BRPI0901450A2

BRPI0901450A2 - módulo interface de protocolo de comunicação

Info

Publication number: BRPI0901450A2
Application number: BRPI0901450-0A
Authority: BR
Inventors: Itamar Fernandes Soares; Sandro Mauro Ferrari; Demerson Luiz Agostinho
Original assignee: Weg Automacao S A
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2011-01-18
Also published as: US20100277874A1; DE102010019270A1; US8498122B2

Abstract

MóDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DE COMUNICAçãO, concebida para ser aplicada a um equipamento eletromecânico (1), provido de uma abertura (3) para acoplamento do módulo (2), o qual carrega em seu interior placa eletrónica (11) com circuito definidor dos protocolos de comunicação.

Description

"MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO".

Refere-se a presente patente de invenção a um módulo interfacede protocolo de comunicação que, sem a utilização de uma porta de comunicação"gateway", permite um enlace intercambiável entre duas redes de comunicaçãoindustrial.

Como é de conhecimento dos técnicos no assunto, já sãoencontrados no mercado relês de proteção industrial com uma rede de comunicaçãoindustrial, onde alguns modelos possibilitam a utilização de mais de um protocolo decomunicação, por meio de uma porta de comunicação entre duas redes decomunicação industrial "gateway".

A implementação de redes de comunicação industrial em relêspara a proteção de motores é uma exigência em novas plantas, devido anecessidade de integração e controle do processo, de modo a permitir que asinformações geradas possam ser visualizadas através de um software supervisório.

Atualmente, os relês de proteção utilizam um único protocolo decomunicação integrado ao hardware do produto, não tendo nenhuma flexibilidadepara a troca de protocolo, caso seja necessário. Outros utilizam portas decomunicação .entre duas redes ou "gateways" para fazer a tradução do protocolopara um protocolo comum. Entretanto esta solução tem taxas de transferência dedados inferiores ao protocolo original. Além disso, esta solução apresentainconvenientes que causam um maior volume, uma menor velocidade e menosflexibilidade no equipamento, quando comparado com o protocolo original.

É sabido que a maioria das redes de comunicação são baseadasno modelo (OSI) "Open System Interconnection", que é um modelo de referênciapublicado pela International Organization for Standardization (ISO) em 1984, defineuma arquitetura em sete camadas para a interconexão de sistemas computacionaisheterogêneos. Esse modelo serve como base para a maioria dos protocolos decomunicação de rede, e divide o processo de comunicação em tarefas melhorgerenciáveis.

Assim, uma tarefa ou um conjunto de tarefas é destinado a cadauma das sete camadas, que atuam de forma completamente independentes umasdas outras. Isso possibilita que soluções oferecidas por uma camada sejamatualizadas sem afetar as demais camadas.

O modelo original OSI especifica as camadas, conforme croquiabaixo:

<table>table see original document page 3</column></row><table>

Camada de Aplicação: Define uma interface para processos deusuário de comunicação e transferência de dados na rede;

Camada de Apresentação: Responsável por especificar umaarquitetura que mascare os diferentes formatos de dados entre sistemasheterogêneos, permitindo que aplicações atuem de forma transparente a essesformatos;

Camada de Sessão: Gerencia as sessões e os diálogos deusuários, além de controlar o estabelecimento e o término de canais lógicos decomunicação;

Camada de Transporte: Gerencia a entrega de mensagens ponto-a-ponto na rede. Provê entregas orientadas a conexão, onde um canal lógico édefinido para o fluxo de dados, atuando de forma confiável e seqüencial; e deserviços não orientados a conexão, onde cada pacote de dados é entregue de formaindependente dos demais sem confirmação de entrega;

Camada de Rede: Determina como os dados são transferidosentre dispositivos de rede e efetua o roteamento de pacotes de acordo com oendereço de dispositivo único na rede;

Camada de Enlace de Dados: Define os procedimentos paraoperar canais de comunicação, manipulação de frames (pacotes), detecção ecorreção de erros de transmissão de dados;

Camada Física: Define características ópticas, elétricas emecânicas dos sinais que representam os dados que trafegam através da rede.

Além disso, é responsável pela interface entre o sistema e o canal de comunicação.

Embora este modelo tenha características de grandemodularidade, com divisões de tarefas bem definidas, o Modelo de Referência OSI éconsiderado atualmente como uma arquitetura muito complexa