11 Redes Industriais

Parte 2 - Redes de comunicação

Redes Industriais
11
As redes industriais são de fundamental importância para obter-se eficiência e
confiabilidade no sistema produtivo. Com o avanço da tecnologia e a necessidade de
integração entre sistemas de controle e máquinas, esses sistemas distribuídos com diversos
elementos trabalham de forma simultânea com o objetivo de supervisionar e controlar um
determinado processo em uma troca rápida e precisa de informações entre computadores,
sensores, atuadores, CLPs, entre outros.
Neste tópico vamos aprender a definir e implementar uma Rede de Comunicação Digital
de Dados, mais conhecida como Barramento Industrial. Abordaremos a estrutura dos dados,
as topologias utilizadas, os meios físicos existentes e também os protocolos de comunicação
abertos encontrados nos mais diversos fabricantes, além de configurar e programar uma rede
de dados e a troca deles. Para tanto, utilizaremos os Controladores Lógicos Programáveis,
conforme a necessidade da aplicação. Para a implantação de um sistema como esse, teremos
que realizar uma pesquisa detalhada para saber qual sistema baseado em redes será utilizado
para sanar cada uma das necessidades.
No final dos anos 70, tínhamos a perspectiva de crescimento acelerado proporcionado pelo
investimento e desenvolvimento que estavam em foco, por outro, havia uma tendência que
poderia levar a uma grande crise no setor referente à diferença de padrões utilizados pelos
fabricantes da época, quase impossibilitando a interconexão entre os sistemas de diversos
fabricantes, então foram desenvolvidos objetivos para implantação de um sistema aberto
como interoperabilidade, interconectividade, portabilidade de aplicação e escalabilidade.
Para alcançar esses objetivos, a ISO (International Organization for Standardization) passou a
se preocupar com um padrão de arquitetura aberta e baseada em camadas. Foi então definido
o Modelo de Referência para Interconexão de Sistemas Abertos (Reference Model for Open
Systems Interconection - RM OSI).

76 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Portabilidade da aplicação: Capacidade de um software
VOCÊ
SABIA?
específico rodar em várias plataformas diferentes.
Interoperabilidade: Capacidade de um sistema de
se comunicar de forma transparente.Escalabilidade:
Capacidade que determinado equipamento possui
para receber implementações evitando que se torne
obsoleto ou deixe de atender as necessidades do usuário.
Interconectividade - Capacidade pela qual podemos
conectar vários equipamentos de diversos fabricantes.
11.1 Por que um sistema aberto?
Utilizamos um sistema aberto, pois esse possui várias vantagens como acesso
mais rápido a novas tecnologias com um menor custo, já que é mais econômico
fabricar produtos baseados em uma plataforma padrão; redução de investimentos
em novas máquinas, já que os sistemas e os softwares de aplicação são portáveis
para os vários tipos de máquinas existentes e além de tudo temos a liberdade de
escolha entre soluções de diversas fabricantes.
O projeto de uma rede deve levar em conta vários fatores, considerando que
uma rede de computadores tem como objetivo principal o processamento de
tarefas distribuídas de forma cooperativa e harmônica entre os vários setores de
aplicação, pois consideramos todos os eventos que podem acontecer durante a
comunicação e temos que conhecer todos os efeitos e as causas destes eventos, e
especificar em detalhes todos os aspectos técnico-operacionais dos meios físicos
a serem utilizados como suporte à comunicação.
Percebemos, desta forma que o problema é extremamente complexo e
abrangente. Para facilitar a implementação e manutenção, projetamos a rede
como um conjunto de camadas.
O conjunto de camadas é hierárquico, ou seja, cada camada baseia-se na
camada inferior. Reduzindo o projeto global da rede ao projeto de cada uma das
camadas, simplificamos muito o trabalho de desenvolvimento e de manutenção.
O projeto de uma camada é restrito ao contexto dela e supõe que os problemas
fora desse contexto já estejam devidamente resolvidos.
VOCÊ
SABIA?
Atualmente, no mercado de controladores programáveis,
todos esses equipamentos são oferecidos com um
protocolo aberto incorporado. Na maioria dos casos, é
o Modbus-RTU, porém outro protocolo aberto pode ser
oferecido, além do proprietário. Quando utilizamos um
controlador programável em rede, na maioria dos casos,
optamos por um protocolo aberto.

11 Redes Industriais
77
11.2 Vantagens da utilização da arquitetura em camadas
Utilizar a arquitetura em camadas apresenta duas vantagens práticas:
1. Independência das camadas, ou seja, a camada (N) preocupa-se apenas
em utilizar os serviços da camada (N-1), independentemente de seu protocolo.
2. A complexidade do esforço global de desenvolvimento é reduzida por
meio de abstrações (não interessa para uma determinada camada como
as demais implementam o fornecimento de seus serviços, mas o que elas
oferecem). Na arquitetura hierárquica, a camada (N) sabe apenas que existem
as camadas (N- 1), prestadoras de determinados serviços, e a camada (N+1),
que lhe requisita os serviços. A camada (N) não toma conhecimento da
existência das camadas (N±2), (N±3) etc.
É assim também que novas aplicações podem ser implementadas na
camada apropriada, aproveitando os mesmos serviços já fornecidos pelas
outras camadas (redução dos esforços para evoluções).
Porém, a elaboração de um sistema aberto passa por algumas etapas
obrigatórias que podemos observar claramente na definição do modelo
OSI, desde a definição dos padrões dos componentes que fazem parte
do modelo (padrões de interoperabilidade e portabilidade), não só os
relacionados à comunicação, mas também alguns não relacionados, como
estrutura de armazenamento de dados etc, assim como a definição do
modelo do sistema aberto (padrão para a arquitetura do sistema aberto); e
a seleção dos perfis funcionais.
Podemos observar que o modelo OSI corresponde exatamente ao
primeiro item citado, ou seja, definição do modelo do sistema aberto
(padrão para a arquitetura do sistema aberto). Esse modelo é somente uma
referência e define apenas a arquitetura do sistema. O padrão criado para o
modelo OSI, então, define exatamente o que cada camada deve fazer, mas
não define como isso será feito; ou seja, define os serviços que cada camada
deve prestar, mas não o protocolo que o realizará. Esse primeiro passo já
está bem definido pela ISO.
A definição dos protocolos de cada camada, então, fica por conta do
segundo passo. Essa parte também está definida pela ISO, mas é realizada por
grupos de estudo diversos. Esse passo é uma tarefa muito dinâmica, pois novas
tecnologias de transmissão surgem a todo instante. Portanto, por um lado
temos alguns padrões bem documentados, mas por outro temos tecnologias
emergentes que precisam ser adaptadas às condições do modelo OSI e ainda
estão em processo de definição.

78 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Já a terceira etapa não é uma fase de responsabilidade da ISO. Essa etapa
de definição de perfis funcionais é realizada por cada país, que escolhe os
padrões que lhe cabem baseados em condições tecnológicas, base instalada,
visão futura etc. Por exemplo: no Brasil temos o Perfil Funcional do Governo
Brasileiro. A escolha do Perfil Funcional é uma etapa importante, pois, apesar
de dois sistemas seguirem o Modelo OSI, se eles adotarem perfis diferentes
nunca conseguirão interoperar.
A arquitetura OSI foi desenvolvida a partir de três elementos básicos, como
está apresentada na figura 52:
1. os processos de aplicação existentes no ambiente OSI;
2. as conexões que ligam os processos de aplicação e lhes permitem trocar
informações;
3. os sistemas.
Processo de Aplicação
Sistema A
Sistema B
Conexões
Meio fisico para
interconexão de
sistemas abertos
Figura 52 - Processos de aplicação, conexões e sistemas
Fonte: Autor
A figura 53 nos dá uma ideia da arquitetura do equipamento que utiliza um
sistema de comunicação:
Aplicação
Interface
com
Usuário
Linguagem
Gerenciamento
de Dados
Sistema Operacional
Comunicação
(Rede)
Hardware
Figura 53 - Arquitetura de uma máquina do sistema
Fonte: Autor
A arquitetura do equipamento descrita na figura 53 pode ser utilizada tanto
para um PC quanto para um Controlador Lógico Programável. Por isso, vamos
aprofundar um pouco mais o entendimento destes campos.

11 Redes Industriais
79
• hardware: proporciona a infraestrutura necessária (no nível mais baixo) para o
processamento da aplicação, como a manipulação de bits, acesso a disco etc;
• sistema operacional: proporciona os serviços básicos de acesso a hardware;
• gerenciamento de dados: controla as tarefas como o acesso, manipulação
e troca de vários tipos de dados. Existem várias formas de implementação
de acesso a bancos de dados, mas a mais comum e aceita pela indústria é a
SQL (Structured Query Language);
• linguagem: têm sido feitos esforços em relação à criação de uma linguagem
com independência da plataforma, de forma a prover a portabilidade de código;
• interface com o usuário - é um dos principais fatores de portabilidade, já
que proporciona a interface entre o usuário e a aplicação. Cada vez mais
estão sendo desenvolvidas interfaces gráficas e orientadas a objetos,
baseadas em janelas, ícones e menus;
• comunicação: o processo de comunicação é o objeto principal do nosso
estudo. Essa secção vai prover a comunicação e a interoperação entre
máquinas e sistemas diferentes, cuidando de características como padrões
de interoperação, endereçamento, mensagens etc.;
• fieldbus: o termo “Field” refere-se à área onde os equipamentos produzem
peças ou onde reside um processo mais conhecido como “campo”. É mais
comum dentro de uma indústria, e também fora do complexo industrial,
assim como a planta de uma indústria química. Em um “campo”, os
equipamentos de um processo estão mais expostos aos ruídos elétricos,
variações de energia, temperatura, umidade e à corrosão. No “campo” é onde
os processos devem ser medidos, e podemos utilizar os condicionadores de
sinais para melhorar o sinal da medida. O equipamento de medidas e seu
cabeamento não devem estar próximos de equipamentos elétricos, motores
e contactoras, para reduzir a geração de ruídos.
CASOS E RELATOS
Vantagem da rede de comunicação
Como estamos estudando comunicação utilizando redes, cabe citar uma
rede industrial bastante utilizada atualmente. O protocolo mais utilizado
na área de saneamento é o Modbus-RTU, pois é um protocolo antigo e vem
integrado, sem custo, na grande maioria dos equipamentos, fazendo que ele
seja o preferido na área de saneamento.

