PROFIBUS

Histórico

PROFIBUS (acrónimo de Process Field Bus) é o 2º tipo mais popular sistema de comunicação em rede Fieldbus ficando atrás somente do protocolo Modbus, sendo que em 2004, estimava-se que existiriam mais de 10 milhões de nós instalados mundialmente.

O PROFIBUS foi desenvolvido em 1987 por Johan Sartwish Wilman, em São Petersburgo.

Existem três diferentes versões de PROFIBUS:

·         PROFIBUS-DP (Decentralized Peripherals) esse protocolo foi a primeira versão criada. Indicada para o chão de fábrica, onde há um volume de informações grande e há a necessidade de uma alta velocidade de comunicação para que os eventos sejam tratados num tempo adequado.

·         PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) esta versão é uma evolução do Profibus DP e destina-se a comunicação ao nível de células (nível onde se encontram os PLCs). O FMS é tão poderoso que pode suportar o volume de dados até o nível gerencial, mesmo que isso não seja indicado.

·         PROFIBUS-PA (Process Automation) é a versão mais moderna do Profibus. Uma característica interessante deste protocolo é que os dados podem trafegar pela mesma linha física da alimentação DC, o que economiza tempo de instalação e cabos e diminui o custo de sua instalação. Sua performance é semelhante ao DP. Uma característica interessante nesse protocolo, é o fato dele ser intrinsecamente seguro, podendo ser usado em áreas classificadas. [1]

PROFIBUS foi definida em 1991/1993 na norma DIN 19245, movida em 1996 para EN 50170, e desde 1999 incluída na normas IEC 61158/IEC 61784.

O padrão PROFIBUS é mantido, atualizado e comercializado pela PROFIBUS International, uma organização sem fins lucrativos administrada de Karlsruhe na Alemanha.

Meio físico

Existem três tipos de meio físico de comunicação que podem ser utilizados pelo Protocolo Profibus, a saber:

·         RS-485 - É o meio físico mais utilizado e consiste basicamente de um cabo blindado e dois fios, geralmente nas cores verde e vermelha. Nas extremidades da rede é necessário realizar terminação da rede, que consiste num arranjo de resistores interligados aos terminais da rede e dois pontos de tensão de referência disponibilizados no dispositivo. Existe também a possibilidade de utilização de terminadores ativos.

·         IEC 61158-2 - É um padrão que define regras e particularidades para aplicações em automação de processos (Profibus PA), sobretudo para aplicações em áreas classificadas.

·         Fibra óptica - É o meio físico mais recomendado para locais onde há grande possibilidade de interferências eletromagnéticas (EMI). Existem equipamentos disponíveis no mercado para efetuar a conversão de RS-485 para fibra óptica e vice-versa, específicos para rede Profibus DP.

Redes MAP/TOP

Projeto MAP

Introdução

    O projeto MAP tem como mérito a apresentação de uma proposta concreta para a comunicação no ambiente de fábrica, estabelecendo as condições necessárias para a integração dos componentes de automação de um ambiente segundo a filosofia CIM.

    O projeto MAP nasceu no início dos anos 80 por iniciativa da GM (General Motors) que, para competir com as companhias automobilísticas japonesas, queria montar uma rede abrangendo todos os seus escritórios, fábricas, revendedores e fornecedores. A ideia era que, quando um cliente encomendasse um carro em qualquer lugar do mundo, o computador da revendedora transmitiria instantaneamente o pedido para a GM, que então entraria em contato com os fornecedores para ter o material necessário à produção. 

    Uma parte importante desta rede da GM era a automação de fábricas, no qual todos os robôs seriam interligados. Tendo em vista que os carros se movem através de linhas de montagem a uma taxa fixa, quer os robôs estejam prontos ou não, a GM considerou essencial ter uma LAN no qual o pior tempo de transmissão tivesse um limite superior conhecido previamente (a Ethernet não possui esta propriedade). 

