Departamento Eng.ª Electrotécnica Teóricas Curso Eng.ª Electrotécnica ECTS 5,0 Teóricopráticas Distribuição das horas de contacto Trabalho Práticas e de Seminário Estágio Laboratoriais campo Orientação tutória Outras Tempo total de trabalho (horas) 19,5 39 73,5 132 Docente Responsável Bruno Filipe Marques Outros Docentes Objectivos Competências Pretende-se que os alunos no final da frequência à disciplina de adquiram as seguintes competências: 1. Conhecer métodos de comunicação entre sistemas; 2. Conhecer todo o contexto de uma rede de comunicação de dados em ambiente industrial (e também de escritório), nomeadamente: 2.1. Conhecer os diferentes protocolos utilizados; saber desenhar, instalar e manter uma rede; 2.2. Saber prever e corrigir erros comuns numa rede (quer na fase de especificação/ implementação, quer na fase de gestão); PROGRAMA Parte 1 Fundamentos de Redes de Computadores 1 Aproximação do tipo Top-Down 1.1 Redes de computadores e a Internet 1.1.1 O que é a Internet? 1.1.2 Descrição de Serviços 1.1.3 O Que é um Protocolo? 1.1.2. A fronteira (Edge) de uma rede 1.1.2.1 Programas Cliente e Servidor 1.1.2.2 Redes de acesso 1.1.2.3 Meio físico 1.1.3. A rede nuclear 1.1.3.1 Comutação de pacotes e comutação de circuitos 1.1.3.2 Como viajam um pacote através de redes comutadas de pacotes? 1.1.3.3 Estruturas de suporte (Backbones) da Internet e dos servidores de acesso (ISPs) 1.1.4. Delay, Loss, and Throughput em redes de comutação de circuitos 1.1.4.1 Visão geral do atraso (Delay) em redes comutadas por pacotes 1.1.4.2 Queuing Delay e Packet Loss Página 1 de 6
1.1.4.3 End-to-End Delay 1.1.4.4 Throughput em redes de computadores 1.1.5 Camadas dos protocolos e os seus modelos de serviço 1.1.5.1 Arquitetura de camadas 1.1.5.2 Mensagens, Segmentos, Datagramas e Tramas 1.2 A camada de Aplicação 1.2.1 Princípio das aplicações de rede 1.2.2 HTTP e a WEB 1.2.3 Transferência de ficheiros (FTP) 1.3.4 O correio electrónico e a Internet (SMTP, POP) 1.3.5 Serviço de directório da Internet (DNS) 1.3.6 Aplicações Peer-to-Peer (P2P) 1.3.7 Programação de Sockets em TCP 1.3.8 Programação de Sockets em UDP 1.3 A camada de transporte 1.3.1 Serviços da camada de transporte 1.3.2 UDP 1.3.3 TCP 1.4 A camada de rede 1.4.1 Funções da camada de rede; 1.4.2 Endereçamento IP; 1.4.3 Formato do endereço IP; 1.4.4 Subnetting; 1.5 A camada de ligação de dados e as redes locais 1.5.1 Introdução à camada de Ligação de dados e seus serviços 1.5.2 Protocolos de acesso múltiplo 1.5.3 Endereçamento na ligação lógica de dados 1.5.4 Ethernet 1.6. Redes sem fios 1.6.1 WiFi 1.6.2 WPAN/WSN 2 O Modelo de comunicação industrial Parte 2 Sistemas de comunicação industrial 3 Classificação dos diferentes sistemas de Comunicação industrial 3.1. Redes de Célula 3.2. Redes de Campo 3.3. Redes de Sensores-Actuadores 4 A norma RS-232 4.1 Elementos mais importantes 4.2 Características 4.3 Limitações 4.4 Resolução de problemas 5 A norma RS-485 5.1. Resolução de problemas 5.2 RS-484 vs RS-422 Página 2 de 6
