ÍNDICE RESUMO... 3 INTRODUÇÃO SOFTWARES: SOFTWARES SUPERVISÓRIOS E APLICATIVO SOFTWARES EM SISTEMAS EMBARCADOS:...

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1 Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Uned V- Divinópolis Coordenação de Engenharia Mecatrônica Contexto Social e Profissional da Engenharia Mecatrônica Grupo 6 André Cortez Fernando Emmanuel Melyssa Rodrigues Thaís Campos Lopes Prof. Renato Dâmaso Divinópolis, 27 de maio de 2011.

2 ÍNDICE RESUMO... 3 INTRODUÇÃO... 4 CAPÍTULO 1: SOFTWARE EM ELETRONICA RECONFIGURÁVEL SOFTWARES: SOFTWARES SUPERVISÓRIOS E APLICATIVO SOFTWARES EM SISTEMAS EMBARCADOS:... 6 CAPÍTULO 2: ELETRÔNICA RECONFIGURÁVEL... 8 CAPÍTULO 3: O QUE SÃO OS SISTEMAS EMBARCADOS TIPOS DE APLICAÇÕES DE SISTEMAS EMBARCADOS MODOS DE FUNCIONAMENTO DE SISTEMAS EMBARCADOS O QUE É DESEJÁVEL EM UM SISTEMA EMBARCADO APLICAÇÕES EMBARCADAS NO SETOR AUTOMOTIVO CAPÍTULO 4. PROTOCOLOS INDUSTRIAIS BREVE HISTÓRICO Redes de sensores ou Sensorbus Redes de Dispositivos ou Devicebus Redes de instrumentação ou fieldbus FIELDBUS PROFIBUS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3 ÍNDICE DE IMAGENS Figura 1. Software permite que motorista mude a cor de fundo do painel de intrumentos e escolha as informações que achar mais importantes (Foto: Milene Rios/G1)... 7 Figura 2. Estrutura interna de um FPGA... 0 Figura 3. Vários sistemas embarcados em um automóvel, comunicando-se por barramento CAN Figura 4. Diagrama referente às ferramentas que utilizam cada protocolo Figura 5. Esquema de funcionamento do FieldBus

4 RESUMO No decorrer deste trabalho tentamos explicar as aplicações e tendências da eletrônica reconfigurável e sistemas embarcados. A atual demanda industrial e de mercado pede dispositivos cada vez menores e com maior capacidade computacional. A flexibilidade e desempenho passam a ser variáveis extremamente importantes. A característica multifuncional dos aparelhos e a possibilidade de configuração pelos usuários são desafios que vêm sendo contornados pelos projetistas de sistemas embarcados. Apresentaremos como exemplo as principais inovações na área automobilística. 3

5 INTRODUÇÃO Com o grande avanço na área da eletrônica e a explosão tecnológica apresentada no século XXI, as arquiteturas configuráveis passaram a ocupar um grande campo de atuação na engenharia e nas ciências.existe uma necessidade crescente de poder computacional e flexibilidade que podem ser proporcionados por estas estes dispositivos. Entre todos os campos de estudo associados com projeto de sistemas embarcados, as tecnologias de software e hardware, em particular dos processadores, são as que têm experimentado avanços mais significativos. Em função dessa acelerada evolução tecnológica, a ideia de se utilizar estruturas abertas e reconfiguráveis que possam adaptar-se a novas demandas torna-se muito atraente. Isto pode até ser um pré-requisito na consideração de projetos de estruturas embarcados. Sistemas de desenvolvimento baseados em computação reconfigurável (hardwarereconfigurável) apresentam características adequadas para uso nesta classe de projetos. Eles apresentam dentre outras vantagens, as características de baixo consumo, alta velocidade de operação, capacidade de integração, flexibilidade, facilidade de programação e operação modular. 4

