Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 139 – 2008
¤ Artigos

Arquiteturas de Proteção para Redes de Automação e Controle
Sérgio Cordeiro
Sumário
Um estudo realizado recentemente indicou 8 arquiteturas comumente usadas na indústria para conexão de uma rede de automação e controle e uma rede corporativa, com um banco de dados intermediário de acesso comum a ambas.
Este artigo lista quais são essas arquiteturas, as principais vantagens e desvantagens de cada uma e o valor de cada uma com respeito à segurança, a facilidade de manutenção e o desempenho oferecidos.


Sistemas de controle via redes: uma nova abordagem para utilização de redes industriais
Eduardo Paciência Godoy e Arthur José Vieira Porto - Departamento de Engenharia Mecânica, Escola de Engenharia de São Carlos, USP
Ricardo Yassushi Inamasu - EMBRAPA Instrumentação Agropecuária
Resumo
Uma grande tendência nos sistemas industriais atuais é a integração de comunicação e controle em diferentes níveis de processos de manufatura e informação. A introdução nesses sistemas de arquiteturas de redes industriais baseadas em barramento ou fieldbus pode melhorar a eficiência, a flexibilidade e a confiabilidade do sistema como um todo, reduzindo o tempo e os custos de instalação e manutenção.
Aplicações recentes de sistemas de controle distribuído demonstram o surgimento de uma nova abordagem para a utilização de redes industriais, como o DeviceNet (CAN), Profibus, Foundation Fieldbus e Modbus. Nessa abordagem, o controlador e a planta ficam fisicamente separados e são conectados por uma rede de comunicação. Este tipo de implementação, onde as malhas de controle são fechadas sob uma rede industrial tem sido denominada de Sistema de Controle via Redes (NCS - Networked Control Systems).
Os principais desafios no projeto e desenvolvimento de um NCS são os efeitos degenerativos causados pela inclusão da rede de comunicação no sistema de controle em malha fechada. O desempenho e a estabilidade do NCS acabam sendo deteriorados pela presença dos atrasos de comunicação (delay) entre os sensores, atuadores e controladores e pela discretização dos sinais no sistema de controle. Buscando minimizar esses efeitos degenerativos, metodologias de controle têm sido desenvolvidas especificamente para NCSs, bem como ferramentas de simulação para suporte ao projeto destes sistemas.
Este trabalho apresenta uma revisão sobre a pesquisa e o desenvolvimento de NCSs, enfatizando os principais conceitos e assuntos relacionados. Uma descrição dos atrasos de comunicação existentes em NCS, suas características e efeitos sobre o desempenho e estabilidade do sistema de controle é realizada. Busca-se a partir da sistematização das informações deste trabalho, gerar uma documentação de referência para orientar trabalhos de pesquisa e desenvolvimento sob o tema.


Estudo do comportamento das aplicações Fieldbus Foundation em segmentos H1 contendo múltiplas malhas de controle
Anderson Marcos Henriques e Fuad Kassab Junior - Universidade de São Paulo – Escola Politécnica – Laboratório de Automação e Controle
Resumo
Os estudos e pesquisas envolvidos com o projeto de otimização da configuração de aplicações Fieldbus Foundation (FF), vem sendo desenvolvido desde 1999 pelo Prof. Anderson Marcos Henriques. Este trabalho demonstra resultados sobre a abordagem empregada pelo software Kiper Fieldbus 2.0, para análise de aplicações Fieldbus Foundation em segmentos do tipo H1. A metodologia empregada visa auxiliar o engenheiro de aplicações na tomada de decisão sobre a configuração das aplicações, que sofrem com a interferência entre estratégias de controle.
O programa estima e avalia as condições operacionais que cercam o sistema FF através da adoção de parâmetros que indicam e direcionam a atenção do engenheiro para as situações comprometedoras que depreciam o funcionamento da configuração atual das aplicações. O software adota técnicas de inteligência artificial, grafos e interface homem máquina para auxiliar, manipular e simplificar a interpretação das informações por parte do engenheiro de aplicações. Além disso, a ferramenta pode aferir se um dado sistema está sendo sobrecarregado, sub-utilizado e qual é a disponibilidade de recursos real que o sistema possui.


Ethernet Industrial: Características do protocolo HSE
Lellis do Amaral Campos Junior, Rodrigo Palucci Pantoni e Eduardo André Mossin
Smar Equipamentos Industriais Ltda.
Durante as três últimas décadas, diversos protocolos fieldbus foram desenvolvidos, implementados e padronizados para sistemas de automação industrial.
As avançadas características implementadas (como por exemplo, diagnósticos de instrumentos) na área de sistemas de automação criaram a necessidade de um aumento da quantidade de informações transmitida na rede industrial, demandando uma largura de banda maior do que a dos protocolos inicialmente desenvolvidos e padronizados (não ultrapassavam 5 Mbps).


