REDES INDUSTRIAIS SEMANA 11 MEIOS FSICOS DE TRANSMISSO

REDES INDUSTRIAIS SEMANA 11 – MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO EM REDES INDUSTRIAIS 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 1

O Par Trançado em Aplicações Industriais n n 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 2 x 22 AWG. n n Cabo flexível sem uso de fio rígido para evitar mau contato ou quebra. Cabos UTP modificados: Sc. TP (Screened Twisted Pair) ou FTP (Foil Twisted Pair); SFTP (Shielded Foil Twisted Pair); UTP categoria 5 Non-Plenum (sem resistência ao fogo) 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 2

Seção de cabo e Cabo UTP 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 3

Seção de cabo e Cabo STP 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 4

Cabo Coaxial n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 5

Cabo Coaxial 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 6

Conectores usados em Cabos Coaxiais 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 7

Conexões com Cabos Coaxiais 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 8

Fibra Óptica n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 9

Vantagens e Desvantagens n n n 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. 9/9/2020 n n n 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 n n 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) 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 11

Fibra Óptica Mono Modo n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 12

Fibra Óptica Multimodo n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 13

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Conectores para Fibra óptica n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 16

Conectores para Fibra Óptica: (a) ST; (b) SC; (c ) FDDI; (d) MT-RJ e (e) LC 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 17

Cabo com conectores ST 9/9/2020 Cabo com conectores SC REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 18

Cabo com conectores MTRJ 9/9/2020 Conversor de UTP para Fibra Óptica REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 19

Placa de rede para conectores para Fibra Óptica 9/9/2020 Cabo híbrido SC/ST REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 20

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Transmissão sem Fio 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 22

Transmissão sem Fio n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 23

Transmissão sem Fio n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 24

Transmissão sem Fio n n 9/9/2020 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 n n 9/9/2020 Geralmente a cada 50 km antenas repetidoras são instaladas. Ao ultrapassarem os 300 MHz, 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 n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 27

Spread Spectrum n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 28

Técnicas de Modulação Spread Spectrum FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum n DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum n OFDM – Orthogonal Frequence Division Multiplexing n 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 29

Spread Spectrum 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 30

Técnica FHSS 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 31

Técnica DSSS 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 32

Aplicações do Spread Spectrum n n As interfaces de dados típicas disponíveis são do tipo Ethernet, embora possam ser encontradas também portas RS-232, V. 35, RS-485 e E 1/T 1. 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 33

Tipos de WLAN n n IEEE 802. 11 – Trata do mercado de WLAN de 2, 4 a 5 GHz. IEEE 802. 11 b – Wi-Fi: esta entre os primeiros e mais produtivos padrões de WLAN para redes corporativas e residenciais. n n Opera em 2, 4 GHz com o uso de DSSS e se baseia em CSMA/CA IEEE 802. 11 a – Hiper. LAN 2 Ethernet, IEEE 1394 (Fire. Wire – interface serial Apple), ATM, PPP e 3 G. n n n 9/9/2020 Opera em 5 GHz com o uso de OFDM Alcança velocidade de 40 a 54 Mbps a um alcance de 150 metros. Suporta REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 34

Tipos de WLAN n IEEE 802. 11 b – emprega um esquema de modulação chamado CCK (Complementary Code Keying. n n n 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. n n n 9/9/2020 Alcance até 70 km e velocidade até 70 Mbps Opera na faixa ISM centrada a 2, 45 GHz. Dispensa visada. REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 35

Transmissão de Dados sem Fio de Uso Industrial n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 36

Transmissão de Dados sem Fio de Uso Industrial n Faixa de frequência mais usada: Frequencia típica de 400 a 470 MHz com separação entre canais de 12, 5 k. Hz, com potência típicas de 10 a 500 m. W n Spread Spectrum na faixa de 902 a 928 MHz com potências típicas de 10 a 1000 m. W. n 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 37

Transmissão de Dados sem Fio de Uso Industrial n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 38

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio de Dados (Data Radios) n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 39

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM transparente n n É um rádio com função de MODEM, más inteligência limitada. Geralmente possui uma porta serial RS-232 ou RS 445 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 40

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM transparente n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 41

n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 42

Rádio MODEM 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 43

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM Inteligente n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 44

Radio MODEM Inteligente em Modo Transparente 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 45

Equipamentos para Transmissão de Dados sem Fio: Rádio MODEM Inteligente n No modo controlado, as unidades são endereçadas individualmente e configuradas para se comunicar apenas com as unidades que interessam. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 46

Rádio MODEM em Modo Controlado 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 47

Rádio MODEM em Modo Controlado com Repetidor 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 48

Rádio Telemetria n n n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 49

Rádio Telemetria n 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. 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 50

Rádio Telemetria sem CLP Duplex 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 51

Rádio Telemetria sem CLP Simplex 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 52

Rádio Telemetria com Integração 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 53

Diagrama de Blocos Funcional de um Rádio MODEM 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 54

Interligação de Dispositivos Utilizando Bluetooth 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 55

Modelo de Trabalho Zig. Bee 9/9/2020 REDES INDUSTRIAIS - RCBETINI 56