Automação Predial - redes digitais com tecnologia fieldbus

Automação Predial – redes digitais utilizando protocolo Fieldbus

A automação predial nos leva a pensar principalmente na comodidade, na segurança e  na economia que tal tecnologia nos proporcionará, mas antes de mais nada os projetos de edifícios “inteligentes”, sejam residenciais, comerciais ou industriais, passam necessariamente pela definição de qual protocolo de comunicação será utilizado, pois sem isso o desempenho da automação e os ganhos operacionais estarão comprometidos.

As soluções integradas que permitam a interoperabilidade entre os diversos níveis,  sejam eles dos dispositivos de campo, da supervisão de sistemas, e de outros  sistemas que compõem esses empreendimentos, tais como o de controle do ar condicionado, de detecção e alarme de incêndio, de iluminação, devem proporcionar maior facilidade na implantação, na operação e na manutenção e com isso  maximizar o investimento.

Introdução

No Brasil quando focamos os diversos sistemas que compõem a automação predial, o que mais encontramos são aplicações onde integradores e fabricantes trabalham com redes proprietárias.

Esses tipos de conexões na maioria das vezes, não atendem às necessidades da interoperabilidade dos diversos sistemas, ou seja, eles não comunicam entre si. Para sanar essa deficiência, normalmente os integradores utilizam um microcomputador para onde convergem todas as redes dos diversos sistemas e “tentam” fazer a interconexão através dos mesmos.

Para permitir a interoperabilidade tão necessária à automação predial, foram desenvolvidas várias tecnologias de redes digitais, entre elas o LonWorks e BACnet,  que possibilitam respectivamente a interconexão entre equipamentos de fabricantes diversos e também entre os sistemas que compõem a automação predial,  essas redes com barramento padrão estão consolidadas no mercado mundial.

Protocolos de Comunicação Fieldbus

Na automação predial os protocolos mais utilizados são o LonWorks, o BACNet e o X10 (tecnologia restrita à automação residencial), os quais são chamadas de barramento de campo ou Fieldbus, e se baseiam na troca de dados de forma serial, isto é, permitem que uma rede de elementos/dispositivos de campo (controladores, sensores, etc), possam ser acessados individualmente utilizando-se mensagens padronizadas via cabeamento simples.

Essa tecnologia resultou na diminuição de custos na instalação física dos elementos de campo, ocasionado pela drástica redução no cabeamento, e por permitirem diferentes topologias, incluindo-se a redundância e assim aumentou-se a confiabilidade nos sistemas.

Esses protocolos sofrem a concorrência das arquiteturas “proprietárias”, como o HI-Protocol (Hitachi) e o N2 (Johson Controls), e também de protocolos originados da automação industrial, entre eles o Profibus, Device Net, CanOpen, etc., sendo que essas tecnologias vieram principalmente das inúmeras  aplicações onde se utilizam Controlador Lógico Programável (CLP), não faremos qualquer alusão a esse tipo de aplicação, pois a mesma merece um capítulo especial.

Existem outros protocolos que são utilizados especificamente, entre os quais destacamos o FND (Firm Neutral Data Transmission), o World FIP e encontramos na Europa uma tentativa de padronização partindo-se do EIB (European Installation Bus), BCI (Batibus Club Internacional) e EHSA (European Home System Association).

Na figura abaixo mostramos os três níveis hierárquicos utilizados na integração predial.

Nesse trabalho vamos detalhar os dois protocolos Fieldbus mais utilizados na automação predial.[pic 1]

LonWorks

A rede de comunicação baseada em protocolo LonWorks, desenvolvida pela Echelon Co. (USA), essa tecnologia é representada, por um circuito integrado VLSI chamado Neuron, que é um microcontrolador que pode ser programado em linguagem C orientada a eventos e objetos, inclui memória RAM e ROM, e, principalmente, suporte ao protocolo de comunicação Lontalk® em seu firmware embutido.

O controle da rede LonWoks é distribuído e dispositivos de controle inteligentes chamados nós, comunicam entre si usando um protocolo comum. Cada nó na rede contém uma inteligência embutida (Neuron) que implementa o protocolo. Dispositivos como sensores de proximidade, chaves, detetores de movimento, relés e controladores de campo, tais como de temperatura, de válvulas, de motores podem ser nós na rede.

Como são os Neuron Chips, que conectam à redes, é necessário então incluir um transceptor, permitindo assim que a tecnologia seja integrada aos elementos de campo  sem que haja modificações nos mesmos. A velocidade de comunicação é também responsabilidade dos transceptores, que variam de 1,25 Mpbs, com par trançado, cabo coaxial ou fibra ótica, 78 Kbps, com par trançado com alimentação embutida e 4,8 Kbps com rádio freqüência.

Os transceivers, equipamentos utilizados na interligação dos nós com o barramento, são capazes de corrigir e detectar erros evitando a retransmissão.

Existe uma preocupação muito grande, quanto a interoperabilidade dos produtos que trabalham com a tecnologia LonWorks, para tanto os produtos passam por auditoria da LonMark, que é uma organização criada especificamente para cuidar da padronização dos produtos que possuem embutida essa tecnologia.

A base da comunicação em rede da tecnologia LonWorks, é o protocolo Lontalk®, implementado sobre o modelo de referência OSI, trabalha com variáveis de rede endereçáveis, chamadas SNVT's (Standard Network Variable Types), o LonTalk possui alta confiabilidade, pois garante que a informação foi transmitida e recebida com sucesso. Garante a integridade dos dados porque não usa paridade nem checksum, mas sim, controle por CRC, ele possibilita também a comunicação com os softwares supervisórios.

BACNET

O BACnet é um protocolo aberto e não proprietário, e após anos de revisões e absorção pelo mercado, a ASHRAE o considerou um novo padrão para o mercado, e  foi adotado e sustentado pelo American National Standards Institute (ANSI) e pela American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). - ANSI/ASHRAE Padrão 135-1995.

Esse protocolo foi desenvolvido para aplicações em automação predial de forma a permitir a interoperabilidade dos dispositivos de campo, assim como dos diversos sistemas que a compõem, ou seja, permite que inúmeros equipamentos e sistemas de comunicação  troquem dados e informações, com isso foram definidas as padronizações de redes, através das quais as mensagens para o BACnet podem ser transmitidas.