Como eliminar a fonte responsável por 94% dos problemas em projetos com protocolos digitais
Augusto Pereira - Gerente de Marketing - Pepperl+Fuchs Ltda.
Daniel Marques - Gerente Técnico PA - Pepperl+Fuchs
Dênis Leonardo - Coordenador de Projetos PA - Pepperl+Fuchs Ltda.
Primeiramente, antes de iniciarmos a parte do projeto básico, precisamos entender o atual estágio da tecnologia dos componentes de campo. Numa analogia com a telefonia, esse equipamento à esquerda, que muitos dos leitores mais jovens nunca devem ter operado,
era completamente analógico. Através de curtos-circuitos na linha de transmissão, seus sinais eram decodificados por uma central telefônica eletromecânica que se conectava a outro aparelho e assim, se estabelecia a comunicação por voz.
Esse aparelho à direita, já muito popular hoje em dia, é totalmente digital. Na verdade, ele é um computador que se comunica sem fio com uma central telefônica que é formada por uma rede de computadores; ele é identificado por um endereço IP, mas nós, simples usuários, só conhecemos o seu endereço numérico. Esse aparelho serve para múltiplas funções, algumas delas inimagináveis há alguns anos atrás, até pelo fato de serem concentradas num único aparelho, tais como: agenda eletrônica (nessa função, praticamente matou aquelas pequenas agendas eletrônicas individuais), telefone e despertador (nessa função, está ameaçando cada vez mais esse mercado), câmera fotográfica, filmadora, calculadora, games, gravador de áudio etc. Aliás, podemos até telefonar com ele. Apesar de esse aparelho desempenhar todas essas funções, nós o identificamos pelo simples nome de “telefone celular”, uma definição muito pobre para esse aparelho multifuncional.


Gerência de Redes de Automação utilizando o modelo ISO/IEC 7498-4
Leandro Pfleger de Aguiar - Chemtech – A Siemens Company
Resumo
Com a convergência das redes de automação para os padrões abertos, utilizando redes Ethernet e protocolo TCP/IP, recaem sobre os ativos envolvidos no processo os mesmos problemas e riscos enfrentados na área de TI como as dificuldades de gestão de ambientes heterogêneos e a preocupação constante com a questão da segurança da informação. O modelo ISO/IEC 7498-4 vem sendo desenvolvido e implementado nas redes corporativas desde 1998 e, com o crescimento da preocupação com modelos de gestão que maximizem o retorno do investimento (ROI), deixou de ser uma especificação teórica para se tornar uma excelente forma de garantir altos índices de disponibilidade da rede através de boas práticas de gerência. Este artigo descreve o modelo proposto pela ISO/IEC e as suas cinco áreas funcionais – gerência de falhas, de contabilização, de configuração, de performance e gerência de segurança – e diz onde e como ele pode ser introduzido também na área de automação (TA) para antecipar a detecção de problemas, automatizar o controle e reduzir custos com tempos de parada (downtime) das redes.


Padrão OPC UA – Nova Arquitetura Unificada evolui em tecnologia e aplicabilidade
Marcos Fonseca, M.Sc. - Sênior Manager da Accenture Automation and Industrial Solutions
O padrão OPC até então baseado na tecnologia proprietária COM/DCOM da Microsoft é um padrão “de facto” para aplicações de conectividade industrial. Originalmente, o acrônimo OPC significava OLE for Process Control, fazendo referência à tecnologia na qual o padrão estava baseado, ou seja, o antigo Object Linking and Embedding, que mais recentemente foi rebatizado para COM/DCOM. A partir da liberação das primeiras especificações do padrão OPC, o mercado de automação rapidamente se orientou para o desenvolvimento de produtos e soluções utilizando com a teconologia. Este direcionamento do mercado foi orientado principalmente pela proposta inicial de se ter uma solução de conectividade totalmente aberta, oferecida pelo OPC. Ainda que apenas algumas das funcionalidades especificadas pelo OPC tenham sido implementadas de forma ampla, tais como o Data Access (OPC-DA), Alarms and Events (OPC-AE) e Historical Data (OPC-HDA), vide figura 1, isso foi suficiente para torná-lo realmente num padrão “de facto”. O padrão OPC não é propriamente um protocolo no seu sentido amplo, mas principalmente, um padrão aberto para conectividade de sistemas. Portanto, o padrão OPC é utilizado como a principal camada de conectividade sobre a maioria dos sistemas de comunicação e protocolos industriais, sejam estes proprietários ou mesmo padronizados, tais como Profibus, ControlNet, DeviceNet, Foundation Fieldbus, Modbus, etc. O padrão OPC baseado em COM/DCOM ainda não era uma opção interessante para sistemas e produtos baseados em plataforma não-Windows, acesso via web e implementação em hardware, apesar de existirem especificações e soluções utilizando o OPC disponível no mercado. Mas este cenário está com os dias contados.


Protetor de transientes em redes Profibus
César Cassiolato - Diretor de Marketing, Qualidade e Assistência Técnica – Smar Equipamentos Industriais Ltda.
Este artigo mostra alguns conceitos e técnicas de proteção de equipamentos de campo Profibus DP e Profibus PA em termos de sinais de alta tensão e correntes induzidas por raios ou outras fontes.
É de conhecimento que as instalações dos sistemas de controle podem ser constituídas pela distribuição aérea e subterrânea de cabos, bandejamentos, cabos próximos a cabos de alta tensão e que podem estar suscetíveis à exposição de raios, descargas eletrostática e interferência eletromagnética (EMI). A interferência eletromagnética pode ser radiada (via ar), conduzida (via condutores), induzida (normalmente acima de 30MHz) ou combinação das mesmas. Para termos uma idéia da tensão gerada pela descarga eletrostática, se considerarmos um condutor com 50nH de indutância, podemos falar de picos de tensão da ordem de 200V
(V = L*di/dt) ou mais, uma vez que um pulso de corrente gerado pela descarga eletrostática tem um tempo de subida muito curto, da ordem de 4A/ns.


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