Redes Industriais - Parte II

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Continuando o assunto de redes industriais, abordaremos agora algumas definições que são extremamente fundamentais para o bom entendimento de qualquer rede, quer seja industrial ou não, ou seja com fios ou wireless.

A definição da palavra rede, por si só, é "entrelaçamento de
cordas, fios, arames, barbantes, etc. que formam uma malha". Ainda poderia ser: "conjunto de elementos interligados: rede de esgotos; rede de computadores". (Definições extraídas do Wikidicionário).

Definição e componentes de uma rede

Para nossa compreensão no assunto em questão, adotaremos a seguinte definição: "conjunto de dispositivos eletrônicos identificados física ou logicamente, que compartilham um meio físico que, através de um conjunto de regras previamente definidas e programadas em cada dispositivo, possibilita a troca de informações entre os mesmos".

Esse conceito de autoria particular, resume que uma rede de dispositivos (seja ela de computadores, de telefones celulares ou fixos, de dispositivos industriais, etc.), é composta basicamente pelos seguintes itens:

• Meio físico
• Endereçamento
• Protocolo

Por meio físico, entendemos que seja qualquer meio compartilhado entre os dispositivos da rede. Por exemplo, a infraestrutura da rede de telefonia é um meio físico. Os cabos e dispositivos auxiliares (switches, por exemplo) de uma rede local de computadores, também podem ser classificados como meio físico. O ar, no caso de redes wireless e telefonia celular, por exemplo, também é um meio físico.

Alguns meios físicos que podemos citar são:

• fibras óticas;
• cabos coaxiais;
• cabos UTP (unshielded twisted pair ou par trançado sem blindagem) ou STP (shielded twisted pair ou par trançado com blindagem);
• o próprio ar para redes wireless (via rádio ou infrared), dentre outros.

O meio físico segue um padrão estabelecido, para garantir a interoperabilidade entre dispositivos de fabricantes diferentes. Dentro desses padrões, podemos citar os mais usuais para redes industriais, que são o EIA-232 (antigamente chamado de RS-232) e o EIA-485 (chamado de RS-485). Esses são padrões de comunicação serial e serão abordados posteriormente.

Por endereçamento, entendemos que seja o nome ou identificador de cada dispositivo na rede. O endereçamento pode ser físico ou lógico, ou seja, pode ser definido no hardware do dispositivo ou através do software, respectivamente. O importante é que esse identificador deverá ser único dentro da rede, ou seja, não poderão haver dispositivos com o mesmo endereço. É como você trabalhar em uma seção de uma empresa onde duas das quatro pessoas se chamam João. Se você não é o joão e alguém liga e lhe diz "quero falar com o João", somente com essa informação você não será capaz de definir com qual dos dois "Joões" a pessoa quer falar, vai ser preciso você perguntar alguma outra característica (o sobrenome, altura, etc.) para conseguir identificar corretamente o João.

Alguns tipos de endereçamento que podemos citar são:

• Endereço MAC (Media Access Control, ou controle de acesso ao meio), é um endereço físico dado a todas as interfaces de rede para computadores no mercado, sendo este endereço formado por 6 conjuntos de 8 bits no formato hexadecimal (exemplo: 00:1C:23:AB:1D:E1).
• Endereço IP (Internet Protocol ou protocolo de internet), é um endereço lógico atribuído a uma interface de rede para computadores.

Pensando nesses dois exemplos, nossos computadores possuem dois endereços, um físico e outro lógico. Mas esse caso é uma exceção. Geralmente os dispositivos industriais são endereçados fisicamente ou logicamente.

Por último, por protocolo entedemos que seja o conjunto de regras e, digamos, o "idioma" falado pelos dispositivos na rede. Ou seja, para que dois dispositivos possam trocar informações, eles precisam estar conectados ao mesmo meio físico, possuirem cada um os seus próprios endereços e também trabalharem com o mesmo conjunto de regras, falando o mesmo idioma.

