A Evolução da Automação Industrial e o Surgimento das Redes Industriais
A automação industrial percorreu um longo caminho desde seus primórdios, passando por sistemas pneumáticos e elétricos até as soluções digitais modernas. As redes industriais surgem como um marco fundamental nessa trajetória, conectando máquinas, dispositivos e sistemas em um ambiente industrial integrado e inteligente.
A espinha dorsal da Indústria 4.0
As redes industriais se tornaram a espinha dorsal da Indústria 4.0, a Quarta Revolução Industrial, que se caracteriza pela convergência da tecnologia digital com o mundo físico. Elas possibilitam a coleta e o compartilhamento de dados em tempo real, permitindo:
- Maior produtividade: otimização de processos, redução de gargalos e aumento da capacidade de produção;
- Flexibilidade aprimorada: adaptação rápida a mudanças de mercado e demandas do cliente;
- Qualidade superior: monitoramento e controle precisos dos processos, resultando em produtos com menos defeitos;
- Segurança aprimorada: identificação e prevenção de falhas antes que causem problemas maiores;
- Tomada de decisões mais inteligentes: análise de dados para identificar oportunidades de melhoria e otimizar o desempenho geral da operação industrial.
Modelo OSI/ISO e suas Camadas
O Modelo OSI/ISO (Open Systems Interconnection/International Organization for Standardization) serve como uma estrutura de referência padronizada para compreender a comunicação em redes, inclusive em redes industriais. Ele divide a comunicação em sete camadas abstratas, cada uma com funções e responsabilidades específicas. Saiba mais!
Topologia de redes Industriais
Está relacionado a como os dispositivos de uma rede estão conectados fisicamente entre si.
Ethernet - Primordial para a conexão industrial
Atividade - Vamos configurar a nossa primeira rede ethernet. Abra o arquivo e realize o tutorial
Rede ethernet CLP, inversor , computador e celulares!
Modbus TCP - Um protocolo muito utilizado!
Introdução
- O que é Modbus?
- Protocolo de comunicação serial simples e aberto, amplamente utilizado em sistemas de automação industrial.
- Permite a comunicação entre dispositivos eletrônicos, como controladores lógicos programáveis (CLPs), sensores e atuadores.
- Funciona em uma arquitetura mestre-escravo.
- Evolução para Modbus TCP
- Modbus TCP é uma adaptação do Modbus serial para a rede Ethernet.
- Oferece maior velocidade, distância de comunicação e flexibilidade.
- Utiliza o protocolo de transporte TCP/IP, garantindo a confiabilidade da comunicação.
Características Principais
- Arquitetura mestre-escravo
- Um dispositivo mestre inicia as comunicações e envia requisições aos dispositivos escravos.
- Os escravos respondem às requisições do mestre com os dados solicitados.
- Funções
- Leitura de registros: O mestre solicita o valor de um registro específico do escravo.
- Escrita de registros: O mestre envia um novo valor para um registro específico do escravo.
- Leitura de bits: O mestre solicita o estado de um bit específico do escravo.
- Escrita de bits: O mestre define o estado de um bit específico do escravo.
Vantagens do Modbus TCP
- Simplicidade: Fácil de implementar e configurar.
- Abertura: Padrão aberto, sem custos de licenciamento.
- Amplamente utilizado: Suportado por diversos fabricantes de equipamentos industriais.
- Alta velocidade: Maior velocidade de comunicação em comparação com o Modbus serial.
- Longa distância: Permite comunicação em redes Ethernet, cobrindo grandes distâncias.
Troca de Mensagens
- Processo de comunicação:
- O mestre envia uma requisição ao escravo, especificando a função, endereço e outros parâmetros.
- O escravo processa a requisição e monta a resposta.
- O escravo envia a resposta ao mestre, contendo os dados solicitados ou um código de erro.
- Exemplo prático:
- Um CLP (mestre) solicita a temperatura de um sensor (escravo).
- O sensor envia a temperatura atual para o CLP.
Número de Dispositivos em uma Rede Modbus
- Não há limite teórico: O número de dispositivos em uma rede Modbus TCP depende da capacidade da rede Ethernet e dos recursos dos dispositivos.
- Fatores limitantes:
- Largura de banda da rede.
- Potência de processamento dos dispositivos.
- Tráfego de rede.
- Recomendações:
- Dimensionar a rede de acordo com as necessidades da aplicação.
- Evitar sobrecarregar a rede com um número excessivo de dispositivos
Funções Básicas do Modbus
O protocolo Modbus oferece uma série de funções para interagir com os dispositivos escravos. As funções básicas mais utilizadas são:
1. Leitura de Bits de Entrada Discreta (Function Code 01)
- Objetivo: Ler o estado de um conjunto de bits de entrada discreta em um dispositivo escravo.