    Na época, poucos equipamentos na fábrica da GM podiam se comunicar entre si e os custos dessa comunicação eram muitos altos devido às interfaces especiais necessárias em cada equipamento. Além disso já se previa o aumento no número de equipamentos programáveis a serem instalados e que necessitariam de comunicação. Em função disso, o custo de comunicação passou a ser uma prioridade na empresa. 

    Para solucionar o problema, as seguintes soluções eram possíveis: 

• Continuar a produção utilizando máquinas isoladas (stand-alone) de uma variedade de fabricantes e utilizar interfaces especiais para possibilitar a comunicação;

• Fazer aquisição de equipamentos de um único fabricante, acabando com a incompatibilidade;

• Desenvolver uma proposta padronizada que permitisse interconectar todos os equipamentos da empresa.

Dadas às perspectivas de evolução e o grande desenvolvimento dos equipamentos de automação, a primeira proposta era, naturalmente, inviável. Com relação a segunda proposta, era (e continua sendo) impossível encontrar um único fabricante capaz de fornecer todos os equipamentos necessários ao processo de fabricação. 

A solução viria, então, pela terceira opção, que foi o ponto de partida para o projeto MAP, através da criação de uma força tarefa reunindo profissionais das diversas divisões da GM, cujo objetivo inicial era investigar a possibilidade de utilização do modelo de referência OSI como base para a proposta padronizada da empresa (para evitar incompatibilidades). 

Um ano mais tarde, em 1981, A GM uniu-se à Digital Equipment Corporation (DEC), Hewlettt-Packard (HP) e IBM. O grupo se preocupou então a selecionar alguns padrões de protocolos já definidos para o modelo OSI e que pudessem ser adotados na nova arquitetura. 

Esse trabalho conjunto levou ao MAP (Manufacturing Automation Protocol) utilizando o token-bus, que foi rapidamente adotado por muitas companhias no mundo, mas que atualmente está em desuso. 

Aproximadamente na mesma época do início do desenvolvimento do MAP, a Boeing estava interessada em padrões de automação de escritório. Como, para ela, não havia requisitos de real-time (os boeings não seguem em linhas de montagem) e já possuía uma enorme base instalada de Ethernet,  preferiu este padrão. O conjunto de protocolos resultantes foi denominado TOP (Technical and Office Protocols). 

No ano de 1986, o projeto TOP foi incorporado ao MAP gerando o projeto MAP/TOP. Este garante que pelo menos nas camadas intermediárias, ambos os protocolos (MAP e TOP) são compatíveis.

Arquitetura MAP 

    Uma vez adotado o modelo OSI como referência para a arquitetura de comunicação, o problema era selecionar as propostas a serem implementadas em cada camada. Para as camadas 1 e 2, forma selecionadas, respectivamente, as normas IEEE 802.4 (token-bus) e IEEE 802.2 (LLC). 

    Do ponto de vista da camada Física, foi escolhido o suporte de comunicação broadband. Tal escolha foi baseada nas seguintes razões: 

• Possibilidade de definição de vários canais de comunicação sobre um único meio físico, o que permitiria a coexistência de várias redes, minimizando as modificações dos cabos durante a transição para MAP;

• Permitiria a troca de outros sinais, como voz e imagens (circuito fechado de TV, teleconferência, etc);

• Broadband é parte da norma IEEE 802.4;

• A GM já possuía muitas instalações operando em broadband.

As razões que conduziram à escolha do token-bus foram: 

• Inicialmente, era o único método de acesso ao meio suportado para broadband;

• Muitos equipamentos programáveis já eram providos com o protocolo de enlace suportado por broadband e IEEE 802;

• A possibilidade de implementar um esquema de prioridade de mensagens.

Apesar das razões supracitadas para escolha do token-bus, esta foi uma escolha relativamente debatida, principalmente porque a arquitetura MAP é a única a adotá-la e os circuitos integrados implementando IEEE 802.4 são utilizados exclusivamente para esta arquitetura. Além disso, outras propostas tinham sido adotadas pelos grandes fabricantes: Ethernet (IEEE 802.3) no caso da DEC/Intel e IEEE 802.5 no caso da IBM. 