80 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Dentro de uma estação de tratamento temos muitos sensores de nível,
pressão, além dos sensores analíticos de cloro, pH e turbidez. Além desses
sensores, há também os inversores que modulam a dosagem de produtos
químicos para a realização do tratamento de água. Antigamente, para realizar a
automação de uma planta desse tipo, era necessária uma grande quantidade de
entradas e saídas analógicas interligadas ao controlador programável, elevando
muito os custos de implementação.
Atualmente, os inversores possuem portas de comunicação RS-485 com
Modbus-RTU nativo, e os sensores também possuem o Modbus-RTU com o mesmo
meio físico, bastando acrescentar uma porta RS-485 no controlador programável,
que também possui o Modbus-RTU implementado para a montagem de uma
rede. Desse modo, é necessário um projeto. Uma das vantagens de utilizar a rede
de comunicação em vez das entradas e saídas analógicas é que a quantidade de
informação que pode ser enviada ao controlador é muito superior, enriquecendo,
assim, as informações ao usuário final.
Recapitulando
Aprendemos, neste capítulo que os fabricantes passaram a implementar um
sistema aberto para permitir a troca de informações, mesmo que os equipamentos
fossem fornecidos por diferentes fabricantes criando, assim, o modelo da ISO
conhecido como OSI e aceito até hoje pelos fabricantes. Vimos, também, que esse
sistema aberto de comunicação nos permite escolher a melhor solução dentre os
vários fabricantes, menor custo devido ao acesso de novas tecnologias estar baseado
em uma plataforma padrão, e menos investimentos em novos equipamentos, uma
vez que os novos equipamentos aceitam softwares existentes.

11 Redes Industriais
81
Anotações:

Arquiteturas básicas e topologias
12
Definindo rede como uma estrutura de produtos (hardware e software) interligados de
acordo com um padrão pré-estabelecido para satisfazer os requisitos dos sistemas distribuídos,
cabe distinguir duas arquiteturas básicas: a rede local e a rede de longa distância.
12.1 Rede local
A rede local é conhecida como LAN (Local Area Network). Sua característica básica é que os
equipamentos interligados estão confinados a uma área geometricamente limitada, com taxas de
transmissão de moderada a alta. Normalmente, o sistema completo pertence a uma única organização
e seu raio de ação está limitado a alguns quilômetros, no máximo. Resumidamente, as características
gerais desta estrutura são:
• dimensões moderadas;
• alta capacidade de transmissão de informação;
• alta confiabilidade na comunicação; e
• conectividade total entre as estações de trabalho.
12.2 Rede de longa distância
A rede de longa distância é conhecida como rede WAN (Wide Area Network). Esse tipo
de rede estende as características das redes locais no que se refere, principalmente, à área
de abrangência. Por meio de recursos de telecomunicações, uma rede deste tipo pode ter
dimensões globais, com um número indeterminado e muito grande de estações interligadas.
VOCÊ
SABIA?
Podemos fazer uma rápida associação de LAN e WAN com as nossas
casas, pois a grande maioria possui acesso à internet, que é a WAN, e
se possuímos mais do que um computador em nossa casa (o que não é
muito difícil) também podemos ter uma LAN.

84 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIQUE
1
MÁQUINAS
São os dispositivos do tipo
PC, Controladores Lógicos
Programáveis, Interface
Homem Máquina, Inversores
de Frequência ou qualquer
dispositivo que possa ser
integrado em uma rede de
comunicação.
ALERTA
Toda vez que projetamos e montamos uma rede de
automação, devemos tentar mantê-la em rede local (LAN)
distante do acesso à rede externa (WAN), pois atualmente
há vírus que podem causar descontroles em sistemas de
supervisão do tipo Scada.
12.3 Topologias
Uma rede de comunicação é uma rede de trabalho na qual temos a interconexão
de máquinas 1 ligadas a uma transmissão comum, de modo que qualquer uma
pode transmitir dados para a outra que se encontre interligada à rede. Existem
três principais topologias de comunicação de redes:
• barramento (BUS);
• estrela (STAR); e
• anel (RING).
Essas são as topologias mais comuns, pois com elas trabalhamos no “chão de
fábrica”, já que atendem às necessidades da aplicação. Cada uma das topologias
tem suas características que devem ser observadas no momento de projeto, para
que o resultado seja a melhor escolha possível em termos de custo e desempenho.
Nas figuras 54 a 56, temos a representação das topologias apresentadas:
Figura 54 - Topologia Barramento (BUS)
Fonte: Autor
Figura 55 - Topologia Estrela (STAR)
Fonte: Autor

12 Arquiteturas Básicas e Topologias
85
Figura 56 - Topologia Anel (RING)
Fonte: Autor
12.3.1 Barramento (bus)
Na topologia de barramento, como o ponto de início e de fim da rede
não estão relacionados, podemos minimizar o comprimento dos cabos de
conexão entre os equipamentos. Basicamente, se tivermos apenas duas
máquinas interligadas, poderemos observar que qualquer dano ao cabo
causará falhas na comunicação da rede. O fato de os cabos serem reduzidos
em comprimento facilita a manutenção e a montagem do meio físico da rede.
Se esses equipamentos estiverem bem configurados na rede, poderemos
adicioná-los ou removê-los sem causar distúrbios no funcionamento da rede.
Exemplos deste tipo de comunicação são os Fieldbus (Modbus, Profibus,
Devicenet, CAN etc), que foram desenvolvidos para substituir a comunicação do
tipo ponto-a-ponto. A Ethernet é um dos exemplos mais modernos desse tipo de
topologia e, apesar de não ser desenvolvida para a indústria, ela se tornou um
padrão devido a sua larga escala de aplicações.
SAIBA
MAIS
Para conhecer um pouco mais sobre protocolos abertos,
acesse os sites das organizações do Modbus www.modbus.
org e do Profibus www.profibus.org.br
Os barramentos industriais de campo (Fieldbus) utilizados na atualidade
são baseados em grande parte no meio físico da RS-485, e algumas já
migrando para o meio físico TCP/IP. A RS-485 possui algumas desvantagens
em relação ao TCP/IP, pois para a montagem do barramento as duas
extremidades devem possuir resistências de terminação para a correta
impedância da rede.

86 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Temos também um ponto importante em qualquer uma das topologias,
que é a correta escolha do cabo de comunicação. O cabo deve ser específico
para a necessidade. Como a maioria das instalações não possui esse cuidado, o
desempenho do cabo é reduzido.
CASOS E RELATOS
Aumentando a velocidade de tráfegos
Podemos citar o seguinte caso ocorrido no atendimento a um cliente.
Verificamos que o cliente possuía uma rede Profibus-DP montada com cabo
“manga” e conector DB-9 simples. A rede funcionava, porém precariamente.
Como a rede Profibus-DP é uma rede de alta velocidade de tráfego de dados,
suporta velocidades de até 12Mbps em 100 metros. O comprimento de cabo
no local não passava de 30 metros, porém a velocidade máxima utilizada era de
9600bps. A partir dessa situação, tomamos as seguintes ações:
1. Troca do cabo manga por cabo Profibus modelo UNITRONIC BUS PB do
fabricante LAPP CABLE, como verificamos na figura 57.
LAPP KABEL STU I I GART UNITRONIC BUS PB FC
Figura 57 - Cabo para comunicação Profibus-DP
Fonte: LAPP GROUP, 2012
2. Troca dos conectores DB-9 por conectores Profibus SUBCON-PLUS-PROFIB/
SC2 do fabricante Phoenix Contact, como podemos ver na figura 58.
Figura 58 - Conector para rede Profibus-DP
Fonte: PHOENIX CONTACT, 2012
O resultado imediato obtido com essas duas ações foi o aumento da
velocidade de tráfego de dados, que passou de 9600bps para 12Mbps,
aumentando o tempo de resposta do sistema de 3s para 0,03s.

12 Arquiteturas Básicas e Topologias
87
12.3.2 Estrela (star)
Essa topologia consiste em um equipamento central que gerencia as informações
de todos os equipamentos do sistema, recebendo os dados, tratando e transmitindo,
conforme a necessidade. É a mais utilizada em médias e grandes corporações pela
redução do custo, pois todas as estações de trabalho são conectadas a uma central. Esse
tipo de topologia pode apresentar problemas quando a estação central de comunicação
estiver desligada, podendo comprometer o funcionamento do sistema se ele depender
de informações que venham de uma estação para a outra, passando pela central.
FIQUE
ALERTA
A estação central nesse tipo de comunicação é o maior ponto
de falhas. Uma estação central muito bem configurada nesse
tipo de rede tem a capacidade de suportar muita demanda
de informações ao mesmo tempo. Assim, pares de máquinas
podem comunicar-se ao mesmo tempo utilizando cabos de
comunicação ponto-a-ponto. Este tipo de topologia está
ficando cada vez mais comum em ambientes industriais que
possuam uma linha de produção de alta velocidade.
Atualmente, um dos principais recursos para minimizar o tempo da estação central
parada é a utilização de servidores de dados do tipo “Hot-StandBy” ou “Redundantes”.
Esse tipo de equipamento consiste em uma dupla de máquinas idênticas, que têm
ligação física por meio de barramentos ou até mesmo sem fio, e utiliza um software que
as gerencia, escolhendo uma das duas para ser a principal e a outra, a reserva.
As máquinas redundantes possuem um espelhamento dos dados e ficam
100% do tempo trocando os dados para manter esse espelho atualizado. Em caso
de falha na principal (queima do equipamento, desligamento acidental ou outro
fator), a reserva passa a assumir todo o gerenciamento de dados, evitando, assim,
que a estação central fique indisponível.
Como exemplo dessa topologia temos situações de rede sem fio em que há um
equipamento que gerencia a troca de dados, mais conhecido como “Access Point”. Outro
exemplo pode ser visto na grande maioria dos sistemas de automação de processo do
saneamento, que possui um sistema de supervisão central e utiliza rádios UHF para a
troca de dados entre a central e as estações de bombeamento, recebendo dados lidos
dos sensores e comandando o acionamento das bombas e válvulas.
12.3.3 Anel (ring)
Essa topologia é semelhante ao barramento, porém consiste em interligar as
duas extremidades da rede no mesmo ponto, formando um tipo de anel, daí o nome
da topologia. O anel pode ser simples ou redundante. Nesse caso, as mensagens
são enviadas em uma direção em torno do anel. É obrigatório que nesse tipo de
topologia a mensagem enviada seja removida pelo receptor (em caso de sucesso)
ou pelo transmissor (em caso de falha), para evitar que entre em loop no anel e
ocupe a rede, reduzindo seu desempenho.

