REDES INDUSTRIAIS
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
REDES INDUSTRIAIS ATIVIDADES COMPLEMENTARES
M贸dulo | 3 Cap铆tulo | Redes industriais Autor | Antonio Roberto Grazzia MiniCV |
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SUMÁRIO 1 ATIVIDADES COMPLEMENTARES ....................................................... 1 1.1 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 01 ................................... 1 1.2 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 02 ................................... 2 1.3 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 03 ................................... 3 1.4 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 04 ................................... 4 1.5 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 05 ................................... 5 2 APÊNDICE ....................................................................................... 6 2.1 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 01 ............. 6 2.2 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 02 ............. 9 2.3 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 03 ............ 12 2.4 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 04 ............ 15 2.5 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 05 ............ 18
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1.1 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 1 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Qual a diferença entre mecanização e automação? 02) Como se definem os processos, os dispositivos e os instrumentos de processos? 03) O que é fieldbus? 04) Cite pelo menos 3 tendências ou avanços das redes digitais: 05) O que são e como funcionam os controladores CLP, SDCD E SCADA? 06) Explique o que é throughput. 07) Existem 2 tipos de extensão de redes de comunicações mais utilizados. A LAN e a WAN. Explique cada uma delas. 08) Qual a diferença entre Token Ring e Token Bus? 09) O que é Hub e o que é SWITCH? 10) Explique VPN. Pesquise seu uso na internet.
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1.2 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 2 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) O que é topologia de redes? 02) Pesquise a International Organization for Standardization – ISO. Entenda o que é, sua história e atuação mundial. www.iso.org/iso 03) Quais são as 7 camadas do modelo OSI - Open Systems Interconnection? 04) Cite pelo menos 3 funções da camada do modelo OSI - Open Systems Interconnection de Aplicação? 05) Quais são as camadas do modelo TCP/IP? 06) O que é protocolo? 07) Quais os 3 protocolos de comunicações mais utilizados, em que percentual? 08) Quais são os tipos de software mais empregados na automação industrial? 09) Explique os sistemas de comunicação e transmissão de dados: Simplex, Half Duplex e Full Duplex. 10) Quais os elementos para uma comunicação funcionar corretamente?
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1.3 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 3 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Cite pelo menos 3 vantagens da transmissão digital sobre a transmissão analógica. 02) Qual a maior vantagem da transmissão paralela sobre a transmissão serial: 03) Quais são os meios físicos de transmissão digital? 04) Qual a diferença entre um controlador de malha fechada e um controlador de malha aberta? 05) Cite pelo menos 3 características de um controlador industrial. 06) Oque é interoperabilidade? 07) Cite pelo menos 3 características do fieldbus. 08) Explique o protocolo CAN. Cite algumas características deste protocolo. 09) Quais são os fatores que influenciam os custos de instalação de uma rede industrial? 10) Explique
a
transducer.
tecnologia
Hart
-
Highway
addressable
remote
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1.4 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 4 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Os tipos de comandos do protocolo Hart são: 02) Explique o protocolo Modbus. 03) Explique o protocolo Profibus. 04) Explique o protocolo PROFINET e suas particularidades. 05) Quais as principais características da rede em padrão aberto de automação digital Devicenet? 06) Depois de longos anos e muitas disputas, houve uma convergência das tecnologias de redes para a Ethernet. Esta tecnologia se tornou popular a partir do ano 2000. Cite algumas vantagens desta tecnologia que suplantou as demais. 07) Vibração de máquinas, ambientes com temperaturas extremas, vibrações, ruídos, atmosferas agressivas são exemplos de que ambiente? 08) Como as redes Wireless podem ser classificadas? 09) Qual a taxa máxima de transmissão atualmente obtida em uma rede Wireless: 10) Qual seria a grande e maior vantagem de uma rede Wireless em relação a uma rede cabeada?
