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Redes Industriais de 
Comunicação 
 Universidade Estadual de Londrina 
 Classificação 
Redes Industriais 
 Redes de controle 
 Interligam o equipamentos e sistemas inteligentes de controle, como 
por exemplo: CLP´s, SDCD´s, etc. 
 
 Entre os principais tipos tem-se: Profibus HSE, Microsoft (Ethernet, 
TCP/IP) 
 
 Fazem troca de dados entre equipamentos e o sistema administrativo 
Classificação 
 Redes de dispositivos 
 subordinadas a um equipamento inteligente de controle, como por 
exemplo SDCD, CLP ou computador com software adequado. 
 
 
 Redes de processos 
 para comunicação entre equipamentos de campo (sensores, atuadores, 
etc.) e sistemas inteligentes (SDCD, CLP). Exemplos: HART, 
Foudantion Field Bus, Profibus PA, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 Redes abertas 
 são redes que suportam equipamentos e dispositivos de diferentes 
fabricantes. 
 Vantagens: não gera dependências ou limitações, é mais versátil para 
controlar o processo. 
 Desvantagens: possibilidade de falhas de comunicação, velocidades 
variáveis de comunicação, domínio do protocolo de cada fabricante 
 
 Redes proprietárias 
 são redes utilizadas pelos fabricantes para estabelecer a conectividade 
entre seus equipamentos. 
 Vantagens: estabilidade de comunicação, facilidade de 
 instalação de novos equipamentos 
 Desvantagens: utiliza um único fabricante, dependência de 
 upgrades dedicados 
 
 
 Par trançado 
 Possui dois tipos de construção: com blindagem (shielded) e sem 
blindagem (unshielded) 
 
 Cabos par trançado sem blindagem (UTP – Unshielded Twisted Pair) 
 - aplicados em telefonia e em redes de alta velocidade 
 - quanto mais apertado o enrolamento, maior a taxa de transmissão. 
Meios Físicos de Transmissão 
 Cabos par trançado com blindagem (STP – Shielded Twisted 
Pair) 
- Para ambientes sujeitos a interferências 
 
 Cabos coaxial 
- Em algumas aplicações é mais eficiente que o par trançado 
 Fibra ótica 
- Constituída por um núcleo de fibra de vidro, envolvido por várias 
camadas de material isolante 
- Ideal para grandes distâncias 
 Controle centralizado 
Tipos de Controle 
 Controle ponto a ponto 
 Controle produtor-consumidor 
 Sistema digital de controle distribuído (SDCD) 
A escolha das tecnologias de redes de comunicação a 
serem utilizadas 
depende dos requisitos de cada aplicação. 
 
 A IEC 61158 Comunicação Digital para Medição e Controle Fieldbus 
para Uso em Sistemas de Controle Industrial, considerou um padrão 
multi-opção, que inclui oito protocolos de campo: 
 
