecnologia AS-I pertence e é administrada pela AS-International
– Padrão definido pela CENELEC, norma EN 50295
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Aplicações AS-iAplicações AS-i
• Partida de Motores
• Variadores de Frequência
• Válvulas On-Off
• Ilhas de Valvulas
• Blocos de E/S discretas
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Benefícios ASBenefícios AS--iiBenefícios ASBenefícios AS--ii
• Tempo de scan Rápido (max. 5 ms)
• Auto - Sensing & Auto - Addressing
• Comunicação Mestre - Escravo
• Economia de Hardware
– Fiação simples e segura
– Tecnologia de instalação rápida
– Instrumentos “baratos”
• Padrão Aberto
– Independente de Fabricante e Interoperavel
– Produtos Certificados, Aceitação iternacional
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Cabo AS-Interface:Alimentação CC no mesmo
par de comunicação
Características BásicasCaracterísticas Básicas
Fonte ASI30,5 Vcc
100m Max.62 Escravos Max.
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Topologias aplicáveisTopologias aplicáveis
Topologia livre, somente há limitações no comprimento do cabo
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AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações
• linha de transporte de processode empacotamento,
• Silos de Granulados
• Módulos Compactos paraaplicação em Cervejarias
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• Originalmente desenvolvido pela BOSH para omercado automobilístico europeu no início dos anos80;
• Substituiu a fiação custosa e trabalhosa por cabosde rede de baixo custo;
• Resposta rápida e alta confiabilidade (Freios Anti-travantes e airbags);
• Substituiu a fiação custosa e trabalhosa por cabosde rede de baixo custo DeviceNet tem uma camadade software de aplicação sobre o CAN.
DevicenetDevicenetDevicenetDevicenet
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DevicenetDevicenetDevicenetDevicenet
Rede industrial de padrão aberto de comunicação para conexão entre :
– Sensores de proximidade indutivos,capacitivos,fotoelétricos,
– Painéis e interfaces de operação,
– sensores de processos,
– leitores de código de barras,
– variadores de frequência,
– motores de partida,
– válvulas solenóides
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Especificações da rede DeviceNetEspecificações da rede DeviceNetEspecificações da rede DeviceNetEspecificações da rede DeviceNet
• Projetado para sinais simples
• Até 64 instrumentos
• Cabos par-trançado ou fibra
• Cabos até 500m
• Topologia de barramento com derivações (bus with spurs)
• Cabos e conectores especiais
• Modelo Produtor/Consumidor – Qualquer device pode iniciarum processo de comunicação
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TopologiasTopologiasTopologiasTopologias
A topologia da rede Devicenet é baseada em um tronco principal com ramificações
O tronco principal deve ser sempre terminado nas duas pontas com resistores de 121, 1%, ¼ W.
Topologias em Estrela e anel não são permitidas !!
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Cabos DeviceNetCabos DeviceNetCabos DeviceNetCabos DeviceNet
São 4 tipos de cabos padronizados: cabo redondo grosso, fino, médio e flat.
Mais Utilizado: cabo grosso para o tronco.cabo fino para as derivações.
Tipo
de caboBitola
Bitola
dreno
Bitola
comum I (A) Dim Resist
Grosso 15AWG 18AWG 18AWG 8A 12,5mm 0,015Ω/mFino 22AWG 22AWG 24AWG 3A 7,0mm 0,069Ω/mFlat 16AWG - 16AWG 8A 5,3x19,3mm 0,019Ω/m
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Comprimentos máximos Comprimentos máximos dos cabos dos cabos Comprimentos máximos Comprimentos máximos dos cabos dos cabos
Tipo de cabo Função do caboTaxa de transmissão
125 Kbits/s 250 Kbits/s 500 Kbits/s
Grosso Tronco 500m 250m 100m
Fino Tronco 100m
Flat Tronco 380m 200m 75m
Fino Derivação 6m
Fino ∑ Derivações 156m 78m 39m
• Ramificação na rede não pode ser maior que 6 m
• A soma dos comprimentos de todas as ramificações deveser menor que o máximo permitido para a taxa decomunicação desejada.
