Industrial Ethernet, wireless Redes Industriais
A CONVERGÊNCIA PARA TI Há cerca de 20 anos atrás, era pouco usual aos profissionais da área industrial terem que lidar com TI. Naqueles tempos, os CLP s eram programados com pesadas maletas fornecidas pelos fabricantes, as IHM s eram grandes painéis sinóticos com lâmpadas e botões, os esquemas elétricos eram desenhados à mão em pranchetas e Windows era somente a tradução para o inglês da prosaica palavra janela. Porém, durante este período, uma frenética transformação ocorreu com a invasão de TI no chão de fábrica: microcomputadores, sistemas operacionais, softwares e, agora, a Ethernet.
Histórico A Ethernet foi desenvolvida nos laboratórios do PARC (Palo Alto Research Center) da Xerox, durante a década de 70, por Bob Metcalfe e David Boggs. Em 1980, a DEC (Digital Equipment Corporation) e a Intel se uniram a Xerox no desenvolvimento da Ethernet e publicaram a primeira especificação técnica, chamada de Ethernet versão 1, que operava a 10 Mbps e com cabo coaxial. Desde a sua concepção, a Ethernet se desenvolveu continuamente, tornando-se, nos dias atuais, a tecnologia de rede local de maior utilização e aceitação no mercado.
As seguintes razões podem explicar este sucesso: i) Ethernet foi a primeira rede local de alta velocidade amplamente disponível e utilizada no mercado, o que lhe permitiu angariar considerável aceitação dos administradores de rede e obter uma vantagem competitiva sobre outras redes; ii) Outras tecnologias concorrentes, como Token Ring, FDDI e ATM, são mais caras e complexas; iii) Ethernetprogressivamente apresentou versões com taxas de transmissão mais altas (10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps) e iv) Devido a grande popularização, o hardware da Ethernet é barato.
A Ethernet apresenta, incontestavelmente, a melhor relação custo x benefício, devido ao custo baixo, confiabilidade e estabilidade. Como consequência, surgiu uma grande oferta de produtos de hardware e software e profissionais tecnicamente capacitados. Atualmente, Ethernet é, de longe, a tecnologia de rede local de maior predominância e, provavelmente, manterá esta situação até onde se possa prever no futuro.
A rede Ethernet passou por uma longa evolução nos últimos anos se constituindo na rede de melhor faixa e desempenho para uma variada gama de aplicações industriais (figura 3.12). A Ethernet foi inicialmente concebida para ser uma rede de barramento multidrop (10Base 5) com conectores do tipo vampiro (piercing), mas este sistema mostrou-se de baixa praticidade.
Avanços A evolução se deu na direção de uma topologia estrela com par trançado. As velocidades da rede cresceram de 10 Mbps para 100 Mbps e agora alcançam 1 Gbps (IEEE802.3z ou Gigabit Ethernet). A outra evolução se dá no uso de hubs inteligentes com capacidade de comutação de mensagens e no uso de cabos full duplex em substituição aos cabos half duplex mais Isto faz com que a rede se torne determinística e reduzem a probabilidade de colisão de dados.
Vantagens do Ethernet Enorme popularidade da tecnologia Baixo custo de implementação, treinamento e manutenção; Alta velocidade e alta performance; Atualização tecnológica constante; Facilidade de interconectividade e acesso remoto; Capacidade de alavancar tecnologia comercialmente barata; Todos falam sobre ela; Os principais fabricantes de CLP ou SCD suportam sistemas de fieldbus específicos, mas todos suportam Ethernet.
Benefícios agregados Capacidade de transportar elevado fluxo de informações entre o processo industrial e a corporação; Elevado número de pessoal técnico qualificado; Habilidade de prover diagnóstico e atuação remotamente;
Desvantagens (iniciais) para padrão de campo Ausência de interoperabilidade pela falta da camada de aplicação (por si só, apresenta definições apenas para as camadas 1 e 2 do modelo ISO); Falta de determinismo e tempo de resposta insuficiente para algumas aplicações; Dificuldades de sincronismo a nível de ms; Falta de solução para segurança intrínseca
A Rede Ethernet Tecnologia Ethernet adotada pelo IEEE como padrão 802.3 Utiliza a camada física e enlace de dados do modelo OSI. Física: define tipos de cabos, conectores e características elétricas; Enlace: define o formato do quadro de mensagem, o método de verificação de erros e o método de endereçamento físico.
Camada Física
Camada de enlace Quadro Ethernet
A evolução da arquitetura Ethernet Industrial
Quadro resumo dos fatores que contribuíram para a construção da rede Ethernet Industrial: Uso de switches para evitar a arbitragem de barramento; Uso de canais dedicados de 10 Mbps a 100 Mbps; Padrão IEEE 802.1p/Q que acrescenta campos de prioridade e de Quality of Service (QoS) ao frame Ethernet tradicional; Canal full duplex para eliminar colisões; Rede Fast Ethernet no backbone levando a velocidade de até 200 Mbps.
Níveis de exigência ethernet: Comercial x Industrial
Quadro Ethernet Industrial Nos padrões 802.1p e 802.1Q a prioridade 6 é fixada p/ áudio, a 5 p/ vídeo e a 0 p/ e-mails A evolução do quadro Ethernet Quadro Ethernet
Quadro Ethernet Industrial/IP
Quadro Ethernet Industrial/TCP/IP
Avaliação Ethernet x fieldbus Segundo a Hirschmannuma avaliação de uso Ethernetou Fieldbusconvencional deve se basear em 6 critérios: capacidade de resposta em tempo real; migração; topologia e capacidade de recuperação Administração; Desempenho; Custo.
Conclusão Sem dúvida alguma, a Internet participará cada vez mais da estrutura de rede na área industrial. Assim como o Controle Baseado em PC, deve-se estudar em quais ambientes a tecnologia atual pode desempenhar um papel satisfatório. Como a maioria das redes, sejam elas de controle ou supervisão, também deverá ser testada pelos especialistas para que seja determinada a sua melhor utilização. O estudo de caso e análise de desempenho comprovam que a Ethernet Industrial é uma realidade e sua aplicabilidade só depende da qualidade do projeto. Os dispositivos e equipamentos desenvolvidos já permitem segurança intrínseca.