88 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Se tivermos um rompimento nos canais de comunicação do anel, esse se torna
uma rede idêntica à topologia do tipo barramento. Algumas normas especificam
que dois anéis sejam utilizados, um em direção contrária ao outro, como pode ser
visto na figura 59.
Figura 59 - Topologia anel redundante
Fonte: Autor
Quando acontece uma interrupção em algum dos anéis, automaticamente o
outro anel passa a fazer toda a comunicação. Veja a figura 60.
Figura 60 - Topologia anel redundante com interrupção em um dos anéis
Fonte: Autor
No caso de acontecer uma falha nos dois anéis de comunicação, as extremidades
automaticamente unem seus inícios e suas terminações para formar um único anel,
conforme apresenta a figura 61, exatamente igual a uma topologia de anel simples.
Figura 61 - Topologia anel redundante com interrupção nos dois anéis
Fonte: Autor

12 Arquiteturas Básicas e Topologias
89
Recapitulando
Neste capítulo vimos que existem dois tipos de redes de dados, a rede
local (LAN) e a rede de longa distância (WAN). Aprendemos que na indústria
encontraremos, na maioria das vezes, aplicações utilizando redes locais.
Quanto às topologias, estudamos que as redes podem ser construídas em
cinco principais formatos: barramento (BUS), estrela (STAR), anel (RING). Essas
topologias são as mais utilizadas no chão de fábrica e atendem a todas as
necessidades das aplicações. Cada uma delas possui características diferenciadas
que devem ser observadas durante o projeto.

Modelo OSI aplicado a CLP e a
barramentos de campo
13
De acordo com a definição do IEC/ISA-SP50, os barramentos de campo possuem três das
sete camadas definidas pelo modelo OSI, da ISO:
1. camada física,
2. camada de enlace, e
3. camada aplicativa.
Possuem também uma quarta camada, ainda sem previsão de normalização pelo IEC, que é
denominada camada do usuário (“a oitava camada”).
A divisão em camadas permite a livre implementação do sistema de comunicação, desde
que obedecidas as interfaces entre as camadas e o protocolo (regras/linguagem) de cada
camada. Vamos conhecer resumidamente cada camada.
13.1 Camada física
Define o meio físico que transporta o sinal entre os equipamentos e também os circuitos
e regras para a modulação do sinal no meio físico. Possui as seguintes características técnicas:
• meio físico: foram definidos três meios físicos – par de fios (RS-232, RS-485), fibra ótica
e rádio. A normalização para par de fios já foi aprovada pela ISA-SP5O e está disponível
como publicação da ISA, sob o título “ISA-S50.02 part 2: physical layer specification and
service definition”;
• taxa de comunicação: estão previstas taxas de comunicação de 31.25 kbit/s até 100
megabits;
• número de equipamentos no barramento (31.25 kbit/s): para sistema sem alimentação
via barramento e sem segurança intrínseca de 1 a 32 equipamentos. Com segurança
intrínseca e alimentação, de 2 a 6 equipamentos. Sem segurança e com alimentação, de 1
a 12 equipamentos.

92 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL • máxima distância: até 1.900 metros para 31.25 kbit/s, sem repetidores
(máximo número de repetidores igual a 4). Até 750 metros para 1 megabits.
Até 500 metros para 2.5 megabits. Até 100 metros para 12 megabits;
• topologias: tipo de barramento em que os equipamentos estão conectados
por braços que saem de diferentes pontos do barramento principal ou tipo
árvore em que os braços saem do mesmo ponto do barramento;
• alimentação: 9 a 32 VDC;
• isolação galvânica obrigatória;
• redundância: duplicação da fiação e dos circuitos de transmissão e recepção.
VOCÊ
SABIA?
Quando ouvimos falar em velocidade de comunicação,
acreditamos que se refere à transferência de bytes de dados.
Mas, às vezes, a quantidade de informações transferidas é muito
maior do que simplesmente dados, podendo chegar até 70%
de informações de mensagem e 30% apenas de dados. Por isso,
é muito importante conhecer bem o protocolo a ser utilizado e
escolher corretamente a velocidade de comunicação.
A maioria das comunicações de campo oferece uma topologia de comunicação
em que os segmentos devem ser conectados utilizando repetidores. Para
conectar equipamentos em um segmento de comunicação, podemos utilizar
uma pequena distância de cabos. A faixa de alcance de uma comunicação é de
aproximadamente 2.000 metros. Os periféricos de porte médio utilizam um par
de cabos blindados e trançados. Lembramos, também, que tanto a fibra ótica
quanto a rádio frequência se encontram disponíveis para esse fim. Atualmente, já
encontramos uma mistura de comunicação com cabos e sem fio.
FIQUE
ALERTA
A instalação de fibra ótica não é simples, pois necessita de
equipamentos adequados para a realização de sua fusão.
Dependendo da distância que deverá ser coberta pela fibra
ótica, os custos ficam muito elevados e podem ultrapassar
os orçamentos previstos para o projeto.
13.2 Camada de enlace
Esta camada define a forma de acesso dos equipamentos na rede para evitar
colisões de dados e ainda garante a integridade das mensagens que possuem
código acrescentado na mensagem para ser verificado em terminais, mais
conhecido como CRC. Possui as seguintes características técnicas:
• acesso à rede: existem três meios para acessar o barramento. O primeiro modo é
aquele em que recebemos do gerenciador ativo do barramento o token (ou seja,
uma ficha), o segundo modo é por meio da requisição de um token com um código
nas mensagens de resposta, e o terceiro modo é por meio de uma resposta imediata
requerida por um equipamento mestre (aquele que inicia a passagem da ficha);

13 Modelo OSI aplicado a CLP e a barramentos de campo
93
• modelo produtor/consumidor: os produtores de variáveis colocam-nas num
buffer que pode ser acessado pelo consumidor sem envolvimento com o produtor;
• atualização cíclica: é possível programar o gerenciador ativo para
ciclicamente assumir o token e, por meio do sistema de resposta imediata,
fazer a atualização das variáveis;
• referência de tempo: existem recursos para manter uma referência de
tempo única na rede, de forma a permitir o sincronismo das atividades no
barramento que influenciam os processos;
• endereçamento: os barramentos podem ser interconectados, e mais de
100.000 variáveis ou os equipamentos podem ser unicamente endereçados.
13.3 Camada de aplicação
A camada de aplicação define a notação das mensagens e a forma como
elas devem ser transmitidas (ciclicamente, imediatamente, apenas uma vez,
ou quando solicitado pelo consumidor). O gerenciamento das mensagens é
também de responsabilidade do grupo que está definindo esta camada. Ele é o
responsável pela inicialização do sistema, levantamento estatístico e relato de
falhas para o usuário.
13.4 Camada do usuário
A camada do usuário foi criada para garantir uma utilização das atuais
aplicações do usuário, tendo muitas vezes como padrão o 4-20 mA para o
sistema fieldbus. Essa camada define os vários blocos funcionais utilizados
hoje no setor de controle de processo industrial (algoritmos, parâmetros de
entrada e saída, alarmes).
Recapitulando
Aprendemos que os barramentos de campo utilizam apenas três das sete
camadas definidas pelo modelo OSI. Essas camadas são a camada física, que
é responsável por definir o tipo do meio físico (RS-232, RS-485), número de
equipamentos, velocidade de transmissão, e outros; a camada de enlace,
responsável por definir a forma de acesso dos equipamentos na rede em relação
as suas mensagens; e a camada aplicativa, que é responsável por definir a forma
de transmissão das mensagens.

Redundância
14
Após estudarmos os tipos de topologia (anel, estrela e barramento), veremos agora que esses
três tipos também podem ser implementados utilizando a redundância. Redundância pode
ser definida como “Repetição”. Nas figuras 62 a 65 temos os esquemas das três topologias que
utilizam redundância em cada uma delas.
SAIBA
MAIS
Para conhecer um pouco mais sobre redundância em redes de
comunicação, veja esses documentos:
http://www.altus.com.br/site_ptbr/index.php?option=com_content&v
iew=article&id=285&Itemid=176.
www.smar.com/PDFs/Misc/Redundancy_Smar_Port.pdf
Figura 62 - Topologia redundante em anel
Fonte: INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA, 1992

96 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Computadores
com 2 placas
de rede
Switch
primário
HSE
Switch
secundário
Linking Device
redundante com
1 porta ETH cada
H1
Linking
Device Sem
redundância
com 2 portas
ETHERNET
H1
Linking Device
redundante com
2 portas ETH cada
(redundância de
supervisão)
Figura 63 - Topologia redundante em estrela
Fonte: INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA, 1992
Figura 64 - Topologia redundante em barramento
Fonte: INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA, 1992
Figura 65 - Topologia redundante em duplo anel
Fonte: INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA, 1992

14 Redundância
97
FIQUE
ALERTA
Ao projetar um sistema redundante, devemos saber quais
são as reais necessidades do cliente, pois a implementação
de uma rede com essas características possui um custo muito
elevado e pode não trazer o retorno esperado pelo cliente.
Abaixo segue a descrição de dois tipos distintos de redundância.
14.1 Sistema de controle redundante
Utilizamos a redundância no sistema de controle quando queremos aumentar
a disponibilidade dos barramentos que possuem apenas um mestre. Este tipo de
redundância pode prevenir a falha do sistema de controle em caso de falta de
alimentação do campo. Na figura 66 temos o esquema básico de um sistema de
controle redundante.
Control Station 1
(Central Processing)
Direct
Coupling
Control Station 2
(Central Processing)
Master Station 1
Master Station 2
Bus a
(Bus b)
Figura 66 - Sistema de controle redundante
Fonte: PROFIBUS INTERNATIONAL, 1997
No esquema apresentado na figura 66, apenas um dos mestres está ativo,
sendo eleito na inicialização do sistema. O outro passa a ser reserva e recebe os
dados através do acoplamento direto para ter sua memória atualizada em caso
de falha no mestre principal, passando a assumir todo o controle, sem reações
indesejáveis no sistema.
VOCÊ
SABIA?
A redundância na indústria petroquímica aplica-se tanto para
o sistema de controle como para o meio físico, principalmente
para sistemas de segurança, garantindo a disponibilidade em
100% do tempo, pois é um sistema crítico.
14.2 Redundância de meio físico
Utilizamos a redundância quando queremos aumentar a confiabilidade do
barramento de campo. Quando implementada, a redundância consiste em
dois barramentos físicos distintos (barramento A e barramento B) com dois
transceptores não interconectados de forma alguma, gerando total independência
das informações que trafegam por eles. A seguir, veja o diagrama de ligação de
uma rede redundante.

