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SETEMBRO DE 2000 – Edição nº 50 – Controle & Instrumentação Art Redes de automação: Controlnet, Devicenet e Fieldbus Cassio Luiz Dias Vitor
Diante do avanço tecnológico e da globalização que nos permite desfrutar destes benefícios, apresenta-se no mercado industrial um novo cenário. As vedetes deixaram de ser os produtos e toda a atenção fica voltada para as novas tecnologias incorporadas as redes industriais ControlNet, DeviceNet e Fieldbus. Há muito tempo não se discute com tal propriedade e profundidade as arquiteturas integradas através de redes de automação. Junto com as novas tecnologias também surgem novos conceitos teóricos e procedimentos, os quais se num primeiro momento causam um certo desconforto, através de eventos e reuniões técnicas começam a fazer parte de nosso dia-a-dia. O modelo produtor-consumidor; o aumento da performance e da eficiência das redes; as novas ferramentas de configuração e o impacto desta inovação nos procedimentos utilizados serão abordados de forma clara e objetiva neste trabalho. Esta apresentação tem por objetivo justificar os motivos que levaram a Rockwell Automation a não mais promover as suas redes tradicionais e passasse a posicionar-se a favor de uma forte integração que pode ser obtida pela utilização de uma arquitetura baseada nas redes Ethernet, ControlNet e DeviceNet.
Controle em tempo real na Ethernet William H. (Bill) Moss, diretor executivo ControlNet™ International, Ltd.
Seria precipitado afirmar que a Ethernet para automação industrial será apenas mais uma onda passageira, que se juntará aos outros fracassos memoráveis da empresa, como os computadores Commodore e o toca fitas de oito trilhas. Não seria apenas precipitado, mas imprudente também. De acordo com um recente estudo da Venture Development Corp. (VDC), a Ethernet foi projetada para se beneficiar de um aumento significante na participação do mercado, se tornando um importante competidor das redes industriais no processo. Dada esta informação e a previsão especializada, seria perda de tempo dizer que a Ethernet será um impacto no mundo da automação. Obviamente, a Ethernet para automação veio para ficar e é mais do que uma mania. Ao mesmo tempo, a Ethernet está sendo vendida como a solução para quase todo problema de automação relacionado com rede. Ethernet para comunicação no nível do dispositivo. Ethernet para controle. Ethernet para um alto nível de transferência de dados. Ethernet para tudo em qualquer parte do mundo. Os concorrentes de redes abertas como a ControlNet — de acordo com os audaciosos promotores da Ethernet — certamente perderão o favoritismo, perderão nós e finalmente chegarão ao fim. Do mesmo modo que os que não aceitam a Ethernet não estão bem informados, aqueles que prevêem a dominação mundial da Ethernet parecem ter poucas informações essenciais. Principalmente quando o assunto é redes de controle. Por exemplo, o mesmo estudo VDC menciona que projetos com diversas redes como a ControlNet, a DeviceNet e a rede de E/S Remota da Rockwell Automation não só manterão a posição no mercado, como também a aumentarão. Este documento irá examinar minuciosamente as origens e a atual circunstância do debate sobre a Ethernet na automação industrial e detalhar a aplicação dos serviços ControlNet na Ethernet. Além disso, este ensaio irá mapear o futuro da rede ControlNet.
Transparent Factory: Tecnologias Ethernet / Intranet e Internet nas Indústrias Eng. Marcos Otaviano Alves (Schneider Electric)
Todas as pessoas que trabalham com redes de comunicação industrial, seja ela qual for, tem conhecimento das dificuldades de implantação e configuração, bem como do isolamento das informações do chão de fábrica. Basicamente, o problema tem início na própria escolha do controlador, que normalmente restringem as possibilidades de redes, passando então para os meios físicos de conexão entre componentes da rede e chegando finalmente a sua configuração e programação. Tendo isso em vista, a Schneider Electric em busca de uma solução para estes problemas apresenta o Transparent Factory. Não se trata de um produto, mas de um conceito simples: facilitar a implantação de uma rede, simplificar e dar praticidade ao seu uso, tudo isso ao mesmo tempo. Simples? Sim, mas como conseguir isto se não se trata de um produto? Na verdade, o que os engenheiros da Schneider Electric fizeram foi unir as diversas peças de um quebra-cabeças, encaixando-as para alcançar uma solução para os principais problemas das redes.
AS-i: A interface sensor atuador Daniel Costa Marques - engenharia de aplicações da Pepperl + Fuchs
A AS-Interface (Actuator Sensor Interface) oferece muitos dos benefícios dos mais poderosos e caros fieldbuses existentes no mercado, mas a um custo muito inferior e de aplicação muito mais simples. Designada em 1990 como uma rede de excelente alternativa para o cabeamento convencional podendo inclusive ser utilizada em áreas classificadas, a AS-Interface, tem sido aprovada com seus produtos por centenas de milhares de aplicações em todo o espectro da automação. Veremos a seguir conceitos e características desta rede, bem como suas inovações e perspectivas para os próximos anos.