6 CAPÍTULO 1: SOFTWARE EM ELETRONICA RECONFIGURÁVEL 1.1.SOFTWARES: Um software é composto por uma sequência de instruções, que é interpretada e executada por um processador ou por uma máquina virtual. Em um programa correto e funcional, essa sequência segue padrões específicos que resultam em um comportamento desejado. Normalmente, os softwares são desenvolvidos utilizando linguagens de programação, pois estas foram projetadas para aproximar-se das linguagens usadas por seres humanos. Raramente a linguagem de máquina é usada para desenvolver um programa. Atualmente existe uma quantidade muito grande de linguagens de programação, dentre elas Java, Visual Basic, C, C++, PHP, dentre outras. Alguns programas feitos para usos específicos, como por exemplo software embarcado ou software embutido, ainda são feitos em linguagem de máquina para aumentar a velocidade ou diminuir o espaço consumido. Em todo caso, a melhoria dos processadores dedicados também vem diminuindo essa prática, sendo a C uma linguagem típica para esse tipo de projeto. Essa prática, porém, vem caindo em desuso, principalmente devido à grande complexidade dos processadores atuais, dos sistemas operacionais e dos problemas tratados. Muito raramente, realmente apenas em casos excepcionais, é utilizado o código de máquina, a representação numérica utilizada diretamente pelo processador. Os softwares podem ser divididos em 3 categorias: 1. Software de sistema que incluiu o firmware (O BIOS dos computadores pessoais, por exemplo), drivers de dispositivos, o sistema operacional e tipicamente uma interface gráfica que, em conjunto, permitem ao usuário interagir com o computador e seus periféricos. 2. Software aplicativo, que permite ao usuário fazer uma ou mais tarefas específicas. Aplicativos podem ter uma abrangência de uso de larga escala, muitas vezes em âmbito mundial; nestes casos, os programas tendem a ser mais robustos e mais padronizados. Programas escritos para um pequeno mercado têm um nível de padronização menor. 5

7 3. Software embutido ou embarcado, destinado a funcionar dentro de uma máquina que não é um computador de uso geral e normalmente com um destino muito específico. 1.2.SOFTWARES SUPERVISÓRIOS E APLICATIVO Em se tratando de Software aplicativo e softwares supervisórios em eletrônica reconfigurável, podemos destacar o uso de clp s: Um Controlador lógico programável ou Controlador programável, conhecido também por suas siglas CLP ou CP e pela sigla de expressão inglesa PLC (Programlogiccontroller), é um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de controle através de softwares desenvolvidos pelo usuário (cada CLP tem seu próprio software de diversos tipos e níveis de complexidade). Geralmente as famílias de Controladores Lógicos Programáveis são definidas pela capacidade de processamento de um determinado numero de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S). Um CLP é o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventos discretos (SEDs), ou seja, com processos em que as variáveis assumem valores zero ou um (ou variáveis ditas digitais, ou seja, que só assumem valores dentro de um conjunto finito). Podem ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tensão elétrica. As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são os elementos variáveis entre valores conhecidos de tensão ou corrente. Os CLPs tem capacidade de comunicação de dados via canais seriais. Com isto podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados. Softwares de supervisão controlam redes de Controladores Lógicos Programáveis. Os canais de comunicação nos CLP s permitem conectar à interface de operação (IHM), computadores, outros CLP s e até mesmo com unidades de entradas e saídas remotas. Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com seus equipamentos troquem informações entre si. Os protocolos mais comuns são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), EtherCAT (Beckhoff), Profibus (Siemens). Redes de campo abertas como PROFIBUS-DP são de uso muito comum com CLPs permitindo aplicações complexas na indústria automobilística, siderúrgica, de papel e celulose, e outras(este protocolo de comunicação será mais detalhado à frente). 1.3.SOFTWARES EM SISTEMAS EMBARCADOS: 6

