Profibus PA

   O Profibus PA ( Automação de Processos) é a solução Profibus para automação de processos. Esta rede é a responsável por ligar os sistemas de automação e controle de processos  aos sensores e acionadores , tais como transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Pode ser usado em substituição ao sistema de 4 a 20 mA. O padrão Profibus PA permite a comunicação de dados e a alimentação através do barramento utilizando a tecnologia MBP-IS ( utilizando 2 fios de acordo com a norma IEC 61158-2), o protocolo de comunicação DP-V1(mesmo protocolo utilizado por algumas aplicações Profibus DP) e o perfil de aplicação Dispositivo PA.
    A transmissão MPB-IS utiliza-se do código Manchester para a transmissão intrinsecamente segura de bits e de corrente em um mesmo meio. Para isto, estabelece-se uma corrente mínima que os dispositivos necessitam quando nenhum dado está sendo enviado e modulariza-se a corrente em condições de transmissão. A cada variação de 9 mA para -9mA corresponde a um bit 0 e as variações de -9mA a 9mA correspondem a um bit 1. Por requisitos de segurança, a taxa de transmissão de dados nesta rede é fixada em 31.25Kbps, muito inferior aos 12Mbps da rede Profibus DP. A figura abaixo representa a transmissão em código Manchester.

Código Manchester

   O Profibus PA apresenta uma comunicação intrínseca que permite sua aplicação em ambientes classificados, tal como indústrias petroquímicas e farmacêuticas. Entenda-se por ambientes classificados aqueles em que se existe o risco de explosões. Além disso, este padrão possibilita uma maior modularização das instalações, podendo instalações serem adicionadas ou retiradas sem prejuízo para o funcionamento da rede. Dessa forma, as redes PA permitem uma manutenção sem necessidade que todo o processo de produção seja interrompido.

     Existem várias  vantagens potenciais da utilização dessa tecnologia, onde resumidamente destacam-se as vantagens funcionais (transmissão de informações confiáveis, tratamento de status das variáveis, sistema de segurança em caso de falha, equipamentos com capacidades de auto diagnose, rangeabilidade dos equipamentos, alta resolução nas medições, integração com controle discreto em alta velocidade, aplicações em qualquer segmento, etc.). Além dos benefícios econômicos pertinentes às instalações (redução de até 40% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), custos de manutenção (redução de até 25% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), menor tempo de startup, oferece um aumento significativo em funcionalidade e segurança.

   A conexão dos transmissores, conversores e posicionadores em uma rede PROFIBUS DP, rede de alta velocidade, para uma Profibus PA, rede de baixa velocidade, é feita por um coupler DP/PA. O par trançado a dois fios é utilizado na alimentação e na comunicação de dados para cada equipamento, facilitando a instalação e resultando em baixo custo de hardware, menor tempo para iniciação, manutenção livre de problemas, baixo custo do software de engenharia e alta confiança na operação. 
  O barramento principal de uma rede PA pode ter até 1900 m sem a utilização de repetidores, chegando a cerca de 10km com a utilização de 4 repetidores. Podem ser conectados 32 dispositivos a um barramento em aplicações com alimentação externa e que não requerem comunicação intrínseca. Já em aplicações seguras, o número de dispositivos conectados ao barramento cai pra 9. A fonte de alimentação pode fornecer de 9 a 32 V, sendo necessário que não esteja instalada nos ambientes classificados.
  O protocolo PA permite a comunicação entre os diversos dispositivos de campo PA, usando para isto o internacionalmente reconhecido modelo bloco de funcionais que descrevem parâmetros e funções dos dispositivos. Como exemplo temos os blocos físicos que fornecem informações sobre os dispositivos, tais como nome, fabricante, versão e número de série. Temos também o bloco transdutor, responsável por fazer as devidas correções de parâmetro para o dispositivo. Dessa forma, os dispositivos de diferentes fabricantes conseguem se comunicar de forma coerente através de uma rede PA.

 Entendendo a Segurança e o autodiagnóstico:

    As redes Profibus PA possuem além dos bytes que indicam determinada medição outro byte que indica status dessa variável. Estes 8 bits ajudam a qualificar a medição permitindo que se este valor saia de uma margem de segurança certo dispositivo para de funcionar, entrando numa situação de falha por segurança (Fail-safe). Existem três campos em um byte de status, sendo estes o de qualidade,  sub-status e limite.
  Os bits de qualidade indicam se aquele valor medido está bom, ruim, se pode ser utilizado em controle de cascata ou não pode ser utilizado em controle de cascata. 
  O sub-status complementa a informação dos bits de qualidade. Ele é responsável por informar ao sistema de controle se é para inicializar controle em cascata, ativar alarmes, entre outra funções que podem ser configuradas.
  O limite e responsável por informar se o valor medido está dentro dos limites aceitáveis. Os valores podem estar no limite, fora do limite, não limitados e constantes.
 
