REDES INDUSTRIAIS. Prof. Igarashi

REDES INDUSTRIAIS slide 1

REDES INDUSTRIAIS Exemplos de aplicação: Automação Industrial slide 2

REDES INDUSTRIAIS Exemplos de aplicação: Automação de Sistemas Elétricos slide 3

REDES INDUSTRIAIS Exemplos de aplicação: Automação Veicular slide 4

REDES INDUSTRIAIS Exemplos de aplicação: Automação da Aviação Canal do Youtube: slide 5

REDES INDUSTRIAIS Exemplos de aplicação: Automação da Agricultura Rastreamento: Transformar o campo em fábrica José Carlos Bueno (Gerente) slide 6

REDES INDUSTRIAIS Exemplos de aplicação: Automação de Serviços slide 7

CONCEITOS GERAIS DE REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS slide 8

Definição de Comunicação e de Protocolo de Comunicação Pode-se definir como Comunicação o processo que envolve a transmissão e a recepção de mensagens entre uma fonte emissora e um destinatário receptor, no qual as informações são transmitidas através de um meio físico (ar, fios elétricos, etc.) através de recursos físicos (som, luz, eletricidade, etc.) segundo um conjunto de regras pré-determinadas. A este conjunto de regras pode-se dar o nome de Protocolo de Comunicação. slide 9

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS IoT (Internet of Things) slide 10

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS Big Data, Computação Cognitiva e Cloud Computing slide 11

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS Industria 4.0 slide 12

REDES DE COMUNICAÇÃO DE DADOS Cybersecurity slide 13

Conceitos gerais de redes de comunicação de dados - Modelos de comunicação - Topologia de rede - Formatos de transmissão dos dados binários - Fluxo de dados - Metodologias para a obtenção de informações - Modalidades de endereçamento - Padrões físicos para a transmissão de dados slide 14

Modelos de comunicação Refere-se a forma como os dispositivos se organizam para definir como serão feitas as solicitações e as respostas na rede. Os principais modelos são: - Mestre-escravo - Multimestre - Peer-to-peer slide 15

Mestre-escravo Principais características: - somente um dispositivo mestre na rede. - demais dispositivos são escravos. - os escravos somente respondem as solicitações do mestre. - não ocorrem colisões no barramento de rede Mestre Escravo A Escravo B Escravo C slide 16

Multimestre Principais características: - mais de um dispositivo pode ser definido como mestre na rede. - demais dispositivos são escravos. - os escravos somente respondem as solicitações do mestre. - mais de um mestre pode solicitar informações, portanto, podem ocorrer colisões. Mestre A Mestre B Escravo A Escravo B Escravo C slide 17

Peer-to-peer (ponto a ponto) Principais características: - quaisquer dispositivos podem ser mestres ou escravos. - antes da troca de informações é definido através de mensagens específicas um par de dispositivos que irão trocar informações. - pode-se definir neste par de dispositivos quem será o mestre e quem será o escravo. - mais de um solicitante na rede, portanto, podem ocorrer colisões. Dispositivo 1 Dispositivo 2 Conexão lógica Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 5 slide 18

Topologia de rede Refere-se a forma como os dispositivos estão fisicamente interligados. Os principais modelos são: - Barramento - Anel - Estrela slide 20

Barramento Principais características: - geralmente o meio físico é um par de fios que é compartilhado por todos os dispositivos da rede. - quando se remove um dispositivo da rede ela continua operando. - quando ocorrer um curto em qualquer ponto da rede toda a rede para. Dispositivo 1 Dispositivo 2 V(t) Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 5 slide 21

Anel Principais características: - geralmente utiliza um par de fios - normalmente a informação circula em um determinado sentido. - quando ocorrer um curto em um trecho da rede somente aquele trecho para. - quando se remove um dispositivo da rede toda a rede para. Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 3 slide 22

Estrela Principais características: - necessita de um dispositivo central (hub, switch) encarregado de replicar as mensagens. - caso um dos trechos de rede apresentar problemas somente o trecho para. - caso ocorra um problema no dispositivo central todos os dispositivos a ele conectados param. Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo central Dispositivo 4 Dispositivo 3 slide 23

Hub Switch Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 1 Dispositivo 2 Hub Switch Dispositivo 4 Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 3 slide 24

Formatos de transmissão dos dados binários Refere-se a forma de transmissão dos dados binários no barramento de rede. Os principais modelos são: - Serial - Paralelo slide 26

Serial Os bits são transmitidos de forma sequencial, um a um. Valor B4 H = 1 0 1 1 0 1 0 0 B V(t) 1 0 1 1 0 1 0 0 t Dispositivo 1 V(t) Dispositivo 2 slide 27

Paralelo Os bits são transmitidos simultaneamente através de várias linhas de dados. Valor B4 H = 1 0 1 1 0 1 0 0 B 1 V 1 (t) 0 V 2 (t) 1 V 3 (t) 1 Dispositivo 1 0 1... Dispositivo 2 0 0 slide 28

Tabela comparativa Serial Paralelo Quantidade de fios Menor Maior Velocidade Menor Maior Custo Menor Maior Distância Maior Menor slide 29

Fluxo de dados Refere-se a maneira como as solicitações e as respostas podem transitar em uma determinada rede. Os principais modelos são: - Simplex - Half-duplex - Full-duplex slide 31

Simplex - As mensagens fluem na rede somente em um sentido. - Maximiza o uso do canal de comunicação. - Não existe a possibilidade de confirmação de recepção da mensagem enviada. mensagem Dispositivo 1 Dispositivo 2 slide 32

Half-duplex - As mensagens fluem em ambos os sentidos, mas não simultaneamente. - Reduz o uso do canal de comunicação. - Existe a possibilidade de confirmação de recepção da mensagem enviada. Dispositivo 1 solicitação Dispositivo 2 Dispositivo 1 resposta Dispositivo 2 slide 33

Full-duplex - As mensagens fluem em ambos os sentidos, simultaneamente. - Maximiza o uso do canal de comunicação. - Existe a possibilidade de confirmação de recepção da mensagem enviada. Dispositivo 1 solicitação A solicitação B Dispositivo 2 Dispositivo 1 resposta A resposta B Dispositivo 2 slide 34

Metodologias para a obtenção de informações Refere-se a maneira como as solicitações e as respostas são realizadas para se obter as informações desejadas na rede. Os principais modelos são: - Pooling - Token ring - Intervalo de tempo constante - Evento slide 36

Pooling É feita uma varredura (scan) com todos os dispositivos que se deseja obter informações. M M S1 S2 S3 S1 S2 S3 M S1 S2 S3 slide 37

Token ring Utilizado para gerenciar o fluxo de informações em redes na configuração em anel através de mensagem token. mensagem A B A B C C A B C slide 38

Intervalo de tempo constante A cada intervalo de tempo programado previamente nos dispositivos uma solicitação é realizada. Mestre A Mestre B Escravo A Escravo B Escravo C T A = 1s T B = 100ms T C = 300ms slide 39

Evento O envio da mensagem ocorre quando acontecer um determinado evento definido no dispositivo. Configuração interessante para otimização de tráfego na rede. Mestre Escravo A Escravo B Escravo C evento slide 40

Evento Exemplo de automação dos religadores de poste supervisório subestação alimentador religador religador 138KV 13,8KV slide 41

Transformador de poste, religador de poste e alimentador slide 42

Evento Exemplo de automação dos religadores de poste supervisório evento subestação alimentador slide 43

Modalidades de endereçamento Geralmente, cada dispositivo da rede precisa ser identificado com um número para que as mensagens possam ser encaminhadas para ele. Este número é chamado Endereço de Rede. As modalidades de endereçamento se referem a forma como as mensagens são endereçadas. Os principais modelos são: - Unicast - Multicast - Broadcast slide 45

Unicast Nesta modalidade a mensagem é endereçada somente para um determinado dispositivo. Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 5 slide 46