98 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Bus a
LSS !
Comunications
Microprocessor
+ - / - + UART Controller
RxD-a RxD -b TxD
Transcceiver
a
Transcceiver
b
Bus b
Figura 67 - Redundância por meio do Profibus-PA
Fonte: PROFIBUS INTERNATIONAL, 1997
O princípio básico da redundância do meio físico é o envio simultâneo de uma
mensagem para dois transceptores, e eles enviam as mensagens recebidas para seus
respectivos barramentos “A” e “B”. As mensagens enviadas pelos escravos do campo
são tratadas pelo mestre em um dos barramentos escolhidos na inicialização, e caso
esse falhe, o mestre assume o próximo barramento como principal.
Recapitulando
Neste capítulo vimos que as topologias apresentadas anteriormente
também podem ser implementadas utilizando-se o recurso conhecido como
redundância, que é uma “repetição” da topologia. Aprendemos que o objetivo é
garantir disponibilidade total do sistema durante a operação, e que a redundância
pode ser realizada no sistema de controle (controlador programável, ou sistema
de supervisão) ou no meio físico (remota de I/O ou escravo da rede).

14 Redundância
99
Anotações:

Sistemas Distribuídos
15
Os sistemas distribuídos consistem em equipamentos geograficamente dispersos e em vários
pedaços, porém interconectados, e que trabalham de forma cooperativa. Em vez de possuir
apenas um dispositivo central controlando todo o processo/máquina, cada setor ou área tem
seu computador de controle. Por exemplo, em uma fábrica de alimentos podemos ter um setor
controlando a parte de líquidos e outro setor que controla a parte seca. O sistema distribuído
também é utilizado com um protocolo que controla apenas as entradas e saídas de controle.
Em outras palavras, a filosofia de sistemas distribuídos consiste em colocar a capacidade
de processamento e armazenamento junto ao usuário final, e a intercomunicação entre os
elementos do sistema permite ao usuário o acesso a dados e recursos localizados remotamente.
É preciso ter muita atenção, pois essas definições citam o “Sistema de Controle Distribuído” (SDCD)
e também os Sistemas Distribuídos. Apesar de serem bem parecidos, como o nome diz, um realiza o
controle em locais diferentes, e o outro, não.
VOCÊ
SABIA?
O precursor de sistemas distribuídos foi o SDCD, apesar de ter o
controle também distribuído. Esse sistema levou os controladores
programáveis a evoluir, tanto que hoje os SDCDs estão sendo
substituídos por controladores programáveis com os I/O distribuídos.
SAIBA
MAIS
Conheça a última geração de SDCDs, que são ainda muito utilizados,
acessando este site:
http://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/deltav/Pages/index.aspx
Os protocolos dos barramentos industriais são canais de comunicação gerenciados
pelo processador do controlador lógico programável e trazem informações de dispositivos
de entradas e saídas (I/O) discretas e analógicas, podendo ser desde uma remota até um
sensor/atuador inteligente. Quando falamos em sensor/atuador inteligente, devemos
lembrar que ele não precisa do controlador lógico programável para funcionar e realizar o
controle, e que apenas o utiliza para levar as informações, na maioria das vezes, ao sistema
de supervisão e controle.

102 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIQUE
ALERTA
O sistema de supervisão não deve ter lógicas de controle
implementadas na aplicação, pois geralmente, está
instalado em um computador que não é industrial. Desse
modo, se houver um problema no computador, o processo/
máquina irá parar e comprometer toda a produção,
Podemos também dizer que uma comunicação de campo pode ser utilizada
para interligar uma célula de produção a outra, mas devemos observar que esta
não é uma aplicação da comunicação dos barramentos de campo. Na figura 68 é
ilustrada a utilização da comunicação de campo.
Controlador
Lógico
Programável
Estação de
Supervisão
e Controle
Interface Fieldbus
Interface Fieldbus
fieldbus
&
Interface
de I / O
fieldbus
&
Interface
de I / O
FIELDBUS
fieldbus
&
Interface
de I / O
SENSORES
ATUADORES
PROCESSO
Figura 68 - Sistema com entradas e saídas distribuídas
Fonte: Autor
São algumas vantagens desse tipos de sistemas:
• maior controle do usuário final: o usuário final utiliza seu próprio sistema;
assim, o acessa quando for necessário, não precisando competir pelo uso do
sistema central com os outros usuários;
• maior eficiência: o usuário final utiliza máquinas de pequeno porte, com
aplicações dedicadas, obtendo, assim, melhor tempo de resposta;
• maior disponibilidade: como o sistema é constituído independentemente,
se um equipamento falhar os outros ficarão funcionando sem nenhum
problema, impedindo que o sistema pare por completo;
• modularidade: o sistema pode ser desenvolvido gradualmente, começando
com um pequeno número de máquinas que processam poucas aplicações,
podendo posteriormente aumentar o sistema;
• flexibilidade: sendo necessário, um equipamento pode ser substituído,
expandido, alterado ou retirado sem afetar os demais.

15 Sistemas Distribuídos 103
Sistema de Controle Distríbuído
Controller
Controller
Data High Way
Central Control Room
Controller
Controller
Sistema Centralizado
Central Control Room
Computer
Figura 69 - Comparativo entre sistema distribuído e sistema centralizado.
Fonte: SENAI/MG, [s/d]
Recapitulando
Aprendemos, neste capítulo, que o Controlador Programável para foram menos
utilizados do que os sistemas mais complexos de controle, principalmente, para os
sistemas da indústria petroquímica conhecidos como SDCDs – Sistemas Digitais de
Controle Distribuído. Vimos, também, que o Controlador Programável foi a base para
o grande desenvolvimento das redes, até conseguirmos um sistema com pontos de
I/O distribuídos pelo campo. Estudamos que esse sistema pode ser chamado de
sistema distribuído, pois possui o controle centralizado e as informações de estado
distribuídas pelo campo. Concluindo, aprendemos que as vantagens do sistema
distribuído são o maior controle por parte do usuário final, a maior eficiência do
sistema, a maior disponibilidade de operação, a modularidade e a flexibilidade.

Meios Físicos
16
Conforme visto no capítulo que abordou o modelo OSI aplicado a controladores lógicos
programáveis e a barramentos de campo, verificamos que o modelo OSI define os meios físicos
para a utilização. Vamos agora detalhar cada um deles.
VOCÊ
SABIA?
Cada cabo fabricado possui uma característica técnica e, também, uma
construção especial para realizar tarefas específicas. Um dos grandes
problemas encontrados na área técnica, no Brasil, é que misturamos
os cabos e suas funções, ou seja, generalizamos a utilização de
cabeamento. Por exemplo: em muitas instalações encontramos um cabo
sendo utilizado para rede de comunicação, que também está sendo
empregado para transmissão de sinal analógico de sensores (4-20mA).
16.1 Par trançado
Este meio físico é o mais difundido por ter seu custo de implementação reduzido. O mais
comum é o RS-485 e o RS-232. O RS-232 é pouco utilizado, mas ganha força com a utilização de
um conversor (hardware) de meio físico de RS-232 para RS-485. Podemos dizer que o RS-232 é
utilizado para conectar um equipamento ponto-a-ponto, como, por exemplo, a programação
de um dispositivo ou a comunicação com modem. O RS-485 tem sua constituição mais robusta
e imune aos ruídos e interferências com a utilização da malha de blindagem; por este motivo,
é o mais utilizado na indústria.
LAPP KABEL STU I I GART UNITRONIC BUS LD
Figura 70 - Cabo para comunicação de dados RS-485, com malha
Fonte: LAPP GROUP, 2012
SAIBA
MAIS
Para conhecer uma vasta gama de cabos e suas aplicações específicas,
visite o site da Lapp Kable: www.lappgroup.com
Para conhecer as normas EIA/TIA-568-B visite o site: http://www.tiaonline.org/
O par trançado, como o próprio nome diz, são dois fios enrolados em espiral, de forma a
reduzir o ruído e manter constantes as propriedades elétricas do meio físico ao longo de todo o
seu comprimento. Também permite a transmissão analógica ou digital. Esse cabo é classificado
em seis categorias, por isso apresentamos as características de três categorias, de acordo com
sua capacidade de utilização e aplicação. A seguir:

106 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Categoria Descrição
Categoria 3
Transmite tanto voz como dados. Pode chegar à uma velocidade
de até 10 Mbps. Pode ser usada em redes Ethernet, Fast
Categoria 4
Categoria 5
Ethernet e Token Ring.
Tem a mesma utilidade dos cabos da categoria 3, mas sua
velocidade chega a 20 Mbps.
Pode ser usado em redes Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet,
Token Ring e ATM. Sua velociade chega a 155 Mbps.
Quadro 4 - Categorias dos cabos segundo a norma EIA/TIA-568-B
Fonte: Energy information administration, [s/d].
Podemos encontrar vários tipos de conexão, como, por exemplo, os conectores
DB-9, os bornes de conexão e os conectores circulares.
CASOS E RELATOS
A causa escondida do problema
O grande problema que encontramos na utilização dos cabos é sua má
utilização, pois os técnicos pensam que qualquer cabo pode fazer o trabalho
de um cabo de rede. Certa vez, fomos contratados para realizar a automação de
uma estação de bombeamento de água bruta que havia sida inaugurada há uns
três anos, porém nunca tinha operado automaticamente.
Ao chegar na estação de bombeamento, nos deparamos com uma instalação
que possuía em seu controle principal um Controlador Lógico Programável
e dois inversores (um para cada bomba) interligados através de uma rede de
comunicação com protocolo Modbus-RTU. Como todos os equipamentos
estavam próximos, pensamos que a automação daquela estação seria simples.
Após desenvolvermos o software para o Controlador Programável, fomos realizar
alguns testes de comunicação para nos certificarmos de que as informações
que seriam trazidas dos inversores estavam corretas.
Para nossa surpresa, o resultado foi desastroso, pois os equipamentos
simplesmente não comunicavam. Ao realizar o teste individual com cada um
dos equipamentos e obter um resultado satisfatório, sobrou-nas apenas uma
causa para o problema: a montagem incorreta da rede.
Como resultado da péssima instalação realizada pela empresa anterior,
foi necessário colocar um cabo para rede RS-485 de uso interno, retirando
os cabos de energia que estavam sendo utilizados para a montagem da
rede. Outra medida realizada em conjunto foi a passagem de eletrodutos
galvanizados somente para a rede de comunicação, isolando os cabos de
alimentação dos inversores e dos motores que estavam gerando interferência.