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Exemplo de rede DevicenetExemplo de rede DevicenetExemplo de rede DevicenetExemplo de rede Devicenet
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Aplicações DeviceNetAplicações DeviceNetAplicações DeviceNetAplicações DeviceNet
Solda Robótica
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PROFIBUS PROFIBUS -- Comunicação TransparenteComunicação Transparente
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H1H1
H1BS
EstaçãoEngenharia
Estação Manutenção
Estação Operação
Arquitetura Arquitetura –– PROFIBUS DPPROFIBUS DPInternet Firewall
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• Par-trançado com 2 fios (RS-485)e blindagem somente para sinal,• Até 128 dispositivos divididos em 4 segmentos com repetidores,• Velocidades ajustáveis de 9.600 a 12 Mbits/s• De 100 a 1.200m conforme a velocidade;• Sistema de comunicação mestre - escravo.
ProfibusProfibus -- DP (DP (DescentralizedDescentralized PeripheriaPeripheria) )
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Aplicações Profibus DPAplicações Profibus DPAplicações Profibus DPAplicações Profibus DP
• Partida de Motores
• Variadores de Frequência
• Balanças
• Controle Discreto de Válvulas
• E/S em Zone 1
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Comunicação Multi MestreComunicação Multi MestrePassagem de “token”Passagem de “token”Comunicação Multi MestreComunicação Multi MestrePassagem de “token”Passagem de “token”
PLC / DCS / PCIndustrial PC
tokentokentokentokentokentoken
Profibus-PA31.25 kbit/s
24 V
DrivesI/O Remota
Equipamento PA
Muitos masters podem acessar os escravos para funções de leitura, Velocidade até 12Mbps
Um sistema Multi-master consiste de:- múltiplos mestres (classe 1 ou 2)- 1 a 124 DP-Escravos no máximo.- max. de 126 dispositivos no mesmo
battamento
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PROFIBUSPROFIBUS--DP: DP: Distâncias Max. Permitidas Distâncias Max. Permitidas
• Verificação das distâncias máximas permitidas
– Distâncias limites dependem do tipo do cabo assim comoda taxa de comunicação;
– Expansível até 10km com uso de repetidores ou 80km comfibra Ótica
– 32 estações por segmento
Baud rate (kbit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000
Comprimento Total (m) ou Segmento (m)
1200 1200 1200 1000 400 200 100
Tronco Máximo (m) 500 500 900 967 380 193.4 100
Ramos (Spur) Máximo (m) 500 500 100 33 20 6.6 0
Nota: Distâncias basedas em velocidade de transmissão utilizando cabo type A e comunicação RS485.
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PROFIBUSPROFIBUS--DP: AplicaçõesDP: AplicaçõesPROFIBUSPROFIBUS--DP: AplicaçõesDP: Aplicações
Cervejarias
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H1H1
H1BS
EstaçãoEngenharia
Estação Manutenção
Estação Operação
Arquitetura Arquitetura –– PROFIBUS PAPROFIBUS PAInternet Firewall
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• É um protocolo de comunicação dedicado a Automação deProcessos e otimizado para dispositivos de campo.
• Transmissores, Válvulas, Atuadores, Convertersores, etc
• Internconectado e alimentado pelo barramento
• Cada dispositivo de campo tem um endereço físico e único nobarramento.
• A aplicação em áreas classificadas (zonas 0, 1 e 2) em modoIntrisincamente Seguro (ia/ib).
• Mesmas características físicas (elétricas) do protocolo FF
PROFIBUS PROFIBUS -- PAPA
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• Dispositivos usados para traduzir as características físicasentre PROFIBUS DP (RS485) e o PROFIBUS PA : H1(31,25kbits/s);
• Eles são transparentes para os mestres e não tem endereço nolado Profibus DP;
• Eles atendem aplicações intrinsecamente seguras(Ex) e(Non-Ex), definindo e limitando o máximo numero deequipamentos em cada segmento PA;
• Eles são alimentados por 24VDC;
• Exemplos: Acopladores Pepperl+Fuchs (93.75 kbits/s) SK2(12Mbits/s) e Siemens (45.45 kbits/s).