Multicast Nesta modalidade a mensagem é endereçada para um determinado grupo de dispositivos. Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 5 slide 47

Broadcast Nesta modalidade a mensagem é endereçada para todos os dispositivos da rede. Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 5 slide 48

Endereçamento Unicast, Multicast e Broadcast na topologia de rede em barramento Dispositivo 1 Dispositivo 2 V(t) Dispositivo 3 Dispositivo 4 Dispositivo 5 slide 49

Padrões físicos para a transmissão de dados Refere-se as características físicas do meio no qual os dados são transmitidos. Os principais modelos são: - RS232 - RS485 - Fibra óptica - Wireless slide 51

RS232 Principais características: - Transmissão dos dados através de sinais elétricos. - Níveis lógicos são implementados de forma inversa ao valor da tensão: - nível lógico 0 = +7V (aprox.) - nível lógico 1 = -7V (aprox.) - Todos os sinais são referenciados a um terra em comum. - Possui uma via para transmissão e uma via para recepção. - Distância máxima da ordem de algumas dezenas de metros. slide 52

RS232 Pinagem e conexão slide 53

RS232 Implementação slide 54

RS485 Principais características: - Transmissão dos dados através de sinais elétricos. - Os dados são transmitidos de forma diferencial. - A mesma via pode ser utilizada tanto para transmissão quanto para recepção. - Distância máxima da ordem de algumas centenas de metros. - Até 32 dispositivos conectados num mesmo barramento slide 55

RS485 Transmissão diferencial dos dados slide 56

RS485 Interligação dos dispositivos na configuração barramento slide 57

RS485 Velocidade de transmissão x distância slide 58

Fibra óptica Principais características: - Transmissão de dados através da propagação de um feixe de luz. - A mesma via pode ser utilizada tanto para transmissão quanto para recepção. - Distância máxima da ordem de algumas centenas de metros. - Atinge altas velocidades de comunicação. - São mais imunes as interferências eletromagnéticas. slide 59

Luz Modelos utilizados para análise - Óptica física - Óptica eletromagnética slide 60

Luz - Óptica geométrica slide 61

Fibras ópticas Princípio de funcionamento www.thefoa.org slide 62

Fibras ópticas Modelos de fibras ópticas slide 63

Fibras ópticas Modelos de conectores slide 64

Introdução as Redes Sem Fio (Wireless) Transmissão através de ondas de rádio - Princípios básicos de antena (ex: antena dipolo) - Princípios básicos de modulação (ex: AM-DSB-FC) - Modulação digital - Dispositivos: Router, Repetidor, Access Point - Exemplos de protocolos para redes sem fio por ondas de rádio Transmissão através de luz - Padrão Li-Fi slide 65

James Clerk Maxwell (1831 1879) Princípios básicos de antenas Ondas eletromagnéticas slide 66

Princípios básicos de antenas Antena dipolo básica Comprimento = c de onda ( ) f c = velocidade da luz (300 000 000 m/s) f = frequência do sinal (Hertz) slide 67

Princípios básicos de antenas Comprimento da antena dipolo Para um melhor rendimento L = slide 68

Princípios básicos de antenas Alguns modelos de antenas Diretores Excitador Refletor Antena Dipolo Antena Yagi slide 69

Princípios básicos de modulação A modulação AM-DSB-FC Porque modular um sinal? Ex: comprimento da antena p/ transmissão sinal 20KHz slide 70

Princípios básicos de modulação A modulação AM-DSB-FC (Amplitude Modulation Double Side Band Full Carrier) slide 71

Princípios básicos de modulação Outros tipos de modulação AM-DSB-SC (Amplitude Modulation Double Side Band Supressed Carrier) AM-SSB (Amplitude Modulation Single Side Band) FM (Frequency Modulation) PM (Phase Modulation) slide 74

Princípios básicos de modulação Exercício: - Qual seria a distribuição espectral de um sinal de áudio que possui uma banda de 0Hz a 20KHz modulado em AM-DSB-FC com uma portadora em 780KHz (rádio CBN)? - Qual seria o comprimento aproximado de uma antena dipolo 1/2L utilizado para transmitir este sinal? slide 75

Modulação digital Modulações básicas slide 76

Modulação digital Modulações básicas a) QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) b) QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation 16) c) QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation 64) slide 77

Padrões físicos para a transmissão de dados (Wireless) Router: Encaminha pacotes de dados entre redes de computadores de nomes diferentes. Repetidor: Repete uma determinada rede com as mesmas características, inclusive o mesmo nome. Access Point: Gera uma rede sem fio a partir de uma rede com fio. slide 78

Redes Ad-Hoc Rede onde todos os dispositivos podem assumir papel de roteador encaminhando mensagens recebidas para dispositivos vizinhos slide 79

Protocolos para redes sem fio por ondas de rádio Exemplos de protocolos - IEEE 802.11 (Wi-Fi) - Bluetooth - Zigbee slide 80

Redes wireless através de luz O padrão Li-Fi Professor Harald Hass University of Edinburgh (UK) slide 81

Implementação do Li-Fi slide 82

Análise Li-Fi x Wi-Fi - Fluxo de dados? - Segurança? - E se a luz apagar? slide 83

PIRÂMIDE DA AUTOMAÇÃO slide 84

Pirâmide da Automação slide 85

Pirâmide da Automação Ex: Automação do Sistema Elétrico Brasileiro slide 86

Sistema Integrado Nacional (SIN) slide 87

Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) slide 88

REDES ANALÓGICAS slide 89

Redes analógicas - Antes do surgimento da tecnologia digital já existia a necessidade de se transmitir informação entre diferentes equipamentos - No passado se transmitiam informações através da variação proporcional de uma grandeza elétrica (geralmente tensão ou corrente) - Padrões mais adotados: - 0 a 20mV - 0 a 20mA - 4 a 20mA slide 90

Redes analógicas (Exercício) Sensor I =? CLP Medido 120oC R Range: 0o a 200oC Interface: 4 a 20mA slide 91

PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS slide 92

Introdução aos protocolos de comunicação de dados - Protocolos de rede são regras pré-estabelecidas de uma determinada rede de comunicação de dados para a troca de mensagens entre os dispositivos. - Para esta introdução será utilizado um protocolo mais simples, muito utilizado em automação elétrica, que servirá como base para compreender diversos conceitos: o MODBUS-RTU. slide 93

Protocolo MODBUS-RTU - Desenvolvido pela empresa MODICON na década de 70 inicialmente para uso em seus CLPs. - Atualmente a MODICON pertence a empresa Schneider Electric. - Seus direitos foram transferidos para a Modbus Organization em 2004. - É um protocolo totalmente aberto (ou seja, o acesso a sua documentação é gratuito e o seu uso em equipamentos é livre de taxa de licenciamento). - É um protocolo simples de ser implementado e possui grande versatilidade. - Possibilidade de implementação em redes Ethernet (MODBUS over TCP/IP) www.modbus.org slide 94

MODBUS-RTU Classificação básica de uma rede MODBUS-RTU - Modelos de comunicação : Mestre, Multimestre e Peer-to-peer - Topologia de rede: Barramento, Anel ou Estrela - Formatos de transmissão dos dados binários: Serial ou Paralelo - Fluxo de dados: Simplex, Half-Duplex ou Full-Duplex - Metodologias para a obtenção de informações: Pooling, Token-Ring ou Event - Modalidades de endereçamento : Unicast, Multicast ou Broadcast - Padrões físicos para a transmissão: RS232, RS485, Fibra óptica ou Wireless M S1 S2 S3 slide 95

MODBUS-RTU Codificação dos dados slide 96

MODBUS-RTU Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes) Frame MODBUS-RTU Conversor USB/RS485 V(t) Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 3 slide 97

