ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais e Supervisório. Utilização de sistemas Wireless em redes industriais

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1 Utilização de sistemas Wireless em redes industriais

2 Utilização de sistemas Wireless em redes industriais Nos últimos anos, a tecnologia de redes sem fio vem sofrendo grandes avanços tecnológicos, o que hoje pode proporcionar: Segurança; Confiabilidade; Estabilidade; auto-organização (mesh); baixo consumo; sistemas de gerenciamento de potência e baterias de longa vida.

3 Utilização de sistemas Wireless em redes industriais Em termos de benefícios podemos citar: a redução de custos e simplificação das instalações; a redução de custos de manutenção, pela simplicidade das instalações; monitoração em locais de difícil acesso ou expostos a situações de riscos; Escalabilidade; integridade física das instalações com uma menor probabilidade a danos mecânicos e elétricos (rompimentos de cabos, curto circuitos no barramento, ataques químicos, etc);

4 Utilização de sistemas Wireless em redes industriais Redes Sem Fio

5 Comparação entre um equipamento com fio e um wireless

6 Redes Wireless Rede Zigbee Rede Bluetooth ISA-SP100 WirelessHART (HART7)

7 Rede Zigbee Topologias: Estrela, Árvore e Malha. Dispositivos: FFD (Dispositivo Completo Coordenador de Rede); RFD (Dispositivo mas Simples Opera somente na Topologia Estrela).

8 Rede Zigbee Desenvolvido pela Zigbee Aliance junto ao IEEE; Segmento Residencial; IEEE WLAN; Opera na Faixa ISM em 2,4Ghz, divida em 16 canais, utilizando a técnica DSSS para transmissão de dados. A taxa de transmissão é 250 kbps. Protocolo de acesso ao meio é o CSMA/CA;

9 Rede Zigbee FFD (Full Function Device) RFD (Reduced Function Device) Topologias da Rede Zigbee

10 Rede Bluetooth Desenvolvido pela Empresa Ericson (1994); Periféricos de Computadores; IEEE WLAN; Opera na Faixa ISM em 2,4Ghz, divida em 79 canais, utilizando a técnica FHSS para transmissão de dados. A taxa de transmissão é 250 kbps. Protocolo de acesso ao meio é o CSMA/CA;

11 Rede Bluetooth Topologias e Dispositivos: Piconet (Formada por 8 dispositivos 01 Mestre e 07 Escravos). Scarttnet (Formada por várias Piconets). Alcance: Classe 01 até 100 metros; Classe 02 até 10 metros; Classe 03 até 01 metro.

12 Rede Bluetooth Piconet Scarttnet Topologias da Rede Bluetooth

13 ISA-SP100 Em desenvolvimento pela Sociedade Internacional de Automação (ISA). Totalmente voltada para o Ambiente Industrial. Suporta os Padrões HART, DEVICENET, PROFIBUS E FIELDBUS.

14 ISA-SP100 Categoria Classe Aplicação Descrição Segurança 0 Ação Emergencial Restrição temporal sempre crítica 1 Sistema de Controle de Malha Fechada Restrição temporal normalmente crítica Controle 2 Sistema de Controle de Malha Fechada Restrição temporal não crítica 3 Sistema de Controle de Malha Aberta Restrição temporal quase desprezível Monitoramento 4 Alerta Aplicações com consequências operacionais de curto prazo 5 Registo Eventos menos urgentes

15 ISA-SP100 Topologia MESH. A rede é composta por Instrumentos de Campo, Roteadores de Backbone e Gateways. Baseado no Padrão de referência OSI. Segue especificações IEEE Opera na Faixa ISM em 2,4Ghz, divida em 16 canais, utilizando a técnica FHSS e DSSS para transmissão de dados. A taxa de transmissão é 250 kbps. Protocolo de acesso ao meio é o TDMA.

16 ISA-SP100 Protocolo IPv6. Camada de Aplicação: Gera, Interpreta e Responde os comandos trocados entres os dispositivos (HART, DEVICENET, PROFIBUS E FIELDBUS) e Roteadores + Gateways.

