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Centro Universitrio do Leste de Minas Gerais
UnilesteMGPs-Graduao Lato Sensu em Tecnologia de Desenvolvimento de
Software
Coordenadoria Ps graduaoe extenso unilesteMG
Redes Industriais
Tecnologia LonWorks
Andr Damasceno GonalvesMilton Evangelista de Oliveira
Novembro de 2004
Relatrio Tcnico
Portugus
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Redes Industriais Tecnologia Lonworks
RESUMO
A tecnologia LonWorks, veio propor um novo conceito de controle
distribudo. Saindo do
conceito tradicional de controle centralizado utilizando PLC
para controle com inteligncia
distribuda, utilizando para isso o conceito de dispositivos
inteligentes de operao local,
tendo com objetivo permitir uma maior flexibilidade de expanso a
um custo baixo
comparado aos sistemas de controle centralizado. O trabalho
dissertativo abaixo vem mostraralguns aspectos dessa nova
tecnologia.
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1. Introduo
A LonWorks uma plataforma de rede criada pela Echelon, com o
proposto de vir a
solucionar os problemas de sistemas de controle centralizado que
utilizam caractersticade comunicao ponto-a-ponto com centralizao do
controle atravs de PLC, cuja
manuteno e expansibilidade difcil e cara. neste ponto que a
LonWorks vem propor
uma soluo: o controle no ponto. Ou seja, uma rede formada por
dispositivos inteligentes
que se comunicao, fazem controles e monitoramentos locais. Estes
tipos de aplicaes
reduzem os custos, facilitam a expanso, proporcionam maior
flexibilidade, permitem que
sistemas incompatveis possam operar em conjunto.
2. Viso geral
A tecnologia LonWorks formada por uma rede de dispositivos de
controle inteligentes,
chamados ns, que se comunicam usando um protocolo comum. Cada N
de rede, por
sua vez, contem inteligncia embutida, os neuron chips, capazes
de implementar o protocolo
de comunicao que permite a conexo com o meio de fsico e
desempenham todas as
funes de controle.
Os sistema de controle com inteligncia distribudas so compostos
de ns inteligentes,
cada um desempenhando uma tarefa especfica. ns podem ser
detetores de proximidade,
chaves, detectores de movimento e reles, etc.
A figura 1 traz o diagrama de um n individual, em sistema de
controle com
inteligncia distribuda. O N requer um microprocessador ou
microcontrolador, interfaces
de E/S (entradas/sada) para sensores e atuadores , protocolo de
comunicao e transceptores
para o meio de comunicao considerado.
Sensores/AturadoresSemforosSensores pticos
Circuito de E/S
Transceptor LonWork
Cristal Fonte
Neuron Chip
16 58 EP ROM
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Figura 1
3. Tecnologia LonWorks
O ponto fundamental da tecnologia LonWorks o chip Neuron, um
sofisticado
componente VLSI. Esse super chip Neuron incorpora comunicao,
controle,
gerenciamento (scheduling) e suporte de E/S.
A comunicao feita utilizando o protocolo LonTalk que atende a
todas as 7 camadas do
modelo de referncia OSI, implementado em ROM no chip Neuron.
Assim todos os ns de
uma rede LonWorks so interoperveis.
Atravs de transceptores adequados, todos os ns podem passar
instrues entre si. E
atravs dos dispositivos de E/S dos ns, os sinais recebidos podem
ligar ou desligar
atuadores, ou ler sensores e informar a leitura na rede. Por
exemplo aps receber uma
mensagem de um N do sistema de deteco de incndio, o N que
controla o elevador
pode envi-lo automaticamente para o trreo.
Outro ponto importante que a tecnologia LonWorks pode
comunicar-se atravs de
qualquer meio como, por exemplo, linha eltrica (portadora), par
tranado, rdio-frequncia,
infravermelho e cabo coaxial. Os ns podem ser combinados para
rotear mensagem de
um meio a outro, por exemplo, da linha eltrica para a rede par
tranado. O resultado uma
rede de controle totalmente integrada.
4. Chip Neuron
O chip Neuron disponvel em duas verses. O Neuron 3120, ver
figura 2, contm trs
processadores idnticos, de 8 bits; 10 kb de ROM pr-programada,
com o firmware do chip; o
firmware do protocolo LonTalk; 512 bytes de EEPROM para cdigo de
usurio otimizado e
configurao da rede; 1 KB de RAM para armazenamento dos comandos
de entrada ou de
dados; 11 pinos de E/S configurveis, para controle e monitorao
de diversos dispositivos;
dois temporizadores/controladores de 16 bits, que podem ser
multiplexados para quatro dos
pinos de E/S, para E/S no domnio do tempo; e interface de
comunicao independente do
Meio Fsico (par trancado, RF, linha de alimentao, etc.)
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meio, de 5 pinos. O Neuron 5150 quase idntico ao chip 3120,
diferindo na capacidade da
RAM, que de 2 KB, e no fato de que no incorpora ROM,
apresentando, ao invs disso,
uma interfaces para 59 KB de memria externa.
Figura 2
5. Protocolo de comunicao LonTalk
O protocolo LonTalk atende a todas as 7 camadas do modelo de
referncia OSI. Ele
implementado no chip Neuron possibilitando a todos os ns de uma
rede serem
interoperveis.