 (Type 1) - Fieldbus Foundation H1, 
 (Type 2) - ControlNet; 
 (Type 3) – PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) 
 (Type 4) - P-Net; 
 (Type 5) - Fieldbus Foundation High-Speed Ethernet; 
 (Type 6) - SwiftNet; 
 (Type 7) - WorldFIP; e 
 (Type 8) - Interbus-S. 
IEC 61158 Fieldbus Standard 
 Pirâmide da Automação 
Modbus 
SensorBus 
DeviceBus 
FieldBus 
DataBus 
Aplicações nas Plantas Industriais 
Nível 4 
Administração Corporativa 
Nível 3 
Gerenciamento de Produção 
Nível 2 
Sistemas de Supervisão 
Nível 1 
Dispositivos de Controle 
Nível 0 
Sensores / Atuadores 
Nível 2 - DataBus 
Computadores (Hosts) 
Nível 1 - FieldBus 
Dispositivos Inteligentes 
Nível 0.5 - DeviceBus 
E/S e Periféricos 
Nível 0 - SensorBus 
Dispositivos 
Dispositivos Redes 
Nível 0 - SensorBus 
 Sensores e Atuadores 
tipicamente discretos 
 Mensagens de dados de 
alguns bits 
 Frequência de comunicação 
de dezenas de milisegundos 
 Distância de dezenas de 
metros 
 Concepção determinística 
Nível 0.5 - DeviceBus 
 Distribuição de periféricos de 
controle 
 Mensagens de dados de 
bytes ou words 
 Frequência de comunicação 
de dezenas de milisegundos 
 Distância de centenas de 
metros 
 Concepção determinística 
Nível 1 - FieldBus 
 Integração entre unidades 
inteligentes 
 Mensagens de dados de 
words ou blocos 
 Frequência de comunicação 
de centenas de milisegundos 
 Distância de centenas de 
metros 
Modbus+ 
Nível 2 - DataBus 
 Transferência maciça de 
dados entre equipamentos 
 Mensagens de dados de 
blocos ou arquivos 
 Frequência de comunicação 
de segundos ou minutos 
 Grandes distâncias (LAN / 
WAN / Internet) 
ETHERNET FDDI MAP 
Estrutura das Redes - Modelo OSI (Open System Interconnection) 
Física 
Rede 
Transporte 
Sessão 
Apresentação 
Aplicação 
Ligação 
Utilização da Rede 
(serviços) 
Formatação e codificação de 
dados 
Alocação de recursos para 
a aplicação e sincronização 
Transferência de informações 
Roteamento de informações 
Estruturação, acesso e 
checagem de erros 
Transmissão de dados binários 
através do meio de comunicação 
Assunto a ser tratado 
Linguagem comum 
Enquanto um fala o outro 
escuta 
Central telefônica 
Sistema de comunicação 
Conversão da voz em 
sinal modulado 
Sinal elétrico e linha telefônica 
Exemplo 
Estrutura da Rede Ethernet TCP/IP (DataBus) 
Física 
Rede 
Transporte 
Sessão 
Apresentação 
Aplicação 
Ligação 
Par Trançado / Coaxial / FO 
Internet Protocol 
Transmission Control Prot. 
CSMA - CD 
 A Ethernet foi criada antes do modelo OSI 
Estrutura Típica Sensor/Device/FieldBus 
 As camadas estão implementadas em componentes padronizados e 
intrínsecos aos dispositivos simplificando a estrutura a apenas três 
níveis. 
Física 
Rede 
Transporte 
Sessão 
Apresentação 
Aplicação 
Ligação 
Multiplos Meios Físicos 
ASIC / Chip Set 
Drivers / Software 
Critérios para Dimensionamento 
 Meio Físico de Comunicação 
 Cobertura Geográfica (Topologia e Distância) 
 Método de Acesso 
 Desempenho (Velocidade x Throughput) 
 Confiabilidade (Determinística x Probabilística) 
 Protocolo de Comunicação 
Meios Físicos de Comunicação 
 Elemento físico utilizado para a propagação de dados 
Jacket of PVC or Teflon 
Jacket made of PVC or Teflon 
Cabo Coaxial 
Cabo de Par Trançado 
Fibra Óptica 
Radio Frequência 
Cobertura Geográfica 
 Topologia: forma de interligação dos elementos na Rede 
 Distância: espaço máximo coberto pelo meio físico de comunicação 
utilizado pela Rede. 
BARRAMENTO 
(BUS) 
ANEL 
(RING) 
ESTRELA 
(STAR) 
ÁRVORE 
(TREE) 
Método de Acesso 
 Polled Access 
 Pergunta-Resposta (Query - Response) 
 Mestre-Escravo 
 Token Access 
 Equalização de Acesso à Rede 
 Redes Peer-to-Peer 
 Carrier Sense Multiple Access (CSMA) 
 Acesso Aleatório 
 Cliente-Servidor 
 