MODBUS-RTU Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes) Start: star bit (nível lógico 0). bits de 1 a 8: dado (bit 1 o menos significativo, e o bit 8 o mais significativo). Par: bit de paridade: par: total de 1s entre o start e o stop bits é um número par. ímpar: total de 1s entre o start e o stop bits é um número ímpar. sempre 1: bit sempre nível lógico 1. sempre 0: bit sempre nível lógico 0. sem paridade: bit de paridade não transmitido Stop: stop bit (nível lógico 1). 1 stop bit: 1 bit no final 2 stop bits: 2 bits no final slide 98

MODBUS-RTU Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes) Bit 8 Bit 1 Exemplo: transmissão do valor 5C H = 0101 1100 B com paridade ímpar Bit 1 Bit 8 Bits gerados: 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 V(t) 1 0 Caracter MODBUS-RTU t slide 99

MODBUS-RTU Como os dados são transmitidos serialmente: a codificação dos dados (bytes) Frame MODBUS-RTU ex: valor 5C H Conversor USB/RS485 V(t) Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo 3 V(t) 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 t slide 100

MODBUS-RTU Siglas de três caracteres para identificação de paridade 1º caractere: quantidade de bits de dados transmitidos 2º caractere: lógica de paridade implementada O -> odd (ímpar) E -> even (par) M -> mark (sempre 1) S -> space (sempre 0) N -> none (sem paridade) 3º caractere: quantidade de stop bits Ex: 8N1 -> 8 bits de dados, paridade none e 1 stop bit 7E2 -> 7 bits de dados, paridade even e 2 stop bits slide 101

Exercícios slide 102

MODBUS-RTU Tempo de transmissão do frame slide 103

MODBUS-RTU Tempo de transmissão do frame - Velocidade informada em bits por segundo, ou seja, em bps. - Exemplos de velocidades padrão: 9600bps, 19200bps, 28800bps. - Quando se utiliza K é igual a 10 3, e não 1024, ou seja: 9,6Kbps = 9,6 x 10 3 = 9600bps slide 104

MODBUS-RTU Tempo de transmissão do frame Exemplo: cálculo do tempo de transmissão do frame abaixo: 01 H 03 H 00 H 00 H 00 H 02 H 5A H 71 H admitindo: - paridade par - 1 stop bit - velocidade de 9600bps Qtde de bits em cada caracter: 1 start + 8 dados + 1 parid + 1 stop = 11 bits Qtde total de bits transmitidos: 8 caracteres x 11 bits = 88 bits Tempo de transmissão: ( 1 / 9600 ) x 88 bits = 9,16ms slide 105

MODBUS-RTU Tempo de transmissão e identificação de fim de frame slide 106

MODBUS-RTU Taxa efetiva de transmissão - Representa a ocupação do canal na transmissão efetiva da informação - Pode ser calculado através da fórmula: Taxa efetiva = qtde de bits de dados x 100% qtde total de bits transmitidos Exemplo: calcular a taxa efetiva de transmissão para a transmissão de um único caracter MODBUS-RTU na configuração 8N2. Vídeo sobre ajuste serial softstarter Schneider slide 107

Exercícios slide 108

MODBUS-RTU Tipos de variáveis slide 109

Tipos de variáveis - Variáveis são utilizadas para expressar o estado, ou o valor, de determinadas grandezas do sistema. - No MODBUS-RTU existem duas categorias de variáveis: * variáveis tipo Register (Registro): representam grandezas de natureza analógica. Ex: tensão de linha, carga do trafo, corrente de linha. * variáveis tipo Coil (Bobina): representam grandezas de natureza binária, com dois estados. Ex: posição de contatos, indicação luminosa. slide 110

Variáveis tipo Register - Expressam grandezas de natureza analógica. - Tamanho de 16 bits (número inteiro), portanto, faixa de valores de 0 a 65535. ex: tensão de linha = 13800 V registro = 13800 D = 35E8 H - Utilização, por exemplo, de campo unit para expressar valores decimais. Este campo informa quanto vale cada bit do registro. ex: corrente de linha = 547,2 A admitindo campo unit = 0,1A 547,2 A = 5472 x 0,1A portanto, registro = 5472 D = 1560 H slide 111

Variáveis tipo Register - São identificados dentro dos dispositivos através de um número de 16 bits, chamado Endereço de Registro. - Dispositivos MODBUS-RTU informam seus registros disponíveis através de uma Tabela de Registros. Exemplo de tabela de registros: slide 112

Variáveis tipo Coil - Expressam grandezas de natureza binária. - Tamanho de 1 bit (somente dois estados). - Utilização, por exemplo, de campo convenção para informar a convenção adotada, ou seja, o que 0 significa e o que 1 significa. ex: contato = fechado admitindo convenção: 0 = aberto / 1 = fechado portanto, coil = 1 slide 113

Variáveis tipo Coil - São identificados dentro dos dispositivos através de um número de 16 bits, chamado Endereço de Coil. - Dispositivos MODBUS-RTU informam seus coils disponíveis através de uma Tabela de Coils. Exemplo de tabela de coils: slide 114

Mais exemplos de tabelas slide 115

MODBUS-RTU Construção do frame slide 116

Construção do frame - Tamanho máximo do frame: 256 bytes - Composto por quatro campos: Slave Address, Function Code, Data e CRC slide 117

Construção do frame Slave Address - Número que identifica o endereço físico do dispositivo slave na rede. - Valor único para cada dispositivo slave. -Faixa de valores: * 0 : Broadcast * 1 a 247 : Endereços individuais dos slaves * 248 a 255 : Reservados slide 118

Construção do frame Function Code - Número que identifica a função a ser executada pelo slave. - Exemplos de funções mais utilizadas: * código 3 : leitura de registro (read holding register) * código 6 : escrita de registro (write single register) * código 1 : leitura de coil (read coils) * código 5 : escrita de coil (write single coil) slide 119

Construção do frame Data - Dados (bytes) referentes a função executada slide 120

Construção do frame CRC - Utilizado para checagem de integridade da mensagem slide 121

Construção do frame Utilizando o simulador MODBUS-RTU Solicitação Resposta Download no site: gigarashi.wordpress.com slide 122

Construção do frame Configuração da interface serial dos dispositivos slide 123

Construção do frame Exemplo de configuração da interface serial dos dispositivos slide 124

Construção do frame Função: Leitura de Registro (código 03 H ) Objetivo: Ler o valor de determinados registros de um determinado dispositivo Sintaxe: Solicitação Resposta Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 End. Slave 2 Código função (03 H ) 2 Código função (03 H ) 3 End. Inicial (HI) 3 Contador de bytes dos registros 4 End. Inicial (LO) 4 Valor 1º registro (HI) 5 Nº de registros (HI) 5 Valor 1º registro (LO) 6 Nº de registros (LO)...... 7 CRC (LO) penúlt. CRC (LO) 8 CRC (HI) último CRC (HI) slide 125

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função (03 H ) 2??? 3 End. Inicial (HI) 3??? 4 End. Inicial (LO) 4??? 5 Nº de registros (HI) 5??? 6 Nº de registros (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 126

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço do slave 2 Código função (03 H ) 2??? 3 End. Inicial (HI) 3??? 4 End. Inicial (LO) 4??? 5 Nº de registros (HI) 5??? 6 Nº de registros (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 127

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H código da função 3 End. Inicial (HI) 3??? 4 End. Inicial (LO) 4??? 5 Nº de registros (HI) 5??? 6 Nº de registros (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 128

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 End. Inicial (HI) 3 00 H endereço inicial 0000 H 4 End. Inicial (LO) 4 00 H 5 Nº de registros (HI) 5??? 6 Nº de registros (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 129

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 End. Inicial (HI) 3 00 H 4 End. Inicial (LO) 4 00 H 5 Nº de registros (HI) 5 00 H a partir do end. inicial 0000 H 6 Nº de registros (LO) 6 02 H ler 2 registros 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 130