16 Meios Físicos 107
16.2 Cabo coaxial
Outro meio físico é o cabo coaxial, no qual o condutor consiste em um núcleo
interno de cobre circundado por condutor externo, tendo um dielétrico separando
condutores. O condutor externo é ainda circundado por outra camada isolante,
conforme verificamos na figura 71.
LAPP KABEL STU I I GART RG - 213 / U
Figura 71 - Cabo coaxial
Fonte: LAPP GROUP, 2012
Este tipo de cabo possui uma grande variedade de construções, sendo
alguns melhores para altas frequências, outros mais imunes a ruídos etc. Os
cabos possuem alta qualidade e, por causa disso, tendem a não ser maleáveis,
o que torna a instalação um pouco difícil. Em sua forma construtiva, mantêm
uma capacitância constante e baixa, permitindo que trabalhemos com taxas
mais altas de transmissão. Por causa desta característica, esse tipo de cabo
sempre foi muito utilizado para a transmissão de áudio e vídeo, e é muito
encontrado em instalações de antenas de televisão em nossas casas.
Existem cinco tipos de conectores para serem utilizados com cabos
coaxiais em redes de computadores, são eles conector BNC padrão macho,
conector BNC tipo”T”, conector BNC tipo “i”, conector transceiver, conector
BNC de terminação.
16.3 Fibra ótica
Um dos meios físicos mais interessantes é a fibra ótica. Seu núcleo pode ser
construído em vidro ou em plástico. A transmissão é realizada pelo envio de um
sinal de luz codificado, dentro do domínio de frequência do infravermelho na
grandeza de 10^12 até 10^14 Hz. Devido a essa característica, caso seja instalada
corretamente, a fibra ótica é totalmente imune a ruídos elétricos. Por não terem
contato elétrico entre as partes, o isolamento entre o transmissor e o receptor não
precisa ser no mesmo ponto podemos utilizar aterramentos distintos.
Os únicos problemas apresentados são o alto custo de implantação e a
necessidade de junção de fibras em longas distâncias.
Figura 72 - Fibra ótica
Fonte: LAPP GROUP, 2012

108 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL FIQUE
ALERTA
Não utilize cabos multifunção, pois eles não são
específicos, apresentam falhas durante a operação e
podem comprometer o desempenho final. Muitas vezes,
um sistema pode ficar inoperante durante um bom
tempo, até que se descubra que o cabo é o causador dos
problemas. Por isso, utilize sempre o cabo adequado.
SAIBA
MAIS
Resumo das normas.
EIA/TIA 568 Especificação geral sobre cabeamento
estruturado em instalações comerciais.
EIA/TIA 569 Especificações gerais para encaminhamento
de cabos (infraestrutura, canaletas, bandejas, eletrodutos,
calhas).
EIA/TIA 570 Especificação geral sobre cabeamento
estruturado em instalações residenciais.
EIA/TIA 607 Especificação de aterramento
Recapitulando
Neste capítulo apresentamos o meio físico mais utilizado atualmente
na indústria, que é o par trançado. Ele pode ser encontrado nas redes que
utilizam os padrões RS-232 e RS-485, e também a Ethernet. Aprendemos
que o cabo coaxial é um dos mais antigos, devido a suas características
construtivas, e continua sendo utilizado em larga escala para a transmissão
de áudio e vídeo. Concluído este capítulo, vimos que a fibra ótica é o meio
físico mais moderno e, por isso, tem sido amplamente utilizada devido,
principalmente, à sua imunidade e às altas taxas de transmissão.

Anotações:
16 Meios Físicos 109

Tipos de Comunicação de Dados
17
Os tipos de comunicação dos dados entre Controladores Lógicos Programáveis, ou entre
Sistema de Supervisão e Controladores Lógicos Programáveis, devem ser definidos. Existem
Controladores Lógicos Programáveis que se comunicam em redes com protocolos abertos
(tipo de rede utilizada por diferentes fabricantes) ou em redes com protocolos proprietários
(tipo de rede utilizada apenas pelo fabricante). Definiremos dois modelos de rede descritos
como Origem/Destino e Produtor/Consumidor. Vamos ver cada um deles.
17.1 Rede do tipo origem/destino
Nesse tipo de configuração, os dados são transmitidos/recebidos do nó fonte para um
destino específico. A ação sincronizada entre os nós é muito difícil, uma vez que os dados
chegam aos nodos em momentos diferentes. Nesse tipo de rede existe o desperdício de
recursos em função da repetição dos mesmos dados quando apenas o destino é diferente.
17.2 Rede do tipo produtor/consumidor
Em relação à rede do tipo produtor/consumidor, os dados são transmitidos/recebidos do nó
fonte para todos os nós da rede simultaneamente. Em uma mesma rede podem trafegar dados
de controle, de Entradas e Saídas Digitais e Analógicas, e também dados de configuração,
podendo dar prioridade para os dados de Entradas e Saídas.
Os sistemas do tipo Produtor/Consumidor possuem várias divisões e podemos citar o
Mestre/Escravo, Multimestre ou Ponto-a-Ponto. A troca de dados pode ser do tipo cíclico, ou
seja, os dispositivos produzem os dados a uma taxa configurada pelo programador. Lembre-se
de que esta taxa deve sempre estar dentro do intervalo de atualização aceito no projeto.
Em uma rede do tipo Produtor/Consumidor, os dados são identificados pelo conteúdo e
não pela origem e/ou destino. No cabeçalho da mensagem encontra-se apenas a informação
do número da mensagem e, assim, os dispositivos que precisam deste dado a “consomem”. Esta
tecnologia de redes permite que os dados síncronos de Entradas e Saídas sejam adquiridos em
intervalos específicos e que dados não síncronos como uploads, downloads, configuração e
programação sejam transferidos em intervalos não programados. Esses dois tipos de tráfego são
suportados pela rede sem que um tipo venha interferir no outro.

112 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Figura 73 - Tipo de rede Produtor/Consumidor
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
17.2.1 Comunicação mestre/escravo
Nesse tipo de comunicação, a estação Mestre é fixa e somente ela é capaz de
iniciar as mensagens. Os dispositivos do tipo Escravo trocam dados apenas com
o Mestre, informando somente os dados solicitados. Esse tipo de rede suporta
apenas um Mestre e múltiplos Escravos.
VOCÊ
SABIA?
A comunicação do tipo Mestre/Escravo é a mais utilizada na
indústria, principalmente quando queremos comunicar um
Controlador Programável com um sistema de supervisão,
podendo ser um computador PC, industrial ou até mesmo
uma IHM. Esta situação é bem comum em pequenas
plantas e, também, em máquinas.
Figura 74 - Tipo de rede Mestre/Escravo
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]

17 Tipos de Comunicação de Dados 113
17.2.2 Comunicação multimestre
Esse tipo de comunicação é exatamente idêntico ao Mestre/Escravo, porém
com a diferença que a comunicação MultiMestre suporta mais do que um Mestre.
Figura 75 - Tipo de rede MultiMestre
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
17.2.3 Comunicação ponto-a-ponto
Um par de estações toma o controle da rede por vez para trocar informações
entre elas. Não é realizado o polling para verificar se a estação receptora está ativa
e possui mensagens para enviar. Os dispositivos podem trocar dados com mais de
um dispositivo, ou múltiplas trocas com o mesmo dispositivo.
*** ***
Figura 76 - Tipo de rede Ponto-a-Ponto
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
17.2.4 Multitransmissão
Nessa situação, os dados são transmitidos simultaneamente para todos os
equipamentos da rede.

114 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 17.2.5 Passagem de ficha
Nesse tipo de rede não existe Mestre nem Escravo, e a cada instante uma
estação está no controle da rede, quando envia e recebe seus dados. Após receber
seus dados, passa a vez para a próxima estação, que também deverá enviar e
receber seus dados, e assim por diante.
FIQUE
ALERTA
Alguns tipos de comunicação são bem parecidos. Por
esse motivo, devemos ter muita atenção no momento
do projeto para não haver confusão. Antes de projetar a
rede, devemos verificar com o fabricante a capacidade de
cada um dos equipamentos a serem instalados e garantir
que podem ser interligados; caso contrário, a rede não irá
funcionar.
Recapitulando
Aprendemos a identificar de que forma os dados podem ser trocados entre
os equipamentos de uma rede. Vimos, também, que podemos definir dois
modelos que se adequam ao Controlador Programável e podem ser descritos
como origem/destino e produtor/consumidor. Neste capítulo soubemos que
no modelo produtor/consumidor se encontram quase todos os tipos de troca
de dados, dos quais podemos citar os protocolos do tipo Mestre/Escravo,
Multimestre, ponto-a-ponto, passagem de ficha e multitransmissão.

Anotações:
17 Tipos de Comunicação de Dados 115

Métodos de Troca de Dados
18
Existem três tipos de métodos para troca de dados, entre eles o Cíclico, o Não Solicitado e o
Polling. Vamos detalhar um pouco mais cada um dos três métodos.
18.1 Cíclico
Neste método, os dispositivos produzem dados a uma certa taxa configurada pelo
programador. Novamente, o intervalo máximo de atualização deve estar no valor definido em
projeto, e o valor da taxa de atualização também.
A transferência de dados cíclica é eficiente devido ao fato de os dados serem
transferidos numa taxa adequada ao dispositivo/aplicação. Desse modo, os recursos
podem ser preservados pelos dispositivos com alta variação e maior determinismo.
Esse método é compatível com a utilização dos tipos de comunicação Mestre/Escravo,
Multimestre, ponto-a-ponto e multitransmissão.
a cada 100ms
a cada 5ms
a cada 2000ms
Analógica
l / O
Figura 77 - Método cíclico
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
FIQUE
ALERTA
Para não haver confusão entre os métodos de comunicação cíclico e
polling nas diferenças das redes de comunicação, utilize corretamente
os recursos da rede.