Interbus – padrão aberto para liberdade de escolha Eng. Róbinson Z. Gomes – Engenharia de Aplicação da Phoenix Contact
Um mercado cada vez mais competitivo, obriga os fabricantes a manterem uma linha com produtividade cada vez maior e com igual flexibilidade, capaz de atender prontamente às novas e constantes necessidades de seus clientes. Mais do que uma simples diferenciação, a AUTOMAÇÃO tornou-se uma premissa básica à todos que anseiam por sua sobrevivência neste cenário . Não basta simplesmente automatizar, o necessário é OTIMIZAR e o verdadeiro processo de AUTOMAÇÃO consiste sobretudo na compreensão da real necessidade do cliente, daí lançar mãos das diversas tecnologias e ferramentas disponíveis e aplicáveis nos mais diversos níveis, dentre elas um especial destaque aos FIELDBUSES, cujo emprego vem crescendo rapidamente. O processo de automatizar, devido á sua grande abrangência, não consiste em fórmulas ou receitas pré-definidas, com a utilização de produtos “miraculosos”, capazes de atender à todas as expectativas nos diversos segmentos de mercado, mas verdadeiramente inicia-se com a análise detalhada do processo ou manufatura, realizada por um especialista (ou com o auxílio do mesmo), que aliada ao conhecimento das tecnologias ofertadas, permitirão a seleção daquela que irá atender às expectativas do usuário, oferecendo a mais completa solução com o melhor custo benefício. Nosso objetivo é demonstrar o conceito de automação e dentro deste apresentar uma das tecnologias que têm ganhado grande destaque que é o emprego do Fieldbus, fornecendo características dos mais utilizados, possibilitando a escolha da melhor opção para cada aplicação, enfatizando a descrição do INTERBUS e seu emprego na área de manufatura. Demonstrar a automação industrial como solução para as expectativas de flexibilidade e confiabilidade nas empresas. Apresentar o conceito de fieldbus que consiste em uma tecnologia de automação e as características do fieldbuses mais difundidos no mercado possibilitando a escolha daquele que melhor atenderá às necessidades da aplicação a qual destina-se. Realizar uma descrição técnica mais detalhada sobre o INTERBUS, que consiste em uma rede determinística para sensores e atuadores , cujo emprego destaca-se na área de manufatura.
Integração de TCP/IP no Novo Protocolo Interbus Ethernet e Interbus - Comunicação sem Limites Texto originalmente publicado no jornal INSIDE do INTERBUS Club de Novembro de 1999. Revisado pelo Engenheiro Reinaldo Cozzo – Gerente de Service Center da Phoenix Contact
Aspectos tecnológicos e de custos previnem que a Ethernet seja estendida até o último sensor O papel de Ethernet na automatização futura constitui, atualmente, um tópico importante. De um lado, a sua especificação sugere que o programa poderá resolver todos os problemas de comunicação com aplicações para automatização e substituir o bus de campo, enquanto, de outro lado, o bus de campo, com as suas características específicas, surgiu porque o mundo real não é composto simplesmente de bits e bytes. Ethernet e INTERBUS Garante Determinismo na Área de Processo A maioria das aplicações para automatização exigem, atualmente, a transmissão determinista de dados. É feita uma distinção entre tempo real estrito e flexível. O tempo real estrito nunca permite que um serviço de comunicação exceda o limite previamente determinado pela aplicação. Isso pode levar a estados não permitidos do sistema e consequentemente a danos. Em sistemas que exigem tempo real flexível, embora a observância do limite de tempo seja desejável, o excesso de tempo não resulta em estados críticos. Considerando que uma das exigências mais duras em tempo real estrito nos dias de hoje, em ambiente de escritório, é a transmissão de voz com uma demora permitida de aproximadamente 20 ms, um limite muitas vezes superior ao necessário em aplicativos para automação. Neste sentido, o método não determinista para o acesso ao bus constitui o obstáculo para o uso de Ethernet na área de processo. Embora existam algumas soluções proprietárias e tentativas de padrões para resolverem o problema, elas envolvem esforços maiores de engenharia no planejamento e construção do sistema, resultando na eliminação de vantagens quanto a custos do lado do hardware. Um caminho mais econômico é fornecido através da combinação de Ethernet e INTERBUS, cujas características complementares correspondem a todas as exigências de comunicação. Neste caso, a Ethernet é utilizada em sistemas de rede e componentes de máquinas com sistemas de controle distribuídos e sistemas tecnológicos especialistas (por exemplo controladores de robôs e equipamentos de solda). No que se refere ao sistema de instalação no gabinete e no campo, o INTERBUS desempenha as funções relacionadas com a implementação de sistemas rápidos de controle para máquinas e em acionamentos sincronizados com exigências estritas de tempo real.