8 Atualmente veículos de luxo importados contam com um sistema de software embarcado altamente avançado e poderão substituir o painel de instrumentos por um display de LCD reconfigurável. O motorista poderá mudar a apresentação gráfica e escolher as informações que quiser ver, como consumo de combustível, conta-giros, temperatura, tensão das baterias e o ângulo de inclinação (o velocímetro é obrigatório por lei). É possível escolher as cores de fundo, um desenho e até alterar a fonte das letras e dos números. Figura 1.Software permite que motorista mude a cor de fundo do painel de intrumentos e escolha as informações que achar mais importantes (Foto: Milene Rios/G1) Em termos básicos, a computação reconfigurável combina a velocidade do hardware com flexibilidade do software. 7

9 CAPÍTULO 2: ELETRÔNICA RECONFIGURÁVEL O engenheiro mecatrônico sempre deve buscar o ponto ótimo de funcionamento de seus protótipos. A escolha do componente que fará a tarefa de controlador é de vital importância para isto. Assim sendo, existem três paradigmas de hardware que constituem a base dos sistemas eletrônicos: fixo, programável e reconfigurável. A decisão de optar por um deles impactará profundamente na filosofia e características do projeto. Os circuitos integrados (CIs) de hardwarefixo, também conhecidos como ASICs (applicationspecificintegratedcircuits), garantem desempenho e baixo consumo de energia. Estes dispositivos já saem totalmente configurados de fábrica, sendo sua arquitetura estabelecida para realizar, apenas, uma determinada função. No entanto, os projetos que utilizam hardware programável possuem flexibilidade, permitindo que seu funcionamento seja alterado em nível de software. Mas como se faz necessário buscar as instruções na memória, decodificá-las, procurar variáveis e salvar os resultados, estes processadores gastam mais energia e possuem um maior tempo de execução em relação às ASICs. Podemos citar como exemplos desta categoria as CPUs e os microcontroladores. Já os chips de eletrônica reconfigurável buscam unir as vantagens dos dois paradigmas anteriores, aliando desempenho e flexibilidade. Estes componentes permitem que suas ligações internas sejam modificadas, alterando seu circuito. Podemos citar como os principais tipos as seguintes arquiteturas: dispositivos lógicos programáveis (PLD), dispositivos lógicos programáveis complexos (CPLD) e sistemas de hardware reconfigurável ou FPGA. A primeira, PLD (programmablelogicdevice), possui diversas macrocélulas conectadas em seu interior. Estes arranjos compreendem uma quantidade de portas lógicas e flip-flops. Como as conexões podem ser modificadas é possível formar diversos circuitos. Desse modo podemos substituir inúmeros CIs, minimizando o tamanho da placa e viabilizando a implementação de equações lógicas mais complexas. Já os CPLDs (complexprogrammablelogicdevice) consistem em um conjunto de PLDs unidas em um barramento de interconexão. Sua criação surgiu da necessidade de se possuir maior densidade de portas e processar quantidade elevada de dados.. Por serem mais robustas são muito aplicadas em lógica de alta performance ou complexas máquinas de estado finito, mas suas interconexões não são totalmente configuráveis o que impossibilita o uso de todos os seus blocos lógicos. 8

10 Por sua vez, os FPGAs (fieldprogrammablegatearrays) são componentes mais densos e flexíveis que os anteriores, possuindo uma arquitetura diferenciada. São os mais utilizados atualmente e podem ser empregados para implementar grande variedade de estruturas de hardware. São compostos por blocos de entrada e saída (IOB), rede de interconexão e blocos lógicos configuráveis (CLB). Além disso, têm a capacidade de serem alterados em campo, ou seja, sem serem retirados da placa e todas as suas unidades internas também são programáveis. Os FPGAs são classificados a partir de sua granularidade, ou seja, pelo tipo de bloco lógico utilizado, que pode ser de três configurações: os de grão fino consistem em uma função lógica de duas entradas ou um multiplexador com um flip-flop; já os de grão médio contêm duas ou mais unidades de lógica combinacional além de flip-flops; enquanto os de grão grosso são unidades lógicas aritméticas (ALU). Dentre os diversos tipos de circuitos combinacionais o Look-UpTable ou LUT é o mais utilizado. Sua estrutura interna consiste em células de armazenamento, que são configuradas para realizarem as operações necessárias quando programamos um cálculo booleano. Mas seus dados são voláteis, ou seja, serão apagados no caso de falta de energia. Nestes casos, geralmente, utiliza-se uma memória EEPROM para reconfigurar o FPGA. Os blocos lógicos estão organizados como uma matriz bidimensional, já a rede de interconexão se dispõe de forma horizontal e vertical ao redor deles, formando canais de roteamento. Estes possuem chaves programáveis que interligam as entradas e saídas dos CLBs entre si e com os blocos de I/O que circundam todo o integrado e permitem acesso bidirecional. A figura 2 nos exemplifica esta arquitetura. As chaves de interligação podem ser de três tipos: SRAM, Antifuse e Gate Flutuante. No primeiro, são utilizados transistores ou multiplexadores. Já no próximo, os comutadores se baseiam em dispositivos que em um estado programado apresentam uma alta impedância, mas quando aplicada certa tensão eles permitem a passagem de corrente. E os último são compostos por transistores MOS construídos com dois gates flutuantes, obtendo desta forma a capacidade de não se volatilizar. 9

