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REDE ETHERNET INDUSTRIAL
Césarde Oliveira Andrade Anderson Nobre Nicacio LeandroCaetan Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais [email protected]
Resumo: Este artigo descreve as principais características da Rede Ethernet Industrial e analise da sua possibilidade atual e futura como alternativa para o chão de fábrica.
Palavras-chave : Ethernet Industrial, Fieldbus, Redes de Campo.
Abstract: This article describes the main features of the Industrial Ethernet Network and analyzes its current and future possibility as an alternative to the shop floor.
Keywords : Industrial Ethernet, Fieldbus, Field Networks.
1 Introdução A Industria, cada vez mais necessita de sistemas integrados, cuja as informações passe do chão-de-fábrica aos sistemas corporativos de forma fácil e sem problemas de integração. Nos últimos anos é crescente o interesse da industria pela rede Ethernetcomo uma possível alternativa no chão de fábrica e no controle de processos. As razões para isto são nítidas quando se analisa a enorme popularidade da tecnologia Ethernet, como: baixo custo de implementação, treinamento e manutenção, alta velocidade e performance, atualizações tecnológicas constante, facilidade de interconectividade, acesso , tecnologia comercialmente barata, com isso, fica a certeza que os principais fabricantes de CLP e SDCD suportam Ethernet mesmo quando projetados para sistemas fieldbus específicos. Agregam-se ainda alguns benefícios como: capacidade de transportar elevado fluxo de informações entre o processo industrial e a corporação, elevado número de pessoal técnico qualificado, habilidade de prover diagnósticos e atuações remotamente. Para os proficionais de automação, a Ethernet parece ser a opção natural, poré, alguns questionamentos são levantados, quase sempre relacionados com a Ethernet clássica (padrão IEEE 802.3). Os questionamentos mais comuns são: como resolver sua falta de determinismo? Como reduzir o seu tempo de resposta para níveis de atuação e sensoriamento? Como garantir segurança intrínseca? Como reduzir a quantidade de cabos no chão de fábrica?
2 Ethernet Industrial
2.1 Evoluções na camada física A tecnologia Ethernet adotada pelo IEEE como padrão 802.3 caracteriza a camada física e enlace de dados do modelo OSI, ficando na camada física as definições de tipos de cabos, conectores e características elétricas. A tabela 1 evidencia os padrões evolutivos da camada física, da Ethernet 10BASE5 até o Gigabit Ethernet (1000BASE-X e 1000BASE- FX ). Tabela 1 – Tabela evolutiva da camada física Ethernet Padrão Tipo de Cabo Velocidade 10BASE5 Coaxial Grosso 10Mbps 10BASE2 Coaxial Fino 10Mbps 10BASE-T Par Trançado 10Mbps 100BASE-TX Par Trançado 100Mbps 1000BASE-X Par Trançado 1000Mbps 10BASE-FL Fibra Óptica 10Mbps 100BASE-FX Fibra Óptica 100Mbps 1000BASE-FX Fibra Óptica 1000Mbps
Os cabos são classificados em categorias conforme suas características de atenuação e outros fatores relacionados às freqüências de transmissão das redes de alta velocidade. As redes que utilizam par trançado, se dividem em categorias, categoria 5e, que suporta a Gigabit Ethernet e a categoria 6 que inclui todos os parâmetros da categoria 5e mas sua freqüência atinge 250MHz. Na camada de rede, o ponto mais questionável é referente a garantia de segurança intrínseca de forma que cabos e conectores resistam ao ambiente hostil do chão de fábrica. Vários fabricantes apresentam linhas específicas de cabos e conectores voltados para a industria, como mostra a figura 1 abaixo: Figura 1 – Conectores Ethernet Industrial
Fonte: http://www.directindustry.com Estas novas linhas de produtos como os da RJ-Lnnx® combinam o conector padrão RJ-45 com as exigências das aplicações industriais. O resultado é uma linha de produtos projetada para preservar a integridade da transmissão de dados até mesmo em condições mais severas. As melhorias incluem: selagem contra penetrações de contaminantes ambientais, conexões robustas, proteções contra efeitos de vibração, proteções contra oxidações e blindagens contra interferências eletromecânicas de transiente (EMI).