118 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 18.2 Não solicitada (unsolicited)
Neste tipo de troca de dados os dispositivos produzem mensagens quando existe
alguma alteração no valor (estado) de certa memória, otimizando, assim, a transferência
dos dados trocados entre dois equipamentos. Uma mensagem é enviada ciclicamente
para ver se os equipamentos estão ativos ou com falha. Um sinal é uma mensagem
em segundo plano e é transmitido ciclicamente para confirmar que o dispositivo está
ok. A mudança de estado é eficiente porque se reduz significativamente o tráfego da
rede e recursos não são desperdiçados processando-se dados antigos.
Digital
l / O
Figura 78 - Método Não Solicitado
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
CASOS E RELATOS
O método correto para determinado evento
Vamos analisar o caso de um sistema que roda executando ciclos de atualização do
método de mensagem não solicitada (unsolicited). Uma das grandes áreas de atuação
da automação é o setor de energia elétrica. Toda vez que uma nova subestação de
energia elétrica é construída, uma norma da ANEEL solicita as concessionárias a
instalarem um sistema de supervisão em plataforma Unix, conhecida como SAGE
– Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia. Veja a resolu;áo normativa n o
338/2008 da ANEEL (www.aneel.gov.br/cedoc/ren2008333.pdf), e o Sistema Aberto
de Gerenciamento de Energia (SAGE), no site www.sage.cepel.br.
Assim, além da instalação de um sistema de supervisão para monitoração e
controle de toda a estação, também há necessidade da instalação do SAGE, que
está interligado diretamente à agência de energia, em Brasília. Toda vez que ocorrer
um evento, como a abertura de uma seccionadora, por exemplo, o controlador
programável armazena a informação em uma placa especial de eventos (por meio
do que chamamos de time-stamp), com precisão de centésimos de segundos.
Automaticamente, o SAGE é informado pelo método de mensagem não solicitada.
Dependendo do tamanho da subestação, são milhares de pontos monitorados e,
no caso de algum evento, as informações devem ser enviadas em tempo real, o que
torna os métodos de polling ou cíclico inviáveis para esse tipo de aplicação.

18 Métodos de Troca de Dados 119
18.3 Polling
O “Polling” é uma mensagem enviada pelo equipamento central à rede, sendo que
os outros equipamentos só poderão responder a esta solicitação se ela for enviada
com destino a ele. O desempenho deste tipo de rede depende principalmente do
equipamento principal, porém a falta de algum outro nó não afetará a rede.
Este método é utilizado em sistemas do tipo Mestre/Escravo e também na
MultiMestre.
Figura 79 - Método de Polling
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
Recapitulando
Neste capítulo conseguimos identificar os métodos utilizados para
transportar os dados entre os equipamentos de uma mesma rede. Aprendemos
que esses métodos são o cíclico, o não solicitado e o polling. Estudamos
que no método cíclico os equipamentos geram os dados a uma certa taxa
configurada pelo programador. No método não solicitado, os equipamentos
geram os dados quando existe alguma alteração no estado de uma certa
memória, otimizando, assim, o canal de comunicação de dados. Já no método
de polling aprendemos que o equipamento central envia uma mensagem à
rede, sendo que os equipamentos só responderão as mensagens que forem
enviadas com destino eles.

Protocolos Industriais
19
Cada fabricante possui protocolos de comunicação de dados conhecidos como proprietários.
Em vez de analisar cada um desses protocolos, estudaremos alguns protocolos abertos.
Os protocolos de comunicação têm a função de estabelecer os parâmetros de troca de dados
entre os equipamentos, de forma ordenada, evitando erros e informando seu acontecimento.
Na figura 80 vemos a maior parte dos protocolos existentes no mercado. Basearemos o curso
nos protocolos mais utilizados e conhecidos no mercado.
Faixa de Aplicação de Redes
NÍVEL DE AUTOMAÇÃO
Sensor
Nível de Bit Dispositivo Controle Negócio
Interbus
Loop
interbua
ASI
Profibus DP
Seriplex
Can
Profibus
FMS
CCL ink
Contro LNet
DeviceNet
SDS
ATM / FDDI
Etherenet 10/100/1000 Base - T
DeviceWFIP WorldFIP
LonWorks
HART
IEC / SP50 H2
IEC / SP50H1
Profibus PA
Discreto Aplicações Processo
Figura 80 - Faixa de aplicação das redes de campo
Fonte: ALLEN BRADLEY, [s/d]
19.1 Protocolo modbus
O protocolo Modbus foi um dos primeiros protocolos abertos, desenvolvido pela Modicon,
para a comunicação entre Controladores Lógicos Programáveis. Atualmente, esse protocolo
pertence ao grupo da Schneider Electric e é utilizado em larga escala por quase todos os
fabricantes. O protocolo Modbus possui duas variações, o Modbus-RTU e o Modbus-ASCII.
Analisaremos apenas o RTU por ser o protocolo mais utilizado.

122 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Inicialmente, o protocolo só era funcional nas portas dos controladores que
utilizavam RS-232 ou RS-485. Atualmente, temos essas mesmas portas, cartões
adaptadores de rede para computadores, módulos especiais e gateways da
Modicon e de outros fabricantes.
Entre os dispositivos que utilizam esse protocolo, citamos os Controladores
Lógicos Programáveis, interfaces homem máquina, unidades terminais remotas
(RTU), drives AC/DC, sensores e atuadores inteligentes.
SAIBA
MAIS
Para conhecer um pouco mais sobre o protocolo Modbus,
acesse o site da organização:
www.modbus.org
No nível de mensagens, o protocolo do Modbus aplica o tipo de comunicação
Mestre/Escravo, mesmo que por vezes pareça que temos um tipo de rede ponto
a ponto. Assim, podemos dizer que quando um controlador gera uma mensagem
(comportamento de equipamento mestre), ele aguarda uma resposta de um
escravo. De forma similar, quando um controlador recebe uma mensagem, ele
deve responder como se fosse um escravo, retornando a mensagem para o
controlador que a originou. Vemos esse tipo de comunicação na figura 81.
Query message from Master
Device Address
Function Code
Eight - Bit
Data Bytes
Error Check
Device Address
Function Code
Eight - Bit
Data Bytes
Error Check
Response message from Slave
Figura 81 - Ciclo de pergunta-resposta do mestre/escravo
Fonte: MODICON INC, 1996
19.1.1 A pergunta
O código da função na pergunta indica ao dispositivo escravo qual o tipo de
ação que deverá ser realizada. Os bytes de dados contêm informações adicionais de
que o escravo precisa para executar a função. Por exemplo: se utilizarmos o código
de função 03 (leitura de registros), o escravo irá agrupar suas informações referentes
aos registros e responderá ao mestre com seus valores. O campo de dados deve
conter informações para o escravo, comunicando o registro inicial e a quantidade
deles que devem ser informados ao mestre. O campo de erros possibilita ao escravo
validar a integridade do conteúdo da mensagem enviada ao mestre.

19 Protocolos Industriais 123
19.1.2 A resposta
Se o escravo envia uma resposta normal, o código da função enviada ao mestre
deve ser exatamente igual à solicitada; ou seja, se a função solicitada pelo mestre
for a 16 (escrita de múltiplos registros), então a resposta deverá conter o código de
função 16. Os bytes de dados contêm os valores coletados pelo escravo, sendo eles
os valores ou o estado dos registros. Na ocorrência de um erro, o código da função
é modificado para indicar que a resposta é um erro e que os bytes de dados contêm
o código descrevendo o erro ocorrido. O campo de checagem de erro permite ao
mestre confirmar que aquela mensagem de erro é válida antes de aceitá-la.
19.1.3 Modo RTU (Remote terminal unit)
A expressão desenvolvida pela Modicon para suas remotas de entradas e saídas
(I/O), conhecidas como Remote Terminal Unit (RTU), são conhecidas, atualmente,
como remotas de I/O. Quando ajustamos um equipamento para comunicar por
meio de uma rede Modbus, utilizando o modo RTU (Unidade Terminal Remota
– Remote Terminal Unit), significa que cada byte (8 bits) em uma mensagem
contém dois caracteres hexadecimais de 4 bits cada (0-F).
A maior vantagem desse modo é que permite maior densidade de tráfego
de dados do que o modo ASCII, na mesma velocidade de transferência, ou
seja, são mais dados enviados pelo modo RTU do que pelo ASCII. Por este
motivo, principalmente, o RTU é mais utilizado. Cada mensagem pode ser
transmitida em sequência.
O formato de cada byte no modo RTU esta descrito na quadro 4:
Formato de bytes no modo RTU
Sistema de Codificação Binário de 8 bits / Hexadecimal 0-F;
Dois caracteres Hexadecimal contendo em cada um o campo
Bits por Byte
de mensagem com 8 bits.
1 start bit;
8 bits de dados, menos significante enviado antes;
1 bit de paridade par/impar, ou sem bit quando for sem paridade;
1 stop bit quando houver paridade e 2 quando não houver
Campo de Erro
paridade.
Checagem de Redundância Cíclica (CRC).
Quadro 5 - Formato de bytes no modo RTU
Fonte: Autor

124 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 19.1.4 Frame RTU
No modo RTU, as mensagens começam com um intervalo de silêncio
com comprimento de 3,5 caracteres. Esse comprimento é mais facilmente
implementado utilizando múltiplos para caracteres na taxa de transmissão, que é
utilizada na rede de trabalho, e pode ser representado por T1-T2-T3-T4 no frame
a seguir. Após o intervalo inicial, o primeiro campo a ser enviado é o endereço do
equipamento na rede.
Os caracteres permitidos para transmissão de todos os campos são os números
hexadecimais (0-F). Os equipamentos pendurados na rede monitoram-na
constantemente, inclusive nos intervalos de silêncio. Quando o primeiro campo
(o campo de endereçamento) é recebido, cada um dos dispositivos o decodifica
internamente para descobrir a qual escravo pertence a solicitação.
Após o último caractere transmitido, um intervalo similar ao primeiro com um
tempo de, no mínimo, 3,5 caracteres marca o final da mensagem. Uma mensagem
pode começar a transmitir logo após esse intervalo.
O frame da mensagem inteira deve ser transmitido continuamente de uma vez
só. Se ocorrer um intervalo de silêncio com duração acima de 1,5 caracteres, antes
da finalização do frame, o equipamento que a recebe deve eliminar a mensagem
incompleta e assumir que o próximo byte será o campo de endereçamento da
nova mensagem.
Do mesmo modo, se uma nova mensagem começar com um tempo menor que
os 3,5 caracteres, após a mensagem anterior, o escravo que receber a mensagem irá
considerar como uma continuação da mensagem anterior. Isso gerará um erro, pois
o CRC no final da mensagem não terá um valor correto para as mensagens.
Na figura 82 vemos um frame de mensagem do Modbus RTU:
START
ADDRESS
DATA
CRC
CHECK
END
T1 - T2 - T3 - T4
8 BITS
n x 8 BITS
16 BITS
T1 - T2 - T3 - T4
Figura 82 - Frame do Modbus RTU
Fonte: MODICON INC., 1996
19.2 Profibus (process field bus)
O Profibus é, atualmente, um dos padrões de rede mais empregados no
mundo todo. Esta rede teve início por volta de 1987, em uma iniciativa conjunta
de alguns fabricantes, usuários e também do governo alemão. Em face desse
acontecimento, a rede já nasceu como uma norma alemã chamada DIN 19245,
que está incorporada na norma europeia Cenelec EN 50170, e desde 1999 incluída
na normas IEC 61158/IEC 61784.