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1.5 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 5 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Cite pelo menos 3 principais funcionalidades do padrão OPC mais voltadas para o ambiente industrial. 02) Desenhe
a
pirâmide
de
automação
e
seus
componentes
hierárquicos. 03) Cite
algumas
funcionalidades
do
ERP
(Enterprise
Managment
Planning). 04) Cite algumas funcionalidades do MES (Manufacturing Execution Systems). 05) Quais são os principais motivos para a utilização do MES? 06) Cite
algumas
funcionalidades
do
PMIS
(Plant
Information
Management System). 07) Quais são os principais motivos para a utilização do PMIS? 08) Explique o NCS (Networked Control Systems). 09) Porque a utilização de sistema de controle via rede em sistemas de manufatura automatizados tem se mostrado nova área de pesquisa multidisciplinar? 10) Porque é tão importante trabalhar com sistemas em tempo real em sistemas de manufatura automatizados?
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2.1
GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 1
Respostas das atividades complementares: 01) A mecanização consiste no uso de máquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico. A automação é a realização de um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente. 02) Processos
são
tarefas
transformadoras
que,
se
repetidos
indefinidamente, se denominam processos de produção. Dispositivos são
elementos
produtividade,
associados
isto
é,
a
aos
eficiência
processos dos
que
processos
captam
a
produtivos.
Instrumentos são elementos que transformam e adequam os controles dos dispositivos para que se possam gerenciar os processos produtivos. 03) É um termo genérico, empregado para descrever tecnologias de comunicação industrial, que abrangem diferentes protocolos TCP/IP. Trata-se de uma rede de comunicação digital multicamadas que permite a conexão de vários equipamentos em sintonia com o protocolo de comunicação. Relação de comunicação muitos para muitos. 04) •
Menor custo de instalação, operação e manutenção pois os cabos lançados são multiusos e multicamadas;
•
Padrões abertos que permite conexões de várias marcas e tipos de máquinas sem adaptações;
•
Determinação,
com
precisão,
do
tempo
necessário
transferência de informações entre os integrantes da rede.
para
a
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05) •
O CLP, Controlador Lógico Programável é um equipamento eletrônico digital, com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Permite desenvolver e alterar a lógica para acionamento das saídas em função das entradas;
•
SDCD, Sistemas digitais de controle distribuído é um pacote integrado de dispositivos, que se completam no cumprimento das funções de controle e supervisão do processo produtivo. Na arquitetura
SDCD,
o
controle
não
é
concentrado
em
um
dispositivo central, pois ele é distribuído entre as estações remotas; •
SCADA, Sistemas de supervisão e de aquisição de dados é uma interface homem-máquina, que utiliza as tecnologias de computação para permitir a supervisão e o controle de sistemas automatizados
com
flexibilidade
e
arquitetura
aberta
de
programação. 06) É a quantidade média de dados a serem transmitidos na rede, em um período de tempo medida em kilobits por segundo (kbps). 07) •
LAN – Local Area Network: interconexão de computadores localizados em uma mesma sala ou em um mesmo prédio – mais segura e com throughput mais constante;
•
WAN - Wide Area Network: rede de longa distância para interconexão de computadores localizados em diferentes prédios, em cidades distantes, em qualquer ponto do mundo – menos segura e com throughput variável.
08) No Token Ring, utiliza-se um anel físico e a mensagem passa
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através de cada estação, como se circulasse pelo anel. No Token Bus, o token circula num anel lógico, mas a topologia da rede é o barramento. 09) •
Hubs são dispositivos utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN;
•
SWITCHs são dispositivos utilizados para conectar segmentos de redes locais. Muito semelhante ao hub, mas faz com que os dados vindos de um computador de origem sejam repassados ao computador de destino em um canal de comunicação exclusivo em um túnel digital – os pacotes são identificados e endereçados somente para o computador de destino e de origem.
10) Rede Privada Virtual – VPN (Virtual Private Network) é uma conexão
estabelecida
sobre
uma
infraestrutura
pública
ou
compartilhada, usando tecnologias de tunelamento e criptografia para manter seguros os dados trafegados. VPNs seguras usam protocolos
de
criptografia
confidencialidade, garantir
a
por
autenticação
privacidade
das
tunelamento e
que
integridade
comunicações
fornecem
necessárias
requeridas.
a
para
Quando
adequadamente implementados, estes protocolos podem assegurar comunicações seguras através de redes inseguras.
