Ethernet Industrial

ETHERNET INDUSTRIAL

Introdução

O padrão TCP/IP é uma das arquiteturas mais difundidas para comunicação a longa distância envolvendo computadores. Assim, tentando uma padronização das redes industriais adotou-se há alguns anos tal padrão no meio industrial, originando às redes Ethernet industriais.

Que a partir dos anos 90, ela vem sendo a tecnologia de LAN mais amplamente utilizada e tem tomado grande parte do espaço de outros padrões de rede como Token Ring, FDDI e ARCNET.

Atualmente, existem quatorze redes Ethernet industriais já comercializadas em todo o mundo. Sendo as principais: Profinet, Ethernet IP e HSE (High Speed Ethernet).

Será explorada a tecnologia voltada para os ambientes industriais, chamada de Ethernet industrial, evidenciando os principais protocolos do mercado, suas características, suas principais aplicações.

A Ethernet

Os precursores da Ethernet na indústria foram as primeiras redes industriais: os fieldbuses.

A Ethernet é uma tecnologia de interconexão para redes locais - Local Área Networks (LAN). É a arquitetura de interconexão de computadores em redes de alta velocidade, definindo os tipos de cabos, conectores, sinais elétricos e ópticos, sendo usada na ligação de vários computadores numa rede local (num escritório, por exemplo),

Tipo de rede local usada para comunicação de dados a alta velocidade (10 ou 100 Mbit/s) entre computadores, sendo um sistema de redes que transporta sinais (bits) para todos os microcomputadores em rede.

Ou seja Ethernet é um tipo de conexão usado para redes locais (computadores próximos), ele tem suas especificações próprias e seus padrões de funcionamento.

Ethernet Industrial

Há vários fieldbuses no ambiente industrial. Devicenet, Profibus, Interbus, Fieldbus Foundation e outros são usados em muitas aplicações. Todos podem ser usados de acordo com a preferência e, às vezes, com a aplicação. O que era necessário era que estes fieldbuses, de fabricantes diferentes, pudessem ser adaptados à tecnologia Ethernet e desta forma pudessem interagir uns com os outros.

Atualmente, cada fabricante já tem sua solução para o ambiente industrial em Ethernet: Profinet, da associação Profibus, (que é uma evolução do Profibus-DP), o Ethernet/IP da ODVA (onde IP quer dizer Industrial Protocol) e cuja proposta é uma evolução do Devicenet e Controlnet, e o HSE High Speed Ethernet da Fieldbus Foundation (queinterconecta as redes H1).

Com a existência de uma grande quantidade de soluções para Ethernet Industrial, acabou-se por não ter a interoperabilidade desejada. Isto porque cada fabricante ou grupo desenvolveu suas soluções incompatíveis com os demais, por exemplo, Profinet da associação Profibus não se comunica com o Ethernet/IP da ODVA.

De uma forma ou outra a Ethernet conseguiu sua penetração no ambiente industrial.

Protocolos de Ethernet

Vários fabricantes criaram seus próprios padrões de redes Ethernet industriais, cada um diferindo do outro em termos de aplicação ao usuário e na utilização ou não de determinadas camadas do padrão TCP/IP. Alguns deles possuem hardwares dedicados do fabricante, o que os tornam pouco competitivos para aplicação industrial.

Os quatorze protocolos para Ethernet industrial são: Profinet, Ethernet/IP, HSE, Modbus/TCP, EPA, EPL, EtherCAT, IEC 61850, JetSync, P-Net, Sercos III, SynqNet, TCnet e Vnet/IP.

PROFINet

Profinet é um padrão de automação do PROFIBUS internacional para implementação de integração e soluções consistentes baseadas em Ethernet Industrial, suporta a integração de um simples dispositivo de campo e aplicações de tempo crítico em comunicações Ethernet, bem como a integração de automação de sistemas distribuídos baseados em componentes.

A arquitetura do Profinet é similar ao do Profibus DP, incluindo a comunicação

mestre-escravo. O mestre DP corresponde ao controlador I/O no Profinet.

Profinet I/O distingue-se em três tipos de dispositivo: Controlador I/O, Dispositivo I/O

e Supervisor I/O:

• Controlador I/O: Controlador no qual o programa de automatização é executado.

• Dispositivo I/O: dispositivo de campo remoto que é designado para um

Controlador I/O.

• IO-Supervisor: Dispositivo/PC programável que comissiona e tem funções de

diagnósticos .

Para a integração de outros dispositivos e outros fieldbus, o Profinet tem o Proxy: ele funciona como um gateway e assim transfere dados deste fieldbuses para o Profinet onde o controle é implementado.

O Profinet utiliza diversos níveis de comunicação:

Transfere dados não críticos, como parâmetros, dados de configuração e informações de conexão em cima do canal padrão TCP/UDP e IP. Isto satisfaz as

exigências para as conexões de níveis de automação de outras redes (MES, ERP);

para transmissão de dados de processo em tempo críticos dentro da planta de

produção, usa-se o canal de tempo real - Soft Real Time (SRT) e para aplicações de tempo onde é necessário sincronização, a comunicação de Tempo Real Isócrona (Isochronous Real Tempo - IRT) está disponível permitindo jitter acumulados de 1 µs em um ciclo de 1 ms.

A desvantagem deste tipo de implementação é a necessidade de um hardware dedicado deixando o Profinet não totalmente compatível com os sistemas normais Ethernet.

Modbus/TCP

É um Protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação industrial. Criado originalmente na década de 1970, mais especificamente em 1979, pela fabricante de equipamentos Modicon. É um dos mais antigos, e até hoje um dos mais utilizados, protocolos em redes de Controladores lógicos programáveis (PLC) para aquisição de sinais de instrumentos e comandar actuadores. A Schneider Electric (atual controladora da Modicon) transferiu os direitos do protocolo para a Modbus Organization (Organização Modbus) em 2004 e a utilização é livre de