19 Protocolos Industriais 125
O Profibus é um padrão aberto de rede de comunicação industrial utilizado em
muitas aplicações de automação da manufatura, de processos e, também, predial.
Como o protocolo é aberto, existe uma independência dos fabricantes, podendo
cada um produzir seu equipamento. Assim, há garantia de que os equipamentos
funcionem com qualquer mestre Profibus. Com o Profibus, dispositivos de
diferentes fabricantes podem comunicar-se sem a necessidade de qualquer
adaptação na interface.
SAIBA
MAIS
Para conhecer um pouco mais sobre o protocolo Profibus,
acesse o site da organização:
www.profibus.org.br
O Profibus está dividido em três famílias, ou, como é chamado na comunidade
Profibus, está dividido em três Communication Profiles, como veremos nos
próximos tópicos.
19.2.1 Profibus-DP (Decentralized Periphery)
O Profibus-DP é primeira versão criada e especializada na comunicação
entre sistemas de automação e equipamentos periféricos distribuídos. É a rede
do Profibus mais utilizada frequentemente. Otimizado para a alta velocidade e
com conexão de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicação
entre sistemas de controle de automação e suas respectivas entradas e saídas
(I/O) distribuídas em nível de equipamentos. O Profibus-DP pode ser usado
para substituir a transmissão de sinais em 24 Vcc em sistemas de automação de
manufatura, assim como para a transmissão de sinais de 4-20 mA ou HART em
sistemas de automação de processo.
19.2.2 Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification)
O Profibus-FMS é uma rede de grande capacidade para comunicação de
dispositivos inteligentes tais como computadores, controladores lógicos
programáveis e outros sistemas inteligentes que impõem alta quantidade de
transmissão de dados. Podemos dizer que esse perfil é universal (aceita qualquer
equipamento) para tarefas de comunicação complexas. Esse tipo de rede perdeu
muita força desde a utilização da rede Ethernet TCP/IP, que realiza a mesma
funcionalidade do Profibus FMS.

126 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 19.2.3 Profibus-PA (Process Automation)
O Profibus-PA é uma rede para a interligação de instrumentos analógicos de campo
e para transmissores de pressão, vazão, temperatura etc. Esta rede possui uma grande
fatia do mercado de barramentos de campo, geralmente chamados de Fieldbus.
19.2.4 Tipos de Comunicação
O Profibus é uma rede que suporte multimestre. A especificação deste
barramento de campo distingue dois tipos de dispositivos:
• Dispositivo mestre – O mestre é capaz de enviar mensagens independentes
de solicitações externas quando tiver a posse do token. São também
chamados de estações ativas. Os dispositivos mestres determinam a
comunicação de dados no barramento. Um mestre pode enviar mensagens,
sem uma requisição externa, sempre que possuir o direito de acesso ao
barramento (o token). Os mestres também são chamados de estações ativas
no protocolo Profibus.
• Dispositivo escravo – Os escravos não possuem direito de acesso ao
barramento e podem, apenas, confirmar o recebimento de mensagens ou
responder a uma mensagem enviada por um mestre. Os dispositivos escravos
são dispositivos remotos (de periferia), tais como módulos de entradas e
saídas (I/O), válvulas, acionamentos de velocidade variável e transdutores.
Eles não têm direito de acesso ao barramento. Os escravos também são
chamados de estações passivas, já que, para executar essas funções de
comunicação, somente uma pequena parte do protocolo se faz necessária.
Sua implementação é particularmente econômica.
19.2.5 Meio de Transmissão
Existem três tipos de meio físico de comunicação que podem ser utilizados
pelo Protocolo Profibus:
RS-485
O padrão RS-485 é a tecnologia de transmissão mais frequentemente
encontrada no Profibus. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais é necessária
uma alta taxa de transmissão aliada a uma instalação simples e barata. Um par
trançado de cobre blindado com um único par condutor é o suficiente nesse caso.

19 Protocolos Industriais 127
A tecnologia de transmissão RS-485 é muito fácil de manusear. O uso de par
trançado não requer conhecimento ou habilidade especial. A topologia, por sua
vez, permite a adição e a remoção de estações e uma colocação em funcionamento
do tipo passo a passo, sem afetar outras estações.
Expansões futuras, portanto, podem ser implementadas sem afetar as estações
já em operação. Taxas de transmissão entre 9.6 kbit/sec e 12 Mbit/sec podem ser
selecionadas, porém uma única taxa de transmissão é selecionada para todos os
dispositivos no barramento, quando o sistema é inicializado.
Instruções de instalação para o RS-485
Todos os dispositivos são ligados a uma estrutura de tipo barramento linear. Até
32 estações (mestres ou escravos) podem ser conectadas a um único segmento.
O barramento é terminado por um terminador ativo do barramento, no início
e fim de cada segmento. Para assegurar uma operação livre de erros, ambas as
terminações do barramento devem estar sempre ativas.
Normalmente, esses terminadores se encontram nos próprios conectores de
barramento ou nos dispositivos de campo, acessíveis por meio de uma dip-switch.
No caso de mais de 32 estações necessitarem ser conectadas, ou no caso de a
distância total entre as estações ultrapasse um determinado limite, devem ser
utilizados repetidores para interconectar diferentes segmentos do barramento.
Baud rate (kbit/s)
Distância / segmento (m)
9.6
1200
19.2 93.75 187.5 500 1500 12000
1200 1200 1000 400 200 100
Figura 83 - Tabela de velocidades suportadas pelos cabos Profibus
Fonte: PROFIBUS, 1999
Durante a instalação, devemos observar atentamente a polaridade dos sinais
de dados (A e B). O uso da blindagem é absolutamente essencial para obtermos
alta imunidade contra interferências eletromagnéticas. A blindagem, por sua vez,
deve ser conectada ao sistema de aterramento em ambos os lados com bornes
de aterramento adequados. Adicionalmente, é recomendado que os cabos de
comunicação sejam mantidos separados dos cabos de alta voltagem. O uso de
cabos de derivação deve ser evitado para taxas de transmissão acima de 1,5
Mbits/s. Os conectores disponíveis atualmente no mercado permitem que o cabo
do barramento entre/saia diretamente no conector, permitindo, assim, que um
dispositivo seja conectado/desconectado da rede sem interromper a comunicação.
VOCÊ
SABIA?
Nota-se que quando ocorrem problemas em uma rede
Profibus, cerca de 90% dos casos são provocados por
incorreta ligação e/ou instalação. Esses problemas podem
ser facilmente solucionados com o uso de equipamentos
de teste, os quais detectam falhas nas conexões.

128 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Fibra óptica
É o meio físico mais recomendado para locais onde há grande possibilidade
de interferências eletromagnéticas (EMI). Existem equipamentos disponíveis
no mercado para efetuar a conversão de RS-485 para fibra óptica e vice-versa,
específica para rede Profibus DP.
19.2.6 Protocolo de acesso ao meio profibus
O protocolo Profibus de acesso ao barramento inclui o procedimento de
passagem do token, que é utilizado pelas estações ativas da rede (mestres) para
comunicar-se uns com os outros, e o procedimento de Mestre-Escravo, que é usado
por estações ativas para se comunicarem com as estações passivas (escravos).
O procedimento de passagem do token garante que o direito de acesso ao
barramento seja designado a cada mestre dentro de um intervalo preciso de
tempo. A mensagem de token, um telegrama especial para passar direitos de
acesso de um mestre ao próximo mestre, deve ser distribuída no anel lógico
de token pelo menos uma vez a todos os mestres, dentro de um intervalo
de tempo máximo, denominado tempo de rotação do token. No Profibus, o
procedimento de passagem de token somente é utilizado na comunicação
entre estações ativas (mestres).
O procedimento mestre-escravo permite ao mestre, no momento em que
possui o token, acessar seus próprios escravos. O mestre pode enviar mensagens
aos escravos ou ler mensagens deles. Este método de acesso permite as seguintes
configurações de sistema:
• sistema puro Mestre-Escravo;
• sistema puro Mestre-Mestre (com passagem de token);
• uma combinação dos dois.
19.2.7 Perfil de comunicação - DP
O Profibus-DP foi projetado para a comunicação de dados em alta velocidade no
nível de equipamentos. Os controladores centrais (por exemplo, os controladores
lógicos programáveis e computadores pessoais) comunicam-se, via um link serial
de alta velocidade, com seus dispositivos de campo distribuídos, sendo eles as
placas de entradas e saídas (I/O’s), acionamentos (drivers), válvulas etc.

19 Protocolos Industriais 129
A maior parte da comunicação de dados com os dispositivos distribuídos
é feita de maneira cíclica. As funções necessárias para estas comunicações são
especificadas pelas funções básicas do Profibus-DP, conforme o EN 50170. Além
da execução dessas funções cíclicas, funções de comunicação não cíclicas estão
disponíveis especialmente para dispositivos de campo inteligentes, permitindo,
assim, configuração, diagnóstico e manipulação de alarmes.
19.3 Canopen
Desenvolvido pela empresa Bosch em 1983, o padrão CANOpen
consiste em um planejamento de endereçamento e alguns protocolos de
comunicação. Os protocolos de comunicação têm suporte ao gerenciamento
de rede, monitoração de dispositivo e comunicação entre nós, incluindo o
envio de mensagens segmentadas ou não. O nível de link e a camada física
são desenvolvidos exatamente igual ao CAN (Controller Area Network),
apesar de os dispositivos poderem utilizar outros meios de comunicação,
assim como, a Ethernet, o Powerlink, EtherCAT, porém implementando o
CANOpen. O dispositivo básico do CANOpen e as configurações são definidas
pelos padrões, e as configurações mais avançadas são construídas com base
em configurações básicas.
SAIBA
MAIS
Para conhecer um pouco mais sobre o CANOpen, acesse o
site:
www.can-cia.de
19.3.1 Objeto identificador de comunicaçáo (COB-ID)
O CANbus é a camada física do CANOpen e pode apenas transmitir pequenos
pacotes que consistem de uma identificação (ID) de 11bits, um bit de requisição
remota de transmissão (RTR) e de 0 até 8 bytes de dados. O padrão do CANOpen
divide o frame de identificação da CAN composto por 11 bits em um código de
função de 4 bits e uma identificação de 7 bits para o nó. Este fato limita a quantidade
de equipamentos da rede em 127. Esta quantidade de equipamentos pode ser
expandida utilizando-se as normas da CAN 2.0, porém, no momento, é uma
quantidade de equipamentos que não se utiliza muito. Os 11 bits de identificação
do frame são conhecidos como o Objeto Identificador de Comunicação (COB-ID –
Communication OBject IDentifier).

