UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIS ESCOLA DE ENGENHARIA ELTRICA E DE
COMPUTAO PROJETO DE FINAL DE CURSO
LABORATRIO DE REDES INDUSTRIAISAlunos :
Orientado r:
Fabricio Stnio Freitas Barbosa Giovanni Cendes Finotti Prof. Dr.
Bernardo AlvarengaGoinia 20101
PROJETO DE LABORATRIO DE REDES INDUSTRIAIS
ROTEIRO DE APRESENTAO Introduo
e Objetivos
Histrico do avano dos sistemas de Controle As redes e os
protocolos de comunicao industriais A importncia do Laboratrio de
Redes IndustriaisA
proposta da Estrutura do Laboratrio Estudo dos Protocolos
integrantes do laboratrio: Modbus Devicenet Componentes
do Laboratrio Estudos a serem realizados no Laboratorio2
Histrico do Avano Sistemas de Controle Contexto
dos
pr dcada de 60: utilizao de sistemas de controle centralizados
em controladores de malha nica Anos 60: a utilizao em larga escala
dos DDCs Direct Digital Controller Anos 70: nicio dos DCS Sistemas
de Controle Distribuidos; Anos 90: evoluo da tecnologia de CLPs
surgimento dos SDCD sistemas digitais de controle distribuido Dias
Atuais: utilizao de sistemas de3
As Redes Industriais Conceito
e
Protocolos
de Rede Industrial: Diversos elementos interligados operando de
maneira simultnea, controlando e supervisionando os processos
industriais Sistemas de controle distribudos sejam eles
fundamentados por SDCDs ou sistemas SCADA; Caractersticas
essenciais: confiabilidade, segurana, velocidade e preciso na troca
de informaes Vantagens: menor custo de implementao para grandes
aplicaes industriais (menor quantidade de cabos empregada e mdulos
E/S, etc.), facilidade de manuteno e soluo de problemas 4
O Laboratrio IndustriaisFerramenta
de
Redes
primordial para o aprendizado e pesquisa das mais difundidas
tecnologias de automao empregadas atualmente; Redes Industriais -
Tendncia geral no cenrio da Indstria brasileira;
5
O Laboratrio IndustriaisObjetivos
de
Redes
do Projeto:
Estudo de uma instalao de um laboratrio de Redes Industriais e
os protocolos integrantes, anexado ao Laboratrio de Automao da EEEC
da UFG; Somar conhecimentos precisos e prticos das mais difundidas
tecnologias de Redes Industriais s disciplinas de Controle e
Automao do curso de Engenharia Eltrica6
A proposta da Estrutura do LaboratrioBancada
de testes; Conectores especiais selados; Diversidade de
sensores; Programao de CLPs e chaves de partidas; Pr-requisito de
conhecimento bsico de automao;
7
Estrutura do Laboratrio
8
Estrutura do Laboratrio
Laboratrio de redes industriais UNIARP9
Estudo dos Protocolos Integrantes do Laboratrio: MODBUS10
Histria Criado
em 1979 para comunicao entre controladores da MODICON (hoje
Schneider Electric). um dispositivo mestre (master) com outros
mdulos escravos (slaves). considerado um protocolo pblico
Comunicar Atualmente Difundido Talvez
em larga escala na Indstria e adotado por diversos fabricantes;
o protocolo de maior utilizao em automao industrial; 11
Caractersticas Bsicas e VantagensSimplicidade,
flexibilidade, facilidade de implementao e comunicabilidade;
operao e manuteno (para um N limitado de dispositivos); que os
sistemas se comuniquem entre si atravs de dados analgicos e
digitais. devido ao fato da grande comunicabilidade entre diversos
fabricantes, com mdulos a preos mais acessveis; 12
Fcil
Permite
Sucesso
Caractersticas Bsicas e VantagensUtilizado
sobre conexes seriais RS-232 e RS-485 da camada de aplicao de
redes industriais tais como TCP/IP sobre Ethernet e MAP;
caractersticas deste protocolo so pr-estabelecidas , tais como o
formato da mensagem (frame format), sequncia de frame, tratamento
dos erros e excees da comunicao e funes desempenhadas (cdigos de 13
funo).