11 Figura 2 - Estrutura interna de um FPGA Mesmo em sua configuração mais simples, os grãos de um FPGA não se comportam como planos de portas lógicas, ou seja, como PLDs. O grande número de flip-flops também os deixam muito mais flexíveis, os tornando ideais para aplicações seqüenciais e baseadas em registradores. A eletrônica reconfigurável é uma área nova. Apesar de seus conceitos terem surgido na década de 1960, o primeiro FPGA só foi criado em 1983 e apenas recentemente a configuração dos circuitos atingiu uma densidade de portas apropriada para se aprofundarem as pesquisas em sistemas computacionais reconfiguráveis. Em geral estes circuitos são bons para trabalhar com reconhecimento de padrões e aritmética inteira, que são ditos algoritmos bit-level. Diferentemente dos sistemas de software é possível criar diversos processos que serão executados em paralelo. Desse modo, podemos destacar como principais possíveis aplicações: a criptografia; gráfica computacional; a compactação e compressão de dados e sinais; processamento de sinais, imagens sons e vídeos. Entretanto, não são apropriados para operações de multiplicação de alta precisão e cálculos com ponto flutuante. Além disso, esses circuitos integrados possuem pouca memória disponível para armazenar resultados intermediários e o uso de módulos externos aumenta o consumo de energia e diminui o desempenho. No momento, as formas mais difundidas de utilização dos sistemas reconfigutáveis são na prototipagem de circuitos e em chips híbridos. No primeiro, o uso delas permite que a lógica seja alterada e testada facilmente durante o projeto, sem a necessidade de se criar uma nova placa ou CI a cada alteração. A outra consiste em um processador de propósito geral auxiliado por um co-processadorreconfigurável, este tem a função de se adaptar a 10

12 determinados códigos e acelerar a velocidade de execução. Recentemente a Intel lançou um processador atom de baixo custo, com esta arquitetura, em parceria com a Altera. De modo a abstrair a arquitetura dos vários sistemas disponíveis, foram criadas ferramentas de auxílio computacional para o desenvolvimento dos circuitos lógicos reconfiguráveis. Estas se baseiam em duas abordagens: esquemáticos e linguagens de descrição, que serão explanadas a seguir. A primeira consiste na utilização de diagramas com representações visuais de portas e componentes lógicos. Nela é possível utilizar elementos complexos como unidades lógicas aritméticas, mas não costuma ser aplicadas em grandes projetos e se faz necessário um conhecimento significativo do desenvolvedor em eletrônica digital. Na outra é utilizada uma linguagem de alto nível para descrever o hardware. Uma das mais utilizadas é a VHDL (Hardware DescriptionLanguage) que permite programar o circuito a partir de sua estrutura ou comportamento. Na primeira é descrita a organização topológica como entradas e saídas, componentes lógicos a interligação entre eles e os sinais que compõem o sistema. Já a próxima, permite que sejam especificadas apenas as funções, possuindo um aspecto semelhante a linguagens de programação de software, como C++, reduzindo, dessa forma, a necessidade de conhecimento em hardware pelo programador. Mas em geral esta abordagem não possui um desempenho tão bom quanto à descrição estrutural. Nestes ambientes é possível realizar a simulação do circuito. Depois de concluída esta fase de especificação é realizada a síntese do projeto, que consiste na criação do netlist, um arquivo em formato padrão que independe de FPGAs ou CPLDs, isso permite que se possa implantar a mesma lógica em arquiteturas diversas. Logo após é feita a tradução dele e realizado o particionamento e o roteamento do CI, criando um novo arquivo chamado bitstream. Este varia de acordo com o modelo do dispositivo reconfigurável e contêm as suas instruções de configuração. 11