Protocolo Profibus Prof. Dr. Carlos Eduardo Pereira Prof. Ronaldo Hüsemann Laboratório de Automação Industrial - UFRGS
Introdução O conceito de redes chão-de-fábricas, ou fieldbus, encontra-se hoje amplamente difundido no ambiente industrial para controle e gerenciamento de processos. O protocolo Profibus (PROcess FIeldBUS) é o resultado de um projeto iniciado na Alemanha nos anos 80 numa associação de 13 fabricantes e 5 institutos técnico/científicos. A primeira versão normalizada deste protocolo foi definida como a norma alemã DIN 19254 (1987). Posteriormente este protocolo foi padronizado como a norma européia EN 50170 (1996). Este ano o protocolo foi incluído junto a outros 7 protocolos para a definição da norma internacional IEC 61158. O Profibus é um protocolo de comunicação digital serial, utilizado na interligação de elementos sensores, atuadores e controladores em um ambiente fabril, com finalidade de atuar em vários segmentos do setor de automação, operando desde os níveis de célula até os de campo. O Profibus utiliza o conceito de barramento chão-de-fábrica, onde as mensagens que circulam pelo meio físico são recebidas simultaneamente por todas as estações presentes. Como rede chão-de-fábrica, o Profibus tem as seguintes características: Possibilidade de alcançar distâncias elevadas (até alguns quilômetros); Mensagens curtas (até algumas centenas de bytes); Tempo real / determinístico; Elevada imunidade à interferência eletro-magnética; Controle dividido em estações-mestre e estações-escravo; Possibilidade de entrada e saída de estações on-lin
Profibus e Comunicação IT: PROFINet Paulo Camargo, da Siemens
Introdução Sem dúvida nenhuma, o objetivo de todos nós, usuários e fabricantes de automação, é realizarmos uma arquitetura totalmente aberta e distribuída, sem barreiras de interoperabilidade. Através do Profibus e dos padrões conhecidos de IT – na forma do que denominamos PROFINet – o Profibus International espera poder atender os anseios de todos os usuários no que se refere à uma comunicação independente, aberta e transparente, assegurando e protegendo assim seus investimentos. Nosso usuários almejam usar um único padrão, que seja conhecido e aceito mundialmente mas ao mesmo tempo não desejam abrir mão de um palete de produtos realmente amplo – necessitam liberdade de escolha. Consideramos também a enorme demanda existente para a Integração Vertical, isto é, a conectividade do mundo da administraçao ao chão de fábrica, seja a automação da manufatura ou de processos. Um fator chave para se alcançar esta funcionalidade - que vem ao encontro das necessidades de redução de custos e de tempos de configuração, implementação e operação de máquinas e instalações – é a integração de estruturas de automação e comunicação existentes. Para os usuários do Profibus, a resposta para isto é o PROFINet – a solução de integração do Profibus com a ETHERNET, utilizando os padrões abertos do mundo IT, sem a necessidade da criação de um novo protocolo de campo.
HSE: An open, high-speed solution for plantwide automation David A. Glanzer Director of Technology Development Fieldbus Foundation
Introduction The Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet (HSE) technology provides a cost-effective, high-speed, plantwide backbone for process and discrete automation. HSE enables users to solve a wide range of hybrid, batch and time-critical discrete control applications. HSE supports the entire scope of the Foundation fieldbus technology, including standard function blocks and device descriptions, and takes full advantage of the low cost and ready availability of Commercial Off The Shelf (COTS) Ethernet components. HSE complements, rather than replaces, the Fieldbus Foundation’s H1 (31.25 kbit/s) fieldbus, and thus meets the worldwide market demand for a unified control network solution. It integrates H1 for distributed process control applications with a high-speed (100 Mbit/s) technology for advanced hybrid, batch and manufacturing applications, and provides for information integration with plant management systems. Although HSE was developed for control networks running at 100 Mbit/s, it will support network speeds of 1 Gbit/s or higher as they become standardized by IEEE and ISO/IOC. This level of performance enables HSE to serve as effective backbone for integration of control applications with optimized data servers such as OLE for Process Control (OPC), and systems such as Microsoft’s Distributed interNet Application for Manufacturing Network Architecture (DNA). Unlike other fieldbus protocols, Foundation fieldbus has the complete specifications necessary to achieve device interoperability. The Foundation specifications, including H1 and HSE, cover the communications system and user layer above the communications layers. Whereas the communications system moves data from one point to another, the user layer supports distribution of control functionality to field devices. Foundation fieldbus is also a true open technology, allowing automation and MIS devices to be interconnected on a common plantwide network. Furthermore, this open network architecture enables control devices from different manufacturers to interoperate on the same control network without the need for custom programming.