Transcript REDES INDUSTRIAIS – MEIOS FÍSICOS DE SEMANA 11 TRANSMISSÃO EM REDES INDUSTRIAIS

REDES INDUSTRIAIS
SEMANA 11 – MEIOS FÍSICOS DE
TRANSMISSÃO EM REDES INDUSTRIAIS
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
1
O Par Trançado em Aplicações Industriais


São usados cabos trançados blindados que
pertencem às categorias UTP modificado ou
STP, de 1 ou 2 pares.
Ex: Cabo RFS (Radio Frequency Systems)
modelo AF-T 2x22AWG.


Cabo flexível sem uso de fio rígido para evitar
mau contato ou quebra.
Cabos UTP modificados: ScTP (Screened
Twisted Pair) ou FTP (Foil Twisted Pair);
SFTP (Shielded Foil Twisted Pair); UTP
categoria 5 Non-Plenum (sem resistência ao
fogo)
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
2
Seção de cabo e Cabo UTP
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
3
Seção de cabo e Cabo STP
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
4
Cabo Coaxial




Nos cabos de 1 km podem alcançar
velocidades de 1 a 2 Gbps.
Apresentados nos padrões de 50 ohms
(transmissão digital) e 75 ohms (transmissão
de sinais de TV.
Pesados, difícil de manejar, mau contato
provocado pelos conectores, caros.
Estas desvantagens recomendam seu uso
apenas para ligações entre 100 a 200 m.

22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
5
Cabo Coaxial
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
6
Conectores usados em Cabos Coaxiais
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
7
Conexões com Cabos Coaxiais
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
8
Fibra Óptica




O cabo de fibra óptica é
constituido por um núcleo muito
fino de vidro, ou mesmo de um
tipo especial de plástico.
Uma nova cobertura de fibra de
vidro, bem mais grossa envolve
e protege o núcleo.
Em seguida temos uma camada
de plástico protector chamada
de cladding.
Uma nova camada de
isolamento e por fim uma capa
de plástico externa.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
9
Vantagens e Desvantagens





Dimensões Reduzidas
Capacidade para transportar
grandes quantidades de
informação ( Dezenas de
milhares de conversações num
par de Fibra);
Atenuação muito baixa, que
permite grandes espaçamentos
entre repetidores, com distância
entre repetidores superiores a
algumas centenas de
quilômetros.
Imunidade às interferências
electromagnéticas;
Matéria-prima muito abundante.
22/05/2016






Custo ainda elevado de compra
e manutenção;
Fragilidade das fibras ópticas
sem encapsulamento;
Dificuldade de conexões das
fibras ópticas;
Acopladores tipo T com perdas
muito grandes;
Impossibilidade de alimentação
remota de repetidores;
Falta de padronização dos
componentes ópticos.
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
10
Fibra Óptica - Tipos


Mono Modo – Altas taxas de transmissão.
Um único modo. Utiliza laser, maior alcance,
baixa atenuação, mais cara (eqtos de
conexão), difícil manuseio.
Multi Modo – Taxas de transmissão
intermediárias, vários modos, maior
atenuação, mais barata (eqtos de conexão),
utiliza led (índice degrau) e led e laser (índice
gradual)
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
11
Fibra Óptica Mono Modo



São tipos de fibras ópticas com dimensões
de núcleo muito pequenas, permitem a
incidência de raios de luz em um único
ângulo. Sua fabricação requer equipamentos
muito complexos. As dimensões de uma fibra
óptica Mono Modo são:
- Núcleo: típico de 08 ± 1 comercialmente
adota-se o núcleo de 08µm.
- Casca: de 125 até 240µm, comercialmente
adota-se à casca de 125µm.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
12
Fibra Óptica Multimodo






São tipos de fibras ópticas com dimensões de núcleo relativamente
grandes, permitem a incidência de raios de luz em vários ângulos.
São relativamente fáceis de fabricar. As dimensões de uma fibra
óptica Multi Modo são:
- Núcleo: de 50 até 200 µm, comercialmente adota-se o núcleo de
62,5µm.
- Casca: de 125 até 240 µm, comercialmente adota-se à casca de
125µm.
Com a relação ao Núcleo, existem 2 tipos básicos de perfis de núcleo:
- Índice Degrau - apresentam apenas um nível de reflexão entre o
núcleo e a casca, este tipo perfil, por suas dimensões relativamente
grandes, permitem uma maior simplicidade de fabricação e operação,
além de permitirem uma grande capacidade de captação da luz. Sua
capacidade de transmissão é relativamente baixa.
- Índice Gradual - apresentam vários níveis de reflexão entre o
núcleo e a casca, este tipo de perfil mantém ainda uma simplicidade
de fabricação e operação, porém exibe uma maior capacidade de
transmissão. Suas dimensões são maiores que as do tipo Degrau.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
13
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
14
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
15
Conectores para Fibra óptica





