Motivação e enquadramento

Com o desenvolvimento das tecnologias e a necessidade de adaptação entre máquinas e sistemas de controlo, as redes industriais têm assumido um papel importante. À medida que a tecnologia vai aumentando, com a evolução dos mercados e devido às exigências dos consumidores, torna-se necessária uma maior integração entre máquinas e sistemas de controlo. Redes são utilizadas em ambiente industrial integrando os equipamentos existentes num determinado sistema de produção sendo uma das principais causas para adquirir uma maior eficácia e fiabilidade na indústria. No entanto, devido às especificidades de cada sistema e de acordo com a actividade que executa, não existe um tipo de rede que seja capaz de responder a todos os seus requisitos. Desta forma torna-se necessário estudar e testar as redes industriais existentes permitindo identificar e escolher a que mais se adequa às necessidades.

O tema proposto está inserido no projecto de investigação WALC - Web Assisted Laboratory for Control (PTDC/ESC/68069/2006), financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, em parceria com quatro departamentos da Escola de Engenharia da Universidade do Minho (Electrónica Industrial, Produção e Sistemas, Engenharia Mecânica e Sistemas de Informação) e com a empresa industrial de automação Omron. WALC é uma plataforma que disponibiliza um espaço, em ambiente Web, para uso pedagógico ao nível de graduação e também ao nível mais avançado de estudos de pós-graduação, de um laboratório virtual e remoto aplicado ao ensino de Automação e Controlo em Engenharia.

Estado de arte

As redes industriais permitem a transmissão de dados de uma forma rápida e fiável, essencial a qualquer processo produtivo. São conhecidas como sistemas distribuídos, isto é, processos que trabalham de forma síncrona, descentralizados, realizada por dois ou mais sistemas computacionais independentes ligados por meio de comunicação com ou sem fios, a fim de supervisionar e controlar um determinado sistema. Estes sistemas utilizam, entre outros, sensores, actuadores, e controladores, que necessitam de estar ligados entre si de forma a desenvolver uma comunicação de informação de uma forma rápida e sem erro. Este tipo de organização é vantajosa devido à sua distribuição e sua independência em relação aos outros sistemas computacionais, que se encontram na rede, o que permite ao utilizador alterar a rede conforme as suas necessidades sem perturbar a rede já existente.

Existe no mercado uma variedade de empresas especializadas no desenvolvimento e da integração dessas redes de comunicação industrial.

Nas redes industriais os sistemas de transmissão de dados começaram de uma forma muito simples, com conexões através de RS-232 e RS-485, mas com a evolução dos mercados, as indústrias tiveram de aumentar as velocidades e a eficácia das comunicações; foram obrigadas a criar tecnologias próprias, protocolos, software e hardware que se adequassem às suas necessidades [1].

Cada fabricante tem tendência a construir um sistema muito próprio, o que leva a dificuldades de interacção entre equipamentos de diferentes fabricantes. Como consequência, foi necessário criar protocolos abertos de modo que se possam encontrar soluções para resolver os problemas de aquisição de equipamentos que suportem diferentes comunicações. Permite-se, assim, a existência de uma interligação entre dispositivos com diferentes protocolos de comunicação [2] e de diferentes marcas.

A maioria das redes de comunicação existentes são construídas para automação industrial. O desenvolvimento destas redes proporciona uma melhor eficácia e controlo dos processos, diminui o número de cabos utilizados para a sua comunicação, simplificando assim a suas ligações.

            No mercado existem diversas empresas que construíram variados dispositivos com diversos tipos de comunicações e protocolos: DeviceNet, ControlNet, Ethernet/IP (responsabilidade da organização ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) [3, 4]; protocolos ASI, Profibus DP, PA, FMS e Profinet [5, 6] (correspondem às comunicações mais significativas nos sistemas de automação e que podem ser aplicadas em processos industriais); os protocolos Modbus, Modbus Plus, Modbus TCP. A fundação Fieldbus é a responsável pelo desenvolvimento do protocolo Foundation Fieldbus H1, H2 e HSE [7], existindo ainda outros protocolos desenvolvidos por outras instituições protocolos como, CAN, LonWorks, entre outros. [8, 9].

O laboratório virtual e remoto para o estudo de Controlo e Automação está em fase de implementação utilizando diferentes tecnologias e diferentes tipos de sensores e actuadores [10]. Será dada uma ênfase especial à comunicação e componentes para a plataforma de acesso remoto. Um armário de distribuição eléctrica foi projectado para ser usado como o centro de controlo do processo de rede: Network Automation Locker (ANL). Este armário conterá um conjunto de PLC que pode ser acedido através das várias ferramentas de comunicação acima descritas.

Fases do projecto e respectiva calendarização

O projecto engloba as seguintes fases:

• A. Pesquisa bibliográfica:
• a. diferentes redes de autómatos existentes em ambiente industrial, identificando as vantagens de cada uma delas (1 mês).
• B. Identificação e escolha do equipamento para a construção da rede (3 meses);
• C. Implementação e construção da rede de autómatos (4 meses);
• D. Redacção da tese (em vários momentos).
• E. Testes de comunicação dos autómatos da rede (3 meses);
• F. Construção de interface em LabVIEW para o teste da comunicação entre autómatos (3 meses);
• G. Divulgação do Network Automation Locker (ANL) para estudo de Controlo e Automação (2 meses).
• H. Apresentação e discussão/defesa da Tese para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrónica Industrial e Computadores.

Referências

[1] http://www.cpdee.ufmg.br/~dora/Lab_C&AII/controle_distribuido.pdf (consultado em 23 de Março, 2010).

[2] Chatha, Andrew. (1994). Fieldbus: The Foundation for Field Control Systems Control Engineering, May, 47–50.

[3] ODVA http://www.odva.org/ (consultado em 23 de Março, 2010).

[4] Reynders, D. Mackay, S. and Wright, E (2005). Practical Industrial Data Communications (1st ed). Elsevier, Netherland.

[5] PROFIBUS: PI - Profibus and Profinet Internacional. Disponível em: http://profibus.com/technology/profibus (consultado em 23 de Março, 2010).

[6] Liu, J. Fang, and Y. Zhang, D. (2007). PROFIBUS-DP and HART Protocol Conversion and the Gateway Development. In ICIEA 2007: 2007 Second IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 15-20.

[7] Fieldbus http://www.fieldbus.org (consultado em 23 de Março, 2010).

[8] Raimond Pigan,Mark Metter, Automating with PROFINET: Industrial Communication Based on Industrial Ethernet, SIEMENS, 2008

[9] Deon Reynders, Steve Mackay and Edwin Wright, Practical Industrial Data Communications, Newnes, 2005

[10] Carvalho, N., Rodrigo, S., Leão, C.P.; Machado, J., and Soares, F.O. (2009). Platform WALC: design and development of a PLC Network. In Virtual Univesity 2009, December, Bratislava, Slovakia, 5pp.