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2.2
GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 2
01) É o padrão de topologia física ou lógica (disposição das conexões), no qual o meio de rede está conectado aos computadores e a outros componentes de uma rede de computadores. Topologias diferentes são usadas para aplicações diferentes. Apesar de existirem várias formas de interligação elas sempre derivam de três modelos básicos,
os
quais
são
empregados
com
mais
frequência:
barramento, de fácil expansão, anéis para redes de grande porte e estrelas, que implementa os anéis de forma física. 02) www.iso.org/iso 03) São elas: •
Camada 7: de aplicação;
•
Camada 6: de apresentação;
•
Camada 5: de sessão;
•
Camada 4: de transporte;
•
Camada 3: de rede;
•
Camada 2: de data link (enlace de dados);
•
Camada 1: física.
04) São elas: •
Protocolos industriais;
•
Login & passwords;
•
Tratamento de mensagens;
•
Transferência de documentos.
05) São elas: •
Camada 4: camada de Aplicação;
•
Camada 3: camada de Transporte;
•
Camada 2: camada de Rede (Internet);
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Camada 1: camada Física.
•
06) Protocolo pode ser definido como "as regras que governam" a sintaxe, semântica e sincronização da comunicação digital. Os protocolos podem ser implementados pelo hardware, software ou por uma combinação dos dois. 07) São eles: •
Hart = 17%
•
Modbus = 15%
•
Profibus = 15%
Entretanto,
atualmente,
os
dois
padrões
mais
difundidos
são
o
Foundation Fieldbus – FF (atualmente com 14%), cuja tecnologia é disponibilizada
pela
Fieldbus
Foundation
dos
EUA,
e
o
Profibus,
disponibilizado pela Profibus International da Alemanha (atualmente com 15%). 08) São eles: •
Software
de
supervisão:
faz
a
comunicação
entre
um
computador e uma rede de automação, através de ferramentas padronizadas, cuja função básica é permitir a visualização e a operação do processo de forma centralizada; •
Software configurador: proporciona recursos e ambiente para a criação de aplicações de controle e para a definição de funções de rede de protocolos específicos;
•
MES - Manufacturing Execution System: controla o fluxo produtivo, desde estoques de matérias-primas, produtos em processamento, à disponibilidade de máquinas;
•
PIMS - Plant Information Management System: software utilizado para armazenamento das informações relevantes de processos produtivos;
•
EAM - Enterprise Asset Management: gerenciamento dos
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equipamentos ativos de uma planta; •
CMMS - Computerized Maintenance Management System: Gerencia a manutenção, que aproveita os dados e os sinais transmitidos pela rede de automação e de controle, para agilizar a atuação das equipes de manutenção.
09) Segue explicação: •
Simplex: a mensagem é entregue em uma única direção, ou seja, a transferência de informação acontece somente em um sentido de transmissão;
•
Half Duplex: a transferência de informação ocorre nos dois sentidos. As transmissões são bidirecionais e as unidades são transmissoras
e
receptoras
de
informação,
porém
não
simultaneamente; •
Full Duplex: a transferência de informações ocorre nos dois sentidos
ao
mesmo
tempo,
por
meio
de
dois
canais
simultaneamente. As transmissões podem ser simultâneas, em ambos os sentidos, e não existe perda de tempo com turn-around, isto é, uma operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos. 10) São eles: •
Emissor: quem emite a informação;
•
Receptor: quem recebe a informação;
•
Mensagem: conteúdo da informação;
•
Meio: por onde a informação trafega;
•
Protocolo: linguagem usada pela informação.
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2.3
GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 3
01) São elas: •
A comunicação digital pode integrar voz, dados e imagem, num mesmo tronco de comunicação, já que tudo é representado por bits;
•
A comunicação ótica é projetada para comunicação digital;
•
Sinais digitais têm maior abrangência e suportam maior número de informação.
02) A transmissão paralela é muito mais rápida, pois o caráter é transmitido completo e no mesmo instante. 03) São eles atualmente: •
Cabo coaxial;
•
Par trançado;
•
Fibra óptica;
•
Transmissores ópticos;
•
Receptores ópticos;
•
Fibras multímodo de índice gradual;
•
Fibras multímodo degrau e;
•
Fibras monomodo.