ST: possuem trava em baioneta sendo o mais
comum de todos. O ferrule de cerâmica garante alto
desempenho.
SC: possue corpo injetado e um sistema de trava
push-pull. Ideal para escritórios, TV a cabo e
telefonia.
FDDI: possui ferrule flutuantede cerâmica de 2,5 mm,
que minimiza a perda de luz. Um invólucro fixo
contorna o ferrule, protegendo-o.
MT-RJ: possui trava RJ similar ao patch cable
categoria 5 e ao cabo de telefone. Instalação
bastante fácil.
LC: um dos princiapis competidores do MT-RJ,
ocupa pequeno espaço.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
16
Conectores para Fibra Óptica: (a) ST; (b) SC;
(c ) FDDI; (d) MT-RJ e (e) LC
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
17
Cabo com conectores ST
22/05/2016
Cabo com conectores SC
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
18
Cabo com conectores MTRJ
22/05/2016
Conversor de UTP para
Fibra Óptica
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
19
Placa de rede para conectores
para Fibra Óptica
22/05/2016
Cabo híbrido SC/ST
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
20
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
21
Transmissão sem Fio
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
22
Transmissão sem Fio



Ondas de baixa frequência (VLF, LF e MF)
atravessam obstáculos e acompanham a
curvatura da terra, más perdem potência
abruptamente com a distância.
Nas ferequências mais altas as ondas
trafegam em linha reta e são absorvidas pela
terra. Nas faixas HF e VHF as ondas são
refletidas na atmosfera.
Quanto maior a frequência, maior a largurade
banda e, consequentemente, maior a taxa de
transferência.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
23
Transmissão sem Fio



A taxa de transferência pode atingir vários
bits por Hertz. Um canal com largura de
banda de 200 MHz pode atingir taxas de 1
Gbps.
Acima de 100 Mhz as ondas de rádio são
denominadas de microondas. Essas ondas
viajam em linha reta. Antenas parabólicas
podem ser usadas para convergir o raio em
um feixe, reduzindo a taxa sinal/ruído.
Microondas com frequência acima de 8 GHz
são absorvidas pela água.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
24
Transmissão sem Fio




22/05/2016
Uma antena de microondas
tem dois elementos: o
refletor parabólico e a
própria antena que é um
dipolo eletromagnético.
As microondas enviadas pela
parábola transmissora
incidem diretamente sobre a
parábola receptora que, por
sua vez, focaliza as ondas no
seu ponto central, onde está
a antena receptora.
Dessa antena as ondas são
levadas por uma guia de
onda até o radioreceptor.
Cada antena de microondas
com sua respectiva parábola,
geralmente serve para
transmitir e/ou receber mais
de um canal de RF
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
25
Transmissão em Visibilidade por Microondas


22/05/2016
Geralmente a cada 50
km antenas
repetidoras são
instaladas.
Ao ultrapassarem os
300MHz, as ondas de
rádio passam a se
propagar quase em
linha reta, obrigando
que as antenas
transmissoras e
receptoras fiquem
uma de frente para
outra.
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
26
Sistemas de Transmissão Comerciais por
Rádio



Procuram usar a banda de rádio-frequência
liberada para aplicações Industriais,
Científicas e Médicas (ISM) que é alocada
mundialmente entre 2,4 GHz e 2,484 GHz.
Também existem as faixas 902-928 MHz e
5,725-5,850 GHz usadas para telefones sem
fio, portões eletrônicos, alto falantes, controle
remoto para veículos, etc.
A faixa ISM não precisa de autorização
governamental em qualquer parte do mundo.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
27
Spread Spectrum