                               

Engenheiros da Raytheon desenvolvem uma roupa estilo Iron Man

   Confesso que fiquei impressionado com esta roupa robótica desenvolvida por um grupo de engenheiros da Raytheon. Trabalhando à serviço das forças armadas americanas eles desenvolveram uma espécie de exoesqueleto movimentado através de forças hidraúlicas e que consome 50% menos de energia que o seu antecessor, o XOS 1. Além disso, é mais resistente as condições ambientais.

 XOS 2 - Iron Man Suit (Créditos Raytheon)

   Esta roupa estilo Iron Man, como ficou conhecida, é uma espécie de união de sensores, atuadores e estruturas de controle. Com ela uma pessoa pode levantar cerca de 100 quilos centenas de vezes sem se cansar.Não pense você que ela é muito rígida a ponto de limitar os movimentos, a flexibilidade dela é tão grande que uma pessoa seria capaz de jogar futebol com ela.
  O projeto da XOS 2 foi desenvolvido com enfoque para a área de logistica das forças armadas. Devido ao excesso de peso carregados pelos soldados, muitos deles desenvolviam problemas musculares e ortopédicos. Com este novo dispositivo, um homem é capaz de exercer a força de três deles sem se cansar ou sofrer com problemas por esforços repetitivos. Impressionante não?!
  Quem sabe a tecnologia não evolua a ponto de auxiliar pessoas com problemas físicos.

Projeto XOS 2

Material Piezoelétrico livre de Chumbo

   Os materiais piezoelétrios são materiais que quando submetidos a um campo elétrico são capazes de sofrerem deformações e que sujeitos a aplicação de alguma deformação geram campos elétricos. Temos nestes matériais esta conversão de energia mecânica em elétrica e vice-versa. Entre os principais materias piezoelétricos temos um cristal de cerâmica, o PZT - Titanato Zirconato de Chumbo.
  Os materiais piezoelétricos são usados em aplicações como injetores de combustível em motores diesel, injetores de impressoras, câmeras digitais e aparelhos ultrassonografia. Neste último, por exemplo, funciona com um cristal de material piezoelétrico, principalmente PZT, que fica em contato com nossa pele e recebe os ecos produzidos pelas ondas de ultrassom. O cristal de PZT converte este ecos em sinais elétricos, os quais são então tratados por um computador para gerar imagens.Incrível não é!
   O PZT apesar de suas funcionalidades tem uma desvantagem, apresenta chumbo em sua composição. Vários órgãos europeus estão proibindo a utilização de chumbo em aparelhos eletrônicos devido a sua toxidade. Pensando nisso, pesquisadores do Diamond Light Source, Inglaterra, produziram em laboratório um material piezoelétrico tão útil quanto o PZT e que não apresenta chumbo em sua composição. Este novo material piezoelétrico é sintetizado em condições extremas é passa a ser composto por Titanato de Potássio Sódio Bismuto(KNBT).
   As pesquisas estão ainda em uma fase inicial e o KNBT ainda só pode ser utilizado em temperatura ambiente, enquanto que o PZT pode ser utilizado em condições extremas. No entanto, os pesquisadores estão confiantes que o cristal cerâmico sintético possa vir a ser utilizado em diversas aplicações, entre elas uma nova fonte de energia limpa.

Piezoeletricidade - Ultrassonografia

Fonte: http://www.theengineer.co.uk/news/material-opens-up-possibility-for-lead-free-electronics/1005305.article

Profibus DP

    

   O Profibus DP(Periferia Descentralizada) é a solução de alta velocidade e baixo custo do Profibus. Seu desenvolvimento foi otimizado especialmente para comunicações entres os sistemas de automações e equipamentos descentralizados. Voltada para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos dispositivos de I/O distribuídos. É utilizada em substituição aos sistemas convencionais 4 a 20 mA, HART ou em transmissão com 24 Volts. Utiliza-se do meio físico RS-485 ou fibra ótica. Requer menos de 2ms para a transmissão de 1 kbyte de entrada e saída e é amplamente utilizada em controles com tempo crítico.

   Atualmente, 90% das aplicações envolvendo escravos Profibus utilizam-se do PROFIBUS DP. Essa variante está disponível em três versões: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). A origem de cada versão aconteceu de acordo com o avanço tecnológico e a demanda das aplicações exigidas ao longo do tempo.

   O Profibus DP utiliza apenas as camadas 1 e 2 do modelo ISO/OSI . Sendo as camadas de 3 a 7 não definidas. Além das camadas 1 e 2 , temos uma interface com o usuário apenas. Desta forma, as mensagens trocadas se tornam menores e conseguem atender ao tempo crítico das aplicações de chão de fábrica. O acesso do usuário à camada 2 é feito através do Direct Data Link Mapper(DDLM). Como dito anteriormente, a transmissão em meio físico pode ser feita através da tecnologia RS-485 ou através de fibra ótica. 

