DeviceNet

Introduo s Redes Industriais 2008 - 2010 Copyright Smar

#1Sistemas Transacionais e Sistemas de Apoio DecisoAssetManagementSafety ManagementControl ExecutionERP (Enterprise Resource Planning)MES (Manufacturing Execution System)Sensors, Actuators, Analyzers, ...BUSINESS DOMAINCONTROL DOMAINProduction PlanningSchedulingModelingSimulationOptimizationAdvanced ControlSubsystemsMaintenanceManagementOperation AssistanceField CommunicationCortesia: Eng. Song-USP/Eng. Ronaldo-CenibraDCS - Estado Atual#Benefcios para o Usurio Economia no Ciclo de vida da Planta Economia com Cabos e Painis Reduo no nmero de instrumentos (Controle no Campo) Segurana Intrnsica - FISCO/FNICO Engenharia TAF/TAC Consequente Reduo da rea do Sistema (Hardware/Painis)Economia de Custo no ciclo de vida da plantaTAF, TACTrocaOperaoManutenoInstalaoProjetoEconomia OPEXEconomia CAPEX Expande a viso do operador Tempo de parada reduzido pelo diagnostico da gesto de ativos Melhoria do trabalho de manuteno Trabalho de manuteno remota, Trabalho de manuteno automtica Aplicaes de diagnstico Menor nmero de instrumentos a serem checados Download de alteraes de software em instrumentos de campo #3Beneficios para o UsurioEconomia no Ciclo de vida da PlantaFluxo de CaixaEngenharia, Instalao,& Comissionamento/PartidaTrocaOperao & ManutenoParadas programadas mais curtasMais tempo em operao sem paradasOperao mais SeguraRpido tempo para lucroMantm Alta produo com baixos custosAnalgicofieldbusPoucas paradas no programadas#4AS-iEquipamentos SimplesEquipamentos ComplexosBitByteBlock Variveis de ProcessoControleLgicoControle de Processo e DiagnsticoSensorbusSensorbus- Baixo Custo, Alta Velocidade, Comunicao a nvel de Bit (push buttons, limit switches, etc.)- Instrumentos Multiplexados em um nico n- Pequeno em tamanho (distncia)

Tipos de Controles e Equipamentos

#5Tipos de Controles e EquipamentosAS-iEquipamentos SimplesEquipamentos ComplexosBitByteBlock Variveis de ProcessoControleLgicoControle de Processo e DiagnsticoDevicebusSensorbusDeviceNetPROFIBUS DPDevice bus- Alta Velocidade, Comunicao a nvel de Byte, Equipamentos Discretos Complexos- Pode suportar variveis analgicas e comunicao ponto-a-ponto

#6Fieldbus- Substituio aos sinais convencionais 4-20 mA- Comunicao a 2-fios- Aplicaes Intrnsicas.Equipamentos SimplesEquipamentos ComplexosBitByteBlock Variveis de ProcessoControleLgicoControle de Processo e DiagnsticoTipos de Controles e EquipamentosAS-iSensorbus

DeviceNetPROFIBUS DP

DevicebusHART / Wireless HARTPROFIBUS PAFoundation FieldbusFieldbus

#7AS-i - Definio e Pontos ChaveActuator Sensor Interface (AS-i) . . . Barramento que interconecta produtos binrios de custo baixo tais como atuadores, sensores (chaves limite, botoeiras, rels, vlvulas solenoides), etc. Substituio digital para cabos tradicionais A tecnologia AS-I pertence e administrada pela AS-InternationalPadro definido pela CENELEC, norma EN 50295

#8Aplicaes AS-iPartida de MotoresVariadores de Frequncia Vlvulas On-OffIlhas de ValvulasBlocos de E/S discretas

#9Benefcios AS-iTempo de scan Rpido (max. 5 ms)Auto - Sensing & Auto - AddressingComunicao Mestre - EscravoEconomia de Hardware Fiao simples e seguraTecnologia de instalao rpidaInstrumentos baratosPadro AbertoIndependente de Fabricante e InteroperavelProdutos Certificados, Aceitao iternacional#10Cabo AS-Interface:Alimentao CC no mesmo par de comunicaoCaractersticas BsicasFonte ASI30,5 Vcc