04) •
No sistema de controle em malha fechada, o sinal de saída possui efeito direto na ação de controle, pois o sinal de erro é introduzido no controlador, de modo a reduzir o erro e a manter a saída do sistema num determinado valor. Implica a existência de uma realimentação, com o objetivo de reduzir o erro e de manter a saída do sistema num determinado valor desejado;
•
No sistema de controle em malha aberta, a saída não exerce ação
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no sinal de controle; portanto, a saída do processo não é medida nem comparada com a saída de referência. 05) São elas: •
Ter uma chave para selecionar o modo manual ou o automático;
•
Ter uma forma de alterar o valor do Set Point, quando o controlador está em automático; Ter uma forma de alterar o sinal para a válvula, quando o
•
controlador está em manual. 06) É
a
possibilidade
da
utilização
de
equipamentos
de
vários
fabricantes, de diferentes fornecedores, que devem funcionar em conjunto, formando uma única rede sem adaptações. 07) São elas: • Suas interfaces são padronizadas entre os equipamentos, o que facilita a interoperabilidade; • A sua topologia, em barramento ou em árvore, dá suporte a múltiplos mestres no barramento de comunicação; • Possui comportamento determinístico, ou seja, previsível, mesmo com redundância em vários níveis; • Utiliza
modelamento
de
aplicações
com
linguagem
de
blocos
funcionais. 08) Desenvolvido na década de 80, tinha o intuito de promover a interconexão
entre
dispositivos
de
controle
em
automóveis,
migrando sua tecnologia para outras áreas. Algumas características: •
Possui
grande
flexibilidade
de
configuração,
com
recepção
Multicast; •
Possui garantia de consistência dos dados, além de detecção e de sinalização de erros;
•
Retransmite automaticamente as mensagens corrompidas.
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09) São eles: •
Menor número de cabos específicos;
•
Facilmente expansível;
•
Menor esforço de operação e manutenção;
•
Estabilidade
de
resposta:
regularidade
e
assertividade
nas
entregas de blocos de mensagens. 10) É um protocolo de comunicação de campo, tipo mestre/escravo que define: •
Protocolo de comunicação digital;
•
Meio físico;
•
Categoria de equipamentos;
•
Linguagem de descrição de equipamentos para integração nos sistemas de software e;
•
Técnica de aplicação.
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2.4
GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 4
01) Comandos Universais – todos os instrumentos que utilizam o
•
protocolo
HART
devem
reconhecer
e
suportar
comandos
universais; Comandos Práticos – permitem acessar funções que são
•
implementadas
em
alguns
instrumentos,
mas
não
necessariamente em todos; Comandos Específicos – permitem o acesso a características
•
exclusivas
do
instrumento
e
geralmente
são
usados
para
configurar os parâmetros. 02) É um protocolo de comunicação de dados, utilizado em sistemas de automação
industrial.
Trata-se
de
um
protocolo
aberto,
normalmente utilizado em comunicação em série, e pode se adequar facilmente a diversos meios físicos. 03) O
Profibus
faz
parte
do
grupo
dos
fieldbuses
abertos
e
independentes de fornecedores, os quais permitem a integração de equipamentos de diversos fabricantes em uma mesma rede. Pode ser usado tanto em aplicações com transmissão de dados em alta velocidade como em tarefas complexas e extensas de comunicação. 04) A
rede
PROFINET
suporta
a
comunicação
em
tempo
real,
determinismo, gerenciamento, integração com a web, segurança integrada, especificações como LLDP, SNMP, HTTP para acesso à web, padrões wireless IEEE 802.11. Algumas particularidades da PROFINET: •
Comunicação
consistente
entre
os
diversos
níveis
de
gerenciamento, desde o campo até os níveis corporativos, usando Ethernet;
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•
Grande quantidade de fabricantes em um protocolo e sistema aberto;
•
Utilização de padrões IT;
•
Integração em sistemas Profibus.
05) Algumas delas são: •
Uso de repetidores, bridges, roteadores e gateways;
•
Cabo com 2 pares: um para alimentação de 24V e outro para comunicação;
•
Inserção e remoção a quente, sem perturbar a rede;
•
Suporte para equipamentos alimentados pela rede em 24V ou com fonte própria;
•
Uso de conectores abertos ou selados;
•
Proteção contra inversão de ligações e curto-circuito.
06) São elas: •
Baixo custo de implementação, treinamento e manutenção;
•
Alta velocidade e alto desempenho;
•
Atualização tecnológica constante;
•
Facilidade de interconectividade e acesso remoto;
•
Capacidade de alavancar tecnologia comercialmente barata.
