EVOLUÇÃO DAS REDES INDUSTRIAIS

Nos anos 40, a instrumentação de processo confiava em sinais de pressão físicos de 3–15psi para monitorar os dispositivos de controle no chão-de-fábrica.

Já nos anos 60, os sinais analógicos de 4-20mA foram introduzidos na indústria para monitorar dispositivos de campo.

Com o desenvolvimento de processadores nos anos 70, surgiu a idéia de se utilizar computadores para monitoração de processos e se fazer o controle de um ponto central. Com os computadores, várias etapas do controle poderiam ser feitas de forma diferentes de modo a se adaptar mais precisamente as necessidades de cada processo.

Nos anos 80, começou-se a desenvolver os primeiros sensores inteligentes, assim como os controles digitais associados a esses sensores. Com o desenvolvimento dos instrumentos digitais era necessário algo que pudesse interligá-los. Aqui, nasce a idéia de criação de uma rede que ligaria todos os dispositivos e disponibilizaria todos os sinais do processo num mesmo meio físico. A partir daí, a necessidade de uma rede (fieldbus) era clara, assim como um padrão que pudesse deixá-lo padronizado para o controle de instrumentos inteligentes.

A busca pela definição de um padrão internacional levou vários grupos a se unirem. Entre eles: a International Society of Automation (ISA)], a International Electrotechnical Commission (IEC), o comitê de padronização do PROFIBUS (norma alemã) e o comitê de padronização do FIP (norma francesa).  Esses comitês formaram o comitê internacional IEC/ISA SP50 Fieldbus.

O desenvolvimento deste padrão internacional demorou muitos anos. Em 2000, todas as organizações interessadas convergiram para criar o fieldbus padrão IEC, que foi denominado IEC 61158 com oito protocolos distintos listados a seguir:

·        Tipo 1 — FOUNDATION Fieldbus H1

·        Tipo 2 — ControlNet

·        Tipo 3 — PROFIBUS

·        Tipo 4 — P-Net

·        Tipo 5 — FOUNDATION Fieldbus HSE (High Speed Ethernet)

·        Tipo 6 — Interbus

·        Tipo 7 — SwiftNet

·        Tipo 8 — WorldFIP

Mesmo com estes padrões, não foi possível abranger todas as aplicações na indústria. Mais tarde, então, foi criada a IEC 61784, como uma definição dos chamados “profiles” e ao mesmo tempo foram corrigidas as especificações de IEC 61158. A tabela 1 mostra os padrões com os seus respectivos “profiles”.

Figura 1 – Tabela IEC 61784

Como pode ser observado na tabela 1, os padrões para vários protocolos de Ethernet já foram incluídos. Estes padrões utilizam o meio físico da Ethernet bem como os protocolos IP, TCP e UDP.

Há vários fieldbuses no ambiente industrial. As redes DeviceNet, PROFIBUS, Interbus, Fieldbus Foundation e outros são utilizados em muitas aplicações. Todos podem ser utilizados de acordo com a preferência e, às vezes, com a aplicação. O que era necessário era que estes fieldbuses, de fabricantes diferentes, pudessem ser adaptados à tecnologia Ethernet e desta forma pudessem

interagir uns com os outros.

Atualmente, cada fabricante já tem sua solução para o ambiente industrial em Ethernet: o PROFINET, da associação PROFIBUS, (que é uma evolução do PROFIBUS), o Ethernet/IP, da associação ODVA (onde IP quer dizer Industrial Protocol) e cuja proposta é uma evolução do Devicenet e Controlnet, e o HSE (High Speed Ethernet) da associação Fieldbus Foundation (que interconecta as redes H1 – Foundation Fieldbus) são exemplo e padrões, conforme apresentados na tabela 1.

Com a existência de uma grande quantidade de soluções para Ethernet Industrial, acabou-se por não ter a interoperabilidade desejada. Isto porque cada fabricante ou grupo desenvolveu suas soluções incompatíveis com os demais, por exemplo, PROFINET da associação PROFIBUS não se comunica com o Ethernet/IP da ODVA. De uma forma ou outra a Ethernet conseguiu sua penetração no ambiente industrial, porém alguns problemas começaram a surgir nesta fase inicial.

No principio, a Ethernet não foi considerada ideal para a indústria por não ser determinística. No meio de acesso ao sistema CSMA/CD as colisões são detectadas e, em seguida, há uma contagem de tempo aleatória para uma nova transmissão. Este método não parecia uma solução muito atraente para a indústria porque não se garantia realmente que os dados fossem realmente transmitidos. Podem ocorrer várias colisões sucessivas e algumas informações podem perder sua importância durante este tempo em que ocorrem os conflitos. O uso do switch industrial amenizou este problema.

O switch industrial é composto de várias portas, com buffer, mantendo o controle de colisão, especificada no método CSMA/CD. Se houver duas transmissões simultâneas, como o switch tem portas independentes, pode-se transmitir a informação de uma porta e reter a informação da outra, em um buffer, para ser transmitida posteriormente. Assim, assegura-se que sempre que uma informação for transmitida na rede ela chegará ao seu destino. Desta forma, a Ethernet teve realmente uma chance mais concreta de penetrar no chão-de-fábrica e, se havia alguma dúvida da sua participação na indústria, hoje sua presença no chão-de-fábrica é um fato concreto. Assim, a Ethernet pode ser considerada mais aplicável ao ambiente industrial.