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 End. Inicial (HI) 3 00 H 4 End. Inicial (LO) 4 00 H 5 Nº de registros (HI) 5 00 H 6 Nº de registros (LO) 6 02 H 7 CRC (LO) 7 XX H CRC (será explicado mais 8 CRC (HI) 8 XX H à frente) slide 131

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função (03 H ) 2??? 3 Contador de bytes dos registros 3??? 4 Valor 1º registro (HI) 4??? 5 Valor 1º registro (LO) 5???...... 6??? penúlt. CRC (LO) 7??? último CRC (HI) 8??? 9??? slide 132

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço do slave 2 Código função (03 H ) 2??? 3 Contador de bytes dos registros 3??? 4 Valor 1º registro (HI) 4??? 5 Valor 1º registro (LO) 5???...... 6??? penúlt. CRC (LO) 7??? último CRC (HI) 8??? 9??? slide 133

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H código da função 3 Contador de bytes dos registros 3??? 4 Valor 1º registro (HI) 4??? 5 Valor 1º registro (LO) 5???...... 6??? penúlt. CRC (LO) 7??? último CRC (HI) 8??? 9??? slide 134

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 Contador de bytes dos registros 3 04 H contador (2 regs = 4 bytes) 4 Valor 1º registro (HI) 4??? 5 Valor 1º registro (LO) 5???...... 6??? penúlt. CRC (LO) 7??? último CRC (HI) 8??? 9??? slide 135

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 Contador de bytes dos registros 3 04 H 4 Valor 1º registro (HI) 4 00 H valor do registro 0000 H 5 Valor 1º registro (LO) 5 15 H 21 D = 0015 H...... 6??? penúlt. CRC (LO) 7??? último CRC (HI) 8??? 9??? slide 136

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 Contador de bytes dos registros 3 04 H 4 Valor 1º registro (HI) 4 00 H 5 Valor 1º registro (LO) 5 15 H...... 6 00 H valor do registro 0001 H penúlt. CRC (LO) 7 25 H 37 D = 0025 H último CRC (HI) 8??? 9??? slide 137

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Resposta Resposta esperada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (03 H ) 2 03 H 3 Contador de bytes dos registros 3 04 H 4 Valor 1º registro (HI) 4 00 H 5 Valor 1º registro (LO) 5 15 H...... 6 00 H penúlt. CRC (LO) 7 25 H último CRC (HI) 8 XX H CRC (será explicado mais 9 XX H à frente) slide 138

Construção do frame Exemplo: Ler os valores das correntes medidas nas fases A e B. Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 03 H 00 H 00 H 00 H 02 H XX H XX H Resposta: 01 H 03 H 04 H 00 H 15 H 00 H 25 H XX H XX H slide 139

Construção do frame Exercício: Ler os valores dos set points programados nas funções 51, 50N e 51N. Portanto: Solicitação:????? Resposta:????? slide 140

Construção do frame Função: Escrita de Registro (código 06 H ) Objetivo: Alterar o valor de um registro de um determinado dispositivo Sintaxe: Solicitação Resposta Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 End. Slave 2 Código função (06 H ) 2 Código função (06 H ) 3 End. registro (HI) 3 End. registro (HI) 4 End. registro (LO) 4 End. registro (LO) 5 Novo valor (HI) 5 Novo valor (HI) 6 Novo valor (LO) 6 Novo valor (LO) 7 CRC (LO) 7 CRC (LO) 8 CRC (HI) 8 CRC (HI) slide 141

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função (06 H ) 2??? 3 End. registro (HI) 3??? 4 End. registro (LO) 4??? 5 Novo valor (HI) 5??? 6 Novo valor (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 142

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço do slave 2 Código função (06 H ) 2??? 3 End. registro (HI) 3??? 4 End. registro (LO) 4??? 5 Novo valor (HI) 5??? 6 Novo valor (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 143

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (06 H ) 2 06 H código da função 3 End. registro (HI) 3??? 4 End. registro (LO) 4??? 5 Novo valor (HI) 5??? 6 Novo valor (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 144

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (06 H ) 2 06 H 3 End. registro (HI) 3 00 H endereço do registro 4 End. registro (LO) 4 21 H 5 Novo valor (HI) 5??? 6 Novo valor (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 145

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (06 H ) 2 06 H 3 End. registro (HI) 3 00 H 4 End. registro (LO) 4 21 H 5 Novo valor (HI) 5 00 H novo valor (27 D = 001B H ) 6 Novo valor (LO) 6 1B H 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 146

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (06 H ) 2 06 H 3 End. registro (HI) 3 00 H 4 End. registro (LO) 4 21 H 5 Novo valor (HI) 5 00 H 6 Novo valor (LO) 6 1B H 7 CRC (LO) 7 XX H CRC (será explicado 8 CRC (HI) 8 XX H mais à frente) slide 147

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H idêntica à solicitação 2 Código função (06 H ) 2 06 H 3 End. registro (HI) 3 00 H 4 End. registro (LO) 4 21 H 5 Novo valor (HI) 5 00 H 6 Novo valor (LO) 6 1B H 7 CRC (LO) 7 XX H 8 CRC (HI) 8 XX H slide 148

Construção do frame Exemplo: Alterar o valor do set point da função 51 para 2,7A. Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 06 H 00 H 21 H 00 H 1B H XX H XX H Resposta: 01 H 06 H 00 H 21 H 00 H 1B H XX H XX H slide 149

Construção do frame Exercício: Alterar o tempo da função 51 para 8 s. Portanto: Solicitação:????? Resposta:????? slide 150

Construção do frame Exemplo: Ler valor do set point da função 50, alterar seu valor para 5,5A e ler novo valor. Solicitação: 01 H 03 H 00 H 20 H 00 H 01 H XX H XX H leitura do valor atual = 5,0A Resposta: 01 H 03 H 02 H 00 H 32 H XX H XX H Solicitação: 01 H 06 H 00 H 20 H 00 H 37 H XX H XX H alterar valor para 5,5A Resposta: 01 H 06 H 00 H 20 H 00 H 37 H XX H XX H Solicitação: 01 H 03 H 00 H 20 H 00 H 01 H XX H XX H leitura do novo valor = 5,5A Resposta: 01 H 03 H 02 H 00 H 37 H XX H XX H slide 151

Construção do frame Função: Leitura de Coil (código 01 H ) Objetivo: Ler o valor de determinados coils de um determinado dispositivo Sintaxe: Solicitação Resposta Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 End. Slave 2 Código função (01 H ) 2 Código função (01 H ) 3 End. Inicial (HI) 3 Contador de bytes dos coils 4 End. Inicial (LO) 4 Valor dos coils 5 Nº de coils (HI)...... 6 Nº de coils (LO) penúlt. CRC (LO) 7 CRC (LO) último CRC (HI) 8 CRC (HI) slide 152

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função (01 H ) 2??? 3 End. Inicial (HI) 3??? 4 End. Inicial (LO) 4??? 5 Nº de coils (HI) 5??? 6 Nº de coils (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 153

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço do slave 2 Código função (01 H ) 2??? 3 End. Inicial (HI) 3??? 4 End. Inicial (LO) 4??? 5 Nº de coils (HI) 5??? 6 Nº de coils (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 154

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H código da função 3 End. Inicial (HI) 3??? 4 End. Inicial (LO) 4??? 5 Nº de coils (HI) 5??? 6 Nº de coils (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 155

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H 3 End. Inicial (HI) 3 00 H endereço inicial (0001 H ) 4 End. Inicial (LO) 4 01 H 5 Nº de coils (HI) 5??? 6 Nº de coils (LO) 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 156

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H 3 End. Inicial (HI) 3 00 H 4 End. Inicial (LO) 4 01 H 5 Nº de coils (HI) 5 00 H quantidade de coils para ler 6 Nº de coils (LO) 6 02 H (02 D = 0002 H ) 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 157