Como exemplo de protocolos podemos citar:

• TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol ou Protocolo de Controle do Transporte/Protocolo de Internet), que é o protocolo mais utilizado para redes de computadores;
• MODBUS RTU, onde MODBUS é um dos primeiros (se não for o primeiro) protocolo de comunicação entre PLCs largamente utilizado, e nesse caso, RTU significar Remote Terminal Unit ou unidade terminal remota.
• MODBUS TCP, que é o mesmo MODBUS RTU, porém "encapsulado" sobre Ethernet TCP/IP.
• Profibus-DP, que é um protocolo de comunicação entre dispositivos industriais. A empresa Siemens
  
• DeviceNET, que também é um protocolo de comunicação entre dispositivos industriais, baseado na rede CAN.

A Figura 1 ilustra os componentes de uma rede, tomando como base um sistema de telefonia local baseado em um PABX.

Figura 1 - Ilustração dos componentes de uma rede

Já observei muitos casos de problemas de comunicação encontrados porque houve um desprezo de uma das três partes integrantes da rede.

Por exemplo, se considerarmos um PLC Rockwell família SLC500, CPU 5/05, veremos que a mesma possui uma porta Ethernet que pode ser ligada a um switch de rede. Da mesma maneira, consideremos um PLC Schneider da Família Premium que também possui uma porta Ethernet que também pode ser ligada ao mesmo switch do PLC anterior. Assim, ambos estão no mesmo switch, portanto, existe um meio físico que os interliga. Considerando que cada PLC possui o seu próprio endereço IP, por exemplo, 192.168.1.122 para o PLC Rockwell e 192.168.1.123 para o PLC Schneider, temos agora um endereçamento para cada PLC. Através de um computador, podemos disparar comandos ping para ambos os PLCs e eles respondem. Isso indica que eles falam o Protocolo TCP/IP. Contudo, se precisarmos transferir dados de processo do PLC Rockwell para o PLC Schneider, será impossível diretamente, pois o PLC Rocwell trabalha com um tipo de protocolo (o Ethernet/IP, por exemplo - nesse caso, IP = Industrial Protocol) e o Schneider trabalhará com outro tipo de protocolo para transferência de dados de processo (o Modbus TCP). Portanto, não falam o mesmo idioma para essa função e, portanto, não haverá conectividade.

Assim, concluindo essa parte, é muito importante considerar todos os itens que compõem uma rede para estabelecer efetivamente a comunicação entre dispositivos. É muito importante verificar, antes de implementar uma rede, qual será o meio físico mais adequado para toda a rede ou parte dela, verificando onde será necessário utilizar algum tipo de conversor de meio (por exemplo de cabos elétricos para fibras óticas, muito usadas no ambiente industrial por causa das interferências elétricas). Ainda no meio físico, observar as recomendações da instituição que regulamenta aquele tipo de rede, verificando tipos de cabos recomendados, comprimento máximo de cabos, velocidades que podem ser utilizadas para cada comprimento de cabo, terminações de rede, etc. Digo que a maioria dos problemas observados em redes industriais se deve a algum tipo de negligência às considerações estabelecidas pelos fabricantes ou instituições que regulamentam as redes.

Um outro ponto muito importante é verificar se os dispositivos que são usados naquela rede são certificados por alguma instituição regulamentadora. Por exemplo, para se utilizar dispositivos DeviceNet, ControlNet e Ethernet/IP, a ODVA, que é a instituição que regulamenta essas redes, possui uma lista de fabricantes e dispositivos aprovados para uso. Se o dispositivo desejado não está nessa lista, a chance de problemas é maior.

Chegamos ao final de mais esse post. Obrigado pela sua atenção e paciência para ler e conto com sua ajuda para debater, comentar e enriquecer este blog com seus comentários.

No próximo post, abordaremos outros aspectos importantes e parâmetros das redes, bem como alguns meios físicos como RS-232 e RS-485.

Um abraço e até lá!