Desenvolvida pelos militares para evitar
interferências inimigas e escutas nas comunicações
de guerra.
Usa faixa de frequência idêntica aos aparelhos de
telefonia móvel.
Essas faixa não necessitam de autorização expressa
de uso em qualquer país (potência abaixo de 1 W e
faixas de frequência restritas.
O espalhamento é obtido a partir de um sinal de
código, que é independente da informação e, no
receptor, a recuperação da informação original é feita
pela correlação entre o sinal recebido com uma
réplica sincronizada do sinal de espalhamento usado
no transmissor.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
28
Técnicas de Modulação Spread Spectrum
FHSS – Frequency Hopping Spread
Spectrum
 DSSS – Direct Sequence Spread
Spectrum
 OFDM – Orthogonal Frequence Division
Multiplexing

22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
29
Spread Spectrum
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
30
Técnica FHSS
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
31
Técnica DSSS
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
32
Aplicações do Spread Spectrum


As interfaces de dados típicas disponíveis são do
tipo Ethernet, embora possam ser encontradas
também portas RS-232, V.35, RS-485 e E1/T1. Os
serviços mais comuns oferecidos são de interligação
de redes corporativas ou de acesso a Internet (que
compete diretamente com serviços do tipo ADSL)
sendo que, em ambos os casos, a banda oferecida
para cada usuário depende da arquitetura
implementada.
Os rádios spread spectrum utilizam as faixas de
freqüências livres adotadas por vários países,
inclusive o Brasil, denominadas internacionalmente
como bandas ISM (Instrumentation, Scientific &
Medical) definidas nas faixas de 900 MHz, 2,4 GHz e
5,8 GHz.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
33
Tipos de WLAN


IEEE 802.11 – Trata do mercado de WLAN de 2,4 a
5 GHz.
IEEE 802.11b – Wi-Fi: esta entre os primeiros e mais
produtivos padrões de WLAN para redes
corporativas e residenciais.


Opera em 2,4 GHz com o uso de DSSS e se baseia em
CSMA/CA
IEEE 802.11a – HiperLAN2 Ethernet, IEEE 1394
(FireWire – interface serial Apple), ATM, PPP e 3G.



Opera em 5GHz com o uso de OFDM
Alcança velocidade de 40 a 54 Mbps a um alcance de 150
metros.
Suporta
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
34
Tipos de WLAN

IEEE 802.11b – emprega um esquema de
modulação chamado CCK (Complementary Code
Keying.





Opera em 2,4 GHz em ISM.
Alcança taxas de 1 a 2 Mbps em FHSS
Alcança taxas de 1 a 11 Mbps em DSSS
Prove interoperabilidade entre estas 2 redes.
IEEE 802.16 (WI-MAX): Tecnologia em banda larga
para redes comunitárias.



Alcance até 70 km e velocidade até 70 Mbps
Opera na faixa ISM centrada a 2,45 GHz.
Dispensa visada.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
35
Transmissão de Dados sem Fio de Uso
Industrial



Geralmente usa rádios transmissores UHF
com frequência fixa ou variável (Spread
Spectrum) com potência mais elevadas da
faixa ISM e com baixas taxas de
transferência de dados.
Em geral o equipamento para transmissão de
dados utiliza uma porta serial padrão (RS
232 ou 485)
Transmissão geralmente duplex mas também
simplex.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
36
Transmissão de Dados sem Fio de Uso
Industrial

Faixa de frequência mais usada:
Frequencia típica de 400 a 470 MHz com
separação entre canais de 12,5 kHz, com
potência típicas de 10 a 500 mW
 Spread Spectrum na faixa de 902 a 928
MHz com potências típicas de 10 a 1000
mW.

22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
37
Transmissão de Dados sem Fio de Uso
Industrial


Desde que os transmissores tenham potência
máxima de 1 W, as frequências anteriormente
mencionadas são de uso livre e permitem taxas
de transferência típica de 9600 ou 19200 bps a
uma distância por volta de 25 km.
Esta característica é adequada à maioria das
aplicações industriais, nas quais o
processamento é distribuído e uma rede
industrial (fieldbus) é utilizada para a integração
do sistema SCADA a todos os controladores de
campo.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
38
Equipamentos para Transmissão de Dados
sem Fio: Rádio de Dados (Data Radios)




São os equipamentos para transmissão mais
simples.
Não possuem circuitos
Moduladores/Demoduladores ou qualquer
inteligência.
Simplesmente transmitem por um canal de
rádio os dados de um MODEM externo, sem
verificação de errro e controle de fluxo.
Equivocadamente chamados de rádios
MODEM.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
39
Equipamentos para Transmissão de Dados
sem Fio: Rádio MODEM transparente