5.3 Instalação 5.4 Resolução de problemas 6 A rede de Campo Profibus 6.1. Perfis de Comunicação 6.1.1 O Perfil DP 6.1.2 O Perfil FMS 6.2. Perfis Físicos 6.3. Perfis de Aplicação 6.2. Características Básicas 6.2.1. Arquitetura do Protocolo Profibus 6.2.2. Tecnologia de Transmissão RS-485 6.2.2.1. Instruções Para Instalação 6.2.3. Tecnologia de Transmissão IEC-1158-2 6.2.3.1. Instruções Para Instalação 6.2.4. Transmissão em Fibra Óptica 6.3. O Acesso ao Meio 6.4. O Perfil de Comunicação DP 6.4.1. Funções Básicas 6.4.2. Características Básicas 6.4.2.1. Velocidade 6.4.3. Funções de Diagnóstico 6.4.4. Configuração do Sistema e Tipos de Dispositivos 6.4.5. Comportamento do Sistema 6.4.6. Transmissão Cíclica de Dados entre os dispositivos DPM1 e os dispositivos Escravos 6.4.7. Modo Sync e Modo de Congelamento ("Freeze") 6.4.8. Mecanismos de Proteção 6.4.8.1. Nos Mestres DP 6.4.8.2. Nos Escravos 6.4.9. Funções DP estendidas 6.4.9.1. Endereçamento 6.4.9.2. Transmissão Acíclica de Dados entre dispositivos DPM1 e dispositivos Escravos 6.4.9.3. Transmissão Acíclica de Dados entre dispositivos DPM2 e dispositivos Escravos 6.5. Perfis de Aplicação 6.5.1. Processos de Automação (PA) 6.6. Alguns Aspectos de Comunicação 6.7. Alguns Aspectos de Aplicação 6.7.1. Blocos de Função PA 6.7.2. Aplicações tolerantes a falhas 6.7.3. Automação de Edifícios 6.7.4. Perfis de Aplicação para dispositivos especiais 7 A rede de sensores e actuadores CAN 7.1 Utilização em Automóveis 7.2 Aplicações Industriais 7.3 Futuro 7.4 Princípio de Funcionamento 7.4.1 Princípio de Troca de Informação 7.4.2 Arbitragem Não Destrutiva dos Bits 7.4.3 Robustez 7.5 A Camada física Página 3 de 6
7.5.1 O Algoritmo de Codificação física 7.5.2 A Linha física dos Dados 7.5.3 A Ligação física do CAN 7.5.4 Ligadores CAN 7.6 O Formato das Tramas CAN 7.6.1 O Formato normalizado 2.0A 7.6.2 O Formato estendido 2.0B 7.6.3 Compatibilidade Entre as Tramas 7.7 Sincronização e Tempo de Bit nas Redes CAN 7.7.1 Tempo de Bit 7.7.2 Sincronização 7.8. Os Erros 7.8.1 Detecção de Erros 7.8.2 Confinamento de Erros 7.9 A Arquitetura dos Controladores CAN 7.9.1 Controladores Com Buffer Intermédio 7.9.2 Controladores Com Armazenamento de Objetos 7.9.3 Controladores Com Funções de Entrada/Saída (I/O) 7.9.4 Controladores com Periféricos Stand-Alone e Periféricos Integrados 8 A rede DeviceNet 8.1 Visão geral 8.2 A camada física 8.3 Ligadores 8.4 Cablagem 8.5 Dispositivos de ligação 8.6 Descrição da cablagem 8.7 Alimentação da rede 8.8 Blindagem do sistema 8.9 Sinalização 8.10 A camada de ligação dos dados 8.11 A camada de aplicação 8.12 Problemas comuns e sua resolução 9 A rede AS-interface 9.1 Visão geral 9.2 A camada física 9.3 A camada de ligação de dados 9.4 Características principais 9.5 Problemas comuns e sua resolução 10 A rede Industrial Ethernet (Ethernet/IP) 10.1 Introdução 10.2 Cablagem e ligadores 10.3 Operação determinística vs estocástica 10.4 Tamanho e overhead da trama Ethernet 10.5 Ruído e interferências 10.6 Segmentação da rede 10.7 Tecnologia de comutação 10.8 Electrónica activa 10.9 Sistemas industriais TCP/IP Página 4 de 6
