Redes Industriais - DeviceNet. REDES INDUSTRIAIS PROFIBUS DP/PA e FieldBus Foundation PARCERIA ISA SEÇÃO BELO HORIZONTE E SENAI

Transcrição

1 Redes Industriais - DeviceNet REDES INDUSTRIAIS PROFIBUS DP/PA e FieldBus Foundation PARCERIA ISA SEÇÃO BELO HORIZONTE E SENAI

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3 Foundation FieldBus é um protocolo que oferece comunicação digital entre os instrumentos de campo, sistema de controle e supervisão.

4 Protocolo Aberto

5 Flexibilidade de arquiteturas de controle

6 Flexibilidade de arquiteturas de controle

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9 Layer de comunicação Modelo FF Modelo OSI

10 Layer de comunicação A camada 1 do modelo OSI representa camada fisica A camada 2 do modelo OSI representa a camada de dados A camada 7 do modelo OSI representa o FieldBus Message Specification FMS O FieldBus não utilza as camadas 3,4,5 e 6 A pilha de comunicação compreende a camada 2 e 7 A sub-camada de acesso mapeia o FMS diretamente na DLL

11 Camada Física

12 Camada Física Layer H1 Velocidade 31,25 Kbps Comprimento 1900m Repetidores 4 max. Equipamentos 32 Non Bus Powered 16 Bus Powered 4 Área classificada Topologia Bus, Arvore, Daisy Chain

13 Camada Física - Cabos

14 Camada Física - HSE

15 Camada Física - HSE High-Speed Ethernet (HSE) - Basedo em Ethernet, IP e TCP/UDP Categorias básicas de equipamentos: - Linking Device (LD) - Ethernet Device (ED) - Gateway Device (GD) - Host Device (HD)

16 Camada Física - HSE Existem quatro categorias básicas de equipamentos que podem ser combinadas em um único equipamento - Linking Device (LD) Conecta a rede H1 a rede HSE - Ethernet Device (ED) Pode executar bolocos de função e possui E/S convencionais - Gateway Device (GD) Interface entre rede FF e protocolos ModBus, ProfiBus, etc - Host Device (HD) Estação de operação ou servidor OPC

17 Camada Física - HSE

18 Function Blocks FBs

19 Aplicação típica - Malha de controle Input Control Output Level Transmitter (Sensor) Controller (PID) Actuator (Valve Positioner) Valve Position back calculation Process Limits Control Params Target Level continuous transmission sporadic access Process

20 Arquitetura FF Controle através da rede Arquitetura clássica Controle centralizado In 1 PID1 Out1 In 1 control loop 1 Controller Out1 In 2 PID2 Out2 In 2 control loop 2 Out2 PID2 Out2 Controle no campo

21 Bloco Transducer Link entre Hardware e Software Bloco Transducer fornece o valor medido para o Bloco de função. Bloco Transducer esta ligado ao Hardware Não são totalmente padronizados. Todos os parâmetros específicos são armazenados no bloco Transducer. parameters for device specific functions of the TB CALIB A/D TB signal processing Function Block (AI) AI_OUT Bus CALIB TB A/D signal processing Function Block (AO) AO_IN

22 Bloco Transducer FieldBus Foundation tem trabalhado com os seguintes blocos transducer: Pressure with Calibration Temperature with Calibration Radar Level with Calibration Flow with Calibration Basic Positioner with Calibration Advanced Positioner with Calibration Discrete Positioner Valve

23 Bloco de Função Devices FF seguem um modelo padronizado de Bloco de função o C Device hardware 2.38V Transducer Block (74.38) HW+SW Function Block SW Conversion electr. signal to raw value Transformation, compensation, linearization result: Process Value (PV) example: AI FB available Function Blocks: AI, AO, DI, DO, PID,... Limit checks status, etc. standardized value: unit: o C res.: 0.01 status: good ok

24 Aplicação Bloco Função MODE BKCAL_IN BKCAL_OUT OUT IN OUT CAS_IN LIMIT AI PID AO Parâmetros de entrada e saída são transmitidos de modo cíclico (Publisher/Subscriber) Parâmetros de configuração são transmitidos de modo acíclico (Client/Server)

25 Aplicação Bloco Função AI PID AO TB HW TB HW process

26 Comunicação entre Devices FF - Cíclica: comunicação para dados de processo - Comunicação - one to many - Acíclica: acesso para parametrização - Comunicação - one to one - Acíclica: Transmissão de Alarmes - Comunicação - one to many Publisher/ Subscriber Client/ Server Source/ Sink

27 Troca de dados Cíclica Conexão Publisher / Subscriber one-to-many Transmissão para toda rede Comunicação cíclica de dados, iniciada pela LAS Usada para transmissões de dados de processo para um grupo de devices Publ. LAS Subsc.