ACOPLADORES (COUPLERS):Elementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS
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PLC / DCS / PC
DP/PAacoplador
PROFIBUS-PA31.25 kbit/s
Slaves
24V
PROFIBUS-DP45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s SK2 12Mbit/s
Class 1 PROFIBUS Master
Acopladores (COUPLERS
24 VDP/PA
Acoplador OUPLER
PROFIBUS-PA31.25 kbit/s
Elementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS
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• Os dispositivos são usados como escravos na rede PROFIBUSDP (RS485 até 12Mbits/s) e mestres na PROFIBUS PA(H1:31,25kbits/s);
• Permitem velocidades até 12Mbits/s em Profibus DP;
• É permitido até 5 acopladores (couplers), com um númeromáximo de dispositivos variando de 30 a 64 equipamentosconforme, dependendo do modelo;
• Eles tem endereço específico para a rede PROFIBUS DP;
• Ex: IM157 – Siemens.
Links:
Elementos da rede PROFIBUSElementos da rede PROFIBUS
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29
Elementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS
PLC / DCS / PC
DP/PA Link + Couplers
PROFIBUS-PA31.25 kbit/s
Slaves
PROFIBUS-DP até 12Mbit/s
Classe 1 Master PROFIBUS
24 V
PROFIBUS-PA31.25 kbit/s
24 V
Max. 5 DP/PA acopladorespor link IM157
DP/PA Link + Acop´ladores
Max. 32 equipmentospor link IM157 – Ex ia *Max. 64 equipmentospor link IM157 - Non-Ex *
(*) dependendo do consumo de corrente do dispositivo e do numero de slots/dispositivos ocupados.
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30
Function Blocks
PID-ControlAnalog Input Analog Output Discrete Input Discrete Output
Totalisator CounterNicht Bestandteil des Profils
Bestandteil des Profils
• Blocos de Funções são interfaces padrões (normalmente 4bytes para o valor medido e 1 byte para o status), queciclicamente trocam informações com um master classe 1;
• Eles podem oferecer funçoes básicas como caracterização,escalas, etc;
Blocos de Blocos de FuncõesFuncões
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Tanques de Armazenagem e Fermentação
TMD 834
Cerabar S
SamsonControlValve
Promag 33
Deltapilot S
Mycom L
PROFIBUS-PA IEC 1158-2
Segmentcoupler
SiemensET 200Remote I/O
EngineeringCOMMUWIN II
VisualisationSISTAR
ControlSIMATIC S5
PROFIBUS-DP RS 485
fibre optical industrial Ethernet
DanfossAC MotorSpeedController
FestoValve
control
PROFIBUS PA:AplicaçõesPROFIBUS PA:AplicaçõesPROFIBUS PA:AplicaçõesPROFIBUS PA:Aplicações
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HART HART -- HistóricoHistóricoHART HART -- HistóricoHistórico
1. Sistema 4 a 20mA4 a 20mA
Se Resistor = 250Ω, a tensão variará de 1 a 5Vpara corrente entre 4 a 20mA
Comporta-se como umaFonte de corrente.
Programador Portátil(Handheld)
2. Sistema 4 a 20mA edigital proprietário
4 a 20mA
3. Sistema HARTProgramador Portátil
(Handheld)
4 a 20mA
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IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntrodução
• HART– Highway Addressable Remote Transducer
• Origem– Fischer Rosemount
– 1980
• Protocolo Aberto• HCF – HART Communication Foundation 1989
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34
Simultaneos 4-20 mA e comunicação digital
Dois Mestres de rede possíveis: DCS e HHT (programador de mão)
Comunicação Multidrop (bus) até 15 devices. Mestre-Escravo
Compativel com cabos convencionais, controladores, registradores,indicadores, etc.
Padrão Bell 202 (modem)
1200 Hz“1”
2200 Hz“0”
1 mA
4 mA
20 mA
Tempo
Protocolo HARTProtocolo HARTProtocolo HARTProtocolo HART
Sinal Físico HART
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Flexibilidade operacionalFlexibilidade operacionalFlexibilidade operacionalFlexibilidade operacional
• Uso de dois mestres (primário e secundário)– Interoperabilidade entre dispositivos
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AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações
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Wireless HART Wireless HART -- ArquiteturaArquiteturaWireless HART Wireless HART -- ArquiteturaArquitetura
• Network Manager:– distribui chaves de segurança;– configura e coordena equipamentos e rede.