130 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL No caso de colisões entre as comunicações na rede do CANOpen, o barramento
escolhe a menor mensagem e a encaminha primeiro e, posteriormente, a outra.
Ainda, em caso de colisões, e como os frames possuem os 4 primeiros bits como
código da função de identificação, podemos usar esse mesmo código para garantir
prioridade no envio de mensagem reduzindo, assim, o tempo de comunicação.
O conteúdo padrão do frame CANOpen está apresentado na figura 84:
Length
Function code Node ID RTR
4 bis 7 bit 1 bit
Data length
4 bits
Data
0 - 8 bytes
Figura 84 - Frame CANOpen
Fonte: MOELLER, 2007
O padrão possui alguns objetos de comunicação (COB-IDs) para gerenciar
a rede e transferir os Objetos de Serviço de Dados (SDO - Service Data Object).
Alguns códigos de funções e objetos de comunicação (COB-IDs) podem ser
mapeados para realizarem algumas tarefas de inicialização e, posteriormente,
para outras finalidades durante o funcionamento do sistema.
19.3.2 Modelos de comunicação
Diferentes tipos de comunicação podem ser utilizados para transferir as
mensagens entre os equipamentos da rede CANOpen. No modo Mestre/Escravo, um
equipamento é designado como mestre que envia ou requisita os dados dos escravos.
No modo Cliente/Servidor utiliza-se o protocolo do serviço de dados (SDO), em que
o cliente os envia para um servidor e ele replica os dados para um ou mais clientes.
No modo Produtor/Consumidor é utilizado o recurso de batimentos (heartbeat)
e de guarda de nó (node guarding). O produtor pode enviar ao consumidor, sem
requisição específica, e também o consumidor pode requisitar os dados ao produtor.
19.3.3 Protocolo de gerenciamento de rede (NMT)
O protocolo de Gerenciamento de Rede (NMT – Network ManagemenT)
é utilizado para monitorar e comandar as mudanças de máquina como, por
exemplo, os dispositivos de partida e parada. O protocolo de controle de módulo
pode ser utilizado para ordenar a mudança de estado dos equipamentos da rede.
Nesse protocolo, o COB-ID do frame do CAN é sempre 0, significando que o código
da função também é 0, e a identificação do nodo é 0, o que representa que todos
os nodos da rede processarão essa mensagem.

19 Protocolos Industriais 131
Os batimentos (heartbeat) são utilizados para monitorar os nodos na rede
e verificar se estão ativos. O produtor do batimento, geralmente um escravo,
envia uma mensagem periodicamente com uma função binária de 1110 e o
número do escravo (COB-ID = 0x700 + ID do endereço). O consumidor faz
a leitura dessa mensagem, e se ela não chegar em certo, limite de tempo
(definido em programação do dispositivo), o consumidor poderá tomar uma
ação como, por exemplo, reiniciar o dispositivo e indicar erro de comunicação
com o escravo.
19.3.4 Objeto de serviço de dados (SDO)
Esse protocolo é utilizado para ajustar e ler valores dos equipamentos
remotos. Os dispositivos são acessados por meio do SDO cliente. A
comunicação é sempre iniciada pelo cliente. Na terminologia CANOpen, a
comunicação é vista do servidor SDO. Como a quantidade de bytes enviados
pelo frame pode ser maior do que 8 bytes, o SDO tem a capacidade de
implementar ou não a segmentação de grandes mensagens.
O COB-ID das respectivas mensagens enviadas do cliente para o servidor, e
do servidor para o cliente, pode ser ajustado. Podemos ter até 127 endereços
para servidores (0x1200 – 0x127F); já os clientes podem utilizar até 127
endereços (0x1280-0x12FF).
19.3.5 Objeto de processamento de dados (PDO)
O protocolo do Objeto de Processamento de Dados (PDO – Process Data
Object) é utilizado para processar, em tempo real, os dados vindos de vários
nodos. Um PDO pode conter múltiplos objetos. Existem dois tipos de PDOs
de Transmissão (TPDOs) e dois PDOs de Recepção (RPDOs). Podem-se utilizar
os PDOs síncronos ou assíncronos.
19.3.6 Objeto de sincronização (SYNC)
Nesse tipo de protocolo, o produtor envia um sinal de sincronização para o
consumidor. Quando o consumidor do sincronismo recebe o sinal, ele inicia as
tarefas de sincronização. Em geral, o tempo de transmissão síncrona do PDO é
parecido com o tempo de sincronismo.

132 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 19.3.7 Time stamp (TIME)
É o protocolo utilizado para registrar o tempo absoluto em unidade de ms, após
a meia-noite, nos dias a partir de 1º de janeiro de 1984. Em algumas aplicações
críticas, principalmente para as concessionárias de energia, o registro de horário é
necessário para os eventos ocorridos.
19.3.8 Protocolo de emergência
No protocolo de emergência, as mensagens de emergência são enviadas na
ocorrência de erro do dispositivo.
19.4 Smartwire
Descreveremos um pouco mais esse novo protocolo, pois ele é muito “inteligente”.
O smartwire tem o propósito de integrar todos os equipamentos ao Controlador
Lógico Programável sem a necessidade de utilização de placas de entradas e saídas
remotas, começando por um botão até interfaces homem máquina e inversores de
frequência. Esse protocolo é conhecido como smartwire-darwin ou pela abreviação
SWD. Na figura 85, temos os elementos do sistema smartwire-darwin.
Figura 85 - Elementos do Sistema SmartWire Darwin
Fonte: EATON CORPORATION, 2010
O smartwire é um sistema de conexão de equipamentos e elementos
eletromecânicos e de controle. A estrutura principal deste protocolo é a rede
autoconfigurável, na qual os dados são trocados com os escravos por meio de um
condutor flat de 8 vias. Os escravos do smartwire são alimentados por meio do mesmo
cabo, podendo ser conectados até 99 escravos em um mesmo gateway, que pode
comunicar utilizando os protocolos Profibus, CANOpen e DeviceNet, entre outros.
Como os escravos do smartwire são localizados, em sua maioria, dentro do
próprio painel de comando e controle, este sistema reduz consideravelmente
os custos com cabeamento. A topologia é criada com um software que verifica
falhas de configuração antes mesmo de enviar ao equipamento.

19 Protocolos Industriais 133
A cabeça de rede sempre é um gateway, que disponibiliza a alteração do meio
físico de cabo RS-485 (par trançado) para cabo chato. Esse gateway smartwire
controla a troca de dados utilizando uma rede do tipo Mestre/Escravo, em que
ele é o mestre e, ao mesmo tempo, executa as funções de escravo no barramento
superior com o controlador programável.
19.4.1 Elementos do smartwire
1
4
5
5
11
9
8
7
3
6
4
3
7
3
12 6
3
10
Figura 86 - Painel montado com Sistema SmartWire Darwin
Fonte: EATON CORPORATION, 2010
1. SWD gateway
2. M22-SWD - botoeira em porta de painel
3. Interruptor de conexão SWD
4. SWD módulo de entradas e saídas
5. SWD módulo de contactoras
6. Resistor de terminação
7. Cabo circular
8. M22-SWD – botoeira em porta de painel
9. Cabo chato
10. Terminal de acoplamento
11. Módulo de potência.

134 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Alguns elementos ainda estão em desenvolvimento, porém já existem
disponíveis os módulos para contactoras, botoeiras, sinaleiros, módulos de
entradas e saídas (I/O) para a conexão de sensores e atuadores, módulos para softstart,
interfaces homem máquina (IHM), inversores de frequência AC. É necessária
a confecção de um barramento, utilizando resistores de terminação nas duas
extremidades dos cabos. Para realizar a utilização do cabo chato e converter para
o circular, ou vice-versa, um dispositivo está disponível.
19.4.2 Características técnicas
Uma das grandes características que podemos citar na rede smartwire é
que o endereçamento dos escravos é realizado automaticamente, conforme
o programado no Controlador Lógico Programável; ou seja, se trocarmos um
equipamento da rede por outro igual não será necessário realizar nenhuma
programação no escravo e nem no elemento a ser colocado na rede. Sempre que
um novo escravo for colocado na rede, será necessário apenas pressionar o botão
de reconfiguração da rede.
Após a inicialização do controlador programável e da energização do gateway
do smartwire, ele determina quem está presente na rede. A comunicação se inicia
com a sincronização da velocidade dos escravos na rede. Após essa configuração,
o led de rede ok deve acender para informar que tudo está correto; caso contrário,
ele piscará indicando falha em algum dos elementos.
A área de memória reservada para cada gateway smartwire é de 1000 bytes.
Esta área reservada é completamente transferida da rede, e cada escravo realiza
a leitura dos dados destinados para as entradas e escreve os dados nas saídas
reservadas para esta função.
Durante a transferência de dados é realizada uma validação dos dados enviados
ao fim da transmissão e, se não houver erros, o escravo continua enviando dados
para o mestre. No quadro 5 temos as características do SmartWire.
Cabo de dados
físicos
Comprimento
máximo do cabo
Número máximo de
escravos
Taxa de
transferência
(Kbits/s)
Bytes de dados
por mensagem
Tempo de ciclo
para 1 polling
RS-485
Até 100 metros
99 (endereçamento automático)
125 Kbits/s (com detecção automática)
Até 1000 bytes
2 + (número de bytes de dados x 0.1)
(continua)

19 Protocolos Industriais 135
(conclusão)
Tipo de acesso
Protocolo de
transferência de
dados
Backup de dados
Aquisição de
alarmes
Dependência do
sistema smartwire
Escopo da
aplicação
Coordenação centralizada (polling)
Smartwire, frame fixo e quantidade de dados variáveis
Polinômio de verificação CRC32
Transferência de dados acíclica
Tolerante a erro, troca de escravo
Conexão por meio de barramento de campo utilizando controladores
lógicos programáveis, controladores de processo e
gerenciamento de energia
Quadro 6 - Características do SmartWire
Fonte: Autor
Recapitulando
Vimos a importância da utilização dos protocolos abertos e as facilidades
que eles oferecem. Além disso, neste capítulo aprendemos que cada fabricantes
possui seu protocolo proprietário. Compreendemos que este protocolo é
desenvolvido com tecnologia própria e feito para utilização dentro de uma rede
que possua equipamentos de apenas um fabricante.
Também estudamos os protocolos abertos, especificando em detalhes
os mais comuns. Conhecemos o Modbus (e algumas de suas variações), o
Profibus (DP e PA) e o CANOpen. Concluíndo este capítulo, conhecemos uma
nova tecnologia que está sendo muito utilizada, principalmente em CCMs ditos
“inteligentes”. Esta nova tecnologia é a smartwire.