  A nível da camada de Enlace, embora as funções associadas sejam principalmente a detecção e recuperação de erros, optou-se por um protocolo que não implementasse estes serviços, o LLC tipo 1, deixando estas funções a cargo dos níveis superiores (mais particularmente, o nível Transporte). 

   O serviço de Rede é sem conexão (datagramas, mais flexível e robusto na conexão de múltiplas redes heterogêneas), cada mensagem sendo roteada individualmente através da rede, conforme a norma ISO 8473. O padrão especifica a forma de endereçamento e como este leva ao roteamento pela rede. O endereço possui 3 subpartes: companhia, LAN e número da máquina. Isto induz a um roteamento hierárquico, com os pacotes sendo roteados para a companhia apropriada, LAN apropriada e máquina destino. 

   A nível do Transporte, foi adotada a classe 4 do protocolo de Transporte da ISO (TP4, ISO 8072/73), orientado à conexão, com controle de erros. O serviço de Transporte oferece, então, um canal de comunicação confiável, sem perdas, erros, nem duplicação de mensagens. TP4 assegura ainda as funções de fragmentação e montagem de mensagens, o que permite que as mensagens trocadas neste nível sejam de qualquer dimensão. 

   A norma ISO 8326/27 foi adotada para a camada de Sessão, assegurando as funções de comunicação full-duplex e de resincronização. 

   Na camada de Apresentação, os problemas de representação de dados são resolvidos com a adoção da sintaxe abstrata ASN.1, que serve de linguagem comum às diferentes formas de representação dos dados, características de cada equipamento. 

  Dentre as funções oferecidas aos processos de aplicação, foram definidas, na camada de Aplicação, as seguintes normas: 

• MMS, para a troca de mensagens entre equipamentos de produção;

• FTAM, para o acesso e a transferência de arquivos;

• RTOS, para a gestão de nomes (diretórios);

• funções de gerenciamento de rede, para a gestão de recursos, medição de desempenho e modificação dos parâmetros da rede.

A figura 1 apresenta as escolhas efetuadas a nível do projeto MAP, incluindo as versões EPA e Mini-MAP. Como a partir da versão 3.0 ocorreu uma unificação dos projetos MAP e TOP, a figura apresenta também as normas adotadas para a arquitetura TOP.

Especificação MAP/TOP 3.0

Figura 1. Especificação MAP/TOP 3.0

Arquitetura MAP-EPA 

   Dadas as necessidades específicas de cada nível hierárquico de uma empresa, verificou-se que a proposta MAP original não permitia cobrir todos os níveis considerados, sendo mais adequado aos níveis superiores. Uma razão principal disto é que, apesar da excelente qualidade dos serviços oferecidos, a arquitetura a sete camadas oferece um overhead que passa a ser indesejável nos níveis mais baixos das atividades de uma empresa. 

   Uma primeira solução a este problema foi a definição de uma versão simplificada da arquitetura MAP, denominada MAP-EPA (Enhanced Performance Architecture). A figura 2 apresenta a proposta MAP-EPA. 

   Esta proposta foi baseada na definição de duas planilhas de protocolos, a pilha normal Full-MAP e a pilha MAP-EPA, desprovida das camadas de Rede, Transporte, Sessão e Apresentação. 

Do ponto de vista das camadas baixas, o protocolo IEEE 802.4 continuava sendo adotado, porém sob um suporte de transmissão em base band a 5Mbps. 

   Nesta arquitetura, um processo de aplicação tem a opção de enviar seus dados através da pilha normal ou, em casos onde o requisito seja um tempo de resposta rápida, pela pilha MAP-EPA. Evidentemente, o fato das camadas 3 a 6 estarem ausentes acarreta a perda dos serviços oferecidos por estas.

