J.P.C GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL: REDES INDUSTRIAIS
A comunicação em Ethernet vem sendo utilizada em nível administrativo durante anos em nossas empresas. Seu surgimento no início foi discreto, pois não existia nada sobre comunicação. Nos anos 60 foram conectadas quatro Universidades nos Estados Unidos (UCLA - UCSB - UU - SRI). Dez anos mais tarde, já na década de 70, a Ethernet interligava grandes computadores, atingindo 20 Hosts em 1972. Chegamos aos anos 80 com o desenvolvimento do padrão TCP/IP (1983), que só seria comercializado em 1986 até a implementação do “www & .com” nos anos 90, a qual se tornou padrão mundial de comunicação com o TCP/IP V6.0 e a expansão no endereçamento de 32 para 128 bits chegando, finalmente, aos anos 2000 na “nova era” das comunicações digitais. Atualmente, há mais de 300 satélites lançados como o Cyberstar 3, Celestri 63+9, Astrolink 9, Teledisk 288, Spaceway 8, Sky Bridge 64 entre outros. É possível transmitir e receber dados, voz e imagem, desenvolver páginas HTML (que serão empacotadas no http) ou fazer uso de plataformas independentes avançadas de linguagem de programação, como o Java, que cria os “Applets” e permite outros recursos e serviços adicionais. Empregada do chão-de-fábrica até o nível administrativo, a Ethernet possibilita cada vez mais a integração total do mercado, não mais somente para a integração de departamentos internos e prédios, fazendo uso dos serviços ligados à Internet (sistema global de redes conectadas, comunicação de dados, trocas de arquivos, e-mail, www) e à Intranet (rede privada, utilizando-se de recursos internet, disponível apenas dentro de uma empresa, local ou prédio) - (figura 1).
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Fig. 1 |
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| Fig. 3 |
O protocolo de automação industrial é simples. Na verdade,
ele é formado pela união do meio físico e de acessórios: Ethernet mais os
protocolos e serviços de informática e de Internet - TCP/IP. Para que o sistema
seja associado à planta é recomendado que se faça união a um protocolo de
automação que seja simples e aberto, para que haja a comunicação com o
chão-de-fábrica, como no caso do Modbus, solução oferecida pela Schneider
Electric, lembrando que o grande mérito da associação Ethernet - TCP/IP é a
possibilidade de misturar, de forma segura, vários protocolos numa única linha
de comunicação a um dispositivo, sem contar que as redes IP são escaláveis. A
integração é completa: vertical desde o nível administrativo até o nível do
dispositivo. No chão-de-fábrica, porém, a utilização da Ethernet nos níveis de
controle e de dispositivos suscita algumas questões relacionadas com problemas,
tais como: 1. Segurança na Rede; 2. Cablagem; 3. Determinismo. Tomando como
foco o determinismo, este permite a previsão, com exatidão, da velocidade de
transmissão de dados e garante que a chegada desses se efetue sempre no mesmo
instante. Porém, a Ethernet se baseia no mecanismo CSMA/CD que faz uso do
“collision detection and avoidance” como meio de partilha da rede, sendo este
um método totalmente não determinístico, dado que a resposta da rede varia de
uma forma não-linear devido ao tráfego de informações na rede. Este método detecta
colisões de comunicações na rede a fim de evitá-las.
