Informática IndustrialN8INF

Prof. Dr. Cesar da Costa

1.a Aula: Fundamentos de Redes Industriais

Em todo o campo da moderna tecnologia de Automação Industrial, novos modos de interconectar máquinas (eletronicamente) e plantas industriais estão sendo desenvolvidos.

A enorme competitividade e o custo são fatores que pesam fortemente em todas as áreas de produção e processos de engenharia, necessitando a exploração potencial mais racional.

Dentro desse ponto de vista a fiação paralela (convencional) de interconexão de sensores e atuadores em uma máquina, passa a ser inviável com relação ao custo e o fator tempo.

Uma solução para este problema é a interconexão serial dos componentes, no menor nível de hierarquia de automação, por meio de sistemas de Redes de Comunicação Industrial.

1. Introdução

Fiação Paralela Convencional de Sensores

Fiação Serial de Sensores

Ao mesmo tempo a crescente globalização do mercado está fazendo novas exigências em sistemas de automação e engenharia eletro-eletrônica, considerando as soluções em tecnologia de controle.

O resultado disto tem sido a exigência para arquiteturas de sistemas de controle modular aberta, que pode ser aceita em todo o mundo.

Futuros sistemas de automação serão por esta razão baseados em sistemas de controle abertos e flexíveis.

O desempenho e o funcionamento do sistema pode ser adaptado para requerer mudanças sem interromper o sistema.

Sistema de Controle aberto e Flexível

Sistema de Controle aberto e Flexível

Supervisório

Remotas

CLP´s

Remotas

Remotas

Outra condição para um sistema de automação aberto e flexível consiste da padronização da conexão entre os diferentes arranjos do sistema de controle e equipamentos periféricos disponíveis no mercado.

A solução para este problema é a implementação de sistemas de Rede Industrial de barramento serial que, separadamente oferecem todas as vantagens de um sistema aberto.

Arquiteturas abertas e flexíveis resultam em uma padronização do link entre o sistema de controle (microcomputador, CLP) e o equipamento periférico (sensores e atuadores).

Arquitetura Aberta

-O IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers ) define arquitetura aberta como uma especificação de serviços que fornece a estrutura de interconexão e define a interface de interação entre componentes.

- Um sistema de arquitetura aberta deve possuir:

• Operacionalidade plena: dados padronizados e modelos de comportamento, comunicação e mecanismos de interação.

• Portabilidade: capacidade dos componentes do sistema de operar em plataformas diferentes.

Arquitetura Aberta

• Escalabilidade: capacidade de aumentar ou diminuir a funcionalidade de um sistema através da adição ou supressão de componentes específicos.

• Intercambialidade: capacidade de substituir um componente por outro em função da capacidade, segurança ou desempenho.

A seguir estão relacionados alguns fabricantes de Redes Industriais de barramento serial:

-Siemens: rede Profibus, AS-Interface.- Rockwell Automation (antiga Allen Bradley): rede DeviceNet.- Schneider (Telemecanique): rede FIP.- Phoenix Contact: rede Interbus.- Ifm: rede AS-Interface.- Yokogawa: Fieldbus.

Dentro de uma planta industrial pode-se encontrar uma gama enorme de equipamentos e dispositivos diferentes sendo utilizados em redes industriais.

Uma rede industrial faz a comunicação entre um determinado número de equipamentos (estações) de forma que possam trocar dados (informações) entre sí.

A rede industrial, entre outras coisas, transmite informações para o controle de um processo. Uma rede é caracterizada pelo tipo de sistema que compõem o seu backbone.

Suas características são determinadas em função do gerenciamento do fluxo de informação dentro do sistema.

2. Redes Industriais

Redes industriais são necessárias devido à crescente informatização das empresas.

Todas as etapas do processo produtivo devem ser informatizadas:

• O projeto do produto.• A produção em escala industrial.• O controle do processo.• O controle do estoque de peças ou da matéria-prima usada para produção. • O sistema de vendas ou de encomenda do produto.

2. Redes Industriais

O objetivo final é aumentar a eficiência, reduzindo os custos de produção, venda e distribuição do produto.

O processo de produção passa por várias etapas executadas por diferentes elementos presentes no ambiente industrial.

A tendência no ambiente industrial é de se ter vários subsistemas com uma certa autonomia, com cada um sendo responsável por parte do processo de produção.

Tipos de equipamento presentes em cada subsistema do ambiente industrial são bastante diversificados:

• Computadores são usados p/ projeto e supervisão; • Controladores de alto nível coordenam todo o processo de produção;• No chão de fábrica são usados robôs, esteiras, tornos, sensores, atuadores ...