Arquitetura MAP-EPA

Figura 2. Arquitetura MAP-EPA

Arquitetura Mini-MAP 

   Uma terceira opção relacionada com a norma MAP foi a arquitetura Mini-MAP, baseada igualmente na supressão das camadas 3 e 6 para eliminar o overhead dos protocolos daquelas camadas. A arquitetura Mini-MAP é composta unicamente do segmento simplificado de MAP-EPA, e foi assim definida para evitar o alto custo das pilhas de protocolos paralelas de MAP-EPA. Esta nova proposta era dedicada aos níveis mais baixos, permitindo a comunicação em aplicações mais simples como, por exemplo, entre sensores inteligentes. 

   O fato de não possuir a camada de Transporte fez introduzir um protocolo de Enlace mais sofisticado que o da proposta MAP, o LLC tipo 3, datagrama com reconhecimento.

   Os Serviços de Mensagem Industrial (MMS) 

   MMS (Manufacturing Message Services) foi normalizado pela ISO como sendo o conjunto de serviços de comunicação oferecidos às aplicações industriais, particularmente para viabilizar, dentro do ambiente OSI, as interações entre equipamentos de produção programáveis. 

   MMS é o resultado dos trabalhos realizados no contexto do projeto MAP, para definição de um conjunto de serviços de comunicação orientados às aplicações industriais. 

   A primeira proposta de MMS/RS-511 foi apresentada em junho de 1985, na forma de um documento organizado em duas partes: 

   Manufacturing Message Services: Definição dos Serviços;

   Manufacturing Message Specification: Especificação do Protocolo.

   Atualmente, MMS tornou-se norma internacional, fazendo parte da camada de Aplicação da versão 3.0 de MAP, publicada em agosto de 1988. Os dois documentos mencionados acima apresentam, de forma geral, como os serviços e o protocolo podem ser aplicados no contexto da utilização de um equipamento de produção genérico, sem levar em conta as particularidades de uma classe de equipamentos específica. Para complementar a norma existente, outros documentos foram e estão sendo produzidos, denominados normas de acompanhamento (Companion Standards) cujo objetivo é levar em conta a particularidade de cada equipamento, tais como robôs, máquinas de comando numérico, sistemas de visão, CLPs e os sistemas de controle de processos. 

   O objetivo de MMS é fornecer serviços de comunicação que permitam a um sistema aberto (no sentido OSI) acessar os recursos existentes em outros sistemas abertos conectados à rede de comunicação. Eles permitem cobrir grande parte das necessidades de comunicação entre de sistemas de produção, como, por exemplo, o carregamento remoto de programas, o controle remoto de um equipamento, a elaboração de relatórios de produção, etc. 

  Os programas escritos pelos programadores de aplicação vão acessar (direta ou indiretamente) as primitivas de serviço MMS, que vão manipular objetos virtuais representando os recursos reais disponíveis num equipamento de produção distante.

Projeto TOP 

   Com objetivos semelhantes ao MAP, foi desenvolvido pela Boeing a partir de 1983 o projeto TOP (Technical and Office Protocol), voltado à redes de automação de áreas técnicas e administrativas. Também é baseado no modelo OSI de 7 camadas e tem como finalidade fornecer aos usuários serviços tais como correio eletrônico, processamento de textos, acesso a base de dados, transferência de arquivos, CAD/CAM distribuído, troca de documentos, transações bancárias, etc. 

   A partir de 1986 os projetos MAP e TOP passaram a ser coordenados conjuntamente (projeto MAP/TOP).

Comentários 

   Apesar do MAP possuir vantagens, sua utilização está entrando em desuso e dentre os principais motivos, pode-se destacar: 

   Esta especificação atende bem os requisitos de comunicação nos níveis superiores da hierarquia porém, por ser uma estrutura robusta, torna o tempo de resposta (200 a 400ms) muito alto quando da necessidade de real-time;

Os níveis inferiores da hierarquia caracterizam-se pela existência de uma grande variedade e quantidade de equipamentos de controle, inviáveis de serem conectados pela arquitetura MAP pelo custo da interface entre eles.

