FATEC ADIB MOISÉS DIB

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1 FATEC ADIB MOISÉS DIB EEI102 Redes Industriais Redes Industriais Aula 05 Rede AS-i Professor Pedro Adolfo Galani sites.google.com/site/fatecsbcnoturno/

2 ... na aula passada vimos o acesso ao meio de diferentes protocolos em cada camada da pirâmide 2 Retirado de: curso interno da Altus sobre redes industriais, ministrado por Osmar Brune

3 ... na aula passada vimos o acesso ao meio de diferentes protocolos em cada camada da pirâmide 3 Retirado de: curso interno da Altus sobre redes industriais, ministrado por Osmar Brune

4 ... na aula de hoje conheceremos a rede de campo AS-i 4

5 Na aula de hoje conheceremos a rede de campo AS-i 5

6 6 O que motivou a criação das redes de campo?

7 7 Evolução no sistema de cabeamento de campo réguas de bornes Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

8 8 Evolução no sistema de cabeamento de campo interface remote I/O cabo manga Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

9 9 Evolução no sistema de cabeamento de campo cabo manga Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

10 10 Evolução no sistema de cabeamento de campo Rede proprietária dedicada de alta velocidade ystems/remote_i_o/modular_i_o/smartslice/default.html Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

11 11 Evolução no sistema de cabeamento de campo Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

12 12 Apresentação: histórico da AS-i Em 1990, na Alemanha, um consórcio de empresas bem sucedidas elaborou um sistema de barramento para redes de sensores e atuadores, denominado Actuator Sensor Interface (AS-Interface ou na sua forma abreviada AS-i). Esse sistema surgiu para atender a alguns requisitos definidos a partir da experiência de seus membros fundadores e para suprir o mercado cujo nível hierárquico é orientado a bit. Desta forma, a rede AS-i foi concebida para complementar os demais sistemas e tornar mais simples e rápida as conexões entre sensores e atuadores com os seus respectivos controladores. A partir de 1999 a rede AS-i foi padronizada pela norma EN 50295/IEC e as associações que regulam AS-International Association (2008) ( ou AS-Interface UK Expert Alliance ( são abertas a novos membros que queiram desenvolver produtos certificados.

13 13 Apresentação: histórico da AS-i

14 14 Apresentação: logotipo AS-i Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

15 Benefícios: comparação da ligação convencional e com AS-i 15

16 Benefícios: comparação da ligação convencional e com AS-i 16 Retirado de: As-i interface, Automation and Drives, Siemens, agosto de 2004

17 17 Benefícios: na rede AS-i Simplicidade Uma rede AS-i é muito simples, pois requer apenas um único cabo para conectar módulos de entradas e saídas de quaisquer fabricantes. Usuários de uma rede AS-i não precisam ter profundos conhecimentos em sistema industriais ou protocolos de comunicação. Flexibilidade A expansibilidade é muito fácil apenas conecte um módulo, endereceo e, então, conecte o cabo da rede. A rede AS-i suporta qualquer topologia de cabeamento: estrela, barramento, árvore, anelar ou qualquer outra configuração com até 200 metros de cabo. Ou, com a adição de repetidores é possível expandir o sistema até 600 metros (Siemens, 2004).

18 , Versão 2.04 Especificação Original Os módulos escravos, limitados a 31, permitiam a conexão de quatro entradas e quatro saídas (digitais), resultando no total de 124 entradas e 124 saídas em uma única rede; Desempenho Sistemas AS-i são eficazes e incrivelmente rápidos, o que os tornam aptos a substituírem sistemas grandes e com altos custos. O tempo de atualização de um módulo era facilmente calculado pela multiplicação do número de módulos de entrada e saída pelo tempo determinístico de atualização da rede para cada nó (aproximadamente 150 µs);

19 , Versão 2.14 (A/B) Inclusão de Melhorias Ampliação do número de escravos de 31 para 62. A capacidade máxima do barramento foi ampliada para 248 E S, mas o tempo de ciclo passou para 10ms; Um bit adicional no registro de status é utilizado para sinalizar erros de periféricos. A indicação de status de funcionamento dos escravos foi padronizada e ampliada; Melhor tratamento de sinais analógicos, ampliando o espectro de atuação das redes AS-i Retirado de AS-Interface according to EN 50295, Siemens, 2004

