Automações - O Blog da Automação Industrial

Automação com software livre utilizando o ScadaBR

2011-09-05T03:00:00.000-03:00

Olá, leitores!

A algum tempo atrás encontrei a página do ScadaBR na internet e entrei em contato para saber mais detalhes e acabei conhecendo o Victor Rocha Pusch (MCA Sistemas). Pela seriedade e funcionalidade do sistema supervisório ScadaBR, abri o espaço aqui no Automações para que ele pudesse divulgar esta tecnologia. Assim, o texto a seguir foi escrito por ele e é bem esclarecedor no que diz respeito ao ScadaBR. Vejamos:

Visão geral sobre o ScadaBR

O ScadaBR é um software open-source do tipo SCADA, ou seja, é um Sistema Supervisório desenvolvido colaborativamente, podendo ser baixado e utilizado gratuitamente por qualquer pessoa, empresa ou laboratório que esteja automatizando seus processos.

Os principais objetivos do ScadaBR são fornecer uma ferramenta 100% aberta e disseminar a utilização de Sistemas Supervisórios nas empresas brasileiras, visando redução de custos, maior qualidade nos processos, e consequentemente promover um incremento de competitividade para os produtos destas empresas.

Com o ScadaBR é possível comunicar com uma grande variedade de dispositivos de automação (como Sensores e CLPs), construir telas específicas para controle remoto de processos, extrair relatórios, gerar alarmes, entre outras funcionalidades tradicionais de softwares dete tipo (para uma introdução completa sobre Sistemas Supervisórios, veja este post aqui do Automações).

A versão atual do ScadaBR possui as seguintes características:

comunicação digital com sensores e equipamentos em mais de 20 protocolos digitais incluindo Modbus RTU e TCP, OPC-DA 2.0, ASCII Serial, IEC 60870-101 e 104, e DNP3;
armazenamento de históricos em banco de dados open-source, com visualização através de gráficos e relatórios;
construtor de telas baseado em DHTML/AJAX para visualização via Internet, com opção para desenvolvimento utilizando componentes animados Flash;
suporte a lógicas (scripts) para programação de receitas e bateladas;
Possibilidade de extender o software em qualquer linguagem de programação, através de uma API (Interface de Programação de Aplicativos) aberta SOAP/Web-Services.

Figura 1 - Vista de uma tela feita no ScadaBR

Com as características apresentadas acima, é possível instalar o ScadaBR em um servidor que faz todo o monitoramento e envio de comandos para os dispositivos de automação, ao mesmo tempo em que se opera o processo através de uma visualização gráfica em navegador Web, e extraem-se relatórios diretamente para o Excel, por exemplo.

O ScadaBR encontra-se próximo do lançamento da versão 1.0, e já possui uma série de resultados positivos em termos de introdução no mercado nacional de soluções para automação industrial. Um dos primeiros "pilotos" com o ScadaBR foi executado em uma fábrica de placas eletrônicas; após os primeiros lançamentos, já foram apresentados diversos casos de sucesso incluindo:

monitoramento de eficiência energética;
automação industrial - controle com CLPs;
automação predial;
supervisão de geração de energia em pequenas centrais hidrelétricas;
automatização de balanças (pesagem de resíduos sólidos entre outros);
utilização em saneamento básico;
monitoramento de temperatura em granjas (aviário).

Figura 2 - Tela construída no ScadaBR

O ScadaBR atualmente tem o desenvolvimento coordenado pela MCA Sistemas, em parceria com seus usuários, integradores, e instituições que apóiam o software como a Fundação CERTI e a UFSC. Para maiores informações sobre o ScadaBR, basta visitar o site: http://www.scadabr.org.br.

Redes AS-I - Parte II

2011-08-26T22:23:00.000-03:00

Continuando a postagem anterior, serão apresentadas nesta postagem mais informações sobre as Redes AS-I e suas aplicações na indústria.

Mestre da rede AS-I

O dispositivo mestre da rede AS-I é aquele que gerencia toda a rede, monitorando os escravos, detectando e interpretando erros. O mestre poderá ser uma placa para PC, um cartão para PLC ou um mini PLC, como os mostrados a seguir:

Figura 1 - Placa Mestre AS-I para PC (Barramento PCI)
(Fabricante: Bihl+Wiedemann )

Figura 2 - Cartão Mestre AS-I para PLC Modicon Premium
(Fabricante: Schneider Electric)

Figura 3 - PLC Master AS-I
(Fabricante: IFM Electronic)

No mestre da rede AS-I fica armazenado o programa aplicativo com a configuração da rede, que é editada com um software de edição das configurações da rede.

Gateways

No mercado existem diversos Gateways para a rede AS-I, que são equipamentos que podem ser aplicados para interligar a rede AS-I em redes de maior porte, tais como Profibus, DeviceNET, Ethernet/IP dentre outras.

Vantagens de aplicação

As redes AS-I possuem vantagens bem interessantes para a sua aplicação na indústria, que abrangem principalmente o custo e simplicidade de instalação. Algumas são mostradas a seguir:

Redução nos custos com hardware, pois a rede utiliza somente um cabo.
Simplicidade de instalação.
Instalação mais segura, pois o número de conexões na rede é reduzido.
Baixo custo por escravo na rede.

Limitações

Assim como qualquer outro tipo de rede, existem algumas limitações que devem ser consideradas na etapa de especificação e projeto de algum sistema empregando uma rede AS-I. Algumas limitações são:

Limitação de 8 bits por escravo (4 de entrada e 4 de saída).
Máximo de 62 escravos para a versão 3.0. Esse número é ainda menor na versão 2.0 (31 escravos).
É uma rede do tipo Polling, ou seja, o Mestre solicita/envia dados para cada escravo num intervalo definido na rede, e os escravos são varridos sequenciamente, não permitindo transmissão de dados por evento ou informações de diagnóstico eventuais.
Não há tráfego direto de informações entre escravos, somente via mestre.
Comprimento máximo da rede de 600 metros, utilizando repetidores e terminador de rede.

Conclusão

Neste post foram apresentadas mais informações sobre a rede AS-I e suas particularidades. Caso você queira contribuir com este assunto, fique à vontade para comentar esta postagem ou entre em contato através do formulário de contato.

Um abraço!

Referências

- AS-Interface: Members. Acessado em 26 de agosto de 2011. Disponível em: http://www.as-interface.net/Membership/Members

- Lugli, Alexandre Baratella. Redes industriais para automação industrial: AS-I, Profibus e Profinet / Alexandre Baratella Lugli, Max Mauro Dias Santos. -- 1 ed. -- São Paulo: Érica: 2010.

Redes AS-I - Parte I

2011-08-15T11:28:00.000-03:00

Neste post, abordaremos uma rede bem interessante que é a AS-I (Actuator Sensor Interface, ou Interface para Sensores e Atuadores). Esta rede se difere das apresentadas até o momento (Modbus e Profibus) porque é desenhada especificamente para trafegar informações digitais (Entradas e Saídas) entre dispositivos sensores e atuadores e um controlador.

Introdução

Figura 1 - Logomarca da rede AS-I

Em primeiro lugar, é importante frisar que a AS-I é um tipo de rede que se enquadra em uma classe denominada "Sensorbus", ou seja é uma rede industrial especificamente desenhada para tráfego de I/O (Entradas e Saídas ou E/S) entre dispositivos sensores e atuadores em campo e um controlador (que pode ser um CLP - Controlador Lógico Programável). Nesta mesma classe de redes se encontram também a Seriplex e Interbus LOOP.

Como a rede AS-I é direcionada para I/O, esta é uma rede do tipo mestre-escravo, ou seja, haverá um controlador ou dispositivo mestre que gerenciará os comandos de leitura e escrita para os nós escravos (sensores e atuadores).

As principais características da rede AS-I são:

Alimentação e comunicação trafegam no mesmo par de cabos.
É possível criar derivações ou acrescentar/retirar dispositivos com a rede em operação.
Suporta diversificadas topologias de rede.
Cada escravo pode receber/enviar até quatro bits de informação de I/O bidirecionais (Entrada ou saída).
A velocidade da rede é fixa em 167,5kbps.

Existem basicamente três versões de AS-I:

Versão 1 (AS-I 2.0)
Versão 2 (AS-I 2.1) e
Versão 3 (AS-I 3.0)

Meio físico

O meio físico utilizado em uma rede AS-I é um cabo específico, denominado de cabo AS-I, com dois condutores, sem blindagem (ou shield) onde além de ser utilizado como um meio de transmissão de dados, também possibilita a alimentação dos dispositivos da rede. Este cabo possui um formato específico para evitar a inversão de polaridade. Uma vista deste cabo é mostrado na Figura 2.

Figura 2 - Vista de um cabo AS-I (Fonte: www.automationpartsexpress.com)

A interligação do dispositivo no cabo é feita através de um tipo de conexão rápida. Em cada dispositivo existe um local por onde o cabo AS-I pode ser passado e há um dispositivo denominado popularmente de "vampiro" para que, quando o local por onde o cabo passa é fechado, esses metais pontiagudos perfuram o cabo e chegam até os condutores em seu interior, conectando o dispositivo ao barramento AS-I. A Figura 3 mostra um dispositivo AS-I conectado ao cabo AS-I.

Figura 3 - Vista de um dispositivo conectado a uma rede AS-I (Fonte: www.drives.co.uk)

Topologia

A rede AS-I pode ser montada em diversas topologias, dentre as quais podem ser destacadas as segunites:

Linear ou barramento

Nesta topologia, um cabo interliga todos os dispositivos, sem derivações ao longo do percurso, como mostrado na Figura 4.

Figura 4 - Vista da topologia Linear

Estrela

Nesta topologia, o controlador ou mestre da rede AS-I está numa posição onde derivações da rede seguem em várias direções para alcançar os escravos, conforme mostra a Figura 5.

Figura 5 - Vista da topologia Estrela

Árvore

Nesta topologia, existe um cabo principal, chamado de cabo tronco, ligado diretamente ao controlador e a partir dele são feitas derivações onde são ligados mais de um escravo (como se fossem os galhos de uma árvore), conforme mostra a Figura 6.

Figura 6 - Vista da topologia Árvore

Conclusão

O objetivo deste post foi o de introduzir os conceitos que envolvem uma rede AS-I. Em postagens futuras, abordaremos questões relacionadas ao protocolo e aplicações industriais deste tipo de rede.

Até lá!

Referências
- AS-Interface: The system. Acessado em 15 de agosto de 2011. Disponível em: http://as-interface.net/System/Description
- Lugli, Alexandre Baratella. Redes industriais para automação industrial: AS-I, Profibus e Profinet / Alexandre Baratella Lugli, Max Mauro Dias Santos. -- 1 ed. -- São Paulo: Érica: 2010.

Carência de mão de obra - Automação

2011-08-08T12:08:00.000-03:00

Estava lendo um Clipping do Confea e resolvi comentar a reportagem publicada no Diário do Grande ABC, com o título de "Setor de Automação tem Carência de mão de Obra".

Fazendo alguns comentários sobre esta situação no Brasil, acrescento que não somente na área de automação industrial, mas nas engenherias de uma maneira geral, reverter este quadro é um processo extremamente complicado.

A educação no Brasil, de um modo geral, ainda forma mão de obra operária, fadada apenas ao o trabalho em empresas de produção de matéria prima, com baixo valor agregado, empregando tecnologia desenvolvida fora do país. Nós, Técnicos e Engenheiros, muitas vezes somos meros usuários de uma tecnologia da qual conhecemos apenas a estrutura final (Hardware e Software). Não quero generalizar, mas a maioria é assim.

Não há como identificar um culpado de estarmos assim. Culpar o governo é muito fácil, mas quando observamos as salas de aula, veremos professores não valorizados, alunos sem sequer uma resposta para "onde você quer chegar?", famílias que depositam sobre a escola a responsabilidade de educar os filhos, e por aí vai... mas o grande problema é a falta de estímulo e de objetivo.

Uma grande prova disso é que em muitos CEFETs e Universidades Federais, existem programas de encubadoras de empresas, para desenvolvimento de novos produtos, inovações tecnológicas para o mercado industrial ou geral, e o número de vagas sempre é maior do que a procura por estas oportunidades.

Não temos tempo de ficar procurando um culpado. Precisamos reverter este quadro, para o nosso próprio bem. Reclamar da taxa de desenvolvimento do país é muito fácil. Trabalhar para que ela seja uma realidade na nossa vida e área profissional é outra história. O empreendedorismo e a inovação devem ser constantes em nossa vida. Vamos criar objetivos para nossa vida e nossa família. Vamos tentar desenvolver algo novo. Pensar no que ninguém pensou ainda. Repensar o que já existe.

As coisas podem ser diferentes, por que não?

10 dicas para o seu currículo

2011-04-25T07:30:00.003-03:00

Olá!

Devido a algumas mensagens colocadas em nosso grupo de discussões, particularmente, recém formados precisando de um estágio ou emprego, resolvi organizar 10 dicas para se observar ao fazer um currículo para esta área.

Estas dicas também são baseadas em
minha experiência, pois já conduzi alguns processos de seleção de estagiários e novos profissionais, recebendo currículos de todos os tipos possíveis...

Vamos nessa...

1 - Que modelo usar?

Este é um conceito erroneamente difundido no meio profissional. Todo mundo busca um modelo ideal de currículo. Mas o que ocorre é que vivemos em uma era de altíssima competitividade e se você pensa que entrar no Google e digitar Modelo de Currículo, baixar o primeiro modelo que aparecer e simplesmente alterar os dados é uma boa opção, você está enganado!

A chance do seu currículo perder visibilidade por estar junto com vários outros no mesmo formato é muito grande, porque quase ninguém quer se dar ao trabalho de elaborar o seu currículo do zero.

Assim, os itens necessários para o seu currículo são:

Dados básicos e de contato - Nome completo, estado civil, telefones, e-mail e endereço. Nada de fotos, orkut, MSN, Skype, twitter, CPF, RG, filiação, nome da esposa, etc.
Objetivo resumido - respondendo: Por que você quer estagiar/trabalhar naquela empresa?
Formação, em ordem cronológica inversa (ou seja, formação mais recente primeiro). Não precisa colocar ensino médio, pré primário, jardim... :)
Experiência profissional, também em ordem cronológica inversa.
Cursos extras que você possua - Não coloque palestras, cursos de informática básica, nem cursos que não tenham relação com seu objetivo, por exemplo: o objetivo está relacionado com estágio na área de instrumentação em uma indústria de celulose e você coloca que fez um curso de panificação. Isso pode ser dito na entrevista.
Qualificações - Informe seus conhecimentos em informática, softwares específicos e outras habilidades relevantes ao objetivo.
Idiomas - Não coloque que você tem diploma de inglês ou que fez inglês na instituição xyz, apenas indique o idioma e informe se você lê, fala e/ou escreve.

Caso você esteja participando de um processo seletivo de grandes empresas, procure se informar sobre alguma informação adicional que deve estar presente no currículo (ou algo que você não precisa mencionar).