CAN BUS - BARRAMENTO CONTROLLER AREA NETWORK

HISTÓRICO

O CAN Bus (ou Barramento Controller Area Network) foi desenvolvido pela empresa alemã Robert BOSCH e disponibilizado em meados dos anos 80. Sua aplicação inicial foi realizada em ônibus e caminhões. Atualmente, é utilizado na indústria, em veículos automotivos, navios e tratores, entre outros.

CONCEITUAÇÃO BÁSICA

O CAN é um protocolo de comunicação serial síncrono. O sincronismo entre os módulos conectados a rede é feito em relação ao início de cada mensagem lançada ao barramento (evento que ocorre em intervalos de tempo conhecidos e regulares).

Trabalha baseado no conceito multi-mestre, onde todos os módulos podem se tornar mestre em determinado momento e escravo em outro, além de suas mensagens serem enviadas em regime multicast, caracterizado pelo envio de toda e qualquer mensagem para todos os módulos existentes na rede.

Outro ponto forte deste protocolo é o fato de ser fundamentado no conceito CSMA/CD with NDA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection with Non-Destructive Arbitration). Isto significa que todos os módulos verificam o estado do barramento, analisando se outro módulo está ou não enviando mensagens com maior prioridade. Caso isto seja percebido, o módulo cuja mensagem tiver menor prioridade cessará sua transmissão e o de maior prioridade continuará enviando sua mensagem deste ponto, sem ter que reiniciá-la.

Outro conceito bastante interessante é o NRZ (Non Return to Zero), onde cada bit (0 ou 1) é transmitido por um valor de tensão específico e constante.

A velocidade de transmissão dos dados é inversamente proporcional ao comprimento do barramento. A maior taxa de transmissão especificada é de 1Mbps considerando-se um barramento de 40 metros. A Figura 1 representa a relação entre o comprimento da rede (barramento) e a taxa de transmissão dos dados.

Figura 1

Considerando-se fios elétricos como o meio de transmissão dos dados, existem três formas de se constituir um barramento CAN, dependentes diretamente da quantidade de fios utilizada. Existem redes baseadas em 1, 2 e 4 fios. As redes com 2 e 4 fios trabalham com os sinais de dados CAN_H (CAN High) e CAN_L (CAN Low). No caso dos barramentos com 4 fios, além dos sinais de dados, um fio com o VCC (alimentação) e outro com o GND (referência) fazem parte do barramento, levando a alimentação às duas terminações ativas da rede. As redes com apenas 1 fio têm este, o fio de dados, chamado exclusivamente de linha CAN.

Considerando o CAN fundamentado em 2 e 4 fios, seus condutores elétricos devem ser trançados e não blindados. Os dados enviados através da rede devem ser interpretados pela análise da diferença de potencial entre os fios CAN_H e CAN_L. Por isso, o barramento CAN é classificado como Par Trançado Diferencial. Este conceito atenua fortemente os efeitos causados por interferências eletro-magnéticas, uma vez que qualquer ação sobre um dos fios será sentida também pelo outro, causando flutuação em ambos os sinais para o mesmo sentido e com a mesma intensidade. Como o que vale para os módulos que recebem as mensagens é a diferença de potencial entre os condutores CAN_H e CAN_L (e esta permanecerá inalterada), a comunicação não é prejudicada.

No CAN, os dados não são representados por bits em nível “0” ou nível “1”. São representados por bits Dominantes e bits Recessivos, criados em função da condição presente nos fios CAN_H e CAN_L. A Figura 2 ilustra os níveis de tensão em uma rede CAN, assim como os bits Dominantes e Recessivos.