20 /2007, Versão 3.0 (A/B) Até 2005 o sucesso mundial da rede AS-i, com aproximadamente 10 milhões de nós em operação, promoveu a introdução de novos requisitos para a rede; Nós de entradas e saídas discretas suportando endereçamento estendido (A/B) com 8 entradas e 8 saídas; Canal analógico configurável (8, 12 ou 16 bits); Canal de dados discreto com comunicação serial full-duplex.

21 possibilidades de configurações com versão antiga e versão A/B 21 Retirado de AS-Interface according to EN 50295, Siemens, 2004

22 22 A alma da rede AS-i Um circuito integrado dedicado desenvolvido pelo consórcio; Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

23 23 A alma da rede AS-i Um circuito integrado dedicado desenvolvido pelo consórcio; Retirado de: AS-Interface: A solução mais simples em Redes de AS-International Association março de 98

24 24 O que compõe uma rede As-i? Escravo Mestre Gateway Cabo Fonte de alimentação Repetidores e Extensores Handheld

25 25 O que compõe uma rede As-i? Escravo

26 26 O que compõe uma rede As-i? Escravo

27 27 O que compõe uma rede As-i? Mestre

28 28 O que compõe uma rede As-i? Gateway

29 29 O que compõe uma rede As-i? Cabo

30 30 O que compõe uma rede As-i? Fonte de alimentação w3.siemens.com

31 31 O que compõe uma rede As-i? Repetidores, Extensores e programadores de mão

32 32 O que compõe uma rede As-i? tudo sobre AS-Interface, Siemens, 2000 Handheld programador de mão

33 33 Como um mestre acessa os escravos? Retirado de: AS-Interface: A solução mais simples em Redes de AS-International Association março de 98

34 Em uma rede AS-i, pode haver dois tipos de mestres: 34 Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

35 Tipo 1: CPU mestre AS-i diretamente no barramento da CPU 35 Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

36 36 Exemplo tipo 1: CPU mestre Siemens Observa-se que podem haver duas subredes no mesmo barramento do CLP

37 Tipo 2: CPU mestre através de um gateway com outra rede 37 Schneider, Actuator-sensors User guide interface AS-i-bus, 2000

38 38 Exemplo tipo 2: CPU Allen Bradley A forma de conexão da rede AS-Interface no PLC Allen Bradley utiliza um gateway ASI-1078 que converte os sinais da rede AS-Interface para a rede DeviceNet que deve ser conectada a um cartão scanner

39 39 AS-i - Principais características Compatibilidade: sensores e Atuadores de diferentes fabricantes podem ser conectados a uma interface digital serial padronizada; Controle de acesso ao meio: sistema com um único mestre e varredura cíclica; Endereçamento: escravos recebem um endereço permanente do mestre ou via hand-held; Estrutura da rede: sem restrições (linear, anel, estrela ou árvore); Meio de transferência: dois cabos não-trançados e sem blindagem para dados e energia (24 VDC), tipicamente até 200 ma por escravo, até 8A por barramento;

40 40 AS-i - Principais características Rápida instalação: por meio de conectores auto-perfurantes Tamanho de cabo: máximo de 100 m ou até 300 m com o uso de repetidores; Sinais e alimentação: estão presentes em um mesmo barramento (24VDC); Número de escravos: até 62 escravos por rede (versão 2.1); Telegramas: telegrama do mestre contendo o endereço, resposta direta do escravo; Dados: 4 entradas e 4 saídas para cada escravo e no caso de mais de 31 escravos têm, então, apenas 3 saídas; (máximo de 248 participantes binários por rede)