Método de Acesso 
Mestre / Escravo 
Pergunta 
Resposta 
Método de Acesso 
Token Ring 
Método de Acesso 
Desempenho da Rede 
 Velocidade: 
 Taxa de transferência total de dados por unidade de tempo. 
 Considera informações (dados úteis) e o envelope de comunicação 
(dados de controle do protocolo). 
 Throughput: 
 Taxa de transferência de informações por unidade de tempo. 
 Considera apenas os dados efetivamente úteis para os integrantes 
da rede. 
bps 
Confiabilidade 
 Redes Probabilísticas: 
 Permite apenas calcular a probabilidade da transferência de 
informações ocorrer em um determinado intervalo de tempo. 
 Redes Determinísticas: 
 Permite determinar com precisão o tempo necessário para a 
transferência de informações entre os integrantes da rede. 
Confiabilidade 
 Checagem de erros: 
 É feita por meio de algoritmo utilizado para garantir a integridade 
dos dados transferidos na rede. 
 
 Exemplos: 
 Paridade: 
 Probabilidade de 50 % 
 CRC-16 (Ciclical Redundant Check 16 bits): 
 Probabilidade de 10-15 % 
Considerações Adicionais 
 Compatibilidade Rede - Ambiente (Física / Elétrica) 
 Baixo Custo (Projeto / Instalação / Produtos) 
 Fácil Instalação / Configuração / Expansão 
 Procedimento de Manutenção Simples 
 Quantidade de Dispositivos 
 Tecnologia Consolidada 
 Disponibilidade de Produtos 
 
Protocolos de Comunicação 
 AS-i (Actuator Sensor Interface) 
 
 PROFIBUS (PROcess FIeldBUS) 
 
 Foudation Field Bus 
 
 Protocolo ASI (Actuator Sensor Interface) 
 ASI surgiu em 1990, quando empresas se uniram em um consórcio para 
tornar seus equipamentos compatíveis 
 
 Foi concebida como um sistema monomestre com comutação Cyclic polling 
(processo de varredura), neste sistema somente o mestre insere dados nos 
escravos em intervalos de tempo definidos. 
 
 Foi desenvolvida para atender aos requisitos de comunicação a nível de 
“chão-de-fábrica”. 
Características 
 Classificação: SensorBus 
 Ampla oferta de produtos 
 Topologia:Barramento / Anel / Estrela / Arvore 
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): 4.7ms 
 Max. número de nós 248 E/S (31 dispositivos) 
 Distância Máxima: 100 metros / 300 c/ repetidor 
 Mestre-Escravo c/ pooling cíclico 
Níveis de Aplicação 
 Nível de gerenciamento: computadores são conectados uns 
com os outros, às vezes fábricas inteiras via Ethernet; o volume 
de dados é da ordem de megabyte e não precisa ser em tempo 
real; 
 
 Nível de produção e processo: cada vez mais o PROFIBUS está 
se difundindo; o tipo DP com 12Mbit/s é perfeito para altas 
exigências; 
 
 Nível de atuadores e sensores: a rede AS-i consagrou-se com 
mais de um milhão de pontos já instalados; 
 
Arquitetura Típica 
Sensores 
Inteligentes 
Sensores 
Partida de 
Motores 
Interfaces 
Máquina 
Interfaces de Operação 
Painel 
Gateway 
Fonte 
Processo com Rede ASi 
Acessórios 
Cabo 
Derivador para 
dispositivo ASi 
Derivador para dispositivo 
convencional 
Cabo plano 
AS-i 
Conectividade 
Interoperabilidade 
Interoperabilidade 
Protocolo PROFIBUS 
 PROFIBUS desenvolvido na Alemanha, inicialmente pela Siemens em 
conjunto com a Bosch e Klockner-Moeller em 1987. 
 
 Em 1988 tornou-se um "Trial Use Standard" no contexto da norma DIN 
(DIN V 19245, parte 1), que define as camadas Física e Enlace. 
 
 Posteriormente, grupo de 13 empresas e 5 centros de pesquisa 
propuseram alterações nas camadas Física e Enlace e definiram a camada 
de Aplicação (norma DIN V 19245, parte 2). 
 
 Esta proposta é atualmente apoiada por mais de 300 empresas européias e 
internacionais. 
 