2 - Personalize o objetivo

Sempre que possível, escreva um objetivo personalizado do seu currículo de acordo com a vaga que está em aberto ou de acordo com a empresa para onde o currículo será enviado. Quanto mais específico for o objetivo, maiores serão as chances de seu currículo ser observado.

3 - Resumir sim, abreviar não

Seu currículo deve ser o mais enxuto possível, para evitar a aparência de que lê-lo será desagradável e massante. Mas para isso, procure sintetizar qualificações, objetivos, formação, de maneira que as principais informações não se percam e o que é irrelevante não tome a cena.

Não abuse das abreviações porque o seu currículo pode ficar horrível para se entender e tome cuidado com as siglas, pois, às vezes você está habituado com elas, mas pode ser que quem vai ver o seu currículo, não.

4 - Revise o português

Já recebi um currículo em que o candidato escreveu "Experiência proficional". Assim, várias vezes as pessoas erram ao aplicar ss, c, x, ch, dentre outros. Além disso, devido às últimas revisões ortográficas da língua portuguesa, é bom dar uma olhada mais de perto. Você pode ver uma matéria sobre o acordo no site Brasil Escola.

5 - Fique atento aos termos técnicos e nomes

Não é incomum também que os erros de escrita se estendam aos nomes das empresas e outros termos técnicos que possam estar no currículo.

Já recebi um currículo via e-mail onde, tanto no assunto e corpo do e-mail quanto no próprio currículo, o candidato disse que tinha experiência no software AutoCARD (deveria ser AutoCAD). Fiquei comovido e respondi, dizendo para ele corrigir. Em seguida, recebi um e-mail com o texto do e-mail corrigido... mas no currículo ainda estava AutoCARD.

6 - Atenção redobrada com termos em outros idiomas

Parecido com o item 4, este item também é perigoso. O candidato resolve colocar algum termo em inglês para dar uma turbinada no currículo, mas se esquece de verificar como se escreve e pode se dar mal.

Já recebi currículos com os termos: wire less (wireless), layoute (layout), mantenance (maintenance), etc.

Consulte um dicionário na internet ou simplesmente digite a palavra no Google. Se ela estiver errada, ele vai sugerir uma correta. Experimente buscar por layoute no Google e você verá que ele irá sugerir a palavra correta, ou seja, layout.

7 - NÃO USE SOMENTE MAIÚSCULAS

NOS CHATS DA INTERNET, ESCREVER TUDO EM MAIÚSCULO SIGNIFICA QUE VOCÊ ESTÁ GRITANDO, MAS NUM TEXTO OU NUM CURRÍCULO, SE TUDO FOR ESCRITO EM MAIÚSCULO, FICA MAIS DIFÍCIL PARA LER.

Compare a leitura dos demais parágrafos deste post com o parágrafo acima e confirme esta informação. O texto exige um esforço maior para a leitura e pode ser que o avaliador nem queira ler o seu currículo todo.

8 - Ressalte o seu diferencial

Todos os meses eu recebo currículos de recém formados em cursos técnicos em Automação Industrial e profissionais que já atuam na área, que colocam como objetivo atuar na área de programação de PLCs. Ora, Automação Industrial não é somente isso... e por isso, temos às vezes dificuldades em encontrar alguém que trabalhe com supervisórios, IHMs, tenha algum conhecimento em redes industriais, redes wireless ou algum outro diferencial.

Por isso, se você tem algum conhecimento mais específico, experiência em equipamentos aplicados em algum setor (mineração, alimentícia, etc.), não deixe de colocar em seu currículo e de ressaltar isso de alguma maneira, por exemplo, no seu objetivo.

9 - Coloque um bilhetinho

Esta dica eu retirei do livro "Pergunte ao Max: Max Gehringer responde a 164 dúvidas sobre carreira". Ele sugere que você coloque um bilhetinho à mão, grampeado no seu currículo, com umas cinco linhas, explicando por que você quer trabalhar naquela empresa. Isso chama muito a atenção do selecionador... é um diferencial.

10 - Atenção às referências pessoais

Prepare uma folha à parte contendo o seu nome e dados de contato, constando suas referências, ou seja, pessoas de contato da escola, faculdade ou de empresas pelas quais você tenha passado, que podem ser eventualmente contactadas pela empresa para checar informações ou até mesmo, obterem outras opiniões a seu respeito.

Este item eu vejo com uma singular importância e por isso, acredito que ele não deva fazer parte do seu currículo. Não coloque como referências, pessoas que desenvolvam tarefas similares à sua e/ou que possuam idade muito similar à sua, pois, no caso de um entrevistador ligar para pedir referências, ele pode se interessar pelo perfil da pessoa que você indicou como referência e até contratá-lo!!

Coloque pessoas que trabalhavam em um nível mais elevado que o seu e que possuíam maior experiência na época, por exemplo, professores (se a vaga for para estágio), coordenadores, gerentes e supervisores, pois as chances dessas pessoas se tornarem interessantes para uma vaga que você está concorrendo é menor.

Conclusão

Espero que este post possa lhe ajudar a redigir o seu primeiro currículo ou aprimorá-lo. Lembre-se que o importante na atualidade é o seu diferencial em relação aos demais profissionais do mercado e quanto mais você buscar esse diferencial, melhores serão as suas chances de construir uma carreira sólida.

Um grande abraço!

Outras fontes de consulta

Seguem abaixo outros sites que você poderá consultar para observar outras dicas para o seu currículo:

Artigo "10 dicas de conteúdo para você criar um modelo de currículo caprichado" (Blog Efetividade.net).
Modelo de currículo do site meucurriculum.com.
Artigo "20 dicas para o seu currículo ser lido pelas empresas" (Blog minhacarreira.com)

Profissionais na Área de Automação - Superior

2011-04-18T07:30:00.001-03:00

Olá pessoal!

Neste post vamos continuar com o assunto sobre os principais cargos ocupados por profissionais que atuam na área de automação industrial, falando agora sobre os profissionais de nível superior. É bom deixar claro, mais uma vez, que as descrições expostas aqui são
generalistas e as atividades finais executadas pelos profissionais podem variar um pouco em cada empresa. Se você está buscando sobre profissionais de nível técnico, veja este outro post.

O Ministério do Trabalho e Emprego também enumera diversas outras ocupações para cada uma das indicadas neste post. Sugiro que você acesse o link do Classificação Brasileira de Ocupações e faça uma pesquisa de acordo com a sua ocupação.

Vamos lá...

Engenheiro Eletricista

Este título é bem abrangente, e envolve outros como Engenheiro de Controle e Automação, Engenheiro de Projetos, etc, mas em geral, pode desenvolver as seguintes atividades:

Elaborar projetos, planejamento e especificação de sistemas elétricos, eletrônicos, de telecomunicações e/ou instrumentação, relacionados com sistemas de automação de maior complexidade.
Integrar ou gerenciar equipes de projetos, inspeção e/ou manutenção.
Participar da execução de serviços elétricos, eletrônicos, de telecomunicações e instrumentação em campo.
Realizar testes, ensaios e diagnósticos de equipamentos e instalações em campo.
Coordenar equipes, atuando no controle/gerenciamento da implantação de sistemas ou de sua manutenção.
Elaborar documentação técnica a respeito de um projeto ou sistema.
Conduzir reuniões com clientes e/ou fornecedores.
Gerar relatórios de análise de falhas, implementação de melhorias, cronogramas de investimento, retorno de investimento, etc.
Analisar propostas técnicas/comerciais.
Especificar equipamentos para projeto ou aplicação em sistemas de automação.

Geralmente, além da formação técnica e registro no CREA, o mercado exige o conhecimento em:

Leitura e interpretação de desenhos elétricos/mecânicos.
Ferramentas de Desenho Assistido por Computador (CAD).
Ferramentas Office (MS-Word, MS-Excel, OO-Calc, OO-Writer, etc).
Softwares de gerenciamento de projetos (Ex: MS-Project)
Softwares de apoio e gerenciamento da manutenção (Máximo, SAP, Aplicativos ERP, etc.)
Inglês avançado/fluente.

Engenheiro da computação/Analista de Sistemas

Este profissional pode desenvolver as seguintes atividades:

Integrar ou gerenciar equipes de desenvolvimento de softwares aplicativos para automação industrial, tais como Sistemas Supervisórios de Processos, Bancos de Dados, Sistemas Especialistas, de Controle de Documentos, Gerenciamento Metrológico, etc.
Especificar equipamentos de informática, equipamentos de redes e softwares para aplicação em sistemas de automação industrial.
Efetuar gerenciamento de licenças de aplicativos.
Elaborar diagramas de fluxo de dados, modelos e padrões de programação, etc.
Analisar softwares existentes no mercado, apoiando a decisão de aquisição ou desenvolvimento de software para atendimento a uma necessidade específica.

Geralmente, além da formação técnica e registro no CREA, o mercado exige o conhecimento em:

Padrões de programação.
Processo de desenvolvimento de software, ciclo de vida, etc.
Ferramentas Office (MS-Word, MS-Excel, OO-Calc, OO-Writer, etc).
Linguagens de programação (C, C++, Java, VB, .NET, Delphi, etc.)
Conhecimentos em projetos de redes e cabeamento estruturado.
Inglês Avançado/Fluente.

Conclusão

Este post, assim como o anterior, não tem a pretensão de encerrar este assunto. O leitor poderá usar o espaço de comentários para enviar críticas ou sugestões para serem agregadas neste post.

Referências

Para informações adicionais sobre as descrições de ocupações de qualquer área, o leitor poderá buscar a Classificação Brasileira de Ocupações (CBO), do Ministério do Trabalho e Emprego.

Sistemas Supervisórios de Processos

2011-04-11T07:30:00.007-03:00

Neste post serão abordados conceitos básicos sobre sistemas supervisórios de processos e sua utilidade no âmbito da automação industrial.

Introdução

Um Sistema Supervisório é um software que funciona geralmente na plataforma Windows, destinado a construir telas com um desenho esquemático do processo que está sendo controlado por um PLC ou outro sistema de controle, permitindo a um operador verificar
de forma gráfica, os valores das variáveis do processo, observar tendências de variação, verificar os estados de equipamentos, etc., possibilitando também o envio de comandos e parâmetros para o processo, inerentes à sua operação.

As telas construídas em um sistema supervisório são chamadas geralmente de telas sinóticas, nome este herdado dos sinóticos elétricos utilizados durante muitos anos na indústria (e por incrível que pareça, ainda presente em algumas indústrias), onde se tinha um grande desenho do sistema controlado, com informações visuais através de sinaleiros luminosos, instrumentos de medição analógicos ou digitais, sinaleiros sonoros, registradores gráficos em papel, bem como botões, potenciômetros, chaves do tipo thumbwheel e outros métodos de ação sobre o processo controlado. Um exemplo de um sinótico elétrico é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Antigo sinótico elétrico (Imagem disponível neste link)

A Figura 2 apresenta uma tela sinótica de um sistema supervisório.

Figura 2 - Tela sinótica de um sistema supervisório (Fonte: Elipse Software)

Os sistemas supervisórios, em conjunto com os PLCs formam o chamado sistema SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition, ou Sistemas Controle e Aquisição de Dados.

Princípio de operação

O princípio de operação de um sistema supervisório é relativamente simples. Este software faz a aquisição de dados no campo (valores instantâneos das variáveis de processo, tais como temperatura, vazão, velocidade, estado de um equipamento, etc.), associa cada dado a uma variável, denominada TAG e possibilita uma série de operações com essas TAGs, tais como:

Associar uma TAG discreta (0 ou 1) a objetos para indicação do estado de um equipamento, sendo que este objeto muda sua cor de acordo com o estado real do equipamento em campo.
Assiociar uma TAG contínua (variável analógica) a um campo que simplesmente exibe o valor dessa variável.
Associar TAGs discretas a botões de comando, possibilitando o acionamento de equipamentos no campo quando o operador pressiona o botão.
Associar TAGs contínuas a campos editáveis, de modo que o operador poderá enviar valores pré-definidos (presets ou setpoints) para os equipamentos em campo.
Construir animações e associá-las a TAGs discretas ou contínuas, de maneira a representar mais fielmente movimentos ou vários estados possíveis de um equipamento.
Gerar gráficos de tendência a partir de TAGs contínuas.
Armazenar um histórico de variáveis em um banco de dados.

Dessa maneira, os dados de campo são transformados em informações valiosas para a operação de um determinado processo industrial.

Base de dados

Para possibilitar a leitura e escrita de valores em dispositivos de campo, é necessário que:

Haja um meio físico que faça a interligação entre o dispositivo e o computador/servidor onde está o sistema supervisório. (Ex: Cabo serial RS-232, Rede RS-485 com conversor para RS-232, rede Ethernet TCP/IP, etc.)
Estejam agregados ao sistema supervisório, drivers ou servidores OPC que possibilitem a comunicação com os dispositivos de campo, através de um protocolo de comunicação aberto ou proprietário, possibilitando a alimentação da base de dados do sistema.
Sejam criadas TAGs associadas a endereços específicos em cada dispositivo de campo, de modo que seja possível associar cada valor em campo a objetos na tela do sistema.

Device drivers

Os device drivers ou drivers de dispositivos, são geralmente bibliotecas (arquivos .dll ou similares) que podem ser integrados a um sistema supervisório de maneira que seja possível a comunicação (leitura e escrita de valores) com dispositivos em campo, utilizando um dos meios físicos disponíveis.

Geralmente, os device drivers são desenvolvidos para um fabricante de sistema de supervisão específico, de maneira que cada fabricante de software para desenvolvimento de sistemas supervisórios precisaria desenvolver o seu arquivo de driver para cada protocolo ou dispositivo de campo.

A Figura 3 mostra o princípio de operação de um sistema supervisório utilizando device drivers para acesso aos dispositivos de campo. Note que os device drivers integram o sistema supervisório, logo, o fabricante deste supervisório deve desenvolver o driver para isso.

Figura 3 - Princípio de operação de um supervisório com device drivers

Para equipamentos específicos ou muito antigos, com protocolos de comunicação de dados proprietários, provavelmente nenhum software de mercado suportará e será necessário desenvolver um device driver para aquele equipamento. Geralmente os fabricantes de softwares de supervisão possuem esse serviço mas ele é muito caro, pois exigirá um grande esforço de engenharia e talvez até testes de campo para concluir este desenvolvimento. Em uma certa ocasião, um cliente mencionou que havia feito uma cotação para o desenvolvimento de um driver que ele precisaria e o fabricante cobraria cerca de US$ 5.000,00 (cinco mil dólares) para o desenvolvimento, se não houvesse a necessidade de realizar testes de campo, o que encareceria mais o processo.

Assim, este tipo de solução de comunicação utilizando device drivers se torna muito complexa e o usuário final fica preso ao fabricante do software, pois a migração para outro fabricante dependerá da existência de drivers para o novo supervisório que sejam compatíveis com os dispositivos de campo.

Padrão OPC

Durante algum tempo, esta problemática de device drivers influenciava até a aquisição de novos equipamentos, pois, como adquirir um equipamento de campo que não poderia se comunicar com o supervisório existente?