41 41 AS-i - Principais características Tempo de ciclo: 10 ms para a versão 2.1; Detecção de erros: detecção eficiente e retransmissão de telegramas incorretos; Chip AS-Interface: E/S configuráveis para dados, parâmetros de saídas e saídas de controle; Funções do mestre: varredura cíclica em todos os escravos, transmissão de dados para escravos e para a unidade de controle (CLP ou PC). Inicialização da rede, identificação dos escravos, diagnóstico dos escravos e de dados transferidos; Válvulas: são instaladas diretamente no local da aplicação, diminuindo a tubulação e aumentando a velocidade de resposta dos atuadores;

42 42 AS-i - Principais características Baixo custo: de conexão por escravo e elimina módulos de entradas e saídas no CLP; Confiabilidade: alto nível de confiabilidade operacional em ambientes industriais agressivos; Padrão aberto: elaborado por renomados fabricantes, filiados à Associação Internacional AS-i, cujo protocolo de transmissão é normalizado. Opcional: cabo de alimentação para saídas e controle de parada.

43 43 Cabo padrão

44 44 Conexão rápida conector vampiro

45 45 Topologias para rede AS-i

46 46 Exemplos de topologias AS-i Retirado de AS-Interface according to EN 50295, Siemens, 2004

47 47 Exemplos de aplicações AS-i Manual Siemens, tudo sobre AS-Interface, outubro de 2000

48 48 Exemplos de aplicações AS-i

49 49 Como modular um sinal? (Amplitude Shift- Keying ) (Frequency Shift- Keying ) (Phase Shift- Keying )

50 50 Como codificar um sinal?

51 51 Como codificar um sinal na AS-i? Vários aspectos foram levados em consideração para a escolha do processo de modulação, onde destaca-se: o sinal de modulação deve ser sobreposto ao sinal de alimentação; o processo de transmissão deve ser simples e barato; o sinal deve estar concentrado em uma banda estreita para não ser afetado por interferência eletromagnética induzida no cabo (que não possui blindagem).

52 52 Como codificar um sinal na AS-i? Por isso, o sistema AS-Interface adota a modulação de pulsos alternados (APM), onde na sequência de dados utiliza-se a codificação manchester modulada pela alteração na corrente de transmissão; A corrente de transmissão é gerada em conjunto com indutores presentes na linha, que em caso de aumento de corrente provoca um pulso negativo, e em decréscimo da corrente gera um pulso positivo de tensão na linha.

53 53 Como codificar um sinal na AS-i?

54 54 Como codificar um sinal na AS-i? U (V) T (ms)

55 55 frame AS-i, assíncrono

56 56 Próxima aula Próxima rede a ser estudada: Profibus

57 57 Exercícios 1) A varredura do programa de um CLP conectado em rede ponto a ponto com supervisório é de 20 milisegundos. No barramento deste CLP há uma CPU mestre ASi. Supondo que o tempo de ciclo desta rede composta por 7 nós escravos seja de 8 milisegundos, quantas varreduras completas do CLP serão necessárias para se ter os valores completos de duas variáveis de processo (temperatura e vazão) disponíveis para o supervisório? Demonstre. 2) Exemplifique um frame assíncrono ASi de leitura, do mestre para o escravo número 5. (se: control bit = 0, então: leitura)

58 58 Exercícios 3) Assinale (V) verdadeiro ou (F) falso: ( ) A rede de supervisão deve ser mais rápida do que a rede de controle. ( ) A rede ASi é destinada à supervisão de pontos analógicos em processos contínuos. ( ) A rede ASi permite múltiplos mestres. ( ) O tempo de ciclo da rede ASI depende do número de dispositivos escravos. ( ) A rede ASi se caracteriza como uma rede mestre-escravo. 4) Supondo que o tempo de ciclo em uma rede AS-i composta por 7 nós escravos seja de 6 ms, quanto tempo demoraria para se ler 3 variáveis analógicas em remotas diferentes? Justifique.

59 59 bibliografia AS-Interface: A solução mais simples em Redes de AS- International Association março de 98 AS-Interface according to EN 50295, versão 2004, Siemens Sistemas AS-i Interface, Apresentação Siemens 08/2004 Manual Siemens, tudo sobre AS-Interface, outubro de 2000 Manual sense de redes industriais