Protocolo PROFIBUS 
 É uma rede de campo aberta, independente dos fabricantes, ao alcance de 
uma larga variedade de aplicações de manufatura e processos de 
automação 
 
 A sua independência e a garantia de ser uma rede aberta é assegurada 
pelas normas internacionais 
 
 A comunicação entre dispositivos de diferentes fabricantes ocorre sem 
ajustes especiais 
 
 Pode ser usado em tarefas que requerem comunicação em tempo real, alta 
velocidade e de comunicação complexa 
 Perfis de comunicação 
 PROFIBUS – DP (Distribuited Process) 
 PROFIBUS – PA (Process application) 
 PROFIBUS – FMS (Fieldbus Massage Especification) 
 
 
 
 
 
Protocolo PROFIBUS 
 PROFIBUS DP 
 É o perfil de comunicação mais utilizado 
 Otimizado para velocidade, eficiência, baixos custos de ligação e está 
projetado para comunicações entre sistemas de automação e 
periféricos distribuídos 
 
 PROFIBUS PA 
 Permite conectar sensores e atuadores até mesmo em um barramento 
comum em áreas intrinsicamente seguras 
 Pode ser usado com tecnologia 2 fios de acordo com o padrão 
internacional IEC 1158-2 
 
 
 
 
 
Protocolo PROFIBUS 
 PROFIBUS – FMS 
 Solução de propósito geral para comunicação de tarefa ao nível de 
célula 
 Os recursos FMS poderosos abrem um amplo alcance de aplicações 
com grande flexibilidade 
 Pode ser usado para tarefas de comunicação extensas e complexas 
Protocolo PROFIBUS 
Profibus DP / PA 
 Classificação: Devicebus 
 Mais de 300 fornecedores de equipamentos 
 Topologia:Linha / Estrela / Anel 
 Velocidade de transmissão: DP - Máx: 12 Mbps ; PA - Max: 31.25 kbps 
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): < 2.0 ms (dependente 
da configuração) 
 Max. número de nós: 127 
 Distância Máxima: 100m entre segmentos (12Mbaud) ; 24Km (Dependente 
do meio e do Baudrate) 
 Mestre-Escravo - “peer to peer” 
• Inserindo Mestre • Inserindo Escravos 
Configuração Profibus DP/PA 
• GSD - Identificador do dispositivo 
Configuração Profibus DP/PA 
• Configuração do sistema via software 
Profibus DP / PA 
Foundation Fieldbus - H1 
 Classificação: Fieldbus 
 Crescente número de fornecedores de equipamentos 
 Topologia: Barramento / Estrela 
 Velocidade de transmissão: 31.25 kbps 
 Tempo de Ciclo c/ 256 Discretas (16 Nós c/ 16 E/S): < 100 ms 
 Max. número de nós: 240 /segmento - 65.000 segmentos 
 Distância Máxima: 1900m (31.25 K) 
 Cliente / Servidor - Notificação de eventos 
Arquitetura Típica Foundation Fieldbus H1 
Arquitetura Típica Foundation Fieldbus HSE 
 HSE – high speed ethernet trabalha a 100 Mbits/s e fornece integração de 
controladores de alta velocidade (CLP´s) e subsistemas 
Principais Tecnologias Existentes 
Modbus 
ETHERNET 
Não existe uma solução única que atenda 
a todas as necessidades de comunicação de dados 
em automação industrial. 
Conclusões 
 As linguagens de programação de CLP´s já seguem um padrão, sendo que 
as mais utilizadas são Ladder e Grafcet; 
 As outras linguagens estão difundindo-se; 
 Atualmente, as redes industriais são aplicadas, na maioria das vezes, em 
processos de grande porte; 
 Os protocolos mais aplicados, ultimamente, são o Profibus e ASi; 
 Em pequenos processos, o custo da instalação de redes é razoavelmente 
alto; 
 A tendência é de que as redes sejam mais utilizadas, mesmo em processos 
de pequeno porte. 
 Não existe uma solução única que atenda a todas as necessidades de um 
processo de comunicação de dados em automação industrial.