É um rádio com função de MODEM, más inteligência
limitada.
Geralmente possui uma porta serial RS-232 ou RS445 para E/S de dados.
Transmitem em RF os dados recebidos na porta
serial sem checagem de erro e controle de fluxo de
dados no canal de rádio.
Os modelos mais simples não tem um processador
ou memórias internas e a transmissão de dados no
canal de rádio e na porta serial tem,
necessariamente, a mesma velocidade.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
40
Equipamentos para Transmissão de Dados
sem Fio: Rádio MODEM transparente




Alguns possuem um buffer de dados de E/S, o que
possibilita velocidades diferentes da porta serial e do
canal de rádio.
Vários equipamentos funcionando na mesma
frequência e na mesma área funcionam como um
barramento, pois toda a transmissão é ouvida por
todos os elementos.
Cabe aos equipamentos conectados aos rádios
evitar a colisão de dados no meio de transmissão.
Estes são adequados apenas para servidores
inteligentes, os quais fazem o endereçamento,
controle de fluxo de dados e verificação de errros.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
41





Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio:
Rádio MODEM transparente
CLP são bastante utilizados em aplicações de sistemas
de automação industrial ou nãoe podem ser integrados
por meio da tecnologia de um SDCD, gerenciado por um
programaaplicativo de supervisão.
Aplicações típicas geralmente utilizam um protocolo
mestre-escravo e um par de rádio para cada controlador
de rede.
Ex. MODBUS – onde o Mestre da rede é o sistema
SCADA e cada escravo só responde quando é solicitado.
Com a utilização de um par de rádios para cada
controlador a ser conectado ao sistema de supervisão
central (SCADA) deve ter uma porta multiserial para tratar
cada enlace de rádio de maneira independente e os
rádios devem ter frequências diferentes.
Desvantagem: grande número de portas seriais e rádios.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
42
Rádio MODEM
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
43
Equipamentos para Transmissão de Dados
sem Fio: Rádio MODEM Inteligente




São Rádio MODEM que implementam uma
série de funções como controle de fluxo de
dados (RTS e CTS) e checagem de erros.
Dependendo do equipamento podemos
utilizar repetidores aumentando o alcance.
Podem operar no modo transparente ou
modo controlado.
No modo transparente os equipamentos não
utilizam um endereço especifico. Desta forma
o sistema se comporta como uma conexão
fixa.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
44
Radio MODEM Inteligente em Modo
Transparente
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
45
Equipamentos para Transmissão de Dados
sem Fio: Rádio MODEM Inteligente

No modo controlado, as unidades são
endereçadas individualmente e
configuradas para se comunicar apenas
com as unidades que interessam.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
46
Rádio MODEM em Modo Controlado
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
47
Rádio MODEM em Modo Controlado com
Repetidor
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
48
Rádio Telemetria





Transmite os sinais provenientes de sensores conectados às
entradas digitais e analógicas do próprio rádio, ao invés de
transmitir dados provenientes de uma porta serial, replicando-os
em saídas de outro rádio.
Possui E/S padrões para sensores e atuadores, e transmite
informações dos mesmos através de um protocolo de
comunicação de rádio.
O protocolo é totalmente transparente ao usuário e a única
operação necessária é a programação dos endereços das
unidades , bem como a definição de quais E/S são replicadas.
Pode-se programar lógica simples. Ex.: acionamento de
bombas hidráulicas de acordo com um determinado nível
recebido.
As transmissões são realizadas somente quando há uma
mudança de estado em alguma entrada e/ou em intervalos de
tempo programados para uma checagem do estado de todas as
entradas.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
49
Rádio Telemetria

Vantagem: redução do custo , quando
se deseja apenas monitorar e acionar
dispositivos, pois não é necessário a
utilização de um CLP e nem de um
protocolo de rede.
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
50
Rádio Telemetria sem CLP Duplex
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
51
Rádio Telemetria sem CLP Simplex
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
52
Rádio Telemetria com Integração
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
53
Diagrama de Blocos Funcional de um Rádio
MODEM
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
54
Interligação de Dispositivos Utilizando
Bluetooth
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
55
Modelo de Trabalho ZigBee
22/05/2016
REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI
56