100m Max.31 Escravos Max.#11Topologias aplicveisTopologia livre, somente h limitaes no comprimento do cabo

#12Aplicaeslinha de transporte de processo de empacotamento,Silos de GranuladosMdulos Compactos para aplicao em Cervejarias

#13Originalmente desenvolvido pela BOSH para o mercado automobilstico europeu no incio dos anos 80;Substituiu a fiao custosa e trabalhosa por cabos de rede de baixo custo;Resposta rpida e alta confiabilidade (Freios Anti-travantes e airbags);Substituiu a fiao custosa e trabalhosa por cabos de rede de baixo custo DeviceNet tem uma camada de software de aplicao sobre o CAN.

Devicenet#

DevicenetRede industrial de padro aberto de comunicao para conexo entre :Sensores de proximidade indutivos,capacitivos,fotoeltricos,Painis e interfaces de operao,sensores de processos, leitores de cdigo de barras,variadores de frequncia, motores de partida,vlvulas solenides#15Especificaes da rede DeviceNetProjetado para sinais simplesAt 64 instrumentosCabos par-tranado ou fibraCabos at 500mTopologia de barramento com derivaes (bus with spurs)Cabos e conectores especiaisModelo Produtor/Consumidor Qualquer device pode iniciar um processo de comunicao

#16TopologiasA topologia da rede Devicenet baseada em um tronco principal com ramificaes

O tronco principal deve ser sempre terminado nas duas pontas com resistores de 121, 1%, W.

Topologias em Estrela e anel no so permitidas !!#17Cabos DeviceNetSo 4 tipos de cabos padronizados: cabo redondo grosso, fino, mdio e flat.Mais Utilizado: cabo grosso para o tronco. cabo fino para as derivaes.

Tipo de caboBitolaBitola drenoBitola comum I (A)DimResistGrosso15AWG18AWG18AWG8A12,5mm0,015/mFino22AWG22AWG24AWG3A7,0mm0,069/mFlat16AWG-16AWG8A5,3x19,3mm0,019/m

#18Comprimentos mximos dos cabos Tipo de caboFuno do caboTaxa de transmisso125 Kbits/s250 Kbits/s500 Kbits/sGrossoTronco500m250m100mFinoTronco100mFlatTronco380m200m75mFinoDerivao6mFino Derivaes156m78m39m Ramificao na rede no pode ser maior que 6 m

A soma dos comprimentos de todas as ramificaes deve ser menor que o mximo permitido para a taxa de comunicao desejada. #19Exemplo de rede Devicenet

#Aplicaes DeviceNetAplicaes HospitalaresSolda Robtica

#PROFIBUS - Comunicao Transparente

#2222Notes:How does PROFIBUS fullfill all these requirements ?Lets have a look to the automation hierarchy - PROFIBUS comes in different flavors (FMS, DP and PA).FMS, the Fieldbus Message Specification fits into the so called cell elvel area, where higher level devices exchange data on a connection oriented base. Speed is not the most important issue in this area.On the field level you find DP (Decentralized Periphery). Here efficiency and therefore speed has top priority.PA (Process Automation) is mainly the extension of DP into an intrinsic safe environment

H1H1H1

BS

Estao Engenharia

Estao Manuteno

Estao Operao

Arquitetura PROFIBUS DP

Internet Firewall

#23 Cabo Par-tranado com 2 fios e uma blindagem somente para sinal, At 128 dispositivos divididos em 4 segmentos com repetidores, Velocidades ajustveis de 9.600 a 12 Mbits/s De 100 a 1.200m conforme a velocidade;Sistema de comunicao mestre - escravo.Profibus - DP (Descentralized Peripheria)

#24This slide gives you an overview on the characteristic features of PROFIBUS-DP, the fast and efficient variation of PROFIBUS dedicated to factory automation. Profibus - DP (Descentralized Peripheria)