Para evitar o incoveniente dos device drivers, um conjunto de fabricantes de softwares de supervisão e dispositivos de campo desenvolveu em 1996 um padrão denominado OPC (do inglês OLE for Process Control - OLE para Controle de Processos) e, mais tarde, foi criada a OPC Foundation, para manter e gerenciar o desenvolvimento do padrão.

OLE (do inglês Object Linking and Embedding, ou Incorporação e Vinculação de Objetos) é, basicamente, um protocolo criado pela Microsoft para possibilitar o intercâmbio de dados entre aplicativos dentro do ambiente Windows. Um exemplo clássico disso é o famoso Ctrl+C e Ctrl+V, utilizado para copiar e colar dados (no mesmo aplicativo ou em aplicativos diferentes). Assim, esta tecnologia é utilizada para fins de monitoramento e comandos em sistemas de controle.

Assim, cada fabricante de dispositivos disponibiliza um software, chamado de OPC Server, que tem incorporado os protocolos específicos de comunicação com os dispositivos, mas disponibiliza, via OLE, os dados que podem ser lidos e/ou escritos.

O sistema supervisório, por sua vez, será um OPC Client, ou seja, ele será configurado para requisitar informações do OPC Server, disponibilizando-as na base de dados do sistema. Deste modo, o sistema supervisório pode solicitar um dado ou enviar um novo valor para um dado, através da OLE, de/para um determinado OPC server.

A Figura 4 ilustra a operação de um supervisório com a comunicação de dados via OPC Server com os dispositivos de campo.

Figura 4 - Operação de um Sistema Supervisório com OPC

Outro detalhe importante de ser reforçado é que como o OPC Server é um aplicativo independente do sistema supervisório (ver Layout da Figura 4) vários OPC Clients podem acessar um mesmo OPC Server, de maneira que os dados do processo podem ser disponibilizados para diversos aplicativos ou sistemas, de acordo com a necessidade. Sendo assim, o OPC server pode estar instalado na mesma máquina onde está o supervisório, ou pode também estar em outra máquina, que pode ser acessada via rede.

Conclusão

Os sistemas supervisórios são, atualmente, uma ferramenta indispensável na construção de sistemas de controle e aquisição de dados, que compõem os sistemas de automação industrial da atualidade. Dentro deste contexto, o advento do padrão de comunicação OPC libertou os fabricantes dos softwares supervisórios do desenvolmento árduo de drivers de comunicação para dispositivos de campo, embora muitos deles tenham os seus próprios drivers para protocolos de comunicação abertos, tal como o Mobdus RTU/TCP.

Referências

Artigo sobre SCADA no Wikipédia

Site da OPC Foundation (em inglês)

Artigo sobre OPC no Wikipédia (em inglês)

Artigo sobre OLE no Wikipédia

Profissionais na Área de Automação

2011-04-06T08:42:00.001-03:00

Olá pessoal!

Neste post vamos descrever os principais cargos ocupados por profissionais que atuam na área de automação industrial. Começaremos pelos profissionais de nível médio/técnico. Este post é um bom ponto de partida para aqueles que desejam entrar
no mundo da automação industrial. É claro que as descrições expostas aqui são generalistas e as atividades finais executadas pelos profissionais podem variar um pouco em cada empresa. Vamos lá...

Técnico em Elétrica/Eletrotécnica

Este profissional pode desenvolver as seguintes atividades:

Apoiar a elaboração de projetos elétricos, tanto no dimensionamento de cargas e condutores, quanto na elaboração de desenhos de interligação e dimensional de equipamentos.
Montar e/ou efetuar manutenção em painéis elétricos em campo.
Efetuar a configuração básica de equipamentos em campo.
Realizar testes e diagnósticos de equipamentos e instalações em campo.
Gerar relatórios e planilhas.
Acessar PLCs de campo para monitoramento de informações, visando a manutenção de um equipamento.
Realizar pequenas alterações na programação de um PLC, visando a manutenção ou adequação da lógica às mudanças de campo.

Geralmente, além da formação técnica e registro no CREA, o mercado exige o conhecimento em:

Leitura e interpretação de desenhos elétricos/mecânicos.
Metrologia, sobretudo na conversão de medidas entre os sistemas métrico e inglês.
Ferramentas de Desenho Assistido por Computador (CAD).
Ferramentas Office (MS-Word, MS-Excel, OO-Calc, OO-Writer, etc).
Softwares de programação de PLCs (Básico)
Inglês técnico.

Técnico em Eletrônica/Instrumentação

Este profissional pode desenvolver as seguintes atividades:

Analisar e especificar equipamentos, acessórios e até mesmo serviços relacionados a sistemas de medição e controle.
Efetuar o gerenciamento de documentos e sistemas de confiabilidade (aferição de sensores, balanças, medidores específicos que necessitem desse tipo de averiguação, etc.).
Calibrar equipamentos e instrumentos (em laboratório e/ou em campo).
Efetuar reparos em circuitos eletrônicos.
Elaborar projetos elétricos e/ou eletrônicos de pequeno porte.
Acessar software de PLCs e IHMs (Inteface Homem Máquina) para implementação de novas rotinas de pequeno porte ou monitoração de rotinas existentes visando a manutenção ou apoio a atividades de campo.
Realizar pequenas alterações em sistemas supervisórios.
Programação de controladores dedicados (ex: Microcontroladores).

Geralmente, além da formação técnica e registro no CREA, o mercado exige o conhecimento em:

Leitura e interpretação de desenhos elétricos/mecânicos.
Conhecimentos básicos de estatística (média, desvio padrão, erros relativo e absoluto, etc.)
Ferramentas de Desenho Assistido por Computador (CAD).
Ferramentas Office (MS-Word, MS-Excel, OO-Calc, OO-Writer, etc).
Softwares de programação de PLCs, IHMs e supervisórios (Básico/Intermediário)
Uso de equipamentos de medição e teste em campo e bancada (multímetro, osciloscópio, gerador de sinais, etc.).
Conhecimentos em redes industriais e de TI.
Inglês técnico.

Técnico em Mecatrônica/Automação Industrial

Este profissional pode desenvolver as seguintes atividades:

Apoiar engenheiros na elaboração de projetos de sistemas de controle e automação.
Elaborar programas para PLCs e/ou controladores dedicados.
Controlar documentação de projetos, tais como desenhos, softwares, aplicativos, relatórios e manuais.
Apoiar a instalação de equipamentos em campo.
Efetuar a programação de dispositivos de campo, tais como remotas de I/O, inversores de frequência, dispositivos para redes industriais, etc.
Analisar a especificação para aquisição de componentes e equipamentos.
Acessar software de PLCs para monitoração de rotinas existentes visando a manutenção ou apoio a atividades de campo.
Atuar na programação de sistemas supervisórios e IHMs.
Coordenação de equipes de técnicos.

Geralmente, além da formação técnica e registro no CREA, o mercado exige o conhecimento em:

Leitura e interpretação de desenhos elétricos/mecânicos.
Ferramentas de Desenho Assistido por Computador (CAD).
Ferramentas Office (MS-Word, MS-Excel, OO-Calc, OO-Writer, etc).
Softwares de programação de PLCs, IHMs e Supervisórios. (Avançado).
Dispositivos embarcados (atualização de firmware, diagnósticos e programação).
Conhecimentos em redes industriais e de TI.
Inglês intermediário/avançado.

Técnico em Informática Industrial

Este profissional pode desenvolver as seguintes atividades:

Elaborar programas para PLCs e/ou controladores dedicados.
Controlar documentação de projetos, tais como desenhos, softwares, aplicativos, relatórios e manuais.
Atuar na programação de IHMs.
Atuar na programação de sistemas supervisórios, com acesso a banco de dados.
Desenvolvimento de softwares e rotinas especiais.
Apoiar o projeto de redes e infraestrutura de TI para sistemas de automação e controle.
Desenvolver/gerenciar sistemas de backup de aplicativos de equipamentos, bem como controlar as alterações realizadas.
Instalar e configurar servidores OPC - OLE for Process Control.
Apoiar a implantação e manutenção de sistemas PIMS.

Geralmente, além da formação técnica e registro no CREA, o mercado exige o conhecimento em:

Ferramentas de Desenho Assistido por Computador (CAD).
Ferramentas Office (MS-Word, MS-Excel, OO-Calc, OO-Writer, etc).
Softwares de programação de PLCs, IHMs e Supervisórios. (Avançado).
Linguagens de programação orientadas a objetos C++, VB, Delphi, Java, etc.
Bancos de dados (SQL Server, Oracle, MySQL, etc.).
Conhecimentos em redes industriais e de TI.
Inglês intermediário/avançado.

Conclusão

Este post não tem a pretensão de encerrar este assunto, mas de maneira geral, as equipes de automação industrial são compostas por pessoas com as formações indicadas. O leitor poderá usar o espaço de comentários para enviar críticas ou sugestões para serem agregadas neste post.

Referências

Para informações adicionais sobre as descrições de ocupações de qualquer área, o leitor poderá buscar a Classificação Brasileira de Ocupações (CBO), do Ministério do Trabalho e Emprego.

Referências bibliográficas - Redes automotivas e industriais

2010-08-09T09:25:00.002-03:00

Prezados leitores.

O objetivo deste post é divulgar dois livros muito interessantes a respeito de redes automotivas e aplicadas em automação industrial. O motivo desta divulgação é que o autor dos mesmos é um grande amigo, Dr. Max Mauro Dias Santos, que foi
meu professor em algumas disciplinas do curso de Engenharia Elétrica no Centro Universitário do Leste de Minas Gerais.

O livro Sistemas Fieldbus para Automação Industrial - DeviceNET, CanOPEN, SDS e Ethernet apresenta alguns assuntos interessantes para sistemas de automação industrial, como uma revisão teórica das redes insutriais, sobretudo baseadas em CAN (DeviceNET, por exemplo), além de técnicas para resolução de problemas nestes tipos de rede. É um investimento que vale a pena. O livro está à venda na Editora Érica, neste link.

Já o livro Redes de Comunicação Automotiva - Características, Tecnologias e Aplicaçoes, aborda o que há de mais moderno em termos de redes de comunicação aplicadas em veículos, tais como: barramento SPI, I²C, LIN, TTP/A, além das tecnologias como CAN, VAN e J1939. Para os interessados nestas tecnologias, é também uma excelente fonte de informações. O livro também está à venda na Editora Érica.

Um abraço a todos!

Redes Wireless - Aplicações Industriais 1

2010-07-29T20:33:00.003-03:00

Olá amigos...

Neste post será apresentada uma aplicação prática para uma rede wireless industrial, mais especificamente no segmento de mineração/siderurgia.

Faça comentários, emita sua opinião
e se quiser discutir um pouco mais este assunto, use o nosso grupo de discussões.

Vamos nessa....

O processo

Dentro do processo de extração e beneficiamento de minérios, existe um equipamento interessante que nos servirá de base para citar um exemplo de aplicação de um sistema wireless na indústria. Este equipamento é uma empilhadeira de minério, também conhecida pelo seu nome em inglês, stacker. A Figura 1 mostra um exemplo de uma empilhadeira de minério.

Figura 1 - Vista de uma empilhadeira de minério (imagem disponível no site da Takraf)

Esta máquina tem a função de receber o minério transportado por uma correia e formar uma "pilha" deste minério, seja para fins de estocagem do material, para secagem ou para homogeneização do mesmo. Este material empilhado será removido posteriormente com uma retomadora ou reclaimer, que é uma outra máquina do mesmo porte de uma empilhadeira. A Figura 2 mostra um exemplo de uma retomadora.

Figura 2 - Vista de uma retomadora em operação (Imagem disponível neste site)

Uma das características de uma empilhadeira de minério que indica a necessidade de aplicação de um sistema wireless é que se trata de uma máquina móvel, com percursos entre 100 metros a 1 quilômetro, geralmente.

Um detalhe importante a respeito desta máquina é que ela é alimentada eletricamente e, por ser móvel, conta com um aparato para enrolar e desenrolar o cabo de alimentação, de acordo com o movimento desta máquina. Um dispositivo enrolador de cabos é mostrado na Figura 3.

Figura 3 - Enrolador de cabos (imagem disponivel neste site)

Como existem máquinas deste tipo operando há mais de 20 anos, algumas delas não são providas nem de equipamentos modernos de automação, tais como PLCs. É claro que são minorias, mas em particular, já visitei pelo menos umas 10 máquinas deste tipo com automação feita completamente por painel de relés. É emocionante ver uma máquina tão grande operando com isso, mas não gostaria de estar perto quando desse algum problema, hehe.

Intertravamento entre correias

Uma das coisas mais importantes nestas máquinas é a questão das correias de transporte do minerio. Em uma empilhadeira, o minério é levado até a máquina através de uma correia transportadora. Na máquina, esta correia despeja o material em uma espécie de funil. O termo técnico para designar este equipamento é shoot ou hopper, porém, é comum o pessoal de campo chamá-lo de "chute".

Figura 4 - Vista das correias e do shoot de uma empilhadeira de minério
(imagem original disponível neste site)

É importante salientar que as correias mostradas na Figura 4 são controladas por PLCs diferentes, ou seja, a correia da máquina é controlada pelo PLC da empilhadeira e a correia do pátio é controlada por um outro PLC, que chamaremos de PLC do pátio, mesmo porque o motor que aciona esta correia não fica na máquina.

Também é possível perceber pela Figura 4 que existe a necessidade de um intertravamento (ou interlock) entre a correia do pátio e a correia da máquina. Neste caso, a correia do pátio não pode continuar funcionando se a correia da máquina parar, pois se existir material sendo transportato, o shoot irá entupir devido ao fato da correia da máquina estar parada e não retirar o material do shoot.

Em alguns casos, este intertravamento é realizado através de um meio físico (geralmente cabo de controle ou fibra óptica) entre os dois PLCs ou painéis de controle (pátio e máquina), e para viabilizar esta interligação, é necessário um outro enrolador para este cabo de controle ou fibra ótica.

Um fator agravante na utilização de um meio físico (fibra ou cabo) para este intertravamento é que a constante movimentação deste cabo ou fibra através do enrolador de cabo pode ocasionar o seu rompimento o que resulta em parada na operação.

A Figura 5 mostra a configuração de um sistema para interlock entre os sistemas de controle de uma máquina e do pátio.

Figura 5 - Exemplo de sistema de interlock via fibra ótica ou cabo.

No caso do interlock via cabo, se houver o rompimento do cabo, o PLC do pátio não terá como interpretar se houve a parada da correia da máquina ou se houve a interrupção do cabo.

Já no caso do interlock via fibra ótica (que na verdade é o meio físico de alguma rede, como Ethernet ou Profibus, por exemplo), é possível implementar uma estratégia na programação dos PLCs de maneira que seja possível saber quando a fibra se rompeu (falha de comunicação) ou efetivamente a correia da máquina parou de funcionar por algum outro motivo (sobrecarga no motor, emergência pressionada, etc.).

Interlock via sistema wireless

Assim, a instalação de um sistema wireless para esta aplicação se torna uma alternativa muito interessante em relação à utilização de cabos, pois possibilita algumas vantagens, tais como:

Custos e complexidade de instalação reduzidos.
Custo de manutenção reduzido.
Aumento da disponibilidade do sistema através de enlaces wireless redundantes.