Figura 2

Como mencionado no início, todos os módulos podem ser mestre e enviar suas mensagens. Para tanto, o protocolo é suficientemente robusto para evitar a colisão entre mensagens, utilizando-se de uma arbitragem bit a bit não destrutiva. Podemos exemplificar esta situação, analisando o comportamento de dois módulos enviando, ao mesmo tempo, mensagens diferentes. Após enviar um bit, cada módulo analisa o barramento e verifica se outro módulo na rede o sobrescreveu (vale acrescentar que um bit Dominante sobrescreve eletricamente um Recessivo). Um módulo interromperá imediatamente sua transmissão, caso perceba que existe outro módulo transmitindo uma mensagem com prioridade maior (quando seu bit recessivo é sobrescrito por um dominante). Este módulo, com maior prioridade, continuará normalmente sua transmissão.

FORMATOS DAS MENSAGENS

Existem dois formatos de mensagens no protocolo CAN:

CAN 2.0A – Mensagens com identificador de 11 bits. É possível ter até 2048 mensagens em uma rede constituída sob este formato, o que pode caracterizar uma limitação em determinadas aplicações. A Figura 3 apresenta o quadro de mensagem do CAN 2.0A.

Figura 3

CAN 2.0B – Mensagens com identificador de 29 bits. É possível ter, aproximadamente, 537 milhões de mensagens em uma rede constituída sob este formato. Percebe-se que a limitação em virtude da quantidade de mensagens não mais existe. Por outro lado, o que pode ser observado em alguns casos é que, os 18 bits adicionais no identificador aumentam o tempo de transmissão de cada mensagem, o que pode caracterizar um problema em determinadas aplicações que trabalhem em tempo-real (problema conhecido como overhead). A Figura 4 apresenta o quadro de mensagem do formato CAN 2.0B.

Figura 4

PADRÕES EXISTENTES

Os fundamentos do CAN são especificados por duas normas: a ISO11898 e a ISO11519-2. A primeira, ISO11898, determina as características de uma rede trabalhando com alta velocidade de transmissão de dados (de 125Kbps a 1Mbps). A segunda, ISO11519-2, determina as características de uma rede trabalhando com baixa velocidade (de 10Kbps a 125Kbps).

Ambos os padrões especificam as camadas Física e de Dados, respectivamente 1 e 2 se considerado o padrão de comunicação OSI de 7 camadas (ISO7498). As demais camadas, da 3 à 7, são especificadas por outros padrões, cada qual relacionado a uma aplicação específica.

Existem diversos padrões fundamentados no CAN, dentre os quais podemos destacar:

• NMEA 2000: Baseado no CAN 2.0B e utilizado em aplicações navais e aéreas. 
• SAE J1939: Baseado no CAN 2.0B e utilizado em aplicações automotivas, especialmente ônibus e caminhões. 

• DIN 9684 – LBS: Baseado no CAN 2.0A e utilizado em aplicações agrícolas. 

• ISO 11783: Baseado no CAN 2.0B e também utilizado em aplicações agrícolas.

  

Estes padrões especificam o equivalente às camadas de Rede (3), Transporte (4), Sessão (5), Apresentação (6) e Aplicação (7), do padrão OSI, incluindo-se as mensagens pertinentes ao dicionário de dados de cada aplicação em especial.

DETECÇÃO DE FALHAS

Algumas das maiores vantagens do CAN é a sua robustez e a capacidade de se adaptar às condições de falha, temporárias e/ou permanentes. Podemos classificar as falhas de uma rede CAN em três categorias ou níveis: Nível de Bit, Nível de Mensagem e Nível Físico.

Nível de Bit – Possui dois tipos de erro possíveis:

Bit Monitoring: Após a escrita de um bit dominante, o módulo transmissor verifica o estado do barramento. Se o bit lido for recessivo, significará que existe um erro no barramento.