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H 3 End. Inicial (HI) 3 00 H 4 End. Inicial (LO) 4 01 H 5 Nº de coils (HI) 5 00 H 6 Nº de coils (LO) 6 02 H 7 CRC (LO) 7 XX H CRC ( será explicado mais 8 CRC (HI) 8 XX H adiante) slide 158

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função (01 H ) 2??? 3 Contador de bytes dos coils 3??? 4 Valor dos coils 4??? 5 CRC (LO) 5??? 6 CRC (HI) 6??? slide 159

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço do slave 2 Código função (01 H ) 2??? 3 Contador de bytes dos coils 3??? 4 Valor dos coils 4??? 5 CRC (LO) 5??? 6 CRC (HI) 6??? slide 160

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H código da função 3 Contador de bytes dos coils 3??? 4 Valor dos coils 4??? 5 CRC (LO) 5??? 6 CRC (HI) 6??? slide 161

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H 3 Contador de bytes dos coils 3 01 H contador (2 bits 1 byte) 4 Valor dos coils 4??? 5 CRC (LO) 5??? 6 CRC (HI) 6??? slide 162

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H 3 Contador de bytes dos coils 3 01 H Coil 0002 H (Não = 0) Coil 0001 H (Sim = 1) 4 Valor dos coils 4 01 H valor 01 H = 0 0 0 0 0 0 0 1 B 5 CRC (LO) 5??? 6 CRC (HI) 6??? Demais coils são zerados slide 163

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (01 H ) 2 01 H 3 Contador de bytes dos coils 3 01 H 4 Valor dos coils 4 01 H 5 CRC (LO) 5 XX H CRC (será explicado mais 6 CRC (HI) 6 XX H adiante) slide 164

Construção do frame Exemplo: Ler o status das funções 51 e 50N (se estão habilitadas ou não). Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 01 H 00 H 01 H 00 H 02 H XX H XX H Resposta: 01 H 01 H 01 H 01 H XX H XX H slide 165

Exercício: Ler o status de todos os contatos. Construção do frame Portanto: Solicitação:????? Resposta:????? slide 166

Construção do frame Função: Escrita de Coil (código 05 H ) Objetivo: Alterar o valor de um determinado coil de um determinado dispositivo Sintaxe: Solicitação Resposta Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 End. Slave 2 Código função (05 H ) 2 Código função (05 H ) 3 End. coil (HI) 3 End. coil (HI) 4 End. coil (LO) 4 End. coil (LO) 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 6 00 H 6 00 H 7 CRC (LO) 7 CRC (LO) 8 CRC (HI) 8 CRC (HI) slide 167

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função (05 H ) 2??? 3 End. coil (HI) 3??? 4 End. coil (LO) 4??? 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5??? 6 00 H 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 168

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço slave 2 Código função (05 H ) 2??? 3 End. coil (HI) 3??? 4 End. coil (LO) 4??? 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5??? 6 00 H 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 169

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (05 H ) 2 05 H código da função 3 End. coil (HI) 3??? 4 End. coil (LO) 4??? 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5??? 6 00 H 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 170

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (05 H ) 2 05 H 3 End. coil (HI) 3 00 H endereço do coil (0002 H ) 4 End. coil (LO) 4 02 H 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5??? 6 00 H 6??? 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 171

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (05 H ) 2 05 H 3 End. coil (HI) 3 00 H 4 End. coil (LO) 4 02 H 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5 FF H coil = 1 6 00 H 6 00 H 7 CRC (LO) 7??? 8 CRC (HI) 8??? slide 172

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Solicitação a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função (05 H ) 2 05 H 3 End. coil (HI) 3 00 H 4 End. coil (LO) 4 02 H 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5 FF H 6 00 H 6 00 H 7 CRC (LO) 7 XX H CRC (será explicado mais 8 CRC (HI) 8 XX H adiante) slide 173

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Resposta Resposta a ser enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H idem à solicitação 2 Código função (05 H ) 2 05 H 3 End. coil (HI) 3 00 H 4 End. coil (LO) 4 02 H 5 Novo valor (0=00 H / 1=FF H ) 5 FF H 6 00 H 6 00 H 7 CRC (LO) 7 XX H 8 CRC (HI) 8 XX H slide 174

Exemplo: Habilitar a função 50N. Construção do frame Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H FF H 00 H XX H XX H Resposta: 01 H 05 H 00 H 02 H FF H 00 H XX H XX H slide 175

Construção do frame Exercício: Ler o status de todas as funções (se estão habilitadas ou não), desabilitar a função 51 e checar novamente os status das funções. Solicitação:??? Leitura do status de todas as funções Resposta:??? Solicitação:??? Desabilitar a função 51 Resposta:??? Solicitação:??? Checar status de todas as funções Resposta:??? slide 176

MODBUS-RTU Confiabilidade do canal de comunicação slide 177

Confiabilidade do canal de comunicação Na prática podem ocorrer diversos imprevistos que podem acarretar no mal funcionamento da rede de comunicação de dados. Exemplos: ruído, elaboração de comandos errados, etc. É importante, portanto, que o protocolo ofereça recursos para que tais imprevistos possam ser contornados para que a rede de comunicação de dados possa continuar operante. Os principais recursos que o MODBUS-RTU oferece são: - Bit de paridade - Confirmação de comando - CRC - Respostas de excessão slide 178

Bit de paridade Testa a integridade dos bits do caracter (se selecionado paridade par ou ímpar) Bit 8 Bit 1 Exemplo: transmissão do valor 5C H = 0101 1100 B com paridade ímpar Bit 1 Bit 8 Bits gerados: 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 V(t) 1 0 Caracter MODBUS-RTU t slide 179

Confirmação de comando Para toda solicitação existe uma resposta (mesmo se for uma réplica da solicitação) que pode ser utilizada pelo mestre para testar a integridade do canal e para assegurar que a solicitação foi executada. Solicitação Resposta slide 180

CRC O CRC (Cyclical Redundancy Checking) é um algoritmo de verificação que calcula um valor de 16 bits a partir dos bytes que compõem um frame MODBUS-RTU. Ele é utilizado para teste de integridade do frame recebido. CRC calculado em função dos bytes do frame Frame: 01 H 05 H 00 H 02 H FF H 00 H XX H XX H slide 181

CRC Ex: transmissão do frame 01 H 05 H 00 H 02 H 00 H 00 H XX H XX H do mestre para o Dispositivo A CRC calculado pelo mestre em função dos bytes do frame e inserido no final do frame (nos bytes XX H ) slide 182

CRC Ex: transmissão do frame 01 H 05 H 00 H 02 H 00 H 00 H XX H XX H do mestre para o Dispositivo A Solicitação enviada pelo mestre contendo o CRC calculado Solicitação slide 183

CRC Ex: transmissão do frame 01 H 05 H 00 H 02 H 00 H 00 H XX H XX H do mestre para o Dispositivo A Dispositivo A recalcula o CRC (com base nos bytes recebidos) e compara com o CRC recebido Se forem iguais o comando é interpretado normalmente. Se forem diferentes o comando é recusado. O slave não envia nenhuma resposta ao mestre. slide 184

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H slide 185

Algoritmo para cálculo do CRC Carregar CRC16 = FFFF H Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = FFFF H slide 186

Algoritmo para cálculo do CRC 1º byte Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = FFFF H CRC16 = FFFD H CRC16 = FFFF H = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B 1º byte = 02 H = 0 0 0 0 0 0 1 0 B XOR CRC16 = FFFD H = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 B slide 187

Algoritmo para cálculo do CRC Carregar N = 0 Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = FFFD H N = 0 slide 188

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = FFFD H CRC16 = 7FFE H N = 0 Carry = 1 CRC16 = FFFD H = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 B..... CRC16 = 7FFE H = 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 B Inserir zero slide 189

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Carry over Variáveis: CRC16 = 7FFE H N = 0 Carry = 1 slide 190

