{"id":52162,"date":"2019-11-02T00:00:00","date_gmt":"2019-11-01T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki"},"modified":"2020-02-18T13:59:50","modified_gmt":"2020-02-18T10:59:50","slug":"obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pt\/blog\/news\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"Uma vis\u00e3o geral dos protocolos modernos em sistemas de automa\u00e7\u00e3o industrial","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Uma
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Na publica\u00e7\u00e3o anterior<\/a><\/noindex> falamos sobre como funcionam os barramentos e protocolos na automa\u00e7\u00e3o industrial. Desta vez, vamos nos concentrar nas solu\u00e7\u00f5es de trabalho modernas: veremos quais protocolos est\u00e3o sendo usados em sistemas ao redor do mundo. Vamos examinar as tecnologias das empresas alem\u00e3s Beckhoff e Siemens, a austr\u00edaca B&R, a americana Rockwell Automation e a russa Fastwel. Tamb\u00e9m estudaremos solu\u00e7\u00f5es universais que n\u00e3o est\u00e3o atreladas a um fabricante espec\u00edfico, como EtherCAT e CAN.\u00a0<\/p>\n

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No final do artigo, haver\u00e1 uma tabela comparativa com as caracter\u00edsticas dos protocolos EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP e ModbusTCP.<\/p>\n

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N\u00e3o inclu\u00edmos em nossa an\u00e1lise os protocolos PRP, HSR, OPC UA e outros, pois j\u00e1 existem \u00f3timos artigos de nossos colegas engenheiros no Habr, que trabalham no desenvolvimento de sistemas de automa\u00e7\u00e3o industrial. Por exemplo, \u00abProtocolos de reserva \u201csem costura\u201d PRP e HSR\u00bb<\/a><\/noindex> e \u00abGateways de protocolos industriais no Linux. Monte voc\u00ea mesmo\u00bb<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

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Para come\u00e7ar, vamos definir a terminologia: Industrial Ethernet = rede industrial, Fieldbus = barramento de campo. Na automa\u00e7\u00e3o industrial russa, h\u00e1 uma certa confus\u00e3o terminol\u00f3gica que envolve barramentos de campo e redes industriais de n\u00edvel inferior. Muitas vezes, esses termos s\u00e3o agrupados em um conceito indistinto de \"n\u00edvel inferior\", que \u00e9 chamado tanto de barramento de campo quanto de barramento de n\u00edvel inferior, embora isso possa n\u00e3o ser um barramento de forma alguma. <\/p>\n

Por que isso acontece?<\/b>Tal confus\u00e3o est\u00e1 provavelmente relacionada ao fato de que, em muitos controladores modernos, a conex\u00e3o dos m\u00f3dulos de entrada e sa\u00edda geralmente \u00e9 realizada atrav\u00e9s de um painel de interconex\u00e3o (backplane, em ingl\u00eas) ou barramento f\u00edsico. Ou seja, s\u00e3o usados contatos e conectores de barramento para unir v\u00e1rios m\u00f3dulos em um \u00fanico n\u00f3. No entanto, tais n\u00f3s, por sua vez, podem estar conectados entre si tanto por uma rede industrial quanto por um barramento de campo. Na terminologia ocidental, h\u00e1 uma clara distin\u00e7\u00e3o: uma rede \u00e9 uma rede, um barramento \u00e9 um barramento. O primeiro \u00e9 designado pelo termo Industrial Ethernet, o segundo pelo termo Fieldbus. Neste artigo, prop\u00f5e-se usar o termo \"rede industrial\" e o termo \"barramento de campo\", respectivamente.<\/p>\n

O padr\u00e3o da rede industrial EtherCAT, desenvolvido pela Beckhoff<\/h2>\n

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O protocolo e a rede industrial EtherCAT s\u00e3o, sem d\u00favida, uma das maneiras mais r\u00e1pidas de transmiss\u00e3o de dados em sistemas de automa\u00e7\u00e3o. A rede EtherCAT \u00e9 amplamente utilizada em sistemas de automa\u00e7\u00e3o distribu\u00eddos, onde os n\u00f3s interativos est\u00e3o espalhados por grandes dist\u00e2ncias.<\/p>\n

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O protocolo EtherCAT utiliza quadros Ethernet padr\u00e3o para transmitir suas telegramas, mantendo assim a compatibilidade com qualquer equipamento Ethernet padr\u00e3o e, essencialmente, a recep\u00e7\u00e3o e a transmiss\u00e3o de dados podem ser organizadas em qualquer controlador Ethernet, desde que o software apropriado esteja dispon\u00edvel.<\/p>\n

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\nControlador Beckhoff com um conjunto de m\u00f3dulos de entrada e sa\u00edda. Fonte: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

A especifica\u00e7\u00e3o do protocolo \u00e9 aberta e dispon\u00edvel, mas apenas dentro da associa\u00e7\u00e3o de desenvolvimento \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

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Veja como o EtherCAT funciona (a vis\u00e3o \u00e9 impressionante, como o jogo Zuma Inca):<\/p>\n