17 ISA-SP100 Topologias da Rede ISA-SP100

18 WirelessHART (HART7) Desenvolvido pela HART Communication Foundation. Totalmente compatível com o Padrão HART convencional. Voltado para o Segmento Industrial, seu principal objetivo é complementar os dispositivos cabeados já instalados. Topologia MESH. A rede é composta por Instrumentos de Campo, Roteadores de Backbone e Gateways.

19 WirelessHART (HART7) Segue especificações IEEE Opera na Faixa ISM em 2,4Ghz, utilizando a técnica FHSS e DSSS para transmissão de dados. A taxa de transmissão é 250 kbps. Protocolo de acesso ao meio é o TDMA.

20 Evolução do protocolo HART

21 Características: Equipamentos de campo podem ser alimentados por: Baterias: Lithium thionyl chloride battery D-cell 3.6 V; Energia solar; Potência retirada da malha de controle ou linha. Ideal para aplicações de monitoração: Aplicável para controle de processos que não requeiram alta taxa de atualização (Temperatura, Densidade);

22 WirelessHART (HART7) Topologias da Rede WirelessHART

23 A rede Mesh - Simples: Todos os equipamentos sem fio têm as mesmas potencialidades; Todos podem ser roteadores. - Especificações do HART 7. Confiável: Podendo atingir 99% à medida que a rede mesh cresce.

24 A rede Mesh - Seguro: Usa chaves e encriptação de dados. - Redundância de caminho garantida: Por exemplo, em caso de obstrução. - Meio Físico: IEEE , banda ISM (Industrial Scientific and Medical) 2,4 GHz Transmissor de rádio 10mW.

25 A rede Mesh - Distâncias: com visada de até 250m, 150m(obstrução leve), 75m(alguns obstáculos) e 30m(vários obstáculos)

26 A rede Mesh Instrumentos: - funcionam como repetidores. - mantêm lista de vizinhos disponíveis. - possuem links para transmissão/recepção. - estão em sincronismo com a rede. - enviam diagnósticos de status.

27 Gerente de Rede (Gateway) - gerencia os instrumentos ativos e inativos. - cuida dos links mantidos entre cada instrumento. - serve de referência para o sincronismo de tempo da rede.

28 Controlador Smar HSE WirelessHART DF100

29 Na figura 2 temos o primeiro controlador HSE (High Speed Ethernet) WirelessHART TM. É um controlador da SMAR que traz ao mercado mais uma inovação. É um controlador com tecnologia digital aberta e integrável em sistemas baseados em HSE. Sistema Wireless com o DF100 (Controlador HSE- WirelessHART TM ).

30 Aplicações para o WirelessHART Monitoração de pressão, vazão, nível, temperatura, densidade; Monitoração de vibração, corrosão e movimento (inclusive rotativo); Extensão de Redes Cabeadas para usuários que requerem mobilidade; Implementação de Redes Locais (LANs) em ambientes onde uma rede cabeada não é viavel ou desejável; Controles lentos, tempo resposta > 8s.

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32 Antenas x obstáculos As antenas devem estar a uma distância de 0,5 m de grandes obstáculos ou superfícies

33 Antenas de Gateways e repetidores

34 Exercícios 1. O que as redes wireless podem proporcionar? Quais seus benefícios? 2. Faça um diagrama em blocos comparando um sistema de transmissão com e outro sem fio. 3. Explique as características das seguintes redes sem fio: - Rede Zigbee - Rede Bluetooth - ISA-SP100 - WirelessHART (HART7) 4. Na rede WirelessHART, qual a função do gateway? 5. Cite algumas aplicações da rede WirelessHART. 6. Cite algumas boas práticas na instalação dos transmissores da rede WirelessHART.

35 Redes Industriais e supervisórios Redes Industriais IHM

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64 Redes Industriais e supervisórios Apresentação Apresentação das características técnicas de uma família de IHM. Marcas: - WEG; - Rockwell Automation; - Schneider Electric; - Onrom; - Advantech; - Siemens Mínimo de 07 e máximo de 10 slides Trabalho individual 20 pontos

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