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = 7FFE H CRC16 = DFFF H N = 0 Carry = 1 CRC16 = 7FFE H = 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 B POLY = A001 H = 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 B XOR CRC16 = DFFF H = 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B slide 191

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = DFFF H N = 0 N = 1 Carry = 1 Incrementar o valor de N slide 192

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = DFFF H N = 1 Carry = 1 N não é maior que 7 slide 193

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = DFFF H N = 1 Carry = 1 Portanto,esta parte do programa será repetida 8 vezes slide 194

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Variáveis: CRC16 = DFFF H N = 1 Carry = 1 Próximo byte Verificado se é o último byte da mensagem. Como nós temos ainda mais 5 bytes ele carrega o próximo byte (03 H ) e executa o loop novamente slide 195

Algoritmo para cálculo do CRC Exemplo: CRC do frame 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H No final teremos o valor calculado para o CRC16 Para o frame exemplo o valor de CRC16 = 3984 H Este valor é inserido no frame da seguinte forma: 84 H 39 H 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Frame final: 02 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H 84 H 39 H slide 196

Exercícios 1) Calcule o CRC do seguinte frame MODBUS-RTU: 02 H 07 H?? H?? H 2) Desafio (bit paridade vs checksum vs CRC): a partir de um comando MODBUS-RTU válido tente invalidar este comando e verifique se o CRC se mantém inalterado. ex: 01 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H 84 H 0A H slide 197

Respostas de excessão São utilizadas pelo slave para reportar ao master que houve um erro na composição da Sintaxe: Resposta Byte Descrição 1 End. Slave 2 Código função recebida OR 80 H 3 Código de excessão 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 5 CRC (HI) mensagem recebida. slide 198

Resposta de Excessão: Erro de Função Erro! Esta função não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, executar função 50 H Solicitação: 01 H 50 H 00 H 00 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função recebida OR 80 H 2??? 3 Código de excessão 3??? 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 199

Resposta de Excessão: Erro de Função Erro! Esta função não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, executar função 50 H Solicitação: 01 H 50 H 00 H 00 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço slave 2 Código função recebida OR 80 H 2??? 3 Código de excessão 3??? 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 200

Resposta de Excessão: Erro de Função Erro! Esta função não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, executar função 50 H Solicitação: 01 H 50 H 00 H 00 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 D0 H 50 H OR 80 H 3 Código de excessão 3??? 0 1 0 1 0 0 0 0 50 H 01 H : erro de função OR 1 0 0 0 0 0 0 0 80 H 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 1 1 0 1 0 0 0 0 D0 H 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 201

Resposta de Excessão: Erro de Função Erro! Esta função não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, executar função 50 H Solicitação: 01 H 50 H 00 H 00 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 D0 H 3 Código de excessão 3 01 H código de erro 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 202

Resposta de Excessão: Erro de Função Erro! Esta função não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, executar função 50 H Solicitação: 01 H 50 H 00 H 00 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 D0 H 3 Código de excessão 3 01 H 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4 XX H CRC 5 CRC (HI) 5 XX H slide 203

Resposta de Excessão: Erro de Função Erro! Esta função não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, executar função 50 H Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 50 H 00 H 00 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta: 01 H D0 H 01 H XX H XX H slide 204

Resposta de Excessão: Erro de Endereço Erro! Este endereço não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050 H Solicitação: 01 H 05 H 00 H 50 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função recebida OR 80 H 2??? 3 Código de excessão 3??? 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 205

Resposta de Excessão: Erro de Endereço Erro! Este endereço não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050 H Solicitação: 01 H 05 H 00 H 50 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço slave 2 Código função recebida OR 80 H 2??? 3 Código de excessão 3??? 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 206

Resposta de Excessão: Erro de Endereço Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050 H Erro! Este endereço não existe Solicitação: 01 H 05 H 00 H 50 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 85 H 05 H OR 80 H 3 Código de excessão 3??? 0 0 0 0 0 1 0 1 05 H 01 H : erro de função OR 1 0 0 0 0 0 0 0 80 H 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 1 0 0 0 0 1 0 1 85 H 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 207

Resposta de Excessão: Erro de Endereço Erro! Este endereço não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050 H Solicitação: 01 H 05 H 00 H 50 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 85 H 3 Código de excessão 3 02 H código do erro 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 208

Resposta de Excessão: Erro de Endereço Erro! Este endereço não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050 H Solicitação: 01 H 05 H 00 H 50 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Byte Descrição Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 85 H 3 Código de excessão 3 02 H 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4 XX H CRC 5 CRC (HI) 5 XX H slide 209

Resposta de Excessão: Erro de Endereço Erro! Este endereço não existe Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, zerar coil de endereço 0050 H Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 05 H 00 H 50 H 00 H 00 H XX H XX H Resposta: 01 H 85 H 02 H XX H XX H slide 210

Resposta de Excessão: Erro de Dados Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H 01 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Erro! Byte Descrição Correto seria FF H Byte Descrição 1 End. Slave 1??? 2 Código função recebida OR 80 H 2??? 3 Código de excessão 3??? 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 211

Resposta de Excessão: Erro de Dados Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H 01 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Erro! Byte Descrição Correto seria FF H Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H endereço slave 2 Código função recebida OR 80 H 2??? 3 Código de excessão 3??? 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 212

Resposta de Excessão: Erro de Dados Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H 01 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Erro! Byte Descrição Correto seria FF H Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 85 H 05 H OR 80 H 3 Código de excessão 3??? 0 0 0 0 0 1 0 1 05 H 01 H : erro de função OR 1 0 0 0 0 0 0 0 80 H 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 1 0 0 0 0 1 0 1 85 H 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 213

Resposta de Excessão: Erro de Dados Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H 01 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Erro! Byte Descrição Correto seria FF H Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 85 H 3 Código de excessão 3 03 H código de erro 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4??? 5 CRC (HI) 5??? slide 214

Resposta de Excessão: Erro de Dados Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H 01 H 00 H XX H XX H Resposta Resposta enviada Erro! Byte Descrição Correto seria FF H Byte Descrição 1 End. Slave 1 01 H 2 Código função recebida OR 80 H 2 85 H 3 Código de excessão 3 03 H 01 H : erro de função 02 H : erro de endereço 03 H : erro de dados 4 CRC (LO) 4 XX H CRC 5 CRC (HI) 5 XX H slide 215

Resposta de Excessão: Erro de Dados Ex: num dispositivo com endereço físico 01 H e tabela de coils abaixo, habilitar a função 50N Solicitação Resposta Portanto: Solicitação: 01 H 05 H 00 H 02 H 01 H 00 H XX H XX H Resposta: 01 H 85 H 03 H XX H XX H slide 216

Resposta de Excessão Exemplo de fluxograma para tratamento do comando de escrita de coil recebido pelo slave slide 217

MODBUS-RTU Classes de Implementação slide 218

Classes de Implementação (Profiles) Definir categorias onde em cada uma delas são especificadas quais características do protocolo deverão ser implementadas. No MODBUS-RTU são definidas duas classes: BASIC e REGULAR. slide 219

Profiles Exemplo de profile do Protocolo Profibus DP INTEROPERABILITY versus INTEROPERABLE slide 220

O Modelo Internet para redes de comunicação de dados slide 221

Modelo Internet - Internet é um sistema global de redes de computadores que utilizam como base o Modelo Internet de protocolos para interliga-los e prover serviços de acessos a esta rede para todo o mundo. - O Modelo Internet começou no final da década de 60, a partir da ARPANET, com o objetivo de definir um protocolo para interligar computadores militares. slide 222

Modelo Internet Pode ser considerado um modelo simplificado do Modelo ISO/OSI Modelo ISO/OSI (7 camadas) Modelo Internet (4 camadas) slide 223

Modelo Internet Utiliza diversos protocolos, cada um com uma função específica slide 224