- Exemplo: Verificar se um botão foi pressionado. O mestre envia uma mensagem para o escravo solicitando o estado do bit correspondente ao botão. O escravo retorna o estado do bit (ligado ou desligado) para o mestre.
2. Leitura de Registros de Retenção (Function Code 03)
- Objetivo: Ler o valor de um conjunto de registros de retenção (holding registers) em um dispositivo escravo.
- Exemplo: Ler a temperatura atual de um sensor. O mestre envia uma mensagem para o escravo solicitando o valor do registro que armazena a temperatura. O escravo retorna o valor da temperatura para o mestre.
3. Escrita de um Único Bit de Saída Discreta (Function Code 05)
- Objetivo: Escrever um novo valor em um bit de saída discreta em um dispositivo escravo.
- Exemplo: Acionar uma válvula. O mestre envia uma mensagem para o escravo com o novo valor para o bit correspondente à válvula (ligado ou desligado). O escravo escreve esse valor no bit e aciona ou desliga a válvula.
4. Escrita de Múltiplos Registros de Retenção (Function Code 16)
- Objetivo: Escrever um novo valor em um conjunto de registros de retenção em um dispositivo escravo.
- Exemplo: Ajustar a velocidade de um motor. O mestre envia uma mensagem para o escravo com o novo valor de velocidade desejado. O escravo escreve esse valor no registro correspondente e ajusta a velocidade do motor.
5. Escrita de um Único Registro de Retenção (Function Code 06)
- Objetivo: Escrever um novo valor em um único registro de retenção em um dispositivo escravo.
- Exemplo: Configurar um ponto de ajuste para um controlador PID. O mestre envia uma mensagem para o escravo com o novo valor do ponto de ajuste. O escravo escreve esse valor no registro correspondente e ajusta o controlador.
Tabela Resumindo as Funções Básicas:
| Código da Função | Descrição |
|---|---|
| 01 | Leitura de bits de entrada discreta |
| 03 | Leitura de registros de retenção (holding) |
| 05 | Escrita de um único bit de saída discreta |
| 06 | Escrita de um único registro de retenção |
| 16 | Escrita de múltiplos registros de retenção |
Portas em Redes Industriais: Um Guia Completo
O que são portas em uma rede Ethernet?
Imagine a sua casa com várias portas de entrada. Cada porta leva a um cômodo diferente, certo? Na rede Ethernet, as portas funcionam de forma similar. Elas são como endereços específicos dentro de um computador que permitem que diferentes aplicativos e serviços se comuniquem entre si e com outros dispositivos na rede.
A porta 502: A porta do Modbus TCP
A porta 502 é como a porta de entrada específica para o protocolo Modbus TCP. Quando um dispositivo quer se comunicar usando o protocolo Modbus TCP, ele direciona a comunicação para a porta 502 do dispositivo de destino. É como se você estivesse batendo à porta certa para falar com a pessoa que você deseja.
Por que as portas são importantes em redes industriais?
- Organização: As portas ajudam a organizar o tráfego de rede, permitindo que múltiplos protocolos industriais rodem no mesmo dispositivo sem interferir uns nos outros.
- Segurança: Configurar firewalls para permitir ou bloquear o tráfego em portas específicas é uma forma comum de proteger redes industriais contra acessos não autorizados.
- Identificação de serviços: Ao saber a porta que um serviço industrial está usando, você pode identificar facilmente qual protocolo está sendo utilizado e qual dispositivo está se comunicando.
Exemplos de portas utilizadas em redes industriais:
| Protocolo Industrial | Porta Comum | Descrição |
|---|---|---|
| Modbus TCP | 502 | Protocolo de comunicação serial amplamente utilizado em sistemas de automação industrial. |
| OPC UA | 4840 | Protocolo de comunicação industrial orientado a serviços, utilizado para interoperabilidade entre diferentes sistemas. |
| EtherNet/IP | 2222 | Protocolo de comunicação industrial da família CIP, utilizado em redes de controle industrial. |
| Profinet | 102 | Protocolo de comunicação industrial da família PROFINET, utilizado em redes de automação industrial. |
| S7 Communication | 102 | Protocolo de comunicação da família Siemens S7, utilizado em sistemas de automação industrial da Siemens. |
Configurando o CLP da Altus como Master Modbus para controlar o inversor!
TUTORIAL: Configurando o CLP para controlar o Inversor
PROJETO COM DOIS INVERSORES
Projeto comunicando um CLP como master de rede MODBUS coletando informações e controlando dois inversores CFW300 via modbus TCP.
👉Backup do projeto para abrir no Mastertool👈
Ethernet IP uma rede de alta velocidade!
Informações sobre essa rede!
Vamos incluir em nosso projeto um módulo de rede Ethernet IP!
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