A Figura 6 mostra a topologia de um sistema de intertravamento via sistema wireless.

Figura 6 - Topologia de um sistema de interlock via rádio.

É comum a prática de se estabelecer uma rotina de comunicação que possa detectar a falha do sistema wireless. Geralmente se utiliza uma técnica denominada de watchdog, que se resume a gerar algum tipo de sinal em um PLC (um contador de 0-100, incrementado a cada 1 segundo, ou um bit pulsante, por exemplo) que é enviado via sistema wireless para o outro PLC, que verifica se este sinal está ativo durante um tempo (contador variando ou bit pulsando). Qualquer falha neste sinal pode representar uma tomada de ação, no caso, o PLC do pátio poderia mandar parar a correia do pátio em caso de falha, para evitar o entupimento do shoot da máquina.

Recomendações importantes

Por fim, é sensato recomendar que para a implementação de um sistema wireless como o deste exemplo, são necessários alguns passos:

Execução de um site survey para verificar:

Características do local.
Existência de outros sistemas wireless.
Qual frequência ou faixa utilizar.
Qual tecnologia utilizar.
Dimensionamento do sistema irradiante (cabos de RF e antenas)

Estabelecer uma rotina estruturada no software dos PLCs para verificação de falhas, evitando indicações falsas e até mesmo gerar paradas desnecessárias do sistema.
Manter equipe de manutenção treinada para efetuar inspeções periódicas e manutenções corretivas

Até o próximo post!

Apresentação - Seminário Técnico

2010-05-20T19:30:00.002-03:00

Atenção: Link para download corrigido em 21/04/2011. Um abraço!

Faça o download da apresentação usada na palestra que ministrei no seminário técnico do Colégio Padre de
Man em Coronel Fabriciano-MG, no dia 20/05/2010. Clique aqui.

Agradeço a todos pela participação e coloco à disposição o grupo de discussões para perguntas e comentários.

Até a próxima!

Redes Wireless - Conceitos Básicos V

2010-05-15T22:21:00.001-03:00

Olá, pessoal!

Neste post, vamos finalizar os conceitos relacionados com antenas e cabos e em seguida, teremos outro post com aplicações de sistemas wireless em automação
industrial.

Vamos nessa...

Antenas (Continuação)

Antenas tipo Painel Setorial

As antenas do tipo painel setorial são aquelas que concentram a potência irradiada em um setor de circunferência, conforme observa-se em seu diagrama de irradiação. A Figura 1 mostra uma vista de uma antena tipo painel setorial.

Figura 1 - Vista de uma antena tipo painel setorial

(Fonte: http://www.tsm.com.br/produto.php?id_modelo=125)

A Figura 2 mostra os diagramas de irradiação vertical e horizontal deste tipo de antena.

Figura 2 - Diagramas de irradiação vertical e horizontal de uma antena tipo painel setorial.

(Fonte: http://www.tsm.com.br/produto.php?id_modelo=125)

Este tipo de antena tem aplicação em sistemas do tipo ponto-multiponto, ou seja, ela estaria instalada em um equipamento de uma central de controle e monitoramento, por exemplo, e os outros equipamentos que se comunicariam com esta central estariam espalhados na região de abrangência dessa antena.

Já observei este tipo de antena aplicada em sistemas ponto-a-ponto, ou seja, apenas dois equipamentos wireless se comunicando entre si. É claro que estava funcionando, mas, do ponto de vista técnico, não seria a melhor solução, pois certamente há potência irradiada em direções desnecessárias (desperdício de energia) e um outro desperdício é o de dinheiro, pois o custo destas antenas é um maior (de 40 a 70%) do que uma antena Yagi, que seria a recomendada para um sistema ponto-a-ponto.

Antenas parabólicas

As antenas parabólicas são aquelas que focalizam a potência irradiada em uma direção específica, proporcionando enlaces de longo alcance. Estas antenas podem se apresentar em duas formas básicas, que são a parabólica vazada (Ver exemplo na Figura 3) e a parabílica sólida (Ver exemplo na Figura 4).

Figura 3 - Antena parabólica vazada

(Fonte: http://www.l-com.com/item.aspx?id=21694)

Figura 4 - Antena parabólica sólida

(Fonte : http://www.l-com.com/item.aspx?id=21694)

De acordo com a definição, estas antenas apresentam um diagrama de irradiação muito parecido, tanto na vertical como horizontal, conforme mostra o exemplo da Figura 5.

Figura 5 - Diagrama de irradiação de uma antena parabólica vazada

(Fonte: http://www.l-com.com/item.aspx?id=21694)

Este tipo de antena é usado principalmente em sistemas ponto-a-ponto, devido ao ângulo de abertura dos diagramas de irradiação. Há a possibilidade de aplicação deste tipo em sistemas ponto-multiponto, sendo a central uma antena painel setorial ou omnidirecional, lembrando que se for o caso de uso de uma antena omnidirecional, as antenas parabólicas deverão ser montadas na polarização vertical, pois a antena omnidirecional só possui este tipo de polarização.

A antena parabólica vazada é um tipo de antena muito utilizada para acesso residencial a provedores de internet sem fio. Com o objetivo de fornecer algo de baixo custo, nem sempre se tem o trabalho de "engenheirar" uma solução com uma antena de menor ganho nem a preocupação de se utilizar equipamentos homologados na ANATEL e nem sequer seguir a legislação vigente (o menor ganho de antenas deste tipo é bem superior ao limite estabelecido pela ANATEL que é de 6 dBi. Acima deste valor, a potência do equipamento ligado à antena deve ser reduzida em 1dB para cada dBi acima de 6 dbi).

A principal consequência deste uso indiscriminado não é observado a curto prazo, pois dependendo do local de instalação, pessoas ficam expostas sem saber a altos níveis de irradiação eletromagnética. Ainda não se sabem ao certo as consequências... como diz um amigo meu, pode até não atrapalhar, mas ajudar não ajuda!

Cabos

Os cabos são os elementos utilizados para conduzir as ondas eletromagnéticas entre o equipamento e a antena e vice-versa. Os cabos são elementos que provocam perdas no sistema, ou seja, quanto maior o comprimento do cabo, maiores serão as atenuações inseridas no circuito entre a antena e o equipamento transceptor. Estas perdas são dependentes também da frequência de trabalho do sistema onde ele está inserido.

Alguns dos tipos mais comuns de cabos são mostrados na Tabela 1, onde também é mostrado o valor da atenuação para cada tipo de cabo.

Tipo de cabo	Foto	Perda em 900Mhz (dB)	Perda em 2,5Ghz (dB)	Perda em 5,8Ghz (dB)
RG-58		55,4	116,8	245,5
RGC-58		33,4	58,1	93,6
RG-213		23,8	49,2	98,6
RGC-213		13,6	24,5	40,9

Tabela 1 - Tipos de cabos mais comuns utilizados em sistemas wireless industriais e perdas características para algumas frequências (Perdas para lances de 100m)

Não existe um "comprimento de cabo" recomendado para um sistema wireless. O cabo deverá ser dimensionado de acordo com a instalação, procurando sempre evitar grandes lances de cabo para evitar perdas.

Os cabos devem ser instalados separados de cabos elétricos de alimentação de outros equipamentos. No caso de uso de eletrodutos, deve-se ter muito cuidado para não ferir o cabo (perda de isolamento pelo atrito com bordas de conduletes e eletrodutos), não deixar o cabo coaxial dobrado a 90° e evitar torção do cabo. Estas ações contribuem para a manutenção das caracterśticas elétricas do cabo, contribuindo para o bom funcionamento de qualquer sistema wireless.

Os cabos não podem ter emendas comuns (soldagem de um cabo direto no outro). Este tipo de emenda é um ponto de maiores perdas, além do fato de que o isolante utilizado pode ter características diferentes e alterar as características elétricas do cabo. Se for necessário, em último caso, deve-se usar conectores para criar uma emenda no cabo.

Mais importante do que os cabos coaxias é a instalação dos conectores. É muito frequente a instalação de conectores de maneira errada, precária e sem nenhum critério, o que com certeza comprometerá todo o funcionamento do sistema.

Até a proxima...

Redes Wireless - Conceitos Básicos IV

2010-03-22T22:10:00.001-03:00

Olá, prezados leitores!

Primeiramente, muito obrigado por todos os comentários que tenho recebido. Eles têm sido um incentivo a continuar compartilhando conhecimento e, com certeza, aprendendo mais.

Lembrando que agora temos um grupo de discussões para facilitar a troca de experiências entre os leitores. O meu objetivo é transformar cada vez mais este espaço em uma via de mão dupla no que se refere ao conhecimento dentro da área de automação industrial.

Neste post, vamos abordar mais alguns conceitos sobre redes wireless, lembrando que o foco está em aplicações industriais, mas esta parte é
comum às redes de TI. Mais à frente teremos alguns casos onde serão mostradas aplicações deste assunto em conjunto com sistemas de automação.

Vamos nessa...

Antenas

As antenas são dispositivos que irradiam para o espaço uma onda eletromagnética guiada recebida de um cabo e/ou absorvem ondas eletromagnéticas do espaço e as enviam através de um cabo.

Na fase de projeto de uma antena, são levados em consideração alguns fatores listados a seguir:

Frequência de operação (todos os elementos de uma antena de qualquer tipo leva em consideração o comprimento de onda, visto neste outro post).
Potência máxima que pode ser recebida do transmissor pelo cabo.
Ganho desejado.
Tipo de aplicação (interna ou indoor, ao tempo ou outdoor, operação em equipamento fixo ou móvel, etc.).

Dos fatores apresentados acima, comumente vejo erros de aplicação relacionados com o primeiro e último item. Já vi sistemas onde os equipamentos operavam em 900MHz e as antenas eram para 180MHz... é bem verdade que estava funcionando, contudo, quando se aplica uma antena para uma frequência em um equipamento de frequência diferente da antena, dentre outros problemas o que tem maior impacto talvez seja o fato de que o ganho da antena não será o mesmo do especificado em projeto (em praticamente todos os casos o ganho será menor) o que reduzirá sensivelmente o alcance.

Outro erro comum está relacionado ao tipo de aplicação. Uso de antenas para área interna em área externa, uso de antenas mais apropriadas para equipamentos fixos em situações móveis, descumprimento das recomendações do fabricante quanto à instalação, e por aí vai...

Diagramas de irradiação

Dentro os dados disponibilizados pelo fabricante para as antenas, se encontram os diagramas de irradiação, que são gráficos que mostram o ganho proporcionado pela antena em todas as direções, tanto no plano vertical como no plano horizontal.

Essas nomenclaturas são originadas nas ondas eletromagnéticas, pois elas são formadas por um campo elétrico e um campo magnético, dispostos ortogonalmente entre si (fazendo um ângulo de 90°), conforme mostra a Figura 1.

Figura 1 - Representação de uma onda eletromagnética senoidal

(E=Campo elétrico e B=Campo Magnético).

(Imagem disponível em http://media.photobucket.com/)

Assim, as antenas possuem basicamente dois diagramas, um para o plano vertical (que seria o padrão de irradiação do campo elétrico) e outro para o plano horizontal (padrão de irradiação do plano magnético).

Tipos de antenas

Podemos enumerar quatro tipos básicos de antenas:

Omnidirecionais.
Direcionais tipo Yagi (lê-se "iágui").
Direcionais tipo painel setorial.
Parabólicas.

Vamos às explicações:

Antenas omnidirecionais

São aquelas que irradiam ou absorvem ondas eletromagnéticas em todas as direções ao seu redor com a mesma intensidade (ou ganho). A Figura 2 apresenta uma imagem ilustrativa de uma antena omnidirecional.

Figura 2 - Exemplo de uma antena omnidirecional.

(Imagem disponível em http://etutorials.org)

Esta é a mais simples das antenas, mas nem por isso é a mais barata. Antenas omnidirecionais de alto ganho possuem uma engenharia de desenvolvimento muito complexa, o que as tornam muitas vezes mais caras do que antenas direcionais (que via de regra possuem ganhos muito mais elevados do que as omnidirecionais).

Os diagramas de irradiação de uma antena omnidirecional são mostrados na Figura 3.

Figura 3 - Diagramas de irradiação vertical e horizontal de uma antena omnidirecional

(Imagens disponíveis em http://www.tsm.com.br/)

Note que o diagrama de irradiação horizontal nem precisaria ser representado (o que ocorre no datasheet de alguns fabricantes), pois, representa apenas uma circunferência.

Antenas Yagi

São aquelas que irradiam ou absorvem ondas eletromagnéticas em uma direção de ganho máximo. Isso quer dizer que ela também irradia e absorve em outras direções, mas com um ganho muito mais baixo. A Figura 4 apresenta uma imagem ilustrativa de uma antena Yagi.

Figura 4 - Exemplo de uma antena Yagi

(Imagem disponível em http://www.wlanmall.com)

As antenas deste tipo direcional (Yagi, Painel Setorial e Parabólicas) possuem algumas características e detalhes que merecem ser mencionados:

Polarização, que representa o posicionamento dos elementos na posição vertical (como mostrado na Figura 4) ou horizontal, onde os elementos ficam nesta orientação.
Relação frente-costas, que representa a diferença em dB entre o ganho na direção de ganho máximo e na direção oposta (180°).
Isolação por polarização cruzada, que representa a diferença em dB observado entre dois pontos com antenas direcionais quando estas estão com a mesma polarização (as duas na horizontal ou vertical) e com polarização invertida (uma está na horizontal e outra está na vertical).

As antenas do tipo Yagi podem possuir ter outros aspectos físicos que podem confundir leigos. A antena mostrada na Figura 5 possui um elemento chamado radome, geralmente em fibra de vidro que protege a antena, de modo que seus elementos (no popular, as "varetas") não ficam aparentes e, devido ao seu aspecto tubular, pode ser confundida com uma Omnidirecional. Visitei um cliente certa vez que estava reclamando de problemas em um determinado sistema wireless após a troca de uma antena. Ao chegar ao local, me deparei com uma antena desse tipo instalada como se fosse uma omnidirecional (apontando para cima). A solução foi apenas corrigir o posicionamento da mesma.

Figura 5 - Exemplo de uma antena Yagi com radome de proteção

(Imagem disponível em http://www.wlanantennas.com)

No próximo post daremos sequência a este assunto, finalizando a parte de antenas e cabos. Até lá!

Redes Wireless - Conceitos Básicos III

2010-03-09T08:01:00.006-03:00

Neste post continuaremos a falar sobre conceitos básicos para entendimento dos sistemas wireless, sobretudo os aplicados em sistemas de automação industrial, que é o foco deste blog.