13 CAPÍTULO 3: O QUE SÃO OS SISTEMAS EMBARCADOS Um sistema embarcado pode ser definido como colocar capacidade computacional dentro de um circuito integrado, equipamento ou sistema. Isso não se limita a um simples computador apesar de possuir quase os mesmos componentes dele, como processador, memória, dispositivo de armazenamento, interfaces e demais componentes.é mais completo e independente, mas é preparado para realizar apenas uma tarefa. O usuário final não terá acesso ao programa que foi embutido no dispositivo, mas poderão interagir com o equipamento através de interfaces como teclado, displays, etc., desde que o sistema tenha sido projetado para tanto. Também são construídos para executar apenas uma tarefa prédeterminada. Muitas vezes não têm flexibilidade (de software e de hardware) que lhes permita fazer outras tarefas quaisquer que não sejam aquelas para as quais foram desenhados e desenvolvidos. Geralmente as únicas mudanças ou atualização dos sistemas são feitas pelos fabricantes. Há então a necessidade de um cérebro que gerencie todo o funcionamento deste sistema. Um microprocessador ou microcontrolador é a opção ideal para esta função, uma vez que ambos têm capacidade de fazer a leitura de sinais externos, executar programas com as tarefas a serem feitas, processar os sinais e enviar para atuadores os resultados esperados. 3.1-TIPOS DE APLICAÇÕES DE SISTEMAS EMBARCADOS Propósito geral: Geralmente costuma haver grande interação entre os usuários e o sistema, geralmente através de terminais de vídeo ou monitores. Como exemplo tem-se os videogames, os conversores de TV a cabo, caixas de bancos, etc. Sistemas de controle: Controles em malha fechada com realimentação em tempo real. Geralmente são as aplicações mais robustas, com placas dedicadas e múltiplos sensores de entrada e saída. Muitas vezes fornecem pouca interação com o usuário, mostrando sinalizações através de LEDs. Usados nos motores de automóveis, processos químicos, controle de vôo, usinas nucleares, etc. Processamento de sinais: Onde envolve um grande volume de informação a ser processada em curto espaço de tempo. Os sinais a serem tratados são digitalizados através de conversores analógico-digitais, processados, e novamente convertidos em sinais 12