O protocolo suporta comunicao distribuda entre pares
(peer-to-peer), garantindo assimque ns individuais da rede, como
sensores e atuadores, comuniquem diretamente entre si;
no havendo a necessidade de um sistema de controle central.
Permite, tambm, a criao de
redes com mais de 32.000 ns, cada um controlando um ponto
individual.
O protocolo LonTalk, tem como caracterstica:
reconhecimento de transao; a comunicao ponto-a-ponto; servios
avanados de identificao de produto; prioridade de transmisso;
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deteco de mensagens duplicadas; sistema que evita coliso;
sistema de reenvio automtico;
apoio a estrutura cliente/servidor; transmisso em unicast;
multicast e broadcast; suporte a interao em meios de fsicos de
comunicao; deteco e correo de erros.
6. Panorama do LonWorks na automao
Apesar de no ser restrita a solues que utilizam os PC's (existem
fabricantes de PLC's
que j disponibilizam cartes para comunicao no protocolo Lontalk,
por exemplo), a
tecnologia Lonworks lembrada como tal e realmente so muitas as
facilidades de
integrao com esses equipamentos: conversores Lontalk - RS232,
adaptadores de rede
padro Lontalk, gateways Lontalk - TCP/IP, softwares para
monitorao de variveis de
rede, entre outros. Sendo assim, percebe-se que mesmo
participando dos diversos mercadosde automao, a tecnologia Lonworks
aparece de maneira muito significativa na automao
predial, onde, por muitos considerada um padro de fato. Seus
concorrentes mais
importantes so os protocolos X10 e BACNet, sendo o primeiro
muito antigo e com
limitaes que o deixam mais intensamente na automao residencial e
o segundo uma
especificao bastante completa (que utiliza inclusive,
opcionalmente, o mesmo cabeamento
de uma instalao Lonworks como meio de comunicao) mas com poucos
produtos
comercialmente disponveis, fazendo da tecnologia Lonworks a lder
desse mercado.
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7. Principais vantagens da Tecnologia
Sistemas de controle com inteligncia embutida tem com principais
vantagens:
a) reduo do custos inicial de projeto;b) facilitam a expanso e
reconfigurao;c) proporcionam maior flexibilidade, seja no tamanho
da configurao ou aplicao do
sistema;
d) diminuem os custos de instalao poupando ou eliminando fiao;e)
viabilizam aplicaes de difcil materializao com os sistemas
centralizados;f) permitem que produtos e sistemas antes
incompatveis possam interoperar.
8. Problemas e l imitaes da Tecnologia
Interoperabilidade: Na literatura pesquisada, a mais citada
crtica foi com relao realinteroperabilidade dos dispositivos
credenciados pelo LonMark. As crticas pe em dvida a
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padronizao das variveis de rede (SNVT's) entre os diferentes
fabricantes, assim como a
possvel existncia de solues diferentes para o mesmo problema, o
que faz com que um
dispositivo no seja imediatamente substituvel por um similar de
outro fornecedor. Tambm
com relao s SNVT's, existem crticas sua abrangncia, que, por ser
limitada, faz com que
muitos dispositivos precisem necessariamente ser construdos de
forma no padronizada,
deixando ento de ser interopervel.
Velocidade de comunicao: Embora possa atingir at 1.25 Mbps,
muitos meios de
comunicao disponveis tm velocidades baixas (at 4.8 Kbps, por
exemplo), o que classifica
a rede Lontalk como insuficiente para algumas aplicaes,
principalmente aquelas com alto
trfego de informaes e necessidade de resposta em tempo real.
9. Concluso
Em meio s mais diversas alternativas, so muitas as aplicaes que
se utilizam da
tecnologia Lonworks e atingem bom grau de sucesso. A aplicao em
automao predial
realmente onde a tecnologia se destaca pelo nmero de casos onde
utilizada, mas,
analisando o seu potencial no tocante facilidade de
desenvolvimento e implementao,
confiabilidade, custo e flexibilidade de instalao, juntamente
com os casos de aplicaesextra automao predial apresentados, possvel
afirmar que a mesma pode ser aplicada nas
outras reas de automao, como a industrial, de processos e
residencial. Percebe-se tambm
que o prprio mercado de automao predial mais receptivo
tecnologia por ter comeado
posteriormente ao da automao industrial e assim est aberto s
mais novas possibilidades
disponveis. A rea industrial, por sua vez, j passou por algumas
revolues tecnolgicas e
encontra-se, de certa forma, estabilizada, com grande base de
conhecimento nas solues
tradicionais, que atendem de maneira satisfatria s suas
necessidades de automao, optando
pelas novas tecnologias somente nos casos em que novas
necessidades surgem ou naqueles
em que se pretende manter o sistema atual por um perodo mais
longo de tempo.
Referncias Bibliogrficas:
http://www.lonworks.org.cn
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http://www.lonworks.echelon.com
http://conceitotecnologia.com.br/projetos/index_lonworks1.htmEduardo
Mantovani, mestrando em Energia e Automao pela EPUSP
http://conceitotecnologia.com.br/projetos/index_lonworks.htmPaulo
Roberto Cardinali, Engenheiro formado pela FEI.
http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/Download/DownloadFiles/Arquitetura.PDFConstantino
Seixas Filho UFMG