Compatvel com os principais fabricantes de PLC's e DCS'sComunicao cclica e acclica. Comunicao Mono e multi-mestreTransmisso 1 kByte de entrada e sada de dados em at 2 ms;At 244 bytes de entrada e sada por estao. #25This slide gives you an overview on the characteristic features of PROFIBUS-DP, the fast and efficient variation of PROFIBUS dedicated to factory automation. Aplicaes Profibus DPPartida de MotoresVariadores de Frequncia Balanas Controle Discreto de Vlvulas E/S em Zone 1

#26Comunicao Multi MestrePassagem de tokenPLC / DCS / PCIndustrial PC tokentokentoken

Profibus-PA31.25 kbit/s24 V

Drives

I/O RemotaEquipamento PAMuitos masters podem acessar os escravos para funes de leitura, Velocidade at 12MbpsUm sistema Multi-master consiste de: - mltiplos mestres (classe 1 ou 2) - 1 a 124 DP-Escravos no mximo. - max. de 126 dispositivos no mesmo battamento#2727Token passing schemes are a technique in which only the system which has some "token" can communicate. The token is a control mechanism which gives authority to the system to communicate or use the resources of that network. Once the communication is over, the token is passed to the next candidate in a sequential manner. PROFIBUS-DP: Distncias Max. Permitidas Verificao das distncias mximas permitidas Distncias limites dependem do tipo do cabo assim como da taxa de comunicao;Expansvel at 10km com uso de repetidores ou 80km com fibra tica32 estaes por segmento

Baud rate (kbit/s)9.619.293.75187.5500150012000Comprimento Total (m) ou Segmento (m)1200120012001000400200100Tronco Mximo (m)500500900967380193.4100Ramos (Spur) Mximo (m)50050010033206.60Nota: Distncias basedas em velocidade de transmisso utilizando cabo type A e comunicao RS485.#28PROFIBUS-DP: Aplicaes

Cervejarias#

H1H1H1

BS

Estao Engenharia

Estao Manuteno

Estao Operao

Arquitetura PROFIBUS PA

Internet Firewall

#30 um protocolo de comunicao dedicado a Automao de Processos e otimizado para dispositivos de campo.

Transmissores, Vlvulas, Atuadores, Convertersores, etc

Internconectado e alimentado pelo barramento

Cada dispositivo de campo tem um endereo fsico e nico no barramento.

A aplicao em reas classificadas (zonas 0, 1 e 2) em modo Intrisincamente Seguro (ia/ib).

Mesmas caractersticas fsicas (eltricas) do protocolo FF

PROFIBUS - PA#3131 Dispositivos usados para traduzir as caractersticas fsicasentre PROFIBUS DP (RS485) e o PROFIBUS PA : H1 (31,25kbits/s); Eles so transparentes para os mestres e no tem endereo no lado Profibus DP; Eles atendem aplicaes intrinsecamente seguras(Ex) e (Non-Ex), definindo e limitando o mximo numero de equipamentos em cada segmento PA; Eles so alimentados por 24VDC; Exemplos: Acopladores Pepperl+Fuchs (93.75 kbits/s) SK2 (12Mbits/s) e Siemens (45.45 kbits/s).ACOPLADORES (COUPLERS):Elementos da Rede PROFIBUS#3232PLC / DCS / PCDP/PAacoplador

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

Slaves24VPROFIBUS-DP45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s SK2 12Mbit/sClass 1 PROFIBUS MasterAcopladores (COUPLERS24 V

DP/PAAcoplador OUPLERPROFIBUS-PA31.25 kbit/sElementos da Rede PROFIBUS4321

#3333 Os dispositivos so usados como escravos na rede PROFIBUS DP (RS485 at 12Mbits/s) e mestres na PROFIBUS PA (H1:31,25kbits/s); Permitem velocidades at 12Mbits/s em Profibus DP; permitido at 5 acopladores (couplers), com um nmero mximo de dispositivos variando de 30 a 64 equipamentos conforme, dependendo do modelo; Eles tem endereo especfico para a rede PROFIBUS DP; Ex: IM157 Siemens.Links:Elementos da rede PROFIBUS#3434Elementos da Rede PROFIBUSPLC / DCS / PCDP/PA Link + Couplers