RSSI

RSSI é uma sigla que vem do inglês Received Signal Strength Indicator ou
indicador do nível de sinal recebido. É um parâmetro muito importante que indica a intensidade do sinal recebido em uma estação, ou seja, a potência do sinal recebido. Geralmente, todos os equipamentos digitais possuem este indicador. Se você usa ou já usou um computador/notebook acessando à internet ou a uma rede via um enlace wireless, já viu um indicador do nível de sinal da rede, similar ao mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Indicador da intensidade do sinal de uma rede wireless

(Imagem disponível em http://origin-images.pcworld.com/reviews/graphics/113757-2202P138_3B.jpg

Conforme visto no post anterior, onde foi feito um esclarecimento inicial sobre o dB e seus derivados, a potência pode ser indicada utilizando-se o dBm, portanto, o RSSI também é dado em dBm.

Geralmente, o valor absoluto da potência recebida em equipamentos integrantes de uma rede wireless é muito baixo, na ordem de microwatts (1x10^-6W) e até nanowatts (1x10^-9W), o que é expresso em dBm, na ordem de -60 a -90dBm (ou até menos), respectivamente.

Os equipamentos possuem uma faixa possível de medição do RSSI, por exemplo, -50 a -120dBm, o que significa que -120dBm é o menor nível de sinal que pode ser medido pelo equipamento (onde provavelmente será impossível o funcionamento da rede) e -50dBm é o ponto de saturação, ou seja, operação com máximo nível de sinal, o que também não é interessante, pois a operação em saturação pode causar aquecimento e travamentos do equipamento.

RUÍDO DE FUNDO

O ruído de fundo pode ser definido como a intensidade do sinal recebido na ausência do sinal da rede wireless de interesse. Assim, o ruído de fundo compreende toda a gama de sinais recebidos que não são de interesse para o sistema em questão, compreendendo ruídos aleatórios, sinais espúrios, sinais provenientes de outras redes ou outros sistemas wireless.

Portanto, este é um outro parâmetro importante para a operação de uma rede sem fios. Não adianta saber somente a intensidade do sinal recebido (RSSI) sem conhecer o ruído de fundo.

Como o ruído de fundo também é dado em dBm, pode-se fazer uma avaliação do mesmo perante o RSSI de maneira simples, apenas subtraindo o ruído de fundo do RSSI (o resultado é em dB). Esta diferença é informada em alguns tipos de equipamento como S/R ou SNR (Signal to Noise Ratio ou Relação Sinal Ruído) e indica quantas vezes o sinal é maior que o ruído. Geralmente, um SNR de 10dB é um valor mínimo para a operação de um sistema (10dB sinaliza que o sinal é 10 vezes maior que o ruído. Veja este conceito no post anterior).

É pelo desconhecimento deste parâmetro é que não compreendemos porque às vezes podemos encontrar ou experimentar uma rede sem fios para computadores (para acesso à Internet, por exemplo), que está com um nível de sinal excelente (avaliação do RSSI) mas de vez em quando perde a conectividade.

SENSIBILIDADE

A sensibilidade ou sensitivity é definida como a menor intensidade de sinal do qual um equipamento consegue ainda decodificar informações a uma determinada velocidade. Sendo mais claro, representa o menor nível de sinal para a operação de um equipamento wireless em uma determinada velocidade com um erro aceitável.

Os equipamentos que trabalham de acordo com os padrões IEEE 802.11abg, possuem várias velocidades de operação e para cada velocidade haverá um valor de sensibilidade associado. Por exemplo, um determinado equipamento trabalha com o padrão IEEE 802.11b e por isso possui as velocidades e sensibilidades indicadas na Tabela 1:

Velocidade (Mbps)	Sensibilidade (dBm)
11	-91
5.5	-92
2	-94
1	-96

Tabela 1 - Velocidade e sensibilidade de um determinado equipamento wireless industrial

CONCLUSÃO
Os conceitos apresentados neste post são fundamentais para entender e diagnosticar o funcionamento de um determinado sistema wireless. No próximo vamos abordar a questão de antenas e cabos, finalizando a parte fundamental para o entendimento de sistemas wireless e em seguida, daremos continuidade ao assunto, mas abordando aplicações industriais.

Comente este post, enviando sugestões, críticas e relevância deste tema. Participe também do nosso grupo de discussões, se cadastrando ou acessando o mesmo através do link na barra lateral.

Até lá!

Redes Wireless - Conceitos Básicos - o dB

2010-03-01T21:54:00.025-03:00

Olá pessoal!

Neste post vamos nos dedicar a um conceito muito fundamental para o entendimento, projeto, implantação e manutenção de qualquer sistema wireless: o decibel (dB). Geralmente este conceito dá um nó na mente de muita gente boa por aí, mas vamos tentar desatar esse nó...

O dB é uma relação

A primeira coisa que precisa ficar bem clara com relação ao dB e seus derivados
usados em sistemas wireless (dBm, dBi, dBd, etc) é que ele não é uma unidade e sim uma relação, ou seja, não representa diretamente uma grandeza, mas sim uma relação entre grandezas de mesma natureza ou a relação de uma grandeza com uma unidade de referência.

Ganho em um amplificador

Vejamos um exemplo clássico:

Um amplificador de sinais recebe um sinal de entrada de 1mW (um miliwatt, ou seja, 0,001 watt) e em sua saída temos 2mW, ou seja, 0,002W. Qual é o ganho deste amplificador? A resposta é simples e está ilustrada na Figura 1. Basta dividir a potência do sinal de saída pela potência do sinal de entrada que teremos uma relação entre estas grandezas: 2. Este valor indica claramente que o sinal de saída é o dobro do sinal de entrada.

Figura 1 - Cálculo do ganho de um circuito amplfiicador de sinal (valores ideais).

Ocorre que na prática, nem tudo é tão simples assim. Suponhamos que foram realizadas medições nos sinais de entrada e saída e foi percebido o seguinte: o sinal de entrada possui uma potência de 0,98mW e o sinal de saída, uma potência de 1,89mW. Qual é o ganho real deste amplificador? A resposta não é tão simples, mas o caminho para se chegar nela é: basta dividir o sinal de saída pelo de entrada, como feito anteriormente, só que agora, vamos precisar de uma ajuda da calculadora para fazer isso. O ganho será 1,93, conforme mostrado na Figura 2 e, obviamente significa que o sinal de saída é 1,93 vezes maior que o sinal de entrada.

Figura 2 - Cálculo do canho de um circuito amplificador de sinal (valores reais).

Assim, para se calcular o sinal na saída de um amplificador você provavelmente vai precisar andar com uma calculadora no bolso (se bem que qualquer celuar hoje tem uma!) para fazer estas contas por aí.

Atenuação em um cabo

Outra situação similar é quando um sinal passa por um cabo. Eletricamente sabe-se que a resistência elétrica por si só, oferecerá oposição à passagem de um sinal elétrico por um cabo. No caso de sistemas wireless, este efeito será agravado pelas capacitâncias e indutâncias que surgirão no cabo, em função da frequência do sinal. O fato é que, ao aplicarmos um sinal em uma extremidade de um cabo, na outra extremidade teremos um sinal com menor intensidade. Vamos a outra suposição: aplica-se um sinal de 1mW na extremidade de um cabo longo e do outro lado tem-se uma potência de 0,5mW. Novamente, a conta é simples, dividir a potência de saída pela de entrada, o que revela uma atenuação igual a 0,5 ou 1/2 o que significa que a potênia de saída é 2 vezes menor do que a potência de entrada,ou seja, divide-se o valor na entrada por dois (veja a Figura 3).

Figura 3 - Cálculo da atenuação em um cabo (valores ideais).

O mesmo vale para valores reais o que levaria à conclusão de que a calculadora seria fundamental para fazer divisões (ou multiplicações por números menores do que 1) a fim de determinar o sinal de saída em praticamente todas as situações.

A transformação

Estamos propositalmente falando de sinais de potência por que os sistemas wireless em sua essência trabalham com potência transmitida e recebida, bem como com o conceito de amplificação de sinais em antenas (veremos posteriormente que não é bem amplificação, mas, por enquanto, tudo bem!) e atenuação nos cabos e no espaço que a onda percorre.

Contudo, os sistemas wireless não trabalham com potências em mW (miliwatt) mas em dBm. O dBm é uma relação entre a potência em miliwatt e uma potência de referência, no caso 1mW. A razão do "m" minúsculo após o dB (dBm) é justamente para indicar que a potência de referência é 1mW. Para sistemas wireless maiores como de estações de rádio FM e TV, que trabalham com potências elevadas, da ordem de kW, utilizam a unidade de referência 1W e, por isso, as potências são referidas em dBW, pela mesma razão.

Assim, a Figura 4 mostra a equação para transformação da potência em mW para a base relacional dBm. A partir desta equação, pode-se ver por exemplo que, se um equipamento possui uma potência de 1W (1000mW), significa que sua potência pode ser expressa como 30dBm (faça o cálculo!).

Figura 4 - Transformação de potências em mW para dBm.

A aplicação

Voltemos ao caso mostrado na Figura 1 e vamos aplicar a transformação das potências em mW para a base dBm (é comum também se dizer que o dBm é uma unidade de potência, mas, referindo-se ao conceito não é correto). Assim, o sinal de entrada de 1mW, transformado seria 0dBm (faça o cálculo!) e o sinal de saída de 2mW, seria transformado em 3dBm. Logo, percebe-se que não poderíamos mais dividir o sinal de saída pelo sinal de entrada, pois teríamos uma divisão por zero. Na verdade, quando estamos trabalhando em dB, para se saber o ganho do amplificador, faríamos a subtração do sinal de saída pelo sinal de entrada. Assim, o ganho de potência do amplificador ilustrado seria de +3dB (3dBm-0dBm). Positivo porque é um ganho.

Assim, qualquer que seja a potência de entrada, a potência de saida será igual a de entrada mais 3dB para este amplificador.

Algumas perguntas podem surgir:

Por que se subtrai e não se divide? Por causa das propriedades dos logarítmos. Estude isso neste link do Wikipédia!

Por que o "m" sumiu? Porque no caso do amplificador, a potência de referência será sempre a potência de entrada, que pode ser diferente de 1mW.

Aplicando o mesmo conceito no caso do cabo (atenuação - Figura 3), temos que a potência de entrada é a mesma (1mW), portanto 0dBm e a potência de saída que valia 0,5mW, transformada seria -3dB (faça o cálculo!!).

Assim, qual é a atenuação do cabo? Resposta: -3dB (-3dBm-0dBm). Negativo porque é uma atenuação (perda).

A regra dos 3dB

Assim, fica estabelecido que se soma-se +3dB a um sinal, estamos na verdade dobrando a sua amplitude na escala decimal, e se somaos -3dB (ou seja, subtraímos 3dB) em um sinal, estamos na verdade dividindo por dois a sua amplitude na escala decimal.

Mas e se tivermos um amplificador que multiplique por 4 o sinal de entrada em mW? (Por exemplo, potência de entrada 1mW, potência de saída 4mW). Simples, multiplicar por 4 significa multiplicar por 2 e depois multiplicar por dois novamente (4 = 2x2), portanto, em dB, basta somar 3dB e depois mais 3dB, ficando assim o ganho igual a 6dB. O mesmo vale para a atenuação.

Assim, a Tabela 1 explora estas possibilidades. Um outro caso ilustrado nesta tabela é uma coincidência que ocorre por causa do uso do logarítmo de base 10. Somar 10dB significa multiplicar por 10 e subtrair 10dB significa dividir por 10.

em dB	Significa
+10dB	Multiplicar por 10
+9dB (3+3+3)	Multiplicar por 8(2x2x2)
+6dB (3+3)	Multiplicar por 4 (2x2)
+3dB	Multiplicar por 2
+0dB	Multiplicar por 1
-3dB	Dividir por 2
-6dB (-3-3)	Dividir por 4 (÷2÷2)
-9dB (-3-3-3)	Dividir por 8 (÷2÷2÷2)
-10dB	Dividir por 10

Tabela 1 - Relações em dB

Experimente

Adicionado em 01/08/2011

Criamos o formulário abaixo onde você pode converter uma potência em mW para dBm e vice-versa para verificar os conceitos indicados no artigo acima.

Potência em mW:
Potência em dBm:

Conclusão

O dB e os seus derivados são relações entre grandezas que, no caso de sistemas wireless, facilitam as contas, pois transformam ganhos (multiplicações) em somas e perdas ou atenuações (divisões) em subtrações. Este conceito é aplicável em outros sistemas, como sistemas de áudio.

No próximo post abordaremos sobre antenas e cabos, com os respectivos ganhos em dBi e dBd e perdas de cabos e conexões em dB... até lá!!

Redes Wireless - Conceitos Básicos

2010-02-08T07:00:00.003-02:00

Dando continuidade ao assunto sobre redes wireless, neste post serão abordados alguns conceitos básicos que são fundamentais para o entendimento de sistemas e equipamentos wireless.

Por que wireless?

Os sistemas wireless já contribuem a muito tempo para a comodidade
do ser humano. Um exemplo clássico é a televisão, que já a algum tempo leva informação e entretenimento a milhares de pessoas ao redor do mundo. Salvo as residências onde se utiliza a TV a CABO, a grande massa utiliza um aparelho de TV e algum tipo de antena, seja ela para TV Digital, o estado da arte em termos de transmissão de imagem e som em alta definição e qualidade, bem como de interatividade do espectador, TVs por assinatura como SKY, NET, etc, ou mesmo as famosas antenas "pé de galinha"; não importa, são equipamentos wireless.

Mais recentemente, o advento da telefonia celular contribuiu de forma relevante para a evolução dos meios de comunicação, bem como da velocidade das informações. Tenho uma tia que mora na roça e que viveu muitos anos à espera da passagem da rede elétrica por lá para levar energia até a sua casinha. O tempo de espera foi bem menor para instalar um telefone, pois, bastou um celular com uma antena externa e pronto, lá está ela com um canal aberto de comunicação com o mundo inteiro. Quem hoje vive sem um celular? Existem pessoas que resistem, mas, cedo ou mais tarde vão ter que (ou precisar de) ceder.

Assim, atualmente os sistemas wireless estão disponíveis na indústria (na verdade, todos os produtos que conhecemos

Frequências

Conforme foi abordado anteriormente, as ondas eletromagnéticas idealizadas por Maxwell foram comprovadas experimentalmente por Hertz e por isso foram chamadas durante muito tempo de "ondas Hertzianas".

As ondas eletromagnéticas possuem algumas características, tais como amplitude e período. A amplitude está relacionada com os valores máximo e mínimo que essa onda atinge no tempo. O período é o intervalo de tempo no qual a onda realiza um ciclo. A Figura 1 apresenta o conceito gráfico de amplitude e período em uma onda senoidal.

Figura 1 - Representação gráfica de amplitude e período.

Através do período é possível se determinar a frequência de oscilação da onda eletromagnética e esta relação é mostrada na Figura 2. A frequência é dada em Hertz em homenagem ao alemão Heinrich Hertz.

Figura 2 - Relação entre período e frequência.

As frequências são classificadas em faixas, de acordo com o seu valor, conforme mostra a Tabela 1.