TRABALHANDO
COM O DETERMINISMO
Com o objetivo de resolver o desempenho das redes em
Ethernet Industrial é preciso combinar a solução de uso correto dos serviços e
pacotes de dimensionamento de redes com o exato dimensionamento e projeto
físico de nossas redes. A configuração de um sistema com base em Ethernet
Industrial deve levar em consideração os seguintes aspectos: 1. Para baixar a
probabilidade de atrasos, o tráfego deve ser mantido significativamente
inferior aos limites teóricos, evitando as possíveis colisões; 2. Redes
Ethernets mais rápidas não eliminam as colisões, mas podem aumentar a
probabilidade da entrega dos pacotes num instante predeterminado; 3. Quando
acontece a colisão, ela afeta diretamente a largura de banda. Para solucionar
problemas relacionados ao determinismo podemos empregar recursos disponíveis e
conhecidos aplicados para a Internet e a Intranet, que são os “Domínios” (grupo
de computadores e componentes em uma rede que possui um nome de grupo
associado) e os “Workgroups” (grupo de computadores e componentes de rede onde
um componente de rede está alocado). Computadores que regularmente dividem
recursos estão colocados em um mesmo “Workgroup”). A primeira solução é manter
a rede dividida em grupos de trabalhos não muito grandes, utilizando “routers”
ou “bridges” industriais para segmentar a rede Ethernet em domínios de colisões
separados, evitando a troca de dados entre muitos componentes simultaneamente e
permitindo que um interfira no outro. A estratégia, na verdade, consiste no uso
de “routers” e “switches” combinando a segurança dos roteadores com a
velocidade dos switches, (figura 4). Outros problemas associados são os
“Runts”, pacotes de dados bem pequenos que violam as regras da Ethernet,
originados pela propagação de ruídos na rede, e o “Broadcast storm” que é a
difusão de grande quantidade de pacotes do tipo “broadcast” num curto espaço de
tempo, que são melhorados em sua maioria pelo seccionamento da rede em grupos
menores.
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| Fig. 4 |
OS
SERVIÇOS DISPONÍVEIS
Entre os serviços direcionados ao TCP/IP podemos destacar:
HTTP (Hypertext Transport Protocol): trata-se de um grupo de regras que
controla a troca de arquivos na Internet. Uma página WEB escrita em HTML é
empacotada em http. Este pacote é rodado no TCP/IP e transportado para o
navegador da empresa. Em automação este serviço funciona nos dispositivos com
servidores WEB que permite a manutenção e o diagnóstico dos produtos alocados
na rede através de um navegador padrão de mercado; BOOTP (Bootstrap Protocol):
protocolo que possibilita a um dispositivo obter seu IP de um servidor central.
Este recurso permite um endereçamento automático dos dispositivos de uma rede
Ethernet; DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): na automação, ele é
utilizado para o endereçamento automático de um novo equipamento após uma
falha. O DHCP é baseado no BOOTP. O endereço do equipamento danificado deve
retornar ao servidor para voltar novamente para o novo equipamento; SNMP
(Simple Network Management Protocol): todos os equipamentos que possuem este
serviço podem ser monitorados por softwarepadrão de gestão de rede, permitindo
o seu diagnóstico e análise do rendimento; Virtual LAN: permite suporte de
segurança e isolação por segmentação virtual dos dados no chão-defábrica que
são enviados de outros componentes e usuários; Fast Spanning Tree: o protocolo
“Spanning Tree” permite uma rápida convergência da rede. Se ocorrer um defeito
em algum nó da rede, o link redundante alternativo assumirá automaticamente a
comunicação. Com o “Fast Spanning Tree” as redes são comutadas de forma muito
veloz e os nós se tornam disponíveis novamente em menos de um segundo; OPC
Server Support: o OPC é uma especificação técnica não proprietária que define
um conjunto de interfaces padrão, baseadas na tecnologia OLE/COM da Microsoft.
A aplicação do OPC é criar um ambiente ininterrupto entre as aplicações de
automação e controle, sistemas e componentes de campo e aplicações no nível
administrativo.
CONCLUSÃO
Os benefícios do emprego da tecnologia Ethernet Industrial incluem uma arquitetura aberta e veloz de comunicação de Ethernet TCP/IP, contando com contínuas atualizações e avanços tecnológicos. É possível manter um sistema de automação industrial funcionando continuamente, permitindo alertas e controle em tempo real, dos estados de seus componentes graças a serviços e funções de rede, que permitem isolar e proteger grupos de trabalho, realizar novamente endereçamento do componente após falha ou direcionar o link para um caminho alternativo, realizar diagnósticos, bem como gerar mensagens de erro por e-mail, garantindo segurança e determinismo nas comunicações industriais.