Protocolo Ethernet - Definido pela IEEE 802.3 - Desenvolvido pela Xerox na década de 60. - Nome fantasia para o protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), derivado do conceito de éter luminífero (suposto meio de propagação da luz) - Velocidades mais usuais: 10Mbits/s e 100Mbits/s slide 225

Protocolo Ethernet Localização no Modelo Internet Modelo ISO/OSI (7 camadas) Modelo Internet (4 camadas) Software Ethernet Hardware slide 226

Protocolo Ethernet Exemplos de alguns padrões para implementação do meio físico Microcontrolador Microcontrolador MAC MAC PHY (para RJ45) Interface RMII PHY (para FO) Interface MII Conector para RJ45 Tranceptor para fibra óptica slide 227

Protocolo Ethernet Codificação dos dados - Codificação Manchester especificada pela IEEE 802.3, onde: Bit 1: Começa com -V e termina com +V Bit 0: Começa com +V e termina com V -O sinal é simétrico e sem componente DC, ou seja, possui área positiva e negativa iguais, o que permite seu acoplamento através de indutores/capacitores slide 228

Protocolo Ethernet slide 229

Protocolo Ethernet Exercício: 1) Qual a velocidade de operação? 2) Qual a sequência de bits enviada? 3) Qual a sequência de bytes enviada? slide 230

Protocolo Ethernet cabo comum / cabo cross-over / cabo par trançado slide 231

Ethernet Industrial Ex: profinet slide 232

Protocolo Ethernet Power over Ethernet (PoE) slide 233

Protocolo Ethernet Endereço MAC - Endereço físico do dispositivo composto por 6 bytes, separados por dois pontos : - Controlado pelo IEEE-SA (IEEE Standards Association) - Os 3 primeiros bytes são denominados OUI (Organizationally Unique Identifier) e são atribuídos pelo IEEE-SA - Os outros 3 bytes são atribuídos pelo próprio fabricante - O fabricante deve garantir que o MAC seja único -Exemplo de endereço MAC: 08 : 00: 02 : 04 : e8 : 6f (hexa) IEEE-SA fabricante slide 234

Protocolo IP - Protocolo IP (Internet Protocol) é definido pela RFC 791 - Utilizado para direcionar as mensagens ao seu destino - Não oferece garantia de que a mensagem foi recebida pelo destino - Deve-se identificar a rede utilizando IP para evitar a intervenção de outros nós slide 236

Protocolo IP Endereço IP - Endereço lógico formado por 4 bytes, representados separados por ponto. - Trabalha em conjunto com a Máscara de Rede e o Endereço de Gateway para o direcionamento das mensagens - Gateway é um dispositivo físico responsável por interligar redes - Pode ser programado pelo usuário - Exemplo de endereço IP: 194.168.0.1 (decimal) slide 237

Protocolo IP Endereçamento A B X switch gateway Rede gateway switch C Y Z Endereço IP do dispositivo IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Máscara de subrede Endereço IP do gateway slide 238

Protocolo IP Endereçamento A B X switch gateway Rede gateway switch C Resultado da operação lógica AND entre o IP e o MSK gera um número IP denominado IP de subrede que identifica a subrede ao qual o dispositivo esta conectado: Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP : 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 AND IP subrede: 192.168.0.0 slide 239

Protocolo IP Endereçamento IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001 MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0) 192 168 0 0 slide 240

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Protocolo IP Endereçamento IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP subrede 200.208.0.0 IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 241

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : C A IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 242

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : C A IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Antes de enviar mensagem C precisa verificar se A pertence a mesma subrede que ele IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 243

C IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001 MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0) 192 168 0 0 A IP de subrede iguais, portanto, pertencem a mesma subrede IP: 192.168.0.2 = 11000000 10101000 00000000 00000010 MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0) 192 168 0 0 slide 244

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : C A IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 C envia mensagem contendo: IP origem: 192.168.0.1 [IP C] IP destino: 192.168.0.2 [IP A] IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 245

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 246

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Antes de enviar mensagem Y precisa verificar se C pertence a mesma subrede que ele IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 247

Y IP: 200.208.0.3 = 11001000 11010000 00000000 00000001 MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND IP subrede = 11001000 11010000 00000000 00000000 (200.208.0.0) 200 208 0 0 C IP de subrede diferentes, portanto, não pertencem a mesma subrede IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001 MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0) 192 168 0 0 slide 248

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y envia mensagem contendo: IP origem: 200.208.0.3 [IP Y] IP destino: 192.168.0.1 [IP C] Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 249

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y envia mensagem contendo: IP origem: 200.208.0.3 [IP Y] IP destino: 192.168.0.1 [IP C] Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Pergunta: Se o IP destino é o IP C como a mensagem chegará ao gateway??? IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 250

Protocolo ARP - Protocolo ARP (Address Resolution Protocol) definido pela RFC 826 - Responsável pela tradução do endereço lógico (endereço IP) para o endereço físico (MAC address) - É necessário se conhecer o endereço físico de um dispositivo sempre que for enviar uma mensagem para ele - Para isto, antes de enviar a mensagem, o dispositivo envia uma mensagem Broadcast (MAC address = ff : ff : ff : ff : ff : ff) perguntando qual é o MAC address do dispositivo com o IP destino slide 252

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C Y envia mensagem ARP broadcast perguntando MAC address do gateway Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 253

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch C gateway responde para Y informando seu MAC address Y Z IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 254

IP: 192.168.0.2 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 192.168.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 Exemplo: Mensagem : Y C IP: 200.208.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 A B X IP: 192.168.0.10 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 IP: 200.208.0.20 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 switch gateway Rede gateway switch IP: 192.168.0.1 MSK: 255.255.0.0 GW: 192.168.0.10 C Y envia mensagem contendo: MAC origem: [MAC Y] MAC destino: [MAC gateway] IP origem: 200.208.0.3 [IP Y] IP destino: 192.168.0.1 [IP C] IP: 200.208.0.3 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 Y Z IP: 200.208.0.4 MSK: 255.255.0.0 GW: 200.208.0.20 slide 255

Protocolo ARP Consulta a tabela ARP - Abra o prompt de comando e digite o comando arp -a Será exibido a tabela ARP contendo os endereços IP atualmente traduzidos para seu correspondente endereço MAC e armazenados em uma tabela interna para posterior consulta. - Digite o comando arp e explore as demais opções deste comando. slide 256

Protocolo IP Programação dos parâmetros IP, MSK e GW Basicamente, pode ser feita de duas formas: - Manualmente (mais comum nos dispositivos industriais) - Automaticamente (através do sistema operacional em conjunto com protocolo específico) slide 257

Protocolo IP Programação dos parâmetros IP, MSK e GW Importante: A escolha do valor do MSK é um dos fatores que define a quantidade de dispositivos que podem ser conectados a uma determinada subrede. IP: 192.168.0.1 = 11000000 10101000 00000000 00000001 MSK: 255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000 AND IP subrede = 11000000 10101000 00000000 00000000 (192.168.0.0) 192 168 0 0 Calc qtde de dispositivos slide 258

Protocolo DHCP - Protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) definido pela RFC 2131 - Responsável por oferecer configuração dinâmica de alguns dos parâmetros de rede dos dispositivos. - Dentre estes parâmetros se encontram o IP, MSK e GW. - Para isto o dispositivo envia uma mensagem Broadcast perguntando para um Servidor DHCP qual a configuração necessária para se conectar a subrede. - Este servidor responde para o dispositivo estas configurações e ele se ajusta automaticamente. Config de rede no Windows slide 260

Protocolo ICMP - Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) definido pela RFC 792 - Oferece recursos para diagnóstico de rede - Principais comandos: PING [endereço IP ou URL] testa conexão entre dois dispositivos slide 262

Protocolo ICMP TRACERT [endereço IP ou URL] mostra a rota de conexão entre dois dispositivos Curiosidade: www.submarinecablemap.com slide 263