• Gateways interfaceiam os equipamentos sem fio com os hospedeiros:– Serial, Ethernet e Wi-Fi, por exemplo, podem ser usadas.
• Adaptadores integram equipamentos HART existentes à rede.• Programadores Portáteis sem fio.
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Rede Rede MeshMesh (Malha)(Malha)Rede Rede MeshMesh (Malha)(Malha)
DSSS
(Direct Sequence
Spread Spectrum)
FHSS
(Frequency Hopping)
Blacklisting
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Time Time DivisionDivision MultipleMultiple AccessAccessTime Time DivisionDivision MultipleMultiple AccessAccess
• Utilização de Time Slots:– A comunicação entre dois instrumentos acontece num time slot.– Uma coleção de time slots, que se repete ciclicamente, compõe um
Superframe.
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40www.smar.com.br
Rede Rede MeshMeshRede Rede MeshMesh
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AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações
• Substituição da conexão através de cabos entre computadorespessoais e periféricos;
• Implementação de Redes Locais (LANs) em ambientes ondeuma rede cabeada não é viavel ou desejável;
• Extensão de Redes Cabeadas para usuários que requeremmobilidade;
• Conexão entre prédios ou situações onde o uso de uma linhaprivada ou enlace óptico não é viável;
• Acesso a Redes IP a partir de celulares ou PDAs;• As aplicações envolvendo Wireless HART são orientadas à
sistemas de Monitoração ou Controle em Malha Aberta, dadosos tempos envolvidos em todo o scan da rede (segundos);
• Não se aplica diretamente a controle em malha fechada.
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EvoluçãoEvolução: HSE WIO : HSE WIO –– Wireless and Remote I/OWireless and Remote I/OEvoluçãoEvolução: HSE WIO : HSE WIO –– Wireless and Remote I/OWireless and Remote I/O
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Foundation Fieldbus é um protocolo digital que oferececomunicação digital de via dupla em modo multi-ponto entre osequipamentos de chão-de-fábrica, sistemas de automação ede visualização.
FF é essencialmente uma rede local (LAN) para osequipamentos de campo utilizados em automação industrial.
Fieldbus
Sistemas de Automação e Visualização
P
L
F
Processo
Foundation FieldbusFoundation FieldbusFoundation FieldbusFoundation Fieldbus
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44
Rede Local
DCS
CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102
4 - 20 mA
E/S
DCS TradicionalDCS TradicionalDCS TradicionalDCS Tradicional
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Rede LocalSISTEMA
SUPERVISÓRIO
FIELDBUS
CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102
Sistema de Controle FFSistema de Controle FFSistema de Controle FFSistema de Controle FF
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SCADABRIDGE
Fieldbus H1
ANALIZADOR
PLC
H1… Fieldbus de baixa velocidade• 31.25 Kbps• substitui 4 a 20 mA• 2 - 32 Equipamentos (não alim. barramento)• 2 - 16 Equipamentos (alim. barramento)• Potência & Comunicação• Intrinsecamente Seguro• par trançado• comprimento 1900 m
PLC
SERVIDOR GATEWAY
ETHERNET
Backbone HSE
HSE - Fieldbus de alta velocidade• FAST ETHERNET - 100Mbps
Meios FísicosMeios FísicosMeios FísicosMeios Físicos
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47
Topologia Fieldbus Topologia Fieldbus -- HSEHSETopologia Fieldbus Topologia Fieldbus -- HSEHSE
H1P
L
Planta
P
L
Planta
P
L
Planta
H1 H1
P
L
Plant
H1
100 metros no par trançado2000 metros na fibra ótica
CLIENTE HSE
100 Mbit/sSwitch
LinkingDevice
LinkingDevice
Equipamento de campoEthernet
Gateway
I/O Network
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48
REDE DA PLANTA /HSE
BRIDGE
JUNCTIONBOX
H1 LEVEL
Ponto a PontoBarramento com
derivações (spurs)Barramento ponto a ponto (Daisy Chain)
Árvore
(Terminadores não são mostrados)
Topologias Fieldbus Topologias Fieldbus –– H1H1Topologias Fieldbus Topologias Fieldbus –– H1H1
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49
DCS
TRADICIONAL
CONTROLE NOS EQUIPAMENTOS DE CAMPO !CONTROLE NOS EQUIPAMENTOS DE CAMPO !