07) Claramente são exemplos de um ambiente industrial de chão de fábrica, onde as tecnologias de redes precisam estar imunes. Este desafio levou anos para ser conquistado, culminando com tecnologia Ethernet que foi evoluído para servir tanto a um ambiente aprazível como escritórios, quanto em ambientes industriais. 08) •
WPAN - Personal Area Network: para curtas distâncias;
•
WLAN - Wireless Local Area Network: considerada extensão ou alternativa às tradicionais redes cabeadas;
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•
WMAN - Wireless Metropolitan Area Network: rede metropolitana e possui alcance muito grande;
•
WWAN - Wireless Wide Area Network: rede geograficamente distribuída.
09) Atualmente são 54 Mbps. 10) Sem
dúvida
nenhuma
é
a
flexibilidade
de
adicionar
novos
equipamentos em pontos de acessos virtuais, sem a necessidade de adequações físicas para novos pontos.
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2.5
GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 5
01) São elas: •
OPC Alarms & Events: fornece notificações de alarmes e de eventos sob demanda;
•
OPC Security: fornece mecanismos de controle de acesso a informações de processo e proteção contra modificações não autorizadas de parâmetros;
•
OPC
XML-DA:
extensão
da
OPC-DA,
fornece
mecanismos
consistentes e flexíveis para apresentação dos dados de chão de fábrica. 02)
03) O ERP é um sistema integrador dos processos de produção com os processos
comerciais.
Permite
atender
a
demanda
comercial,
através do calculo da demanda de produção e das matérias primas empregadas nela: •
Processamento de Vendas;
•
Gestão de Estoque;
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•
Programação
de
Produção
-
MRP
(Manufacturing
Resource
Planning) •
Processamento de Compras;
•
Demanda da Planta Industrial;
•
Controle de Ativos – Máquinas, equipamentos e estoques;
•
Contabilidade empresarial;
•
Transporte de produtos acabados e matérias primas;
•
Tesouraria e Investimentos.
04) A utilização de um sistema informatizado para a coleta de dados do chão de fábrica possibilita à visualização do status de todos os recursos produtivos, podendo ser monitorados a distância: •
Controle de todo o fluxo produtivo (disponibilidade de máquinas x estoques de matérias primas);
•
Coleta computadorizada dos apontamentos de produção;
•
Indicadores de desempenho das máquinas e dos equipamentos.
05) São eles: •
Otimização dos recursos empregados na produção;
•
Prevenção de erros de produção;
•
Simplificação do processo de produção;
•
Diminuição dos custos de produção.
06) Assim como o MES, são sistemas que adquirem dados de processo, os armazenam num banco de dados históricos e os disponibilizam, através de diversas formas de representação: •
Resolve o problema da fragmentação de dados;
•
Proporciona uma visão unificada dos processos;
•
Concentra a massa de dados em um Banco de Dados;
•
Permite transformar dados em informação e essa informação, em conhecimento.
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07) São eles: •
Visualização do processo produtivo em tempo real: através de gráficos de tendências, relatórios, telas sinóticas, aplicações Web, etc;
•
Maior interatividade com os dados do processo: permite realizar
cálculos,
estudos
estatísticos
e
lógica
de
eventos,
utilizando os dados do processo; •
Gera histórico de dados: capaz de armazenar até 15 anos de dados de processo, graças à eficiência de seu algoritmo de compressão.
08) É um tipo de sistema de controle de tempo real, distribuído onde sensores, atuadores e controladores são interconectados, através de uma rede de comunicação. 09) Porque integra áreas de: •
Conhecimentos de sistemas de controle;
•
Sistemas de tempo real e;
•
Redes de comunicação.
10) Porque há a necessidade de se obter respostas adequadas em milésimos de segundos: •
Capacidade de suportar fluxos de mensagens periódicas, de forma a transferir dados periódicos relacionados com o controle;
•
Capacidade em garantir um tempo de resposta com limite superior, para transferência de mensagens entre os nós, de forma a respeitar os atrasos máximos de controle relacionados às malhas de controle;
•
Capacidade de garantir comportamento temporal previsível, na presença de carga de rede variável, por causa do tráfego não relacionado à aplicação de controle.