Faixa	Descrição	Frequências
HF	High Frequêncy	3 a 30MHz
VHF	Very High Frequency	30 a 300MHz
UHF	Ultra High Frequency	300 a 3GHz
SHF	Super High Frequency	3 a 30 GHz
EHF	Extra High Frequency	30 a 300GHz

Tabela 1 - Classificação das frequências

Em se tratando de equipamentos para comunicação sem fios, os mesmos são projetados para operar em uma frequência ou faixa de frequências. Em cada país existe um setor do governo responsável por gerenciar o uso das faixas de frequências e no caso do Brasil, a ANATEL é o setor responsável por isso.

Comprimento de onda

O comprimento de onda é a distância percorrida por um período da onda eletromagnética na velocidade da luz. A Figura 3 apresenta um desenvolvimento algébrico simples, partindo da equação do movimento retilíneo uniforme (d=v.t), para se obter a equação do comprimento de onda, com base no valor da frequência dado em Megahertz (10⁶Hz).

Figura 3 - Equações para o comprimento de onda

O comprimento de onda é uma informação importante e é utilizada para o projeto de antenas e cálculos para estimativa de alcance de um sistema wireless, por exemplo.

Modulação

A modulação pode ser definida como a modificação sistemática de alguma característica de uma onda portadora (frequência, amplitude ou fase, por exemplo) através de uma onda moduladora (que é o sinal que se deseja transmitir).
Para simplificar o entendimento, vamos fazer uma comparação. A portadora é como uma folha de papel A4 em branco, ou seja, possui um tamanho definido e cor uniforme. A moduladora é como uma caneta esferográfica azul, que se deslizada pelo papel, alterará a cor do mesmo por onde ela passar. A partir do momento que utilizo a caneta para fazer um desenho ou escrever uma frase no papel branco, estamos alterando sistematicamente a cor do papel e, portanto, representando a informação desejada. Quero deixar claro que esta representação não foi uma idéia minha, mas foi o artifício que um professor que tive, Sr. Marcílio Falleiros, utilizou no Curso Técnico em Eletrônica para explicar este assunto. Nunca mais saiu da minha cabeça. Valeu Marcílio!
Assim existem alguns tipos de modulação:

Modulação AM ou em amplitude: A moduladora altera a amplitude da portadora. Geralmente é utilizada em sistemas analógicos. Este tipo de modulação está representado na Figura 4.
Modulação FM ou em frequência: A moduladora altera a frequência da portadora. Também muito utilizada em sistemas analógicos para transmissão de áudio e vídeo. Este tipo de modulação também está representado na Figura 4.
Modulação ASK (Amplitude-Shift Keying, ou Chaveamento por deslocamento de amplitude): Basicamente é a modulação AM para sistemas digitais, ou seja, os sinais 0 (zero) e 1 (um) são representados por níveis definidos de amplitude da portadora e a moduladora é uma sequência de zeros e uns. Este tipo de modulação está representada na Figura 5.
Modulação FSK (Frequency-Shift Keying ou Chaveamento por deslocamento da frequência): Basicamente é a modulação FM para sistemas digitais, onde os sinais 0 (zero) e 1 (um) são representados por valores definidos de frequência da portadora. Uma representação desta modulação é mostrada na Figura 6.
Modulação PSK (Phase-Shift Keying ou chaveamento por deslocamento de fase): Consiste na alteração da fase da portadora de acordo com as transições de 0(zero) para 1(um) ou 1(um) para 0(zero) do sinal digital modulante. Este tipo está representado na Figura 7.

Figura 4 - Representação animada das modulações AM e FM (fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Amfm3-en-de.gif)

Figura 5 - Representação da modulação ASK (fonte: http://www.pctechguide.com/images/61am.gif)

Figura 6 - Representação da modulação FSK (fonte: http://www.pctechguide.com/images/61fm.gif)

Figura 7 - Representação da modulação PSK (fonte: http://www.pctechguide.com/images/61psk.gif)

Componentes básicos de um sistema wireless

Um sistema wireless basicamente é composto pelos seguintes elementos:

Transmissor - que é um elemento ativo que gerará uma onda eletromagnética com uma determinada amplitude (potência) e comprimento de onda (frequência), contendo a informação a ser transmitida, codificada ou contida em uma portadora.
Cabos coaxiais - São elementos passivos (ou seja, atenuam ou diminuem a amplitude do sinal) que guiarão as ondas eletromagnéticas produzidas pelo transmissor até a antena (no caso do transmissor) ou as ondas eletromagnéticas captadas pela antena receptora até o equipamento receptor (no caso do receptor).
Antenas - São elementos passivos que recebem as ondas eletromagnéticas guiadas pelos cabos coaxiais e irradiam estas ondas para o espaço (no caso da antena transmissora) ou recebem ondas irradiadas no espaço e as entregam para serem guiadas pelos cabos até o receptor (no caso da antena receptora). As antenas são dimensionadas de acordo com a potência e frequência de operação do sistema (inclusive seus elementos são dimensionados em função do comprimento de onda). Ao contrário do que muita gente pensa, as antenas não amplificam o sinal recebido (seja pelo cabo ou seja pelo espaço), mas elas concentram a irradiação (ou recepção) em uma determinada direção, seja ela horizontal ou vertical (isto será abordado com detalhes mais à frente).
Meio de propagação - É por onde as ondas eletromagnéticas irradiadas pela antena transmissora viajarão até a antena receptora. À medida que a onda eletromagnética flui pelo meio de transmissão ela sofre uma atenuação, que depende da distância entre os pontos, do comprimento de onda e da presença de obstáculos neste percurso.

Os componentes básicos de um sistema wireless estão representados na Figura 8.

Figura 8 - Representação dos componentes básicos de um sistema Wireless.

Conclusão

Neste post foi possível visualizar diversos conceitos relacionados a sistemas wireless. Continuaremos com mais conceitos no próximo post e eles serão extremamente importantes para a compreensão dos sistemas wireless industriais.
Só para que vocês já possam ter uma idéia, falaremos sobre transmissão de dados, transmissão de I/O, transmissão de dados wireless em redes industriais. Não percam! Até lá!

Redes Wireless Industriais - Como tudo começou...

2010-02-06T07:00:00.004-02:00

Olá, amigos!

Estamos iniciando uma nova série de postagens sobre Redes Wireless Industriais. Eu pensei inicialmente em criar um blog específico sobre o assunto e então surgiu o Indústria sem Fios... mas hoje não é possível falar de automação sem falar em redes industriais e, por conseguinte, não é possível falar de redes industriais sem falar de Sistemas Wireless
Industriais. Por isso, decidi transcrever as postagens para o automacoes.com e dar sequência no assunto por aqui mesmo.

Pretendemos abordar os seguintes temas ao longo do tempo:
- Histórico e conceitos básicos relacionados aos sistemas wireless.
- Tecnologias e padrões disponíveis no mercado (Sistemas proprietários, sistemas padronizados IEEE 802.11a/b/g, Bluetooth, Zigbee, Wireless Hart, ISA SP100 e GSM/GPRS).
- Tipos de sistemas wireless (Transmissão de I/O, transmissão de dados de protocolos industriais, conversão de protocolos, transmissão de dados seriais e Ethernet TCP/IP, transmissão de áudio e vídeo digital e analógico).

Acredito que sejam assuntos que estão relacionados com automação industrial e que precisam ser abordados por aqui, não é mesmo?

Neste post vamos abordar a origem e os primeiros experimentos relacionados às ondas eletromagnéticas, que são o meio utilizado para trafegar informações (áudio, vídeo e dados) pelos sistemas wireless que conhecemos atualmente (rádio, TV, celulares, internet sem fio, etc.).

Utilize as opções de comentários para opinar, sugerir, criticar ou acrescentar informações relevantes para este e os próximos posts.

Maxwell e o campo eletromagnético

James Clerk Maxwell (13/06/1831 – 05/11/1879) foi um físico e matemático escocês, que se destaca entre outros cientistas de sua época como o que contribuiu mais significativamente com a teoria do eletromagnetismo.

Figura 1 - James Clerk Maxwell (fonte: http://nanotechnologytoday.blogspot.com)

O conjunto de equações apresentadas por Maxell demonstram que a eletricidade, o magnetismo e até a luz, são visões de um mesmo fenônemo: o campo eletromagnético.

Seu trabalho demonstrou que campos elétricos e mangéticos transitam pelo espaço a uma velocidade constante: A velocidade da luz.

A teoria do eletromagnetismo desenvolvida por Maxwell foi publicada em 1865 e levou muitos cientistas e tentar comprovar essa teoria, através da geração e detecção de ondas eletromagnéticas.

A experiência de Hertz

Um dos cientistas levados a comprovar a teoria de Maxwell sobre os campos eletromagnéticos foi o físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (22/02/1857 - 01/01/1894).

Figura 2 - Heirich Rudolf Hertz (fonte: http://backreaction.blogspot.com)

Em 29 de novembro de 1888 ele realizou uma experiência no laboratório de física da Universidade Técnica Superior de Karlsruhe que comprovou a existência das ondas eletromagnéticas. Ele construiu um circuito oscilador composto por um indutor e um capacitor (circuito LC), excitado através de uma chave e uma bateria. Neste circuito havia também um centelhador (composto por esferas metálicas espaçadas de 1cm (um centímetro). Toda vez que o circuito LC era excitado, eram produzidas faíscas no centelhador.

Próximo a este circuito, Hertz montou um outro centelhador composto apenas por uma espira de fio e uma esfera. Uma das extremidades do fio de cobre estava conectado à esfera metálica e a outra extremidade era segurada por um dispositivo mecânico que possibilitava ajustar a proximidade da mesma com a esfera conectada à outra extremidade. A Figura 3 mostra um diagrama da experiência de Hertz.

Figura 3 - Diagrama da experiência de Hertz

Desta maneira, Hertz comprovou que quando produzia centelhas com o circuito oscilador (circuito LC), surgiam centelhas entre a esfera e a extremidade do fio da espira receptora (a distância entre eles era de alguns décimos de milímetro). A esse fenômeno observado, atribuiu como causa as ondas eletromagnéticas.

O primeiro telégrafo sem fios

Cerca de oito anos após os estudos e comprovações de Hertz, Guglielmo Marconi (25/04/1874 - 20/07/1937), um físico Italiano, desenvolveu em 1896 um sistema prático de telégrafo sem fios. Mudou-se para os Estados Unidos no mesmo ano devido ao fato do desinteresse da Itália por suas experiências.

Figura 4 - Guglielmo Marconi (fonte: http://italianalmanac.org)

Em 1899, conseguiu transmitir mensagens em Código Morse através do Canal da Mancha. Recebeu em 1909, juntamente com Karl Ferdinand Braun, prêmio Nobel de Física (Karl posteriormente desenvolveu pesquisas que contribuíram para o desenvolvimento do tubo de imagem dos televisores, conhecido como TRC - Tubo de Raios Catódicos). A partir destes experimentos e de sua invenção, pode-se dizer que Marconi é o criador do rádio, embora a suprema corte dos EUA afirmou em 1943 que os trabalhos de Marconi não tinham nada que Tesla já não tivesse descoberto.

Portanto, o desenvolvimento do telégrafo sem fios, realizado por Marconi, a partir das experiências de Hertz, que por sua vez comprovam as teorias de Maxwell, abriu o caminho para as transmissões de voz, imagens e sinais digitais via rádio.

Conclusão

Então, graças aos caminhos abertos pelos homens acima mostrados possibilitaram o desenvolvimento dos diversos sistemas wireless que conhecemos hoje (Televisão, telefones sem fios, celulares e redes sem fio - comerciais e sobretudo, industriais).

Por enquanto é só... até a próxima postagem! Um abraço a todos!

Redes Industriais - Profibus DP - A prática

2010-02-02T14:22:00.008-02:00

Um pouco de opinião pessoal

Olá pessoal!

Mais uma vez quero agradecer a todos os que tem comentado, divulgado e apoiado este blog. Outro dia encontrei com uma pessoa que está fazendo engenharia de controle e automação que me disse algo que me marcou... ele e os seus colegas acham que eu sou uma pessoa que sobreviveu a um curso de Engenharia e voltou para contar a história...
ri um pouco mas concluí que realmente é isso!
Geralmente os alunos de cursos de engenharia tem contato com professores que, em muitos casos, não possuem vivência de campo, ou a possuem de forma limitada (não é regra, eu mesmo tive dois professores com muita experiência em suas áreas de atuação)...
Eu analiso as coisas da seguinte forma: um indivíduo que quer ser professor em um curso superior tem que se dedicar muito aos estudos... graduação, especialização, mestrado, doutorado, pós doutorado, etc... e isso acaba por minar grande parte do aprendizado de campo. Os que trilham este caminho acabam por vezes ficando em evidência, pois precisam constantemente publicar artigos e livros para manter os títulos.
Por outro lado, o estudante que quer ser um profissional, às vezes enfrenta a pressão do mercado para seguir o mesmo caminho (especialização, mestrado, doutorado...), mas em alguns casos vai por esse caminho "levado pela correnteza", ou seja, faz, porque é obrigado a fazer e não exatamente porque quer fazer. Os que trilham este caminho mais profissional, geralmente caem no esquecimento do mundo acadêmico, embora o conhecimento que muitas vezes ele obtém, faria dele um grande mestre.
Mas como disse Paulo Freire: "Não há saber mais ou saber menos. Há saberes diferentes."
Assim, opiniões pessoais à parte, aqui estou eu, atestando que sobrevivi a esta difícil jornada e que voltei para contar os frutos que colhi plantando as sementes do meu pequeno saber nas férteis terras da Automação Industrial (acho que isso ficou muito filosófico....)

Sobre este post

Primeiramente, quero agradecer à TecWise Sistemas de Automação, empresa onde trabalho, por ceder os equipamentos para viabilizar a construção deste post. Parabéns a esta empresa, que trabalha com tecnologia de ponta na área de Automação Industrial e apóia muito este tipo de iniciativa. Muito obrigado!
Este é um post que me deu trabalho! Mas, como tudo o que dá trabalho, o resultado é, muitas vezes, surpreendente.
Este post apresenta uma aplicação prática de redes Profibus DP a partir de uma plataforma de testes montada em laboratório para fins de demonstração. Vamos lá...

Objetivo

Este post tem o objetivo de demonstrar uma aplicação de redes Profibus DP, no que diz respeito à implementação, testes e possibilidades.

Equipamentos e softwares utilizados

Para atingir o objetivo proposto, foram utilizados os seguintes equipamentos e softwares:

01 (um) Notebook DELL Latitude com S.O. Windows XP Pro e os softwares:

FST 4.10 - Software de programação dos PLCs Festo IPC e FEC. Uma versão demo está disponível na seção de Downloads do site da Festo.
SYCON - Software para configuração de diversos tipos de rede industrial, incluindo Profibus DP. Este software é desenvolvido pela Hilscher e existe um link para download no site.

01 (um) PLC Festo IPC com os seguintes cartões:

CPU HC20F
Módulo de comunicação Ethernet TCP/IP
Placa Profibus DP Master - CP61

01 (uma) Remota de I/O Murr Elektronik, série MBM (Descontinuada) com um módulo com 4 entradas analógicas. (Atualmente a Murr dispõe de remotas de IO IP 67, veja neste link.)
01 (um) Terminal de válvulas pneumáticas FESTO CPV, com interface Profibus DP.
01 (uma) Fonte de alimentação Mean-Well (comercializada no Brasil pela Metaltex), tensão de saída 24VCC, 50W.

