Protocolos de Comunicação em Ambientes Industriais

Transcrição

1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Engenharia de Computação e Automação Protocolos de Comunicação em Ambientes Industriais Sistemas de Transmissão de Dados, Heitor Medeiros

2 O que foi visto? Conceitos básicos sobre sistemas de comunicações. Técnicas de diversidade: modulações analógicas e digitais.

3 Protocolos de Comunicação Protocolos e Padrões de Comunicação: Regras e Convenções. Formas de conversação e troca de informação entre dispositivos. Características dos sinais elétricos utilizados na comunicação. Características dos conectores físicos.

4 Protocolos de Comunicação no Ambiente Industrial

5 Ambiente Industrial: Automação Conjunto de técnicas para automatizar processos na indústria, substituindo o trabalho físico do homem por máquinas. Garantindo apenas o monitoramento humano. Aumentar a qualidade através de controle de qualidade e compensação automática de deficiências no processo. Aumentar o processamento de grande quantidade de informações.

6 Ambiente Industrial: Telemetria Medição + Transmissão = Telemetria Formas de transmissão de acordo com o tipo de energia: Transmissão pneumática (3-15 PSI). Transmissão hidráulica. Transmissão eletrônica (4-20 ma, 1-5 Vcc). Transmissão digital (RS-485 modbus, protocolo HART, Foundation Fieldbus, Profibus,...)

7 Ambiente Industrial: Automação

8 Redes Industriais Interligação de equipamentos usados nos sistemas de automação. Ambiente hostil: Altas perturbações eletromagnéticas; Elevadas temperaturas; Áreas classificadas.

9 Redes Industriais Requisitos de comunicação na indústria: Compartilhamento de recursos. Confiabilidade e Interoperabilidade. Tempo de Resposta Determinístico. Flexibilidade.

10 Protocolos de Comunicação no Ambiente Industrial

11 Protocolo HART

12 Protocolo HART Surgiu devido a necessidade de se conectar equipamentos de campo. Primeiro padrão que utilizou o sinal analógico (4-20 ma) sendo sobreposto pelo sinal digital.

13 Transmissão de dados pelo protocolo HART

14 Transmissão de dados pelo protocolo HART Proposta: Utilizar os cabos tradicionais de 4-20 ma. Modular o sinal de dados sobre o sinal analógico. Comunicação bidirecional. Modem FSK 4-20 ma + FSK

15 Visão Geral: Modulação FSK Modulação por Chaveamento de Frequência.

16 Transmissão de sinais baseado no padrão Bell 202 Bit 0: frequência 2200 Hz, 1 ma pico a pico. Bit 1: frequência 1200 Hz, 1 ma pico a pico.

17 Protocolo HART: Outras Características Topologia ponto a ponto ou multiponto. Utiliza modo de comunicação mestre/escravo. Request Message Response Message Versão 7 do protocolo HART (WirelessHART) inclui o uso de tecnologia sem fio. Versão 7 utiliza técnica de diversidade TDMA/CSMA.

18 Protocolo Foundation Fieldbus

19 Protocolo Foundation Fieldbus FOUNDATION Fieldbus (FF) é uma arquitetura aberta para integrar informação, cujo objetivo principal é interconectar equipamentos de controle e automação industrial, distribuindo as funções de controle pela rede e fornecendo informação a todas as camadas do sistema. [SMAR, 2008] Uma das funções dos equipamentos de campo é executar a aplicação de controle e supervisão do usuário que foi distribuída pela rede.

20 Protocolo Foundation Fieldbus (FF) Rede Foundation Fieldbus H1: Interligação de instrumentos de campo. Baixa velocidade (31,25 kbps). Usado em áreas classificadas (necessidade de segurança intrínseca). Alimentação no barramento. Rede Foundation Fieldbus HSE: Integração das redes H1 com dispositivos de maior velocidade como CLPs e PCs. Usa Ethernet. Velocidades de 100 Mbits (possível de 1 Gbits, 100 Gbits, etc). Aplicações que requerem menor tempo de resposta.

21 Protocolo Foundation Fieldbus (FF): redes H1 e HSE

22 Transmissão de dados pelo protocolo Foundation Fieldbus H1 Baseado no padrão IEC (usado também no Profibus PA): Par de 2 fios trançados. 9 VDC ~ 32 VDC. Taxa de 31,25 kbits/s.

23 Transmissão de dados pelo protocolo Foundation Fieldbus H1 Baseado no padrão IEC 61158: 2 até 32 dispositivos. Segmento máximo de 1900 metros (sem repetidor). Transmissão digital de sinais codificados utilizando código Manchester Bifase-L.

24 Formas de Ondas - Código Manchester Forma de onda PCM: forma de onda resultante da modulação de pulso aplicada a um mensagem binária. Tipos de formas de onda PCM: NRZ (Não retorno ao zero Nonreturn to zero) RZ (Retorno ao zero Return to zero) Codificada em fase (Phase encoded).

25 Formas de Ondas - Código Manchester Formas de onda NRZ (Não retorno ao zero Nonreturn to zero): NRZ-L(Level), NRZ-M (Mark) e NRZ-S (Space).

26 Formas de Ondas - Código Manchester Formas de onda RZ (Retorno ao zero Return to zero):

27 Formas de Ondas - Código Manchester Formas de onda codificada em fase: Codificação Manchester. Bit 0: transição positiva. Bit 1: transição negativa.

28 Formas de Ondas - Código Manchester Formas de onda codificada em fase: Codificação Manchester. Bit 0: mudança de polaridade no começa da transmissão do bit. Bit 1: nenhuma mudança de polaridade no começo da transmissão do bit.

29 Transmissão de dados pelo protocolo Foundation Fieldbus H1 Modulação do sinal de corrente a 31,25 kbits.

30 Transmissão de dados pelo protocolo Foundation Fieldbus H1 Necessidade de terminadores de barramento. Filtros passa-faixa (circuitos RC) projetados para passar a frequencia de 31,25 kbits.

31 Protocolo FF H1: Outras Características Formação de frames. Diferentes topologias físicas (barramento e estrela). Controle de acesso através de token. Comandos baseados em blocos funcionais.

32 Próximas aulas Transmissão de dados em protocolos de comunicação sem fio: Focados em sistemas embarcados (Zigbee, Bluetooth,..). Focados em ambientes industriais (WirelessHART, ISA100,..)

33 Dúvidas?