   A versão DP-V0 foi criada em 1993, sendo a primeira das versões. Nela estão previstas apenas as comunicações cíclicas entre mestres e escravos. Neste caso, o mestre tem um tempo determinado de acesso ao escravo, sendo este o tempo que ele necessita de ter acesso a rede para obter dados ou fornecer dados. Este tempo tem que ser calculado para que a rede não permaneça indisponível por mais tempo que o necessário. Além disso, a versão DP-V0 prevê os diagnósticos de canal, módulo e estação. Como em uma mesma rede podem existir um único mestre ou vários mestres, foi necessário desenvolver um modo de compartilhar o acesso a rede entre os vários mestres. Para isso, foi desenvolvido o RingToken, uma espécie de troca de prioridade de acesso que ocorre entre os mestres.

   A versão DP-V1 prevê um novo tipo de comunicação, a comunicação acíclica entre os mestres e escravos. Esta nova comunicação apresenta uma menor prioridade. É realizada entre as estações de engenharia e os dispositivos para operação, parametrização, visualização e manipulação de alarmes. Dessa forma posso acessar qualquer escravo sem impedir que o mesmo continue a trocar informação com um CLP ou PC.

  A versão DP-V2 foi criada em 2002, sendo a mais recente das versões Profibus DP. Esta versão apresenta uma comunicação escravo-escravo que não existia nas outras versões. Desta forma, se determinada informação adquirido por um escravo é válida para outro, ela não precisa ser repassada ao mestre para depois continuar o percurso.Com esta tecnologia ocorre uma dimuição de até 90% no tempo de resposta. Além disso, a versão DP-V2 permite também uma melhor sincronização entre escravos e mestres, otimizando a comunicação entre os dispositivos. Esta versão pode ser empregada em barramento drive para o controle de sequências de movimento rápidas em eixos de direção.

Versões do Profibus-DP

Redes Industriais

   Este post é o primeiro de um conjunto de posts que farei sobre redes industriais. Meu objetivo através destes posts e do blog de uma forma mais geral é facilitar a vida de quem futuramente necessite de uma ajuda para estudar determinada matéria. Não existe coisa pior do que ter que ficar perdendo tempo juntando material na rede e  em diversos livros, não é? Pois então, eu fiz isso para você!

O assunto deste post faz parte da disciplina de redes industrais presente na grade de automação como eletiva.

O que é o Profibus? 

   Devido as diversas tecnologias de comunicação entre os equipamentos no ambiente industrial e a incompatibilidade entre muitas delas, os usuários de tais sistemas não podiam escolher os produtos que melhor atendiam suas exigências. Na verdade, tinham-se que se contentar com os produtos daquele determinado fabricante que adotava aquela rede específica. Além disso, não era possível utilizar diferentes redes em diferentes setores. Buscando resolver este problema, em 1986, os fabricantes europeus se uniram em busca de unificação nas formas de comunicação entre diversos dispositivos, como CNC, PLC, PC e outros mesmo que de fabricantes diferentes.
   Por volta de 1990, os diversos dispositivos já se comunicavam por protocolos padrões e Profibus era um deles. Baseado no protocolo SINEC L2 desenvolvido pela Siemens, o Profibus tornou-se uma das plataformas mais abertas do mundo.
   O Profibus é o mais famoso dos protocolos Fieldbus.Os Fieldbuses, ou barramentos de campo, são utilizados para interligar os vários dispositivos a nível chão de fábrica,podendo estes serem PLCs, válvulas, senosores, atuadores e etc. Eles vieram para substituir o sistema analógico de 4-20mA por um sistema digital, bidirecional, multiponto e serial. Sua função principal é interligar os dispositivos de campo a um sistema de automação e controle.Além disso, eles permitem que os elementos de campo sejam microprocessados e executem funções simples, como diagnóstico, manutenção e controle em si mesmos.A comunicação entre os elementos de campo passa a ser permitida em paralelo à comunicação das estações de engenharia com tais elementos. Como podemos notar, o Fieldbus não só substituiu o sistema analógico, mas também permitiu uma melhoria das funções e substituição do controle centralizado pelo distribuído. 
   Vale ressaltar que o fieldbus baseia nas camadas 1, 2 e 7 do modelo ISO/OSI e que as demais camadas foram retiradas para uma melhora no tempo de resposta.