14 analógicos por conversores digitais- analógicos. Casos de tratamento de áudio, filtros, modems, compressão de vídeo, radares e sonares, etc. Comunicações e redes: Chaveamento e distribuição de informações. Sistemas de telefonia e telecomunicações e internet. 3.2.MODOS DE FUNCIONAMENTO DE SISTEMAS EMBARCADOS Os dois modos de funcionamento dos sistemas embarcados, apresentados abaixo, são determinantes para saber como programar o dispositivo e como será seu funcionamento e comportamento na aplicação para o qual foi desenhado. Reativo: O funcionamento se dá como resposta a eventos externos, que podem ser periódicos (caso de sistemas rotacionais ou de controles de loop) ou assíncronos (pressionamento de um botão por parte do usuário). Há, então, uma necessidade de entrada de dados para que aconteçam as ações de funcionamento. Geralmente não há limite de tempo para que os sinais de entrada sejam acionados, pois dependem da interação com o usuário ou com o processo ao qual é destinado. Porém, a saída, função do sinal de entrada, deve ser realizada exatamente após os sinais de entrada começarem a atuar. Controle em tempo real:existem limites de tempo para executar cada tarefa (leitura de sensor, emissão de sinais para um atuador, atualização de display, etc.). Por isso mesmo, nem sempre tempo real é igual ao modo mais rápido de executar uma tarefa. Estes modos de operação, por serem cíclicos, não dependem da entrada de sinais para executar as atividades, sendo capazes de tomar decisões referentes a ausência dos mesmo. Os sistemas de tempos real são classificados em: Soft Real Time: As tarefas podem ser executadas em um intervalo de tempo específico, sem conseqüências graves se este limite de tempo não for cumprido. Um exemplo é um sistema bancário, onde apenas uma mensagem de erro aparecerá se determinada tarefa não for realizada dentro do tempo pré-determinado. A maior preocupação durante a programação dos dispositivos é relativa a repetição de procedimentos que podem ter seu prazo vencido e sobre as mensagens de alerta ao usuário. Hard Real Time: As tarefas devem ser executadas em um tempo específico, com conseqüências graves se qualquer delas falhar. Como exemplo pode-se pensar nos sistemas de controle de um avião, onde uma falha pode resultar em queda e perdas de 13

15 vidas. A maior preocupação durante a programação dos dispositivos é relativa a ter sempre sistemas redundantes (duplicados) que impeçam ou alertem imediatamente, caso algum processo falhe ou não seja executado dentro do tempo pré-determinado O QUE É DESEJÁVEL EM UM SISTEMA EMBARCADO As características mais desejadas em sistemas embarcados são: Tamanho e peso: Com a crescente miniaturização dos equipamentos eletroeletrônicos, os itens tamanho e peso são fatores decisivos na competitividade de um produto. Sem contar os custos envolvidos no envio de equipamentos grandes e pesados, já que um usuário pode adquirir um sistema embarcado em qualquer parte do mundo. Consumo de energia: Quanto maior for a autonomia do sistema e menor for sua necessidade de recarga ou troca de sistema de alimentação, mais competitivo será o produto, sem contar que as atuais legislações referentes ao consumo de energia prevêem a necessidade cada vez maior de eficiência energética. Robustez do equipamento: Muitos sistemas embarcados são projetados para trabalhar em ambientes com condições adversas (vibrações, calor, poeira, variações na tensão de alimentação, interferências eletromagnéticas, raios, umidade, corrosão, etc.). É necessário resistir bravamente a todas estas interferências e sobreviver APLICAÇÕES EMBARCADAS NO SETOR AUTOMOTIVO Os sistemas embarcados estão a nossa volta e estamos de certo modo tão envolvidos por eles, que nem nos damos conta de que um determinado dispositivo trata-se de um sistema embarcado. Um veículo top de linha é um excelente exemplo de um complexo sistema literalmente embarcado. Centenas de sensores fornecem informações sobre todo o funcionamento do veículo. Várias unidades de processamento independentes atuam em regiões diferentes e se comunicam entre si, captando os sinais destes sensores e fazendo com que as ações referentes a cada caso sejam tomadas. Esta comunicação geralmente se dá através de redes, cujo protocolo CAN tem se tornado o padrão. Isto acontece desde a central que memoriza a posição dos bancos, espelhos, volante, etc. para cada usuário do veículo até a central que gerencia o funcionamento do motor. Esta rede de comunicação, além de permitir total interação entre as diferentes áreas internas do veículo, faz com que haja uma grande diminuição da fiação interna, pois todos os 14

16 elementos se conectam à rede por apenas dois fios, que constituem um barramento de comunicação. A figura 3 ilustra esta situação. Figura 3 - Vários sistemas embarcados em um automóvel, comunicando-se por barramento CAN 15