A Figura 1 mostra a arquitetura da plataforma utilizada nos testes e a Figura 2 mostra uma foto dos equipamentos montados em bancada. Uma informação relevante é que nas Figuras 1 e 2 não está representada a fonte de alimentação utilizada.

Figura 1 - Arquitetura da plataforma de testes

Figura 2 - Visão geral dos equipamentos em bancada.

Procedimentos

Configuração do PLC FESTO

Em primeiro lugar, foi criada uma nova aplicação no PLC Festo e foi realizada a configuração das placas Profibus DP e rede Ethernet TCP/IP. Esta última não é requerida para que a rede Profibus funcione, foi configurada apenas para facilitar a monitoração das entradas e saídas da rede Profibus.

A Figura 3 mostra a tela do software FST onde foi configurada a placa de rede Profibus DP. Na verdade, nesta tela apenas informamos ao PLC que existe uma placa Profibus DP e informamos que as entradas e saídas da placa vão usar um conjunto de Entradas e Saídas (no caso do PLC Festo, IWs ou Input Words, OWs ou Output Words, palavras de 16 bits de entrada e saída). Isto significa dizer que uma entrada discreta (digital) de algum módulo da rede Profibus corresponderá a um bit de entrada (por exemplo, I 0.4, significando Input Word 0, bit 4) e que uma saída discreta (digital) também de algum outro módulo da rede corresponderá a um bit de saída (por exemplo, O 0.9, significando Output Word 0, bit 9). No caso de entradas e saídas analógicas, são alocados 16 bits para as mesmas, ou seja, uma entrada analógica poderia ser, por exemplo, a IW 1 (Input Word 1) e uma saída analógica poderia ser a OW 1 (Output Word 1).

Figura 3 - Configuração da placa Profibus DP no PLC Festo.

Vale a pena ressaltar que os operandos para se referenciar entradas e saídas digitais e analógicas aqui mencionados são exclusivamente do PLC Festo, embora a Siemens adote nomenclatura semelhante, modificando apenas no caso de saídas que seria Q e não O (se o software for em Inglês, porque se for em Alemão, entradas seriam representadas por E (do alemão Eingang) e as saídas por A (de Ausgang)).

A Figura 4 mostra a tela de configuração da placa Ethernet TCP/IP. Neste caso a configuração é similar a uma placa de rede de um computador, sendo necessário configurar no mínimo, o endereço IP (IP Address) e máscara de subrede (Subnet Mask).

Figura 4 - Configuração da placa Ethernet TCP/IP do PLC Festo

Configuração da rede Profibus DP

Para efetuar a configuração da rede Profibus DP foi utilizado o software Sycon System Configurator. Este software não é exclusivo da Festo e pode ser utilizado para configurar alguma outra placa Profibus Master de outro fabricante. Na verdade, praticamente todos os softwares de configuração Profibus do mercado são genéricos, podendo inclusive estarem integrados dentro de uma outra aplicação de programação do PLC, dando a idéia de que a ferramenta para configuração do PLC é única (e na verdade é, porém com módulos ja prontos compilados junto com o programa principal).

A primeira ação foi criar uma nova rede Profibus (o Sycon pode ser utilizado para configurar outros tipos de rede) e importar todos os GSDs (Generic Station Description) de todos os dispositivos que participariam da rede. É importante frisar que em qualquer ferramenta utilizada esta ação é realizada uma única vez, a partir da qual o arquivo fará parte do banco de dados local do software e só será apagado se o arquivo for removido ou o computador formatado.

No Sycon, para importar um GSD, basta acessar o menu File>Copy GSD e indicar a localização do arquivo.

Em seguida, foi inserido o mestre e os escravos na rede. A Figura 5 mostra a tela exibida após selecionar a função de inserir um mestre. A única configuração necessária a princípio é o endereço do mestre e uma descrição que será usada no software para identificar o dispositivo. Esta tela é similar para os escravos, que é mostrada na Figura 6. O que diferencia é que ela é preparada para filtrar todos os escravos por Fabricante, por exemplo, uma vez que espera-se que a base de dados de escravos seja muito maior do que a dos mestres.

Figura 5 - Inserção de um Mestre Profibus DP.

Figura 6 - Inserção de um Slave Profibus DP.

O endereço do Mestre é definido via Software enquanto que o endereço dos escravos geralmente é definido no próprio escravo fisicamente. As Figuras 7 e 8 mostram a definição física do endereçamento do módulo Murr e do Terminal CPV.

Figura 7 - Vista das chaves de configuração do endereçamento do módulo Murr

(Círculos ao lado do conector da rede)

Figura 8 - Configurações de endereçamento do terminal CPV

(conjunto de Dipswithces removível).

Após a inserção dos escravos, o próximo passo é a configuração dos mesmos. No nosso exemplo, o módulo Murr possui uma "cabeça" de comunicação e a ela podem ser interligados módulos de entrada ou saída de acordo com a necessidade. Quando inserimos este módulo na configuração da rede, estamos, na verdade, inserindo apenas a "cabeça" de comunicação e será necessário especificar em seguinda, quais são os módulos interligados ao módulo principal. Assim, todos os dispositivos precisam ser configurados para indicar que tipo de dados ou tipos de entradas/saídas serão utilizadas. A Figura 9 mostra o exemplo de configuração do módulo Murr utilizado. A Tabela realçada em vermelho mostra os módulos disponíveis e a realçada em verde mostra os módulos inseridos, sendo que estes últimos deverão estar conforme (inclusive na ordem de instalação) os módulos instalados fisicamente.

Figura 9 - Configuração de um escravo Profibus (Módulo Murr)

Após finalizada a configuração dos dispositivos, pode ser definida a velocidade da rede através do menu Settings>Bus parameter. No caso, a rede foi configurada para operar a 1,5Mbps.

Por fim, a configuração deve ser descarregada no módulo através de uma porta serial, utilizada também para diagnósticos. A Figura 10 mostra o PLC Festo utilizado neste exemplo. O primeiro módulo de baixo para cima é a CPU do PLC, o segundo módulo é o cartão Profibus. Observe a existência do conector "DIAGNOSE" que é por onde se faz o download da configuração, bem como a monitoração do status dos dispositivos da rede. O terceiro módulo de baixo para cima é um cartão de rede Ethernet e o último cartão é um cartão de entradas e saídas digitais, não utilizado neste exemplo.

Figura 10 - Vista do PLC Festo e da placa Profibus DP (com conector).

A Figura 11 mostra como ficou desenhada a rede Profibus DP no software Sycon.

Figura 11 - Desenho da rede Profibus DP - Sycon

Monitoração do Status da rede

Todos os dispositivos Profibus geralmente possuem LEDs que indicam o Status do dispositivo e da própria rede, sendo possível diagnosticar se há algum problema com a configuração da rede ou com o dispositivo em si. Contudo, para facilitar a manutenção, é possível diagnosticar a rede ou dispositivos da rede através do software de configuração. A Figura 12 mostra a monitoração da rede e a verificação de que o escravo 2 (Módulo Murr) está exibindo uma informação de diagnóstico.

Figura 12 - Monitoração da rede e informação de diagnóstico no módulo Murr.

Para verificar mais especificamente o que está ocorrendo, basta dar um duplo clique sobre o escravo e aparecerá a tela mostrada na Figura 13. Esta tela mostra que existem informações de diagnóstico extendido, ou seja, não são diagnósticos específicos da rede Profibus, mas sim, algo relacionado a situações particulares do equipamento em questão.

Figura 13 - Detalhes do diagnóstico do dispositivo escravo (Módulo Murr)

Entretanto, mesmo sendo um diagnóstico específico do equipamento, em seu arquivo GSD existem informações que poderão nos levar ao diagnóstico do problema, pois cada escravo enviará para o mestre da rede um código de diagnóstico e este código está associado a uma mensagem dentro do arquivo GSD e poderá ser interpretado e exibido pelo software. Clicando no botão Ext. Diagnostic, mostrado na tela da Figura 13, será mostrada a tela exibida na Figura 14, que mostra exatamente que o diagnóstico refere-se a uma subtensão ou falta de alguma alimentação, que está gerando uma falha no módulo de entradas analógicas. Neste caso, o cartão de entradas analógicas do módulo Murr precisa de uma alimentação externa e, propositalmente, a mesma não foi ligada para gerar este diagnóstico.

Figura 14 - Diagnóstico estendido do Módulo Murr na rede Profibus DP

Após ligada a alimentação necessária no módulo de entradas analógicas, o status de Diagnóstico desaparece no dispositivo, conforme mostra a Figura 15.

Figura 15 - Diagnóstico OK do Módulo Murr na rede Profibus DP

Acionamento de saídas através do PLC

Conforme mostrado na Figura 3, as entradas a partir da IW0 e as saídas a partir da OW0 são áreas de memória relacionadas com a rede Profibus DP. Como configuramos um Dispositivo com 4 entradas analógicas, as mesmas estarão presentes na IW0 (Entrada analógica 1), IW1 (Entrada analógica 2), IW2 (Entrada analógica 3) e IW3 (Entrada analógica 4). E como foi configurado um dispositivo com 16 saídas digitais (correspondente no caso a 16 válvulas pneumáticas) a OW0 (que corresponde à O 0.0 a O 0.15) será a palavra de saída utilizada pela rede Profibus DP para acionamento das saídas.

Assim, para teste, através do software FST, foram acionadas algumas saídas digitais dentro da palavra OW0, conforme mostrado na Figura 16. Durante este acionamento, foram verificados os acionamentos das válvulas correspondentes, conforme mostrado na Figura 17, confirmando o funcionamento da rede Profibus DP.

Figura 16 - Acionamento de bits da OW0 correspondentes às Válvulas na rede Profibus DP.

Figura 17 - Visualização física do acionamento das válvulas via rede Profibus DP.

Conclusão

Através dos itens expostos neste post foi possível demonstrar que a concepção e implementação de uma rede Profibus DP não é algo tão complexo. Também foi possível visualizar as possibilidades de diagnósticos, que é um ponto muito importante, pois esta facilidade permite maior agilidade para a manutenção o que possibilita maior disponibilidade do sistema/equipamento e, portanto, menores perdas de produção.
Reforço mais uma vez que estou completamente aberto a sugestões, comentários e, principalmente, gostaria de saber se este post foi útil para você.
Mais uma vez, obrigado pela atenção e até a próxima...

Redes Industriais - Profibus DP

2009-12-17T17:31:00.022-02:00

Neste post continuaremos o assunto de redes industriais falando sobre o protocolo Profibus - DP.

Introdução

O protocolo Profibus (este nome vem da sigla Process Field Bus, ou Barramento de campo de processos) é uma tecnologia que
surgiu da crescente necessidade de aquisição cada vez maior de informações de processo, cujas pesquisas iniciais datam do ano de 1987 na Alemanha, reunindo cerca de 21 instituições (empresas, universidades, etc.). Nesta época foram desenhados dois protocolos vinculados à especificação Profibus, que são:

Profibus FMS (Field Message Specification, ou Especificações de mensagens de campo), que é um protocolo utilizado para a troca de informações entre controladores. Nesta arquitetura não há dispositivos Mestres ou Escravos. Com o advento da tecnologia ProfiNET, este protocolo está caminhando gradualmente para o desuso.
Profibus DP (Decentrallised Periphery, ou Periferia Descentralizada) que é o protocolo utilizada para comunicação entre um controlador (Mestre) e módulos de I/O e dispositivo de campo (Escravos). Existem três versões funcionais deste protocolo, que são o DP-V0, DP-V1 e DP-V2.

Em linhas gerais, o Profibus é um padrão de barramento de campo aberto e independente de fornecedores, e, como todo padrão, existem normas internacionais que estabelecem estes padrões e que são utilizadas para a certificação dos dispositivos. No caso do Profibus, as normas são a EN 50170, EN 50254 e IEC 61158. Basicamente, todos os dispositivos Profibus existentes no mercado devem ser homologados para que se garanta a compatibilidade deste com os demais que comporão uma rede ou mesmo que a rede possa operar sem problemas. Particularmente, enfrentei um problema prático ao configurar uma rede Profibus DP, onde o mestre Profibus não era homologado e, quando fui construir a configuração da rede o software não reconhecia o arquivo de configuração do dispositivo que precisava inserir. Resultado: o cliente ficou sem a solução desejada e tivemos que pensar em uma nova solução para o problema dele.

Meio físico

Existem basicamente três tipos de meio físico de comunicação que podem ser utilizados no pelo Protocolo Profibus, a saber:

RS-485: É o meio mais utilizado universalmente. Consiste basicamente de um cabo blindado e dois fios, geralmente nas cores verde e vermelha. Nas extremidades da rede é necessário realizar a correta terminação, que consiste num arranjo de resistores interligados aos terminais da rede e os terminas VP e GND, conforme mostrado na Figura 1.
IEC 61158-2: Define regras e tipos para automação de processos (Profibus PA), sobretudo para aplicações em áreas classificadas.
Fibra óptica: Para locais onde há grande possibilidade de interferências eletromagnéticas. As Figuras 2 e 3 mostram exemplos de conversores de RS-485 para fibra óptica, específicos para rede Profibus DP.

Figura 1 - Terminação em uma rede Profius em RS-485

Figura 2 - Conversor para rede Profibus RS-485/Fibra Óptica (Disponível em: automation.siemens.com)

Figura 3 - Conversor para rede Profibus RS-485/Fibra Óptica (Disponível em: www.phoenixcon.com)

Topologia

Uma rede Profibus-DP é composta por dispositivos mestres e escravos:

Mestres classe 1 (DPM-1): São estações ativas, ou seja, enviam solicitações para leitura e escrita de dados para os nós configurados, tais como PLCs ou até mesmos PCs. Uma rede Profibus precisa ter pelo menos um mestre (DPM-1). Podem ser configurados mais de um mestre DPM-1 em uma rede.
Mestres classe 2 (DPM-2): São estações ativas destinadas à programação, configuração da rede e diagnósticos dos dispositivos do sistema.
Um dispositivo escravo é uma estação remota que pode ser um módulo de I/O, um instumento de campo (transmissor de temperatura, pressão, etc.), válvulas, etc. São estações passivas, ou seja, somente respondem às solicitações do mestre.

Uma rede precisa ter no mínimo dois dispostivos e, pelo menos um deles deverá ser ativo classe 1, ou seja, pelo menos um mestre e um escravo.

Em um barramento Profibus são permitidos até 126 dispositivos e cada dispositivo escravo pode trabalhar com até 246 bytes de entrada e saída.

Uma rede Profibus pode operar em velocidades que vão desde 9,6 kbps até 12Mbps. O que determina esta velocidade é, basicamente, o comprimento do cabo utilizado. Durante o processo de configuração da rede, o software configurador já indica o valor aproximado do tempo de varredura da rede, ou seja, o tempo necessário para que o mestre efetue a leitura e escrita de variáveis em todos os nós da rede.