Protocolo DNS - Protocolo DNS (Domain Name System) definido pela RFC 1034 - Oferece recursos para a conversão de um determinado endereço URL para o seu endereço IP correspondente - Para isto ele efetua uma consulta a um servidor DNS instalado na internet capaz de converter o endereço URL para o endereço IP correspondente slide 264

Tarefa Descubra qual o endereço IP do micro do seu colega ao lado e realize as seguintes análises: a) Envie o comando ping para este micro e monitore os frames gerados. Verifique se houve erros na conexão. b) Envie o comando tracert para este micro e monitore os frames gerados através do ping. Descubra, por exemplo, se existem roteadores/gateways no caminho. c) Envie o comando ping para um endereço URL e verifique o endereço IP do servidor que mantém esse endereço URL. d) Utilize o comando nslookup para descobrir o servidor DNS cadastrado em seu computador e digite nslookup <endereço URL> para o protocolo DNS requisitar o endereço IP deste endereço URL no servidor DNS. slide 265

Protocolo TCP - Protocolo TCP (Transmition Control Protocol) definido pela RFC 793 - Robustez do sistema: recuperação de dados perdidos, danificados, duplicados ou fora de ordem - Transferência básica de dados: recurso de fragmentação das mensagens - Controle de fluxo: controle de dados aceitos e que faltam ser recebidos - Multiplexação: múltiplas conexões simultâneas (ports) - Conexão lógica (sockets) slide 267

Protocolo TCP Estabelecimento de conexão lógica (Three Way Handshake) e Comunicação Confiável (ACK) Estabelece o Número de Sequência Inicial ISN (Initial Sequence Number) gerado randomicamente a cada início de conexão ISN incrementado a cada mensagem transmitida slide 268

Protocolo TCP Sockets e Multiplexação - Definido por uma par número de IP + número de Porta - Permite o uso de diversos protocolos em uma mesma rede física - Permite o acesso de diversos protocolos em um mesmo equipamento slide 269

Protocolo TCP Sockets e Multiplexação Porta: 20000 Porta: 20000 Porta: 502 Porta: 502 DNP3 DNP3 MODBUS MODBUS TCP TCP TCP IP: 192.168.0.1 IP: 192.168.0.5 IP: 192.168.0.3 Socket com Porta: 20000 IP orig: 192.168.0.1 IP dest: 192.168.0.5 Socket com Porta: 502 IP orig: 192.168.0.3 IP dest: 192.168.0.5 slide 270

Protocolo TCP Segmentação, Controle de Fluxo e Controle de Congestionamento slide 271

Encapsulamento e a pilha de protocolos no Modelo Internet slide 272

Encapsulamento??? slide 273

Encapsulamento Modelo Internet (pilha com 4 camadas) Aplicação Como o frame é efetivamente construído Ler a corrente da fase A MODBUS Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C MODBUS Transporte Internet Rede TCP IP ETHERNET TCP IP ETHERNET slide 274

MODBUS-RTU Endereço do slave Código da função Dados da função CRC 01 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C slide 275

MODBUS over TCP/IP Endereço do slave Código da função Dados da função CRC 01 H 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H XX H XX H Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C slide 276

MODBUS over TCP/IP Cabeçalho MBAP Código da função Dados da função 7 bytes 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H Total: 12 bytes Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C slide 277

MODBUS over TCP/IP Cabeçalho MBAP (Modbus Application Protocol) Total: 7 bytes slide 278

Encapsulamento Nosso frame 12 bytes Ler a corrente da fase A MODBUS TCP IP ETHERNET Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C MODBUS TCP IP ETHERNET slide 279

Cabeçalho do Protocolo TCP Total: 20 bytes (mínimo) slide 280

Cabeçalho do Protocolo TCP Porta de destino: 502 = 0000 0001 1111 0110 B Total: 20 bytes (mínimo) Número ISN estabelecido no inicio da conexão e incrementado a cada envio de nova mensagem Sequência de bytes da camada superior slide 281

Encapsulamento Nosso frame Ler a corrente da fase A Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C 12 bytes MODBUS MODBUS 20 bytes 12 bytes TCP TCP IP IP ETHERNET ETHERNET slide 282

Cabeçalho do Protocolo IP Total: 20 bytes (mínimo) slide 283

Cabeçalho do Protocolo IP 20 bytes (IP) + 20 bytes (TCP) + 12 bytes (MODBUS) = 52 bytes IP de origem Total: 20 bytes (mínimo) IP de destino Ex: 200.208.0.5 (decimal) = = 1100 1000. 1101 0000. 0000 0000. 0000 0101 (binário) Sequência de bytes da camada superior slide 284

Encapsulamento Nosso frame Ler a corrente da fase A Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C 12 bytes MODBUS MODBUS 20 bytes 12 bytes TCP TCP 20 bytes 20 bytes 12 bytes IP IP ETHERNET ETHERNET slide 285

Cabeçalho do Protocolo Ethernet Total: 22 bytes (no início) Total: 4 bytes (no fim) slide 286

Cabeçalho do Protocolo Ethernet Total: 22 bytes (no início) MAC destino Ex: 0c : 0f : 75 : 00 : 00 : 0a MAC origem Bytes utilizados no cálculo do FCS Total: 4 bytes (no fim) Sequência de bytes da camada superior Frame Check Sequence = CRC de 4 bytes slide 287

Encapsulamento Nosso frame Ler a corrente da fase A Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C 12 bytes MODBUS MODBUS 20 bytes 12 bytes TCP TCP 20 bytes 20 bytes 12 bytes IP IP 22 bytes 20 bytes 20 bytes 12 bytes 4 bytes ETHERNET ETHERNET Total = 78 bytes slide 288

Análise da pilha de protocolos no Modelo Internet slide 289

Wireshark - Conhecido anteriormente como Ethereal - Software livre amplamente utilizado para análise e solução de problemas para diversos tipos de protocolos de rede - Download e informações no site: www.wireshark.org slide 290

Wireshark Nosso frame Ler a corrente da fase A Tabela de Registros End Descrição 0000 H Corrente fase A 0001 H Corrente fase B 0002 H Corrente fase C 12 bytes MODBUS MODBUS 20 bytes 12 bytes TCP TCP 20 bytes 20 bytes 12 bytes IP IP 22 bytes 20 bytes 20 bytes 12 bytes 4 bytes ETHERNET ETHERNET IP: 192.168.1.44 IP: 192.168.1.152 Desktop com software Wireshark monitorando a placa de rede slide 291

Switch Layer-2 e Switch Layer-3 slide 292

Tela do software Wireshark Frames capturados slide 293

Selecionando o 18º frame capturado (MODBUS over TCP/IP)... Tela do software Wireshark... aparece neste campo a sua análise detalhada slide 294

Tela do software Wireshark... e neste campo os bytes efetivamente enviados slide 295

Tarefa Abra o arquivo modbus.pcap e analise o comando MODBUS over TCP/IP enviado na linha 18, respondendo: a) Qual a função MODBUS executada? (leitura de registro, escrita de coil, etc...) b) Qual(is) endereços de coil, ou registro, estão sendo acessados? O que está sendo feito? c) Em qual linha está o comando de resposta desta solicitação? Esta resposta foi executada corretamente? slide 296

Tela do software Wireshark Selecionando um protocolo específico (ex: MODBUS) aparece sua análise detalhada... e são destacados em azul os seus bytes no frame 03 H 00 H 00 H 00 H 01 H Ler corrente da fase A slide 297

Tarefa a) Abra o software Wireshark e habilite a captura de pacotes na interface de rede utilizada pelo seu computador para acesso à internet. Utilizando algum browser digite um site que você ainda não acessou no dia de hoje. Verifique com o software Wireshark todas as mensagens trocadas para que a solicitação do site feita através do browser seja processada. b) Teste os comandos vistos até agora (ping, tracert, nslookup, etc...) e verifique como se comportam através do software Wireshark. c) Envie um comando ping para o colega ao lado e descubra qual o endereço MAC dele. slide 298