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

SlavesPROFIBUS-DP at 12Mbit/sClasse 1 Master PROFIBUS24 V

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s24 V

Max. 5 DP/PA acopladores por link IM157 DP/PA Link + AcopladoresMax. 32 equipmentospor link IM157 Ex ia *Max. 64 equipmentospor link IM157 - Non-Ex *(*) dependendo do consumo de corrente do dispositivo e do numero de slots/dispositivos ocupados.232123

11#3535

Blocos de Funes so interfaces padres (normalmente 4 bytes para o valor medido e 1 byte para o status), que ciclicamente trocam informaes com um master classe 1;

Eles podem oferecer funoes bsicas (caracterizao, escalas, etc);

Blocos de Funces#3636Tanques de Armazenagem e FermentaoTMD 834Cerabar S

SamsonControlValvePromag 33Deltapilot SMycom L

PROFIBUS-PA IEC 1158-2

SegmentcouplerSiemensET 200Remote I/OEngineeringCOMMUWIN II

VisualisationSISTARControlSIMATIC S5PROFIBUS-DP RS 485fibre optical industrial EthernetDanfossAC MotorSpeedController

FestoValvecontrol

PROFIBUS PA:Aplicaes#37HART - HistricoSistema 4 a 20mA4 a 20mASe Resistor = 250, a tenso variar de 1 a 5Vpara corrente entre 4 a 20mAComporta-se como umaFonte de corrente.

Programador Porttil (Handheld)Sistema 4 a 20mA edigital proprietrio4 a 20mA

Sistema HARTProgramador Porttil (Handheld)

4 a 20mA

#Antigamente o controle de processo era feito com sistemas analgicos: pneumtico e corrente 4 a 20mA. Com o barateamento dos microcontroladores e memrias, o sistema 4 a 20mA comeou a ser substitudo pelos sistemas hbridos proprietrios (4 a 20mA e com protocolo de comunicao digital proprietrio). Tais sistemas no eram interoperveis e prendiam o cliente nas mos das empresas devenvolvedoras do protocolo. O HART, embora hbrido, foi adotado por vrias empresas e tornou-se uma referncia de protocolo simples e robusto e interopervel. A HART Communication Foundation foi criada em 1993. A rede HART a malha de controle!>> Limitaes dos equipamentos analgicos:a) Imprecises no controle de loop fechadoMuitas converses D/A e A/D desnecessriasb) Nenhuma verificao (check) de integridade do sinalLoops de terra e variao na impedncia da fiao podem, por exemplo, influenciar no sinal de controlec) Potncia limitada (corrente operao < 4mA)Limita o nvel de sofisticao dos equipamentosd) Risco da existncia de faixas no casadase) Operam limitados determinadas faixas de trabalhoDesperdiam-se informaes dos sensores fora da faixa calibradaf) Equipamentos simples e pouco inovadoresg) No suportam atualizaes de firmwaresh) No reportam alertas.

38IntroduoHARTHighway Addressable Remote TransducerOrigemFischer Rosemount1980Protocolo AbertoHCF HART Communication Foundation 1989

#39Simultaneos 4-20 mA e comunicao digitalDois Mestres de rede possveis: DCS e HHT (programador de mo)Comunicao Multidrop (bus) at 15 devices. Mestre-EscravoCompativel com cabos convencionais, controladores, registradores, indicadores, etc.Padro Bell 202 (modem)1200 Hz12200 Hz01 mA4 mA20 mATempoProtocolo HARTSinal Fsico HART

#40Flexibilidade operacionalUso de dois mestres (primrio e secundrio)Interoperabilidade entre dispositivos

#41Aplicaes

#Wireless HART - ArquiteturaNetwork Manager:distribui chaves de segurana;configura e coordena equipamentos e rede.Gateways interfaceiam os equipamentos sem fio com os hospedeiros:Serial, Ethernet e Wi-Fi, por exemplo, podem ser usadas.Adaptadores integram equipamentos HART existentes rede.Programadores Portteis sem fio.