Protocolo
Certas
Linhas
Algumas Desvantagens
Seriais relativamente lentas 9600-115000 bps, comparado a
Ethernet com 100 Mbps, 1 Gbps e 10 Gbps; em conectar mais de 500
dispositivos com RS-232/485, requerendo para tanto uma complexa
hierarquia de mestres/escravos em uma estrutura de rvore que impe
srias barreiras de manuteno;14
Dificuldade
Tipos de Modbus
Protocolos
15
1. O MODBUS TCP/IP usado para comunicao entre sistemas de
superviso e controladores lgicos programveis. O protocolo Modbus
encapsulado no protocolo TCP/IP e transmitido atravs de redes padro
ethernet com controle de acesso ao meio por CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detection). 2. MODBUS PLUS usado
para comunicao entre si de controladores lgicos programveis, mdulos
de E/S, chaves de partida eletrnica de motores, interfaces homem
mquina etc. O meio fsico o RS-485 com taxas de transmisso de 1
Mbps, controle de acesso ao meio por HDLC (High Level Data Link
Control ). 3. O MODBUS PADRO usado para comunicao dos CLPs com os
dispositivos de entrada e sada de dados, instrumentos eletrnicos
inteligentes (IEDs)16
Tipos de Modbus
Protocolos
MODOS DE TRABALHO DO MESTRE
17
FUNES DO MESTRE
O
mestre possui 4 funes bsicas:
Assegurar a troca de informaes entre as ECLsou EDTs;
Assegurar o dilogo com as IHMs;
Assegurar o dilogo com outros mestres ou com o computador
supervisrio;
Assegurar a passagem de parmetros para os escravos (ECL) a fim
de obter a flexibilidade de produo18
Transmisso ModBusO
quadro abaixo ilustra um formato simples de mensagem modbus:
19
Modos de Transmisso Modbus: RTU e ASCIIMODO RTU
MODO ASCII
Formao dos Quadros - Definio do inicio e fim da mensagem RTU:
Tempos de silncio de 3,5 caracteres. ASCII: Inicia com : (ASCII 3A
hex) e termina com CR e LF (ASCII 0D e 0A hex).20
Contedo da Transao
Endereo (1 byte): 0 : Usado para broadcast. 1 a 247 : Usados
pelos escravos. Cdigo da Funo (1 byte): Estabelece a ao a ser
efetuada. 0 a 127 : Funes 128 a 255 : Informe de erro na transmisso
Bytes de Dados: Informao adicionais necessrias. Endereos de memria
Quantidade de itens transmitidos Quantidade de bytes do campo
Verificao de Erros (2 bytes): LRC ou CRC
21
Cdigos de Funo e Tipos de Dados
Endereos e Funes Modbus
22
Exemplos de TransaoCDIGO DE FUNO 01 LEITURA DO ESTADO DE BOBINA
TABELAS DE REQUISO E RESPOSTA CDIGO DE FUNO 02 LEITURA DO ESTADO DE
ENTRADA TABELAS DE REQUISO E RESPOSTA
endereo cdigo de offset n de CRC funo da regist bobina ros
incial 01 01 000A 0002 16 bits
endereo cdigo de offset Nmero CRC funo da de bobina registro
incial s 01 02 0000 0002 16bits
endereo cdigo de byte dado CRC funo de de contag bobina em 01 01
01 03 16 bits
endereo cdigo de byte dado CRC funo de de contag entrad em a 01
012 01 02 16bits
0000 0011
Estado das Bobinas 0000A e 000B ON
23
Tempo
Temporizao Modbus
no
de linha inativa entre bytes de uma mesma mensagem no pode
exeder a 1,5 tempos de byte; Ex.: taxa de 9600 bps, 11
bits/mensagem tempo do byte ~ 1,146ms . Portanto o tempo limite de
linha inativa seria de 1,72 ms.
O
tempo entre duas mensagens consecutivas < 3,5 tempo de byte.
atraso mnimo, natural dos escravos a uma requisio do mestre, deve
ser configurado no master no parmetro TIMEOUT24 a resposta no for
recebida dentro do
O
Se
Estudo dos Protocolos Integrantes do Laboratrio: Devicenet25
Histria:Apresentado
em 1994 pela Allen-
Bradley; Transferida para a ODVA em 1995; Primeiramente
desenvolvida para aplicao automobilstica; Atualmente mais de 300
empresas esto registradas; DeviceNet baseado no protocolo
CAN;26
Cenrios Tecnolgicos
27
CaractersticasTopologia
baseada em tronco principal com ramificaes; Suporta at 64 ns,
incluindo o mestre; Proteo contra inverso de ligaes e
curto-circuito; Alta capacidade de corrente na rede; Comunicao
baseada em conexes de E/S e modelo de pergunta e resposta;
28
A Camada FsicaTem
como composio os conectores, tranceivers, circuitos de proteo
contra desconexo, dentre outros.
29
A Camada de Enlace de DadosDeviceNet
um protocolo carrier
sense; Quando um dispositivo transmite, ele tambm est
recebendo;
30
As Camadas SuperioresDeviceNet
independente do meio fsico e da camada de enlace de dados;
31
Servios de controlePolled message
Strobed message
32
Servios de controleCyclic message
Change of state
33
Teste de ConformidadeTeste
feito pela ODVA (Conformance Testing); Teste de CIP; Teste de
Folha de Dados Eletrnica DeviceNet.
34
CabeamentoVermelho
Positivo 24Vcc; Branco Comunicao CAN-H; Dreno Terra GND; Azul
Comunicao CAN-L; Preto Negativo 24Vcc.
35
Anatomia dos Cabos
36
Aterramentodeve-se
aterrar o condutor V-, a blindagem e o fio dreno em um mesmo
local.