Bit Stuffing: Apenas cinco bits consecutivos podem ter o mesmo valor (dominante ou recessivo). Caso seja necessário transmitir seqüencialmente seis ou mais bits de mesmo valor, o módulo transmissor inserirá, imediatamente após cada grupo de cinco bits consecutivos iguais, um bit de valor contrário. O módulo receptor ficará encarregado de, durante a leitura, retirar este bit, chamado de Stuff Bit. Caso uma mensagem seja recebida com pelo menos seis bits consecutivos iguais, algo de errado terá ocorrido no barramento.

  

Nível de Mensagem – São três os tipos de erro possíveis:

CRC ou Cyclic Redundancy Check: Funciona como um checksum. O módulo transmissor calcula um valor em função dos bits da mensagem e o transmite juntamente com ela. Os módulos receptores recalculam este CRC e verificam se este é igual ao transmitido com a mensagem.

Frame Check: Os módulos receptores analisam o conteúdo de alguns bits da mensagem recebida. Estes bits (seus valores) não mudam de mensagem para mensagem e são determinados pelo padrão CAN.

Acknowledgment Error Check: Os módulos receptores respondem a cada mensagem íntegra recebida, escrevendo um bit dominante no campo ACK de uma mensagem resposta que é enviada ao módulo transmissor. Caso esta mensagem resposta não seja recebida (pelo transmissor original da mensagem), significará que, ou a mensagem de dados transmitida estava corrompida, ou nenhum módulo a recebeu.

Toda e qualquer falha acima mencionada, quando detectada por um ou mais módulos receptores, fará com que estes coloquem uma mensagem de erro no barramento, avisando toda a rede de que aquela mensagem continha um erro e que o transmissor deverá reenviá-la.

Além disso, a cada mensagem erroneamente transmitida ou recebida, um contador de erros é incrementado em uma unidade nos módulos receptores, e em oito unidades no transmissor. Módulos com estes contadores iguais a zero são considerados Normais. Para os casos em que os contadores contêm valores entre 1 e 127, os módulos são considerados Error Active. Contadores contendo valores entre 128 e 255 colocam os módulos em condição de Error Passive. Finalmente, para contadores contendo valores superiores a 255, os módulos serão considerados em Bus Off e passarão a não mais atuar no barramento. Estes contadores também são decrementados a medida que mensagens corretas são recebidas, o que reduz o grau de incerteza em relação a atividade dos módulos ora com contadores contendo valores diferentes de zero e possibilita novamente a plena participação deles no barramento.

  

Nível Físico – Para os barramentos com 2 e 4 fios, caso algo de errado venha a ocorrer com os fios de dados CAN_H e CAN_L, a rede continuará operando sob uma espécie de modo de segurança. Seguem abaixo algumas das condições de falha nas linhas de comunicação que permitem a continuidade das atividades da rede:

• Curto do CAN_H (ou CAN_L) para GND (ou VCC);
• Curto entre os fios de dados CAN_H e CAN_L;

• Ruptura do CAN_H (ou CAN_L);

ASPECTOS DE IMPLEMENTAÇÃO: DICIONÁRIO DE DADOS

É a parte mais dedicada à aplicação quando se trabalha com um protocolo como o CAN. O Dicionário de Dados (ou Data Dictionary) é o conjunto de mensagens que podem ser transmitidas naquela determinada rede.

A forma mais interessante de se organizar um dicionário de dados é criando uma matriz com todos os módulos da rede. Esta matriz mostrará cada mensagem sob a responsabilidade de cada módulo, relacionando quem a transmite e quem a recebe. Outros dados importantes nesta matriz são: o tempo de atualização dos valores da mensagem, o intervalo de transmissão da mesma e o valor relativo ao seu identificador. Além desta matriz, a documentação referente ao Dicionário de Dados deverá conter uma descrição detalhada de cada mensagem, bit a bit.

O Dicionário de Dados é implementado numa rede CAN via software e deverá ser o mesmo (ter a mesma versão de atualização, inclusive) em todos os módulos conectados à rede. Isto garantirá total compatibilidade entre os participantes do barramento.