#Interfaces do Gateway:Interface serial para hospedeiros mais antigos como DCSs e PLCs baseados em Modbus RTU.Interface Ethernet / Wi-Fi para hospedeiros (como Asset Management) baseados em OPC e Modbus TCP.Proprietria!O Network Manager gerencia a rede WHART e os equipamentos. Ele forma a rede, conecta e configura novos equipamentos, alm de monitorar a rede. Existe UM Network Manager por rede WHART.

Caractersticas:Comandos especiais para Wireless;Equipamentos de campo podem ser alimentados por:Baterias:Longa vida, dependendo da taxa de atualizao.Energia solar;Potncia retirada da malha de controle ou linha.Ideal para aplicaes de monitorao:Aplicvel para controle de processos que no requeiram alta taxa de atualizao;Temperatura, presso e vazo, por exemplo.

43Rede Mesh (Malha)DSSS(Direct SequenceSpread Spectrum)

FHSS(Frequency Hopping)

Blacklisting

#No Network Manager o sinal digital espalhado em freqncia (DSSS), dividido em slots de no mximo 10ms, gerando superframes e transmitidos em freqncia.De forma a evitar as freqncias em utilizao pelo meio ou mesmo as freqncias que apresentam grande taxa de utilizao, estas sero transmitidas em saltos dinmicos (Frequency Hopping / BlackListing).Ao chegar aos destinos o sinal desespalhado em potncia e caso algum rudo esteja presente, este ser espalhado em frequncia, como feito na transmisso dos dados . O espalhamento do rudo provocar um enfraquecimento de cerca de 90% de sua densidade de potncia, causando sua reduo ou mesmo eliminao. O termo densidade de potncia designa a quantidade de potncia agregada uma freqncia de trabalho).

O Network Manager o responsvel por organizar e administrar a rede Mesh. Toda a performance, incluindo gerao de DSSS, FHSS, BlackListing e Superframe de competncia dele.

Network Manager pode reconfigurar os instrumentos na rede para evitar (pular) certos canais de freqncia porque ...

Sabe-se de antemo que outra rede sem fio pode interferir na rede WirelessHART;Em operao, algumas freqncias apresentam baixas eficincia e confiabilidade para o transporte de mensagens.

44Time Division Multiple Access

Utilizao de Time Slots:A comunicao entre dois instrumentos acontece num time slot.Uma coleo de time slots, que se repete ciclicamente, compe um Superframe.#Rede Mesh

#AplicaesSubstituio da conexo atravs de cabos entre computadores pessoais e perifricos;Implementao de Redes Locais (LANs) em ambientes onde uma rede cabeada no viavel ou desejvel;Extenso de Redes Cabeadas para usurios que requerem mobilidade;Conexo entre prdios ou situaes onde o uso de uma linha privada ou enlace ptico no vivel;Acesso a Redes IP a partir de celulares ou PDAs;As aplicaes envolvendo Wireless HART so orientadas sistemas de Monitorao ou Controle em Malha Aberta, dados os tempos envolvidos em todo o scan da rede (segundos);No se aplica diretamente a controle em malha fechada.

#

Evoluo: HSE WIO Wireless and Remote I/O

#As aplicaes envolvendo Wireless HART so orientadas sistemas de Monitorao ou Controle em Malha Aberta, dados os tempos envolvidos em todo o scan da rede (segundos). No se aplica diretamente a controle em malha fechada (ms)!!!

Aplica-se tambm em sistemas que inviabilizem a aplicao utilizando cabo fsico (par tranado).