37
COMPONENTES DO LABORATRIOPara
a instalao da bancanda de redes industriais necessrio uma
estrutura de equipamentos que podem se situar de duas maneiras
distintas:
1. Duas rvores de equipamentos utilizando um protocolo cada; 2.
Uma rvore de equipamentos utilizando dois protocolos, sendo um
adaptado a outro por meio de mdulos de comunicao.38
COMPONENTES DO LABORATRIO
REDE DEVICENET
Cabo Redondo (Grosso) para linha tronco da rede DeviceNet.; para
as linhas secundrias DeviceNet;
Cabo Redondo (Fino) Cabo Chato Para ligao das fontes classe 1;
Exemplo de cabos: Cabos DataCELL FIELD ODVA DeviceNet da northwire
Comprar cabos ODVA Thick, ODVA Mid high flex-life, ODVA thin,
Special PLTC thin, Custom Hi-flex DeviceNet.
39
COMPONENTES DO LABORATRIO Sensores
Discretos; Ex: Sensores Fotoeltricos, Indutivos, etc. Inversor
de Frequncia; Ex: Inversor de Frequencia PowerFlex 4 da Allen
Bradley IHM Ex: PanelView 550 Allen Bradley
40
COMPONENTES DO LABORATRIOCLP
com no mnimo 8 entradas I/O discretos e
Ex: SLC 500 da Allen BradleyMdulos
analgicos Sensores de processo. Ex: Encoder
41
COMPONENTES DO LABORATRIOConector
Selado Para ligao estilo Mini ou Micro Fonte 24Vcc 4A
Ex: Allen-Bradley 1606-XL Power Supplies Rockwell
42
COMPONENTES DO LABORATRIOConector
Aberto para dispositivos que aceitem conectores removveis
Resistores de terminao da Rede DeviceNet de 120 ohms
43
COMPONENTES DO LABORATRIOCaixa
de derivao (DeviceNet Cbox); d e d e ri o d e ca m p o ai xa
va
44
COMPONENTES DO LABORATRIOMicrocomputador
ou Notebook com mdulo/porta Serial para comunicao com os
equipamentos;
- Notebook da AmazonPCAMZ A221 da srie AMD com porta serial de
fbrica.
45
COMPONENTES DO LABORATRIOCabo
RS-485; Terminador de Linha Caixas/ Mdulos de Derivao Suspensa e
Comum Modbus
C a b o A L -2 3 6 R S -4 8 5 d a A l s p a ra R e d e s tu M
odbus
46
COMPONENTES DO LABORATRIOMdulo
de Comunicao Modbus para o CLP SLC 500; Adaptador de Escravos
para equipamenetos Rockwell
A d a p ta d o r d e E scra vo s 3 1 7 0 M B S Pro S o ft p a ra
e q u i a m e n to s R o ckw e l - A l e n p l l B ra d l y p a ra
u m a re d e e m M o d b u s e O m d u l M V I4 6 - M C M d a Pro
so ft p e rm i q u e o te p ro ce ssa d o re s S LC p o ssa m co m
u n i r co m o u tro s ca d i o si vo s co m p a ti i co m m o d u
l M o d b u s. sp ti ve s o 47
COMPONENTES DO LABORATRIOSoftware
analisador de protocolo
software NetDecoderda Ex.: Frontline Test Equipment -
possibilita a anlise de diversos protocolos, entre eles Modbus e
Devicenet. Dentre algumas funes que o software disponibiliza
podemos destacar: Anlise da integridade da rede para novas
instalaes e configuraes; Diagnstico de problemas de comunicao;
Levantamento da Rede, com anlise de performance dos dispositivos
instalados 48
COMPONENTES DO LABORATRIO Analisador de Protocolo
Software
49
Estudos e testes a serem realizados no
LaboratorioIdentificao
dos componentes das redes DeviceNet e Modbus assim como o
entendimento de suas funes; Instalao correta dos dispositivos
integrantes a rede; Posicionamento da Fonte de alimentao.50
Estudos e testes a serem realizados no LaboratorioInstalao
de uma rede DeviceNet-Modbus com clculos de queda de tenso;
Aterramento de redes DeviceNet e ModBus; Configurao da Rede
DeviceNet.
51
DIAGRAMAS DE LIGAO DAS REDES DEVICENET E MODBUS
REDE DEVICENET
52
DIAGRAMAS DE LIGAO DAS REDES DEVICENET E MODBUS
DIAGRAMA DE ADAPTAO DE REDE MODBUS
53
Lista de Cotao
Equipamentos
e
54
Consideraes e Concluses Finais Contexto
nacional de automatizao de processos exigncia de capacitao
profissional para atender as necessidades da Indstria: Indstrias
que buscam solues de Redes Industriais: Reduo de custos e melhoria
na qualidade e produtividade industrial Importantes Indstrias: com
sistemas de controle e superviso em grande escala, englobando todo
o processo fabril desafio para os profissionais da rea
O
Laboratrio de Redes industriais como Instrumento essencial de
estudo e pesquisa para as disciplinas de Controle e Automao A
presena dos protocolos industriais no laboratrio , Devicenet e
Modbus, como protocolos de grande aceitao e difuso no 55
OBRIGADO PELA PACINCIA!
56
PERGUNTAS???
57