ASPECTOS DE IMPLEMENTAÇÃO: EXEMPLO DE REDE

Uma rede CAN, dependendo da sua aplicação, poderá ter até centenas de módulos conectados. O valor máximo para a conexão de módulos em um barramento depende da norma que se utiliza na dada aplicação.

Toda rede CAN possui 2 Terminadores. Estes terminadores nada mais são que resistores com valores entre 120 e 124 ohms, conectados à rede para garantir a perfeita propagação dos sinais elétricos pelos fios da mesma. Estes resistores, um em cada ponta da rede, garantem a reflexão dos sinais no barramento e o correto funcionamento da rede CAN.

Outra característica de determinadas aplicações fundamentadas no CAN é que estas poderão ter duas ou mais sub-redes trabalhando, cada qual, em uma velocidade diferente. Os dados são transferidos de uma sub-rede para a outra através de módulos que atuam nas duas sub-redes. Estes módulos são chamados de Gateways.

A Figura 5 ilustra a rede CAN de um sistema automotivo, com duas sub-redes e dois terminadores. O Gateway desta aplicação é o Painel de Instrumentos.

Figura 5

ASPECTOS DE IMPLEMENTAÇÃO: MONTAGEM DA REDE

Barramento é o termo técnico que representa os condutores elétricos das linhas de comunicação e a forma como eles são montados. Apesar de parecer simples, o ato de interligar os módulos requer bastante atenção.

Sobre o cabeamento necessário, considerando-se uma aplicação CAN de dois fios, deve-se utilizar par trançado onde a secção transversal de cada um dos fios deve ser de no mínimo 0,35mm².

As duas terminações (resistores de aproximadamente 120 ohms), do ponto de vista teórico, podem ser instaladas nas extremidades do chicote, diretamente nos fios de dados CAN_H e CAN_L. Do ponto de vista prático isto é extremamente complexo. O que deve ser feito é adicionar as terminações nas duas ECUs (Unidades Eletrônicas de Controle) conectadas aos extremos da rede. Se as ECUs forem montadas dependendo dos opcionais do veículo, deve-se procurar instalar as terminações nas ECUs que sempre estarão presentes nele (veículo). As terminações são mandatórias numa rede CAN.

No momento de se projetar o roteamento do barramento, algumas regras em relação ao comprimento dos chicotes devem ser observadas. O sincronismo das operações das ECUs no CAN é fundamentado no tempo de propagação física das mensagens no barramento. Assim, a relação do comprimento de determinados intervalos do chicote no barramento são fundamentais ao bom funcionamento da rede.

A Figura 6 mostra um diagrama que ilustra as medidas que devem ser observadas no desenvolvimento do chicote.

Figura 6

Destacamos que, após o barramento ser montado, caso seja necessário qualquer retrabalho no mesmo, é aconselhável a troca do chicote elétrico danificado. Emendas poderão alterar a impedância característica da rede e com isso afetar o seu funcionamento.

Acesso as ATPS de Mecatrônica 6º semestre

Link para as ATPS de Mecatrônica 6º semestre

PLT - Redes de Comunicação Industrial

Nome: Comunicação de Dados e Redes de Computadores 
Autor: Behrouz A. Forouzan
Editora: Bookman

Link para download do livro:
http://www.sendspace.com/file/vuu2uw

Histórico Redes Industriais:

–        Década de 60:

•         Transmissão analógica (0-10V ou 4-20 mA).

•         Painel de instrumentos conectados diretamente aos transdutores ou atuadores.

–        Década de 70:

•         Transmissão digital (controle digital direto entre controlador e os dispositivos de entrada/saída).

•         Controlador Lógico Programável (CLP).

–        Década de 90:

•         Redes de controladores de lógica programável (controle distribuído – Fieldbus).

•         Controlador Programável (CP) e software supervisório central, que gerencia alarmes, receitas e relatórios.

–        Atualmente:

•         Redes que interligam dispositivos de campo inteligentes (sensores e atuadores), CLPs, etc.