48Foundation Fieldbus um protocolo digital que oferece comunicao digital de via dupla em modo multi-ponto entre os equipamentos de cho-de-fbrica, sistemas de automao e de visualizao. FF essencialmente uma rede local (LAN) para os equipamentos de campo utilizados em automao industrial.FieldbusSistemas de Automao e VisualizaoPLFProcessoFoundation Fieldbus

#49Rede LocalDCSCAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV1024 - 20 mAE/SDCS Tradicional#50Rede LocalSISTEMASUPERVISRIOFIELDBUSCAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102Sistema de Controle FF#51SCADABRIDGEFieldbus H1ANALIZADORPLCH1 Fieldbus de baixa velocidade 31.25 Kbps substitui 4 a 20 mA 2 - 32 Equipamentos (no alim. barramento) 2 - 16 Equipamentos (alim. barramento) Potncia & Comunicao Intrinsecamente Seguro par tranado comprimento 1900 mPLCSERVIDORGATEWAYETHERNETBackbone HSEHSE - Fieldbus de alta velocidade FAST ETHERNET - 100MbpsMeios Fsicos#52Topologia Fieldbus - HSE

H1PL PlantaPL PlantaPL PlantaH1H1PL PlantH1100 metros no par tranado2000 metros na fibra ticaCLIENTE HSE100 Mbit/sSwitchLinking DeviceLinking DeviceHigh Speed EthernetHigh Speed EthernetHigh Speed EthernetEquipamento de campo EthernetHigh Speed EthernetGateway

I/O Network#53

REDE DA PLANTA /HSEBRIDGEJUNCTIONBOXH1 LEVELPonto a PontoBarramento com derivaes (spurs)Barramento ponto a ponto (Daisy Chain)rvore(Terminadores no so mostrados)Topologias Fieldbus H1#54DCSTRADICIONALCONTROLE NOS EQUIPAMENTOS DE CAMPO !SUBSISTEMAE/SCONTROLADORReduo de hardwareAOAIAIPID

SISTEMAFIELDBUS

Economia#55AIOUTOUTINPIDINAOTRANSMISSOREQUIPAMENTO FIELDBUSVLVULAEQUIPAMENTO FIELDBUSINTERCONEXO ENTRADA / SADA PILHA COMUNICAO

CAMADAUSURIOCAMADA FSICATecnologia FOUNDATION Fieldbus#56

Analog AlarmAnalog InputArithmeticConstantDensityInput SelectorCharacterizationAdvanced PIDIntegratorLead LagOutput Signal Selector and Dynamic LimiterPIDSet Point GeneratorSplitterTimer / Logic

Blocos de Funes no Campo#57AIPIDAOSituao de Falha do sensor (Propagao de Status)AI_OUT: Fail ForwardAI MANPID Recebe informaoe envia para AO que iniciaProcesso de Falha SeguraPID MANGood Cascade FSAAO Ativa a Falha SeguraAO LOSada Para a Vlvula:Fail Safe Value: 50%Fail Safe Time: 3 sBlocos Funcionais e Falha SeguraFail Safe ActivedPID IMAN#5858

HMI / CLIENTE OPCOLE . . .. . .Servidor OLESOMENTE UM DRIVERCLIENTE OPC Padro OPC

#59Distribuio de TarefasFunes de tempo crtico no campo:

ControleLgicaSeqencialComputacionalSeleoAlarmeDiagnsticoFunes do host:

VisualizaoOperaoSupervisrio do ControleAplicao de UsuriosOtimizaoBateladaReceitaTendnciaAlarmeRelatriosBanco de DadosSintico Fluxo do ProcessoGerenciamento de Instrumentos#60Aplicaes FF

ModbusEthernetPressure TransmitterTemperature TransmitterLevel Transmitter(Radar)Junction Box(JM400)Foundation Fieldbus H1Installation of Controller at the Field or in Control room

Motorize ValveBSW Transmitter#61Aplicaes Foundation Fieldbus

#62

DCS/PLC

Sistema FIELDBUSViso Expandida#63Suporte TcnicoPara dvidas e esclarecimentos, favor contatar:techsupport@smar.com.br

Visite-nos:www.smar.com.brwww.smar.com/brasil2/treinamento/www.smar.comwww.smar.com/training

#64