17 CAPÍTULO 4. PROTOCOLOS INDUSTRIAIS 4.1. BREVE HISTÓRICO Por muitos anos, a comunicação entre máquinas era feita de forma bastante arcaica. Geralmente existia uma sala de controle central, de onde saíam quilômetros de cabos para os seus devidos equipamentos, e que apresentavam muitas falhas, como, por exemplo, dificuldade de controle e decorrente do grande número de relações a se coordenar, problemas físicos com os fios, além da ineficiência da coleta de dados para relatórios. Porém, com o avanço da tecnologia e a necessidade de integração entre máquinas e sistemas de controle, o processo não poderia continuar o mesmo. Elementos como sensores, atuadores, CLP's, CNC's, PC's, etc, necessitavam estar interligados e trocando informações de forma ágil e precisa. Enfim, os dispositivos e equipamentos pertencentes a uma rede industrial deveriam ser confiáveis, rápidos e robustos. Dessa forma, um novo conceito, paralelo à evolução das redes de transmissão de dados, surge como solução: a protocolação de dados. E é nesse contexto que surgem as redes digitais de instrumentos e sensores. Este tipo de rede atende pelo nome genérico de Fieldbusou barramento de campo. Na verdade, assim como se ilustra na figura abaixo, devemos dividir estes tipos de rede em três tipos diferentes: Redes de sensores ou Sensorbus São redes apropriadas para interligar sensores e atuadores discretas tais como chaves limites (limit switches), contactores, desviadores, etc. São exemplos de rede Sensorbus: ASI da Siemens, Seriplex, CAN e LonWorks Redes de Dispositivos ou Devicebus São redes capazes de interligar dispositivos mais genéricos como CLPs, outras remotas de aquisição de dados e controle, conversores AC/DC, relés de medição inteligentes, etc. Exemplos: Profibus-DP, DeviceNet, Interbus-S, SDS, LonWorks, CAN, ControlNet, ModbusPlus. 16

18 Redes de instrumentação ou fieldbus São redes concebidas para integrar instrumentos analógicos no ambiente industrial, como transmissores de vazão, pressão, temperatura, etc, válvulas de controle, etc. Exemplos: IECSP50-H1, HART, WorldFIP, Profibus-PA. Figura 4 - Diagrama referente às ferramentas que utilizam cada protocolo 4.2.FIELDBUS Foundation Fieldbus (FF) é um padrão aberto que engloba diversas tecnologias aplicadas no controle de processos e automação industrial, tais como: processamento distribuído, diagnóstico avançado e redundância. É um sistema heterogêneo distribuído, composto por softwares de configuração e supervisão, equipamentos de campo, interfaces de comunicação e supervisão, fontes de alimentação pela própria rede que os interconecta. Foi idealizada inicialmente para atuar tipicamente no controle de processos contínuos tais como os da indústria química, indústria de celulose etc. Assim, alguns exemplos típicos de seu uso podem ser: controle de temperatura, vazão e pressão em uma coluna de fracionamento. São características marcantes: Segurança intrínseca para uso em áreas perigosas, com alimentação e comunicação pelo mesmo par de fios; Topologia em barramento ou em árvore (figura abaixo), com suporte a múltiplos mestres no barramento de comunicação; Comportamento previsível (determinístico), mesmo com redundância em vários níveis; 17

19 Interfaces padronizadas entre os equipamentos, o que facilita a interoperabilidade; Modelagem de aplicações usando linguagem de blocos funcionais; Recomendado o uso de cabos STP desenvolvidos especialmente para o protocolo (SMAR, 2008). Figura 5 - Esquema de funcionamento do FieldBus Além disso, é constituído por dois níveis, o nível físico e o de software, conforme explicado a seguir. O primeiro constitui-se dos padrões de ligações, fios, cabos, características elétricas, etc, necessários à formação de uma Rede FieldBus. Já o segundo é o nível transparente ao usuário, sendo tratado, geralmente, pelo software supervisório. Diante disso, vemos que o conceito Fieldbus compartilha a idéia da descentralização dainteligência, ou seja, a informação não está apenas armazenada num único membro do processo como, por exemplo, um PC Manager, mas distribuída em uma rede desde o chão de fábrica até os níveis mais superiores da gerência. Mas não só o Fieldbus é utilizado nasindustrias. Estas mesmas aplicabilidades também são encontradas nos protolocosprofibus, que se encontram explanados a seguir. 4.3.PROFIBUS O Profibus pertence ao grupo de protocolos que compartilham o conceito Fieldbus. A sua versão mais moderna é o Profibus PA (Process Automation). Uma característica interessante deste protocolo é que os dados podem trafegar pela mesma linha física da alimentação DC, o que economiza tempo de instalação e cabos. 18