SUBSISTEMAE/S
CONTROLADOR
Redução de hardware
AO
AI
AI
PID
SISTEMAFIELDBUS
EconomiaEconomiaEconomiaEconomia
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50
AIOUT
OUTIN
PIDIN AO
TRANSMISSOREQUIPAMENTO FIELDBUS
VÁLVULAEQUIPAMENTO FIELDBUS
INTERCONEXÃO ENTRADA / SAÍDA “PILHA”
COMUNICAÇÃO
CAMADAUSUÁRIO
CAMADA FÍSICA
Tecnologia FOUNDATION FieldbusTecnologia FOUNDATION FieldbusTecnologia FOUNDATION FieldbusTecnologia FOUNDATION Fieldbus
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Analog AlarmAnalog InputArithmetic
ConstantDensityInput Selector
Characterization
Advanced PID
IntegratorLead LagOutput Signal Selector
and Dynamic LimiterPIDSet Point GeneratorSplitterTimer / Logic
Blocos de Funções no CampoBlocos de Funções no CampoBlocos de Funções no CampoBlocos de Funções no Campo
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52
USER APPLICATION
FIELDBUS MESSAGESPECIFICATION
FIELDBUS ACCESSSUBLAYER
DATA LINKLAYER
PHYSICAL LAYER
FIELDBUSPROTOCOL CONTROL INFORMATIONPROTOCOL DATA UNITTHERE MAY BE MORE THAN 1 OCTET OF PREAMBLE IF REPEATERS ARE USED
***
***
PREAMBLEEND
DELIMITERSTART
DELIMITER DLL PDU**
5-15 5 to 256 2
1 4 to 255
4 0 to 251
DLLPCI* FAS PDU**
FASPCI* FMS PDU**
FRAME CHECKSEQUENCE
FMS PCI* USER ENCODED DATA
USER DATA
1*** 1 8 to 273 1
CodificaçãoCodificação dada CamadaCamada FísicaFísicaCodificaçãoCodificação dada CamadaCamada FísicaFísica
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53
DCS/PLC Sistema FIELDBUS
Visão ExpandidaVisão ExpandidaVisão ExpandidaVisão Expandida
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54
HMI / CLIENTE OPC
OLE
. . . . . .
Servidor OLE
SOMENTE UM DRIVERCLIENTE OPC
Padrão OPCPadrão OPCPadrão OPCPadrão OPC
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55
Distribuição de TarefasDistribuição de Tarefas
Funções de tempo crítico no campo:
– Controle
– Lógica
– Seqüencial
– Computacional
– Seleção
– Alarme
– Diagnóstico
Funções do host:
– Visualização
– Operação
– Supervisório doControle
– Aplicação de Usuários
– Otimização
– Batelada
– Receita
– Tendência
– Alarme
– Relatórios
– Banco de Dados
– Sinótico Fluxo doProcesso
– Gerenciamento deInstrumentos
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56
Aplicações FFAplicações FF
Modbus
Ethernet
TrmPressão
Trm Temperatura
Trm Nível(Radar)Caixa Junção
(JM400)
Foundation Fieldbus H1
Instalação dos Controladores no Campo
ou na Sala de controle
VálvulaMotorizada
TrmBSW
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57
DemokitDemokit SmarSmar FFFFDemokitDemokit SmarSmar FFFF
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58
DemokitDemokit PROFIBUS PROFIBUS SmarSmarDemokitDemokit PROFIBUS PROFIBUS SmarSmar
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59
Introdução às Redes IndustriaisIntrodução às Redes IndustriaisIntrodução às Redes IndustriaisIntrodução às Redes Industriais