28 Troca de dados acíclica Conexão Client / Server one-to-one Transmissão para devices específicos conexão orientada (Token) Regras de comunicação Usada para parametrização de devices C S Token

29 Troca de dados acíclica Conexão Source / Sink one-to-many Comunicação acíclica Transmissão de dados se requisição Usada para comunicações multicasting como alarmes do device de campo para o controlador Source Sink

30 Data Link Layer Existem dois tipos básicos de Devices FF: Link Master (LM) Basic Device (BD) LAS LM BD LM LM BD LAS Link Active Scheduler

31 Data Link Layer - BD Não possui a capacidade de assumir a função do LAS Possui as mesmas funções de comunicação do LM Tipos de Devices BD: Instrumentos de campo (sensors, transmissores, atuadores) BD X LAS

32 Data Link Layer - LAS LAS (Link Active Scheduler) LM LAS Diversos Link Masters são permitidos na rede, porem somente um LAS Na falha de um LAS, um LM assume sua função e se torna o novo LAS Tipos de Device LAS: Controladores e alguns instrumentos de campo

33 Data Link Layer - LAS Sincronismo da comunicação: LAS transmite o tempo de comunicação para todos os devices da rede LAS Time_Distribution Device 1 e.g. LM Device 2 e.g. BD Device 3 e.g. LM

34 Data Link Layer - LAS Coordena as transmissões cíclicas, baseado no tempo definido pela configuração da rede. LAS A Device 1 e.g. LM Device 2 e.g. BD B C Device 3 e.g. LM

35 Data Link Layer - LAS Coordena as transmissões acíclicas e distribui o tempo de comunicação entre os devices (token passing) Device 1 e.g. LM LAS Token Device 2 e.g. BD Device 3 e.g. LM

36 VCRs Virtual Communication Relationship Canal utilizado para transferência de dados entre os dispositivos FF Durante o projeto do sistemas recomenda-se que sejam especificados instrumentos que permitam o maior numero de VCRs

37 VCRs Virtual Communication Relationship A quantidade de VCRs limita o numero de links possíveis entre os instrumentos Alguns fabricantes possuem instrumentos com 44 VCRs, outros possuem 12 ou menos

38 Macrocycle: Tempo de comunicação cíclica e acíclica Macrocycle e uma variável que tem o valor de tempo de duração de 1 ciclo de transacoes na rede H1. O correto ajuste desse valor tem importância vital para o bom funcionamento desse barramento. Num ciclo de transações teremos que realizar a publicação de links, supervisões, e outras atividades. O valor de microcycle é definido quando se configura uma aplicação. O valor ajustado deve ser o ideal para a aplicação que esta sendo gerada. - Tempo de Macrocycle pequeno: Lentidão na supervisão de variáveis, instrumentos não aparecem na live list, etc - Tempo de Macrocycle grande: Poderemos ter problemas com malhas de controle automáticas.

39 Macrocycle: Tempo de comunicação cíclica e acíclica 1 Macrocycle Compel_Data Compel_Data Compel_Data Compel_Data Time slots for cyclic and acyclic communication

40 Exemplo de Frames de comunicação FF Claim LAS Fc 0x01 Disparado por um mestre ou mestre backup. É a mensagem que um mestre envia para a rede solicitando tornar-se um LAS. O formato do frame é : <01> < End do mestre > Transfer LAS Fc 0x06 Disparado por um mestre. É a mensagem que um mestre envia para um mestre backup solicitando tonar-se um LAS. O formato do frame é : <06> < End do mestre > Idle Fc 0x18 Disparado pelo LAS. Frame para não deixar a linha vazia, se houver tempo num ciclo O formato do frame é : <18> Time Distribuition Fc 0x11 Disparado pelo LAS. É a mensagem que o LAS envia para a rede para sincronizar tempos de shedulle. O formato do frame é : <11> < End do LAS ativo >

41 Exemplo de Frames de comunicação FF Probe Node Fc 0x26 Disparado pelo LAS. O LAS dispara mensagens para todos os endereços validos na rede a procurar de novos devices. Node Response Fc 0x27 Disparado pelos devices. Os devices quando recebem um probe node com seu endereço respondem na rede com esse frame para o LAS iniciar o processo de conexão. Node Activation Fc 0xD2 Disparado pelo LAS. Apos o device ter respondido a um probe node, um identify e ter sido montado seu profile ele recebe esse frame para efetivamente estar operacional no barramento H1. Node Response Fc 0x27 Disparado pelos devices. Os devices quando recebem um probe node com seu endereço respondem na rede com esse frame para o LAS iniciar o processo de conexão. Return Token Fc 0x34 Disparado pelo device. É a mensagem que o device envia para a rede publicando um pacote de dados O formato do frame é : <34> <End.Device> <dados>

42 Arquivo DD Descrição de todas as funçoes, parametros e dados do device, escrito na linguagem Device Description

43 Function Block Scheduling Device 1 Macrocycle (internal) LAS Macrocycle (bus-wide) AI AI Unsched. Comm. Device 2 Macrocycle PID AO PID AO LAS cycle time LAS cycle time Process AI PID AO Process (Device1) (Device2) (Device2)

44 Timing Data Flow

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46 different devices!

47 same device!

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