20 Profibus é um padrão aberto de barramento de campo para uma larga faixa de aplicações em automação de fabricação e processos. Ele destaca-se por atuar nos diversos níveis do processo industrial: ambiente de fábrica, processo e gerência. Oferece características diversas de protocolos de comunicações, tais como: PROFIBUS DP (DescentralizedPeripherical): é o mais usado dentre os protocolos, ele é caracterizado pela velocidade, eficiência e baixo custo de conexão. Foi projetado especialmente para comunicação entre sistemas de automação e periféricos distribuídos; PROFIBUS FMS (Field MessageSpecification): é um protocolo de comunicação geral para as tarefas de comunicações solicitadas. FMS oferece muitas funções sofisticadas de aplicações para comunicação entre dispositivos inteligentes; PROFIBUS PA (Process Automation): Este protocolo define os parâmetros e blocos de funções dos dispositivos de automação de processo, tais como transdutores de medidas, válvulas e IHM (Interface HumanMachine) (PROFIBUS, 1999); PROFINet (Profibus for Ethernet): Comunicação entre CLPs e PCs usando Ethernet/TCP-IP; PROFISafe: para sistemas relacionados a segurança; PROFIDrive: para sistemas relacionados a controle de movimento. 19

21 CONCLUSÃO Assim o resultado foi uma pesquisa bem sucedida do trabalho proposto. Com este trabalho, foi possível perceber como a área de Eletrônica é bastante complexa e ainda há muito o que se fazer. A proposta de qualquer dispositivo móvel implementado com a tecnologia de eletrônica reconfigurável e sistemas embarcados é uma tarefa difícil e de muito longo prazo. Um dos principais motivos é o caráter multidisciplinar desse projeto, uma vez que abrangerá estudos nos seguintes tópicos: projeto de lógica digital, modelamento de sistemas digitais, exploração de paralelismo em arquiteturas de computadores, técnicas de inteligência artificial, teoria de controle, lógica fuzzy, controle e manutenção de sistemas operacionais de tempo real e, finalmente, a eletrônica conjugada à computação reconfigurável. 20

22 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]. ARAGÃO, Antônio; MARQUES, Eduardo; ROMERO, Roseli. Computação Reconfigurável Aplicada à Robótica. Disponível em: eletronica-digital/computacao-reconfiguravel-aplicada-a-robotica-fpga. Acessado em: 07/05/2011 [2]. BOLTON, Willam. Mecatrônica: uma abordagem multidisciplinar; tradução José Lucimar do Nascimento. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2010 [3]. FILHO, Roberto Alcântara. Dispositivos Programáveis: Como Funcionam?. Disponível em: Acesso em: 07/05/2011 [4]. MARTINS, Carlos Augusto Paiva da Silva; ORDONEZ, Edward David Moreno; CÔRREA, João Batista Torres; CARVALHO, Milene Barbosa. Computação Reconfigurável: conceitos, tendências e aplicações. Obtido em: Acesso em: 15/05/2011. [5]. ROSÁRIO, João Maurício. Princípios de Mecatrônica. São Paulo: Prentice Hall, [6]. www2.dem.inpe.br/ulisses/estudos/adm-redes/topologias.htm Consultado em 2 de maio de [7]. Acessado em: 20/05/2011 [8]. Consultado em 22 de maio de 2011 [9]. em 14 de maio de 2011 [10]. I15607,00Intel+lanca+chip+configuravel+em+parceria+com+Altera.htm. Acesso em: 13/05/2011 [11]. Acesso em: 04/05/

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