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1 Sistemas e Planeamento Industrial DOMÓTICA REDES DE CAMPO Eng.º Domingos Salvador dos Santos Outubro de 2010

2 Outubro de /20 REDES DE CAMPO Fieldbus Fieldbus Estrutura da Apresentação Interbus P-NET Profibus CAN LonWorks EIB M-BUS MODBUS MEEC -Sistemas e Planeamento Industrial - DOMÓTICA

3 Interbus Outubro de /20 Desenvolvido pela empresa PHOENIX CONTACT em 1987 sob o nome Interbus-S e aprovado no CENELEC como norma EN O objectivo foi desenvolver um barramento Sensor/Actuador que optimizasse a troca de dados no nível mais baixo da cadeia hierárquica da automação. Tem uma importante característica na troca de dados, uma vez que ocorre ciclicamente no tempo dentro de uma janela temporal ( ring topology ).

4 Outubro de /20 Interbus Vantagens: Só existe um emissor e um receptor por cabo, eliminando assim a controlo de acesso. Isolamento dos segmentos eléctricos individuais, permitindo assim grandes distâncias (com o rede Interbus podemos ir até 13km). Desvantagens: Uma avaria de um dispositivo causa a avaria de toda a rede. Aplicações: Em automação ao nível de comunicação entre sensores.

5 P-NET Outubro de /20 Desenvolvido na Dinamarca pela empresa PROCES-DATA (Silkeborg) nos inícios da década 80 e fazendo parte do CENELEC sob a norma EN desde Esta integrada em milhares de aplicações no mundo, em áreas de automação de processos, industria alimentar e agrícola, e também na automação de edifícios. A comunicação tem por base o protocolo RS485 em par entrançado, com uma taxa de transmissão de 76.8kbit/s e um comprimento máximo de 1200m.

6 Outubro de /20 Profibus O Profibus (PROcessFIeldBUS) existe em 3 variações: Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus-DP (Decentralized Peripherals) Profibus-PA (Process Automation) O Profibus tem como meio de transmissão fibra óptica ou cobre (RS485), e foi especialmente desenvolvido para o as diversas áreas do processo de automação.

7 Profibus Em resumo: Outubro de /20 FMS é um sistema multi-mestre para volumes médios de informação onde existe requisitos de tempo real não muito apertados. DP é um sistema mestre único para pequenas quantidades de informação com tempos de reacção curtos. PA é um sistema especialmente desenvolvido para aplicações de segurança e pequenas quantidades de informação.

8 CAN Outubro de /20 Desenvolvido pela BOSCH em 1982 e inicialmente pensado para a industria automóvel. Actualmente está implementado em muitas outras áreas, incluindo a medicina. O CAN pode ser classificado como um sistema multi-mestre e gestor de eventos, implementando para tal um mecanismo de acesso ao barramento. É um sistema de tempo real determinístico, com uma taxa de transmissão alta de 1Mbit/s e um comprimento máximo de 40m.

9 CAN Outubro de /20 Usa o método de transmissão balanceada (SELV), baseada na norma RS485. Se o sinal da linha falhar, é possível comutar da transmissão balanceada (SELV) para uma transmissão referenciada à terra (FELV). O CAN só implementa os níveis 1 e 2 do modelo OSI. Contudo é suficiente para a troca de pequenas mensagens numa rede fechada. Para tecnologia de automação é necessário definir protocolos nos níveis mais elevados.

10 CAN Outubro de /20 O grupo de utilizadores CAN-in-Automation (CiA) definiu o CAN Application Layer (CAL), originando o protocolo CANOpen. Outros protocolos para a tecnologia de automação, também baseados no CAN, são o DeviceNet e o Smart Distributed System (SDS) O Protocolo CAN Kingdom, tem sido especialmente desenvolvido para controlos de máquinas e aplicações de segurança criticas.

11 LonWorks O LonWorks é uma rede de campo desenvolvida pela empresa Americana Echelon. Outubro de /20 É usado na automação industrial bem como na automação de edifícios. Comparado com outras redes de campo, em particular com a automação industrial, o LonWorks é considerado um sistema avançado que inclui muitas propriedades de uma rede LAN. Podem ser usados Routerspara criar a topologia desejada, garantindo assim um alto nível de flexibilidade.

12 LonWorks Outubro de /20 A tecnologia de transmissão é extremamente versátil. Como meio de transmissão inclui o Par Entrançado, Linha de Potência, RF, IR e Fibra Óptica. No LonWorks podemos ter taxa de transmissão que variam de alguns Kbit/s até muitos Mbit/s, dependendo do meio de transmissão. Normalmente utiliza a taxa de 78Kbits/s. O protocolo usado é o LonTalk e é uma norma na América e na Europa desde 1998.