   PROFIBUS é um padrão de rede de campo aberto e independente de fornecedores cuja aplicação está concentrada nas áreas de controle de processos, manufatura e automação predial. Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254. Mundialmente, os usuários podem agora se referenciar a um padrão internacional de protocolo, cujo desenvolvimento vem trazendo redução de custos, flexibilidade, confiança, interoperabilidade e, com isso,eles podem ficar livres para escolherem os produtos que melhor atendem suas necessidades. Em termos de desenvolvimento, vale a pena lembrar que a tecnologia é estável, porém não é estática. Novas pesquisas continuam sendo realizadas a fim de adequar o padrão às necessidades do mercado.

Hoje, estima-se em mais de 20 milhões de nós instalados com tecnologia PROFIBUS e mais de 1000 plantas com tecnologia PROFIBUS PA. São mais de 2800 produtos e 2000 fornecedores,  atendendo às mais diversas necessidades de aplicações.

Existem três variações de Profibus: Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS.

Guerra Cibernética

   Já havia ouvido falar em bomba lógica ? Pois essa é uma das principais preocupações dos governos nacionais. Tanto é verdade que o chefe do Estado-Maior do Exército Brasileiro, general Marius Luiz Carvalho Teixeira Neto,usou o termo durante o 10° Encontro Nacional de Estudos Estratégicos, reforçando a necessidade do Brasil de se preparar para ataques cibernéticos.
   Bomba lógica é um termo utilizado por especialistas de tecnologia digital para designar proramas que se instalam em computadores de forma similar aos vírus. Muitos destes programas têm como objetivo destruir dados ou danificar o disco rígido. Quando ativados em computadores estratégicos, tais programas podem causar prejuízos enormes para o Estado.
  Tais programas são conhecidos como malwares e , geralmente, são programados pelos terroristas cibernéticos para ativarem em uma data específica. Além disso, existem rumores que determinados países estariam isntalando malwares em armas vendidas a outros países, de forma que estes seriam ativados quando houvesse tentativa de se utilizar as armas contra o país de origem.

  Boatos à parte, o que se sabe é que um determinado tipo de malware, o Stuxnet, é muito bem arquitetado, de forma que só poderia ter sido desenvolvido como muito estudo e financiamento. Além disso, sua configuração é feita para ser ativada quando encontrar determinado programa de controle utilizado em usinas.O Stuxnet é tão nocivo que pode ser capaz de alterar os comandos dados a motores, válvulas, sensores, causar uma verdadeira "zona" no ambiente industrial.

  As constatações não param por aí. Segundo uma pesquisa da Symantec, uma empresa norte-americana especializada em segurança informática, cerca de 60% das invasões deste vírus teriam ocorrido no Irã, principal rival da principal potência militar e econômica da atualidade.
  Especialistas especulam que o Stuxnet poderia ter sido utilizado contra Usinas Nucleares no Irã. Já que estas estariam utilizando, mesmo que de forma não-licenciada, produtos da Siemens e os códigos dos vírus são bastante específicos para tais programas.

Tecnologia Destrói Farcs

   Utilizando da tecnologia GPS os soldados colombianos planejaram um dos ataques mais bem executados contra as Forças Armadas Revolucionárias da Colômbia (FARC), que culminou com a morte de um dos seus principais comandantes, o Jorge Briceño ou "Mono Jojoy" como era conhecido. O apelido vinha de um verme gordo e branco conhecido Mojojoy e que possui uma capacidade enorme de escapar dos predadores.
   O GPS foi implantada nas botas de Mono Jojoy quando o serviço de inteligência colombiano conseguiu interceptar uma entrega de botas especiais para o guerrilheiro. As botas serviriam para diminuir as dores nos pés sentidas por ele, resultado de uma diabetes da qual padecia há alguns anos.
   A Operação Sodoma, como ficou conhecida a ação, foi planejada durante cinco dias, contou com a particpação de mais de 800 soldados e 72 aeronaves equipadas com bombas de alta precisão. Para se ter uma idéia da exatidão dos ataques, basta saber que o Mono Jojoy só foi reconhecido devido as impressões digitais e ao Rolex de ouro que usava sempre.O restante do seu corpo estava irreconhecível.

 

Foto - Jorge Briceño

   A operação foi um golpe duro contra a FARC que já havia perdido o guerrilheiro Raúl Reyes, um dos seus principais líderes e porta-voz em março de 2008, numa operação realizada em território equatoriano. Além disso, Jojoy era o responsável pela produção de cocaína em uma das regiões mais rentáveis da Colômbia.

   O Mono Jojoy era conhecido pela sua violência e estratégia militar. Sob seu comando as FARC aterrorizaram cidades, extorquiram dinheiro da população e sequestraram diversas pessoas.

   Ataques inteligentes como o realizado na Operação Sodoma devem servir de inspiração para exércitos e policias de todo o mundo. Usar a tecnologia em prol da segurança da população é uma atitude que pode salvar a vida de muitos inocentes.