Configuração

O processo de configuração da rede basicamente é um seguinte:

Em um software configurador (Ex: Sycon, da Hilscher), será necessário carregar os arquivo GSD (Generic Station Description - Descrição genérica do dispositivo). Estes arquivos possuem as informações de todas as configurações possíveis de um dispositivo Profibus, seja ele mestre ou escravo. Geralmente, os arquivos GSD são fornecidos pelos fabricantes dos dispositivos Profibus e são acompanhados por alguns ícones no formato .bmp que representam o dispositivo em seu estados de online, offline e falha, para animação do software durante o diagnóstico da rede. Se estes arquivos não estão disponíveis, o software de configuração/diagnóstico utilizará ícones padrão.
Para cada dispositivo deverá ser atribuído o endereço (que deverá ser igual ao configurado fisicamente).
Em cada escravo, deverão ser configurados a quantidade de dados de entrada e saída de acordo com o tipo de escravo e os itens disponibilizados no arquivo GSD de cada dispositivo.
Após encerrada a configuração, a mesma deverá ser descarregada no dispositivo mestre Profibus. Se este processo for uma alteração em uma rede existente, este processo deve ser feito com cuidado, pois a rede ficará indisponível por alguns instantes.

A Figura 3 mostra esquematicamente o processo de configuração de uma rede Profibus DP.

Figura 3 - Esquema de configuração de uma rede Profibus

Finalizaremos este post com uma rápida comparação ente as redes Profibus e Modbus RTU, vista anteriormente:

Atributo	Modbus RTU	Profibus DP
Meio físico	RS-232, RS-485 e Fibra ótica	RS-485 e Fibra ótica.
Velocidade da rede	9,6 a 115kbps	9,6kbps a 12Mbps
Número de dispositivos	Até 31	Até 126
Topologia de rede	Mestre/Escravo (Único mestre)	Mestre/Escravo (Único ou múltiplos mestres) e FMS
Comunicação	Ponto a ponto (P2P) Cíclico	P2P ou Multicast (Comandos de controle) Cíclico. Acíclico entre mestres
Diagnósticos	Timeout e códigos de erro por comando do mestre	Três níveis de diagnóstico: Dispositivo, módulo e canal
Sincronização de entradas e saídas?	Não	Sim
Estimativa do tempo de varredura	Não disponível	Informado pelo software de configuração

Conclusão

Este assunto é muito extenso, pois a rede Profibus é muito estruturada para suportar aplicações em tempo real, requisito necessário em sistemas de automação industrial. Por isso, quero deixar alguns links para materiais de apoio que vão um pouco mais além do exposto aqui:

Associação Profibus: www.profibus.org.br
Especificação técnica Profibus: http://www.profibus.org.br/artigos/PROFIBUS_DESC_TEC_2006.pdf
Seção de downloads da Associação Profibus Internacional, com diversos artigos e informações específicas (em Inglês): http://www.profibus.com/downloads/

Agradeço a atenção de todos os leitores e aguardo comentários, questionamentos e sugestões.

Um grande abraço a todos e desejo um ano de 2010 repleto de realizações e novos sonhos.

Estamos de Volta!

2009-12-09T19:25:00.003-02:00

Prezados amigos leitores,

Após praticamente cinco meses de ausência, reiniciaremos a postagem de novos conteúdos no Blog. Agradeço a todos que deixaram comentários durante a minha ausência e quero deixar aqui a mensagem de que valeu a pena dedicar este tempo à família e aos primeiros filhos que tivemos (quem não viu no post anterior, tivemos gêmeos...eheheh). Peço também desculpas a todos que mandaram e-mails nesse intervalo e ficaram sem resposta... foi por uma boa causa!

Bem, o nosso retorno será marcado por um post especial sobre Redes Profibus DP, dando continuidade ao assunto de onde paramos. Estou finalizando as ilustrações (lembrando, sou eu mesmo quem faço as ilustrações, para tornar o conteúdo exclusivo) e em mais dois dias ele já estará no blog!

Um grande abraço a todos! Já deixo aqui o meus votos de Feliz Natal e um 2010 cheio de realizações e novos sonhos! Que Deus possa abençoar a todos!

Até mais!

Ausência temporária

2009-07-17T18:35:00.002-03:00

Prezados Leitores,

Obrigado mais uma vez pelos comentários e pela crescente divulgação deste blog, que acredito que está ajudando a muitos.

Em função de nascimento dos meus primeiros filhos (são gêmeos, rsrsrs), estamos a alguns dias sem atualização.

Assim que possível, daremos prosseguimento às nossas atividades a todo o vapor!

Agradeço a compreensão!

Um abraço a todos!

Adailton

Material da Palestra no UnilesteMG - 25/05/2008

2009-05-25T18:41:00.003-03:00

Para aqueles que participaram da palestra "O engenheiro eletricista e o mercado de trabalho", ministrada em 25/05/2009 na Semana de Ciências Exatas do UnilesteMG e quiserem fazer o download da apresentação utilizada, basta clicar aqui.

Agradeço ao UnilesteMG pelo convite e coloco este espaço à disposição de todos os que assistiram a palestra para comentários, sugestões, opiniões e contatos.

Um grande abraço!

Redes Industriais - Modbus

2009-05-21T09:08:00.012-03:00

Olá!

Peço desculpas aos leitores pela demora em colocar mais posts, mas às vezes tenho uma preocupação de colocar um conteúdo informativo e de qualidade. A maior parte das ilustrações são feitas por mim mesmo, para proporcionar um conteúdo exclusivo e diferenciado. Agradeço a compreensão!

Então, vamos para mais um post sobre redes industriais. Neste vamos abordar o protocolo Modbus RTU, um dos primeiros
protocolos para comunicação de dados industriais. O protocolo Profibus DP, que é um protocolo mais recente e muito utilizado na indústria, será abordado no próximo post, que será publicado até na próxima sexta-feira 12/06.

Vamos nessa...

Visão geral sobre protocolos de comunicação

Conforme já mostramos no post "Redes Industriais - Visão Geral", o protocolo é um dos três elementos que constituem uma rede, sendo os outros dois o meio físico e o endereçamento. O protocolo pode ser comparado grosseiramente com a linguagem ou o idioma falado pelos interlocutores interligados à rede, bem como sendo as regras de comunicação (quem fala e quando fala).
Um dos primeiros padrões de comunicação existentes é o RS-232 (meio físico). Esse padrão inicialmente, englobava também partes do protocolo, pois as regras de comunicação eram estabelecidas no meio físico, através dos pinos CTS/RTS (Clear to Send, Request do Send) e DTR/DSR (Data Terminal Ready, Data Set Ready). Contudo, estas funcionalidades e regras foram sendo absorvidas pelos protocolos, de maneira que o meio físico pôde ser simplificado em alguns casos.
No meio industrial, um dos primeiros protocolos desenvolvidos para comunicação entre dispositivos foi o protocolo Modbus, criado nos anos 70 (é engraçado dizer, mas do século passado) pela empresa MODICON que atualmente pertence ao grupo Schneider Electric. Esse precursor das redes industriais ainda é muito utilizado, pois é um bom padrão, simples e fácil de implementar e largamente integrado por uma imensa gama de fabricantes.

O protocolo Modbus

Em 1979, a MODICON publicou o padrão Modbus como uma interface de comunicação em rede ponto-multiponto, baseado numa arquitetura Mestre/Escravo. Nesta arquitetura, um dispositivo, denominado mestre, envia mensagens (dataframes) para um ou mais escravos da rede. Essas mensagens podem conter solicitações de leitura de dados e comandos com dados de escrita. Ao receber esses comandos, o escravo responderá com mensagens contendo dados solicitados, confirmações de que os dados foram escritos ou ainda, códigos de erro.

O dataframe das mensagens Modbus é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Estrutura do dataframe Modbus

Basicamente, conforme mostrado na Figura 1, o dataframe é composto por elementos relativos ao meio físico utilizado (Serial ou Ethernet) e por elementos específicos do protocolo.

Para ficar mais claro, se o protocolo Modbus for utilizado em uma aplicação sobre um meio serial (RS-232, RS-485 ou RS-422), os dispositivos possuem um endereço decimal, então o campo "Endereçamento adicional" será composto por 2 bytes com o endereço do dispositivo de destino da mensagem (1 a 256 ou 01 a FF, em hexadecimal) e o campo "verificação de erros" será composto por 2 bytes de verificação de erros, gerado por um algoritmo de CRC (Cyclic Redundancy Check, Verificação cíclica de redundância). Informações adicionais sobre esse algoritmo podem ser encontradas nesse link.

Se esse protocolo for aplicado sobre conexões TCP (sobre Ethernet), o campo "Endereçamento adicional" seria composto por um cabeçalho que contém basicamente o endereço IP do dispositivo escravo (servidor) e o campo "verificação de erros" já não mais existiria.

A velocidade de comunicação da rede Modbus no caso de redes seriais é limitada, geralmente, a 38.400bps ou 57.600bps. Muitas vezes, podemos encontrar equipamentos que podem chegar a velocidades elevadas (até 115kbps), contudo, numa rede composta por diversos equipamentos, a velocidade ficará limitada de acordo com os dispositivos usados e de acordo com a extensão da rede.

Endereçamento de memória e comandos

Os dispositivos escravos Modbus disponibilizam seus dados em pontos de memória que serão lidos/escritos pelos comandos do protocolo. Estes comandos são direcionados para a leitura/escrita de bits e palavras, conforme mostra a Figura 2.

Figura 2 - Modelo de dados e comandos Modbus

Assim, de acordo com a necessidade, o mestre será programado para enviar comandos, em conjunto com os parâmetros necessários para efetuar a leitura ou escrita de valores na memória do dispositivo.

A Figura 3 mostra um exemplo de uma transação Modbus executada com sucesso, ou seja, um mestre envia uma solicitação que é processada pelo escravo, que por sua vez, responde com uma mensagem de confirmação.

Figura 3 - Transação Modbus sem erro

Por outro lado, principalmente durante um start-up ou testes em uma rede, pode acontecer que, ao configurar a solicitação num mestre, a área de memória solicitada em um comando não exista naquele escravo, ou ainda, que naquele escravo não esteja implementado um determinado comando e, portanto, não haverá resposta para o mesmo. Nesses casos, o dispositivo escravo poderá responder a uma solicitação indevida com uma mensagem de erro, que indicará exatamente qual é o problema verificado. Esta situação está ilustrada na Figura 4.

Figura 4 - Transação Modbus com mensagem de erro

Por fim, também pode ocorrer um equívoco de configurações como por exemplo, erros de endereçamento de dispositivo (desejo ler um valor no dispositivo 5, mas configurei fisicamente nesse dispositivo o endereço 6), erros de configuração de velocidade (a rede trabalha a 19.200bps, mas o dispositivo está configurado a 9.600bps) ou mesmo paridade, bem como problemas físicos, como ruptura de um cabo de comunicação. Nesses casos, o escravo estará indisponível para responder qualquer solicitação do mestre (mesmo porque ele não vai receber essa solicitação, devido aos problemas citados). Assim, entra em ação o Timeout configurado no mestre. Ao disparar qualquer solicitação, o mestre inicia a contagem de um tempo de timeout. Se uma resposta não for recebida dentro desste tempo, o mestre detecta que o dispositivo não responde e pode tomar uma ação a partir disso. Esta situação está ilustrada na Figura 5.

Figura 5 - Transação Modbus com Timeout

Polling

Um mestre em uma rede Modbus RTU executa uma sequência de comandos para a leitura e escrita nos dispositivos da rede, ou seja, ele lê e escreve dados no escravo 1, em seguida no escravo 2 e assim por diante, até o fim da lista de comandos. Após o último comando, ele inicia novamente o ciclo. Este processo é chamado de Polling, que traduzido grotescamente, significa "sondagem", ou seja, o mestre Modbus executa a sondagem dos dispositivos da rede, de acordo com a sequência de comandos configurados em sua memória.

A Figura 6 mostra um exemplo de configuração de um dispositivo Modbus Master. Observe que existe toda uma configuração da porta serial (Baud Rate, controle de fluxo, paridade, etc.), bem como do intervalo de Poll, ou seja, o intervalo entre os comandos que, nesse caso também é o mesmo tempo de Timeout. A tabela apresentada nesta mesma figura, é a tabela de Polling do mestre, onde aparecem comandos de leitura e escrita (coluna Cmd Type) para dois dispositivos com endereços 1 e 2.

Figura 6 - Exemplo de configuração de um Mestre Modbus

Conclusão - Protocolo Modbus

Para concluírmos esta parte, o protocolo Modbus é o mais difundido e possui características interessantes para o uso em equipamentos industriais. Quando o mesmo funciona sobre redes seriais, existe uma limitação em termos de velocidade, o que deve ser avaliado quando da aplicação. A possibilidade de uso deste protocolo sobre Ethernet (Modbus TCP), deu uma nova roupagem, possibilitando a utilização do mesmo dentro de uma infraestrutura muito comum atualmente no meio industrial. Por ter uma implementação simples e utilização de hardware e meios físicos não específicos, este protocolo possibilita a sua implementação a partir de qualquer PC padrão, utilizando qualquer linguagem de programação que possibilite manipulação da porta serial (Modbus RTU) ou sockets (Modbus TCP), tais como C, C++, VB, Java, dentre outras.

Exemplos de utilização do VB para esse caso podem ser encontrados no site www.modbus.pl. Outras informações sobre o protocolo modbus podem ser encontradas no site da organização www.modbus-ida.org, fazendo o download da especificação aqui.

Simulador PLC Siemens

2009-05-08T13:37:00.003-03:00

Olá pessoal!

Esse post é bem curto e foi feito para divulgar um comentário pertinente enviado pelo leitor Denis Leite, que aliás tem um blog interessante também (www.denisleite.com).

Já postamos aqui sobre simuladores de PLC e o Dênis contribuiu
com mais um para a nossa lista que é o WinPLC7, disponível no próprio site www.winplc7.com ou no blog do Dênis (www.denisleite.com).

Esse software programa tanto PLCs da Siemens quanto da VIPA e também simula as aplicações.
Segundo o Dênis, "O software tem uma versão lite que é gratuita para a linha System 100V da VIPA e o set de instruções é o mesmo do Simatic Manager. É uma excelente alternativa para quem quer programar em Step7."

Então fica aí mais esta sugestão para os que precisam de ferramentas para estudar e praticar a programação com PLCs Siemens S7 e também VIPA.

Um grande abraço a todos! Valeu Dênis!!

Agradecimento

2009-05-06T17:31:00.003-03:00

Quero agradecer a todos que estão fazendo comentários nos posts e dando um feedback de que os posts estão sendo úteis. Quando pensei em criar esse blog, o objetivo realmente era (e ainda é) disseminar conhecimentos e tecnologias, bem como proporcionar a troca de experiências entre profissionais, estudantes e entusiastas com o assunto de Automação Industrial. Acredito que estamos no caminho e esse objetivo tem sido atingido!

Por isso, agradeço imensamente a todos que tem colaborado na divulgação e comentado os posts.

Um grande abraço a todos!