13 Outubro de /20 LonWorks A maioria do nós é baseado num integrado chamado Neuron-IC, que inclui o protocolo LonTalk como firmware. O Neuron-IC é programado em Neuron-C, uma linguagem derivada do ANSI-C. Existem duas ferramentas de desenvolvimento para criar aplicações LonWorks: NodeBuilder: usada para programar e verificar erros em nós individuais LonBuilder: usada para a programação de vários nós simultaneamente; ferramenta mais completa e logicamente mais cara.

14 EIB Outubro de /20 A rede de campo EIB (European Installation Bus) cresceu principalmente na Europa. A EIBA (EIBAssociation) foi fundada em 1990 por empresas lideres no mercado das instalações eléctricas. Esta organização tornou-se patrono do EIB, garantido a sua normalização e certificação independente do fabricante. O EIB desenvolveu-se dentro de uma norma aberta o que permitiu a empresas pequenas serem parte activa no desenvolvimento da tecnologia.

15 EIB Outubro de /20 A principal aplicação do EIB é na automação e controlo de edifícios. Como resultado, a topologia do EIB tem uma estrutura similar ao do edifício. O EIB pode ter até 15 área contendo 12 ou 15 linhas (depende da implementação), podendo cada linha ter até 256 dispositivos, conseguindo um máximo de dispositivos (ou nós) por rede. Como meio de transmissão inclui o Par Entrançado, Linha de Potência, RF e IR, com uma taxa de transmissão de 9.6Kbis/s.

16 M-BUS Outubro de /20 O M-Bus ("Meter-Bus") é uma norma europeia para a gestão remota de consumos de energia. Algumas características importantes deste protocolo são: Os consumos (por exemplo, o consumo de calor) são lidos electronicamente; Todos os medidores de consumo são interligados num único barramento; Todos os medidores são individualmente endereçáveis Os dados do consumo são disponibilizados remotamente, bem como localmente no próprio dispositivo.

17 M-BUS Outubro de /20 Vantagens para as empresas de abastecimento e para os clientes: A leitura é fácil e evita erros de leitura; Os dados estando presente em forma legível por dispositivo torna o processamento mais fácil; A leitura remota poupa despesas com pessoal, evita a penetração desnecessária na esfera privada dos clientes; Possibilidade de curto intervalo de leitura, possibilitando optimização de consumos energéticos. A normalização deste protocolo possibilita a integração de dispositivos de fabricantes diferentes na mesma rede.

18 Outubro de /20 M-BUS No desenvolvimento do M-BUS foram considerados tantos aspectos técnicos como económicos, nomeadamente: Interligação até 250 dispositivos (escravos) por controlador (mestre); Possibilidade de expansão da rede; Custo Mínimo; Consumo de energia reduzido; A velocidade de transmissão aceitáveis. Um sistema M-Buspode consistir em várias zonas, cada uma com seu endereço próprio de grupo, e interligadas através de controladores de zona a redes de nível superior.

19 M-BUS Outubro de /20 Cada zona é composta de segmentos, que por sua vez são interligados por repetidores remotos. O sistemas mais simples de uma rede M-BUS, pode ser constituído apenas um único segmento, que é interligado através de um repetidor local para um computador pessoal que actua como mestre. A combinação Repetidor/PC é designada por Mestre.

20 MODBUS Outubro de /20 Modbus é um protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação industrial. Criado na década de 1970 pela Modicon, é um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de Controladores lógicos programáveis (PLC) para aquisição de sinais de instrumentos e comandar actuadores. A Modicon (atualmente parte do grupo Schneider Electric) colocou as especificações e normas que definem o Modbus em domínio público. Por esta razão é utilizado em milhares de equipamentos existentes e é uma das soluções de rede mais baratas a serem utilizadas em Automação Industrial.

21 MODBUS Outubro de /20 O Modbus utiliza o RS-232, RS-485 ou Ethernet como meio físico. O mecanismo de controle de acesso é do tipo mestreescravo ou Cliente-Servidor. A estação mestre (geralmente um PLC) envia mensagens solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumentação ou envia sinais a serem escritos nas saídas para o controle dos actuadores. O protocolo possui comandos para envio de dados discretos (entradas e saídas digitais) ou numéricos (entradas e saídas analógicas).

22 MODBUS Outubro de /20 A imagem mostra um exemplo de rede Modbus com um mestre (PLC) e três escravos (módulos de entradas e saídas, ou simplesmente E/S). Em cada ciclo de comunicação, o PLC lê e escreve valores em cada um dos escravos. Como o sistema de controle de acesso é do tipo mestre-escravo, nenhum dos módulos escravos inicia comunicação a não ser para responder às solicitações do mestre.

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