2.2 O processo de produção

Redes são usadas para integrar os equipamentos presentes em um determinado subsistema reponsável por parte do processo de produção.

Cada subsistema adota o tipo de rede mais adequado para si levando em conta o tipo de equipamento que utiliza e os requisitos da atividade que executa.

Subsistemas devem estar interligados para que sejam feitos a coordenação das atividades e a supervisão do processo produtivo como um todo.

Resultado: não existe um tipo de rede que seja capaz de atender a todos os requisitos dos diversos subsistemas existentes em um ambiente industrial.

2.3 Uso de Redes no Ambiente Industrial

Os requisitos do ambiente industrial e seus processos de produção são geralmente diferentes daqueles presentes em redes locais de computadores.

Tipos de rede específicos para o ambiente industrial podem ser necessários.

Exemplo de requisitos de redes industriais:

• Boa resistência mecânica; • Resistência a chama, umidade e corrosão;• Alta imunidade a ruídos;• Taxa de erros baixa ou quase nula;• Tempo de acesso e de propagação limitados;• Tempo entre falhas e tempo de reparo baixos; • Boa modularidade e possibilidade de interconexão.

2.4 Requesitos de Redes Industriais

2.5 CIM – Computer Integrated Manufacturing

2.5 CIM – Computer Integrated Manufacturing

• A integração total da Manufatura, tornou-se possível graças a avanços paralelos, tanto na tecnologia da informática como na tecnologia das Redes Industriais.

• A representação estrutural do C.I.M pode ser feita através da figura de uma pirâmide industrial e três níveis de atividades existentes na manufatura.

• Cada nível representa um conjunto diferente de tarefas, cada uma delas utilizando uma forma diferente de Automação, de tal modo que os três níveis formam uma hierarquia das operações produtivas, na base, até o nível de administração global, no topo.

2.5 CIM – Computer Integrated Manufacturing

Nível 1Chão de fábrica : Máquinase processos

Nível 2 Controle do Processo:Sistemas de Supervisão

Nível 3

Gerenciamento da ProduçãoEngenharia PlanejamentoOperacional

Nível 1 – Chão de Fábrica

• Este nível representa as máquinas, os equipamentos, os sensores, os atuadores e o processo. Normalmente, neste nível as indústrias utilizam uma grande variedade de Automação como: CLP´s, CNC´s, Robôs, inversores de frequência, etc.

2.5 CIM – Computer Integrated Manufacturing

Nível 2 – Supervisão e Controle

• Este nível representa a supervisão e o controle do chão de fábrica. Além das funções de controle e supervisão, o sistema de Automação nesse nível, gera um Banco de Dados de produção.

.

2.5 CIM – Computer Integrated Manufacturing

Nível 3 – Gerenciamento da Produção

• Este nível representa a Engenharia de produto, Planejamento operacional, Gerência de produção e a Alta administração.

• Este nível avalia o desempenho da fábrica como um todo, analisando e fornecendo informações para os outros níveis.

2.5 CIM – Computer Integrated Manufacturing

Sistema de Supervisão e Controle

Supervisão

Remotas

CLP´s

Remotas

Remotas

Chão de Fábrica – Nível 1

CIM – Computer Integrated Manufacturing

Ligação Ethernet Painel de Hub’s

e Switch’s

Gerencia Sala de ComandoEngenharia

Banco de Dados Banco de Dados

Chão de Fábrica

2.6 Tecnologias Utilizadas no CIM

Tecnologias Assistidas por Computador

• CAD (Computer Aided Design)• CAE (Computer Aided Engineering)• CAM (Computer Aided Manufacturing)• CAPP (Computer Aided Process Planning)• CAQ (Computer-aided quality assurance)• PPC (Production planning and control)• ERP (Enterprise resource planning)

- Sistema integrado de gerenciamento com uma base de dados comum. Ex: SAP.

2.6 Tecnologias Utilizadas no CIM

Dispositivos e Equipamentos Utilizados:

• CNC (Computer numerical control)• DNC (Direct numerical control)• CLP (Controlador Lógico Programávél)• Robos• Microcomputadores• Softwares• Controladores• Redes Industriais e Coorporativas• IHM (Interface Homem Máquina)• Encoders• Inversores de frequência• Scanners• Transmissores• Sensores e atuadores• Servo Drivers

2.6 Tecnologias Utilizadas no CIM

Tecnologias:

• FMS (Flexible Manufacturing System)• ASRS (Automated Storage and Retrieval Systems)• AGV (Automated Guided Vehicles)• Robótica• Sistemas de Transportes Automático