10.10 Arquiteturas industriais Ethernet para alta disponibilidade 10.11 Regras no desenvolvimento de redes Ethernet 10.12 Comprimento dos cabos em cada segmento 10.13 Comprimento máximo de um cabo num transceiver 10.14 Regras da distribuição de nós 10.15 Caminho máximo de transmissão 10.16 Dimensão máxima da rede 10.17 Regras dos repetidores 10.18 Blindagem do sistema cablado 10.19 Problemas comuns e sua resolução 10.19.1 Introdução 10.19.2 Falhas e problemas comuns 10.19.3 Ferramentas de diagnóstico e de reparação 10.19.3.1 Multímetros 10.19.3.2 Testadores portáteis de cabos 10.19.3.3 Testadores de fibras 10.19.3.4 Geradores de tráfego 10.19.3.5 Provas RMON 10.19.3.6 Analisadores portáteis de tramas 10.19.3.7 Software de análise de protocolos 10.19.3.8 Analisadores de protocolos baseados em hardware 10.19.3.9 Utilidades TCP/IP 10.19.4 Problemas em redes comutadas 10.19.5 Problemas em redes Fast Ethernet 10.19.6 Problemas em redes Gigabit Ethernet 10.19.7 Problemas típicos da na camada de rede 10.19.8 Problemas típicos da na camada de transporte 11 Automatização de processos industriais 11.1 Arquiteturas SCADA e OPC 11.2 A fábrica do futuro Parte 3 Componente Prática Trabalho prático 1: Uma aplicação exemplo de um sistema de semáforos implementada num Autómato Simatic S7-200 Trabalho prático 2: A mesma aplicação distribuída por dois autómatos S7-200 com comunicação via PPI Trabalho prático 3: A mesma aplicação distribuída por dois autómatos S7-200 com comunicação via Ethernet Trabalho prático 4: Exploração das capacidades TI disponíveis nas cartas de comunicação CP 243-1 IT Trabalho prático 5: Desenvolvimento de uma aplicação em JAVA com arquitetura Cliente-Servidor utilizando UDP Trabalho prático 6: Desenvolvimento de uma aplicação em JAVA com arquitetura Cliente-Servidor utilizando TCP Página 5 de 6
l l Metodologias de Ensino/Aprendizagem Aulas teóricas: exposição audiovisual dos assuntos a tratar. Aulas teórico-práticas: exposição audiovisual, complementares às aulas teóricas e acompanhadas pela apresentação e discussão de casos de estudo. Metodologias de Avaliação Alunos Normais e Alunos com estatuto de Trabalhador-Estudante: l Época Normal: prova sem consulta, com a duração de 2 horas (1); l Época de Recurso: prova sem consulta, com a duração de 2 horas (2); l Todos os alunos que tiverem nota igual ou superior a 16 valores deverão sujeitar-se a uma avaliação oral para defesa da referida nota. A nota poderá baixar conforme o desempenho prestado na prova oral. (1) Os alunos normais deverão atingir uma assiduidade média mínima de 2/3 das aulas totais; a nota final corresponde à nota obtida em exame da época normal, prova escrita cotada para 20 valores. Aos alunos com estatuto de trabalhador-estudante o critério de assiduidade média não se aplica. (2) Prova escrita cotada para 20 valores. Bibliografia [1] Steve Mackay, Edwin Wright, John Park, Deon Reynders, Pratical Industrial Data Networks: Design, Installation and Troubleshooting, ELSEVIER, 2004, ISBN: 07506 5807X; [2] Deon Reynders, Edwin Wright, Practical TCP/IP and Ethernet Networking, ELSEVIER, 2003, ISBN: 07506 58061; [3] Edmundo Monteiro e Fernando Boavida, Engenharia de redes informáticas, FCA Editora de Informática, ISBN: 972-722-203-X; [4] ANDREW S. TANENBAUM, "Computer Networks"- Fourth edition, Prentice-Hall International,Inc. ISBN: 0-13-066102-3; [5] James F. Kurose and Keith W. Ross, Computer Networking, A Top-Down Approach Featuring the Internet, 4th Edition, Addison-Wesley, 2008, ISBN: 9780321497703; [6] Manual ITED 2, Prescrições e Especificações Técnicas das Infra-Estruturas de Telecomunicações em Edifícios, ANACOM Autoridade Nacional de Comunicações, Junho 2010, ISBN: 978-972-786-067-8; [7] Documentação preparada pelo Docente. Página 6 de 6