2.2 Evolução do Quadro e inclusão de Qualidade de Serviço (QoS)
entregue) ou processamento (a garantia de que a mensagem será confiantemente entregue dentro de um certo prazo). A velocidade original da rede Ethernet era de 10 Mbps, porém velocidades como 100 Mbps e 1.000Mbps hoje, são facilmente encontradas, já se vislumbra inclusive a 10 Gigabit Ethernet. Desta forma, podemos considerar que os problemas de velocidade na rede ethernet encontram-se completamente superados. Foram criados diversos mecanismos para aumentar a performance da rede, um deles como já foi visto foi o que permite aos equipamentos definirem a prioridade das mensagens dentro da rede, garantindo o recebimento de dados de modo determinístico. Outra extensão da norma, a IEEE 802.3x, permite a transmissão e a recepção Full- Duplex. As evoluções no processamento digital de sinais e a redução no custo dos DSPs permitiram fazer esta comunicação fullduplex em um só par de cabos de cobre. Um outro problema fundamental da rede Ethernet é como suportar a redundância, algumas soluções proprietárias surgiram das próprias empresas, porém a utilização desta solução ainda depende do tipo da aplicação. Uma outra extensão, conhecida como IEEE 802.12 pode solucionar este problemas de redundancia, permitindo que múltiplos links redundantes sejam adicionados, uma autorecuperação da conexão em caso de falha de um repetidor ou rompimento em alguma parte da rede. Certamente alguns aspectos quanto à segurança da rede devem ser considerados, que garantam sua utilização em ambientes de segurança intrínseca.
3 Limitações da Ethernet Industrial
A visão do usuário industrial está muito afunilada para a topologia de barramento onde, várias estações compartilham de uma conexão comum, infelizmente esta topologia está descartada em Ethernet Industrial, as opções de rede para Ethernet Industrial são as topologias em estrela e a em anel. Considerando que a topologia em anel redundante é proprietária da Hirschmann, resta ao usuário industrial a topologia em estrela (com repeating hub ou switching hub no centro da estrela) podendo expandi-la em estrela distribuída, com conexão hub-ahub.
Um fator de sucesso para os sistemas de fieldbus por barramento proprietário, e que a Ethernet não tem resposta (e nem terá em curto prazo), é a economia na instalação elétrica do equipamento terminal para o controlador. Outro limitante da Ethernet, como um padrão industrial de fato (embora exista as soluções híbridas propostas pelo PROFINET, pelo Ethernet/IP, pelo ALNETWeb e pelo HSE da Fieldbus Foundation.), é a indefinição de um software para a camada de aplicação que seja capaz de prover configuração da rede, downloads, diagnóstico industrial e comunicação implícita sensor/atuador.
4 Conclusão
Com o crescente número de empresas que desenvolvem soluções para redes abertas Ethernet Industrial, pode-se concluir que ela terá nos próximos anos uma forte atuação na automação industrial, porém, assim como o Controle Baseado em PC, deve-se estudar em quais ambientes a Ethernet Industrial ou a tecnologia de fieldbus proprietária atual pode desempenhar um papel mais satisfatório. Sua presença não pode ser negligenciada pela industria e nem pelos projetistas de redes e deve ser vista como a primeira escolha para redes de controle futuras. O aumento fenomenal em largura de banda, novas topologias redundantes, controle de tráfego inteligente, qualidade de serviço e outros desenvolvimentos mostram que a Ethernet é evolutiva e que tende ser revolucionária para o meio industrial.
Referências
HOUGLAND, Benson. Ethernet Advantages At I/O Level. Industrial Ethernet Book. 2000. SOMOGVI, Andreas. A Flexible Future For Iindustrial Automation. Industrial Ethernet Book.
FILHO, Constantino S. – Industrial Ethernet. UFMG - DEE. 2002. Industrial EthernetBook, http://ethernet.industrial-networking.com Ethernet/IP, http://www.odva.org Altus, http://www.altus.com.br