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\r\n \"Por\r\n
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A alta velocidade de troca neste protocolo \u2014 que pode ser em unidades de microsegundos \u2014 \u00e9 realizada porque os desenvolvedores abandonaram a troca de telegramas enviados diretamente para dispositivos espec\u00edficos. Em vez disso, uma \u00fanica telegrama \u00e9 enviada para a rede EtherCAT, endere\u00e7ada a todos os dispositivos simultaneamente. Cada um dos n\u00f3s subordinados de coleta e transmiss\u00e3o de informa\u00e7\u00f5es (tamb\u00e9m conhecidos como DISO \u2014 Dispositivos de Conex\u00e3o com Objetos) retira 'no ar' os dados que lhe s\u00e3o destinados e insere na telegrama os dados que est\u00e1 pronto para compartilhar. Ap\u00f3s isso, a telegrama \u00e9 enviada para o pr\u00f3ximo n\u00f3 subordinado, onde a mesma opera\u00e7\u00e3o ocorre. Ap\u00f3s passar por todos os DISO, a telegrama retorna ao controlador principal, que, com base nos dados recebidos dos dispositivos subordinados, implementa a l\u00f3gica de controle, novamente interagindo por meio da telegrama com os n\u00f3s subordinados, que emitem o sinal de controle para o equipamento.<\/p>\n

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A rede EtherCAT pode ter qualquer topologia, mas na ess\u00eancia, sempre ser\u00e1 um anel \u2014 devido ao uso de modo full duplex e duas portas Ethernet. Assim, a telegrama ser\u00e1 sempre transmitida sequencialmente para cada dispositivo no barramento.<\/p>\n

\"Uma
\nRepresenta\u00e7\u00e3o esquem\u00e1tica da rede EtherCAT com v\u00e1rios n\u00f3s. Fonte: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Ali\u00e1s, a especifica\u00e7\u00e3o EtherCAT n\u00e3o cont\u00e9m limita\u00e7\u00f5es do n\u00edvel f\u00edsico 100Base-TX, portanto, a implementa\u00e7\u00e3o do protocolo \u00e9 poss\u00edvel com base em linhas de gigabit e \u00f3pticas.<\/p>\n

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Redes e padr\u00f5es industriais abertos da PROFIBUS\/NET da Siemens<\/h2>\n

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O conglomerado alem\u00e3o Siemens \u00e9 bem conhecido por seus controladores l\u00f3gicos program\u00e1veis (CLPs), que s\u00e3o usados em todo o mundo.<\/p>\n

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A troca de dados entre n\u00f3s de um sistema automatizado sob o controle de equipamentos Siemens \u00e9 realizada tanto por meio de um barramento de campo chamado PROFIBUS, quanto na rede industrial PROFINET.<\/p>\n

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O barramento PROFIBUS utiliza um cabo especial de dois fios com conectores DB-9. Na Siemens, ele \u00e9 roxo, mas j\u00e1 encontramos outras cores na pr\u00e1tica :). Para conectar v\u00e1rios n\u00f3s, o conector pode unir dois cabos. Tamb\u00e9m h\u00e1 um interruptor para o resistor terminal. O resistor terminal deve ser ativado nos dispositivos finais da rede, assim indicando que este \u00e9 o primeiro ou o \u00faltimo dispositivo, e que ap\u00f3s ele n\u00e3o h\u00e1 mais nada, apenas escurid\u00e3o e vazio (todos os rs485 funcionam assim). Se um resistor for ativado no conector intermedi\u00e1rio, a se\u00e7\u00e3o seguinte ser\u00e1 desativada.<\/p>\n

\"Uma
\nCabo PROFIBUS com conectores. Fonte: VIPA Controls America<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Na rede PROFINET, usa-se um cabo semelhante ao par tran\u00e7ado, geralmente com conectores RJ-45, e o cabo \u00e9 pintado de verde. Se a topologia do PROFIBUS \u00e9 um barramento, a topologia da rede PROFINET pode ser qualquer coisa: seja um anel, uma estrela, uma \u00e1rvore ou uma combina\u00e7\u00e3o de todas as anteriores.<\/p>\n

\"Uma
\nControlador Siemens com cabo PROFINET conectado. Fonte: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Existem v\u00e1rios protocolos para troca no barramento PROFIBUS e na rede PROFINET.<\/p>\n

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Para PROFIBUS:<\/p>\n

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  1. PROFIBUS DP \u2014 a implementa\u00e7\u00e3o deste protocolo pressup\u00f5e a comunica\u00e7\u00e3o com dispositivos escravos remotos, enquanto no caso do PROFINET, o protocolo correspondente \u00e9 o PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 \u00e9 essencialmente o mesmo que o PROFIBUS DP, mas usado para vers\u00f5es \u00e0 prova de explos\u00e3o de transmiss\u00e3o de dados e alimenta\u00e7\u00e3o (an\u00e1logo ao PROFIBUS DP com outras propriedades f\u00edsicas). At\u00e9 agora, n\u00e3o existe um protocolo \u00e0 prova de explos\u00e3o correspondente no PROFINET, semelhante ao PROFIBUS.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 destinado \u00e0 troca de dados com sistemas de outros fabricantes que n\u00e3o podem usar o PROFIBUS DP. O protocolo an\u00e1logo ao PROFIBUS FMS na rede PROFINET \u00e9 o PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

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    Para PROFINET:<\/p>\n

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    1. PROFINET IO;<\/li>\n
    2. PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

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      O protocolo PROFINET IO \u00e9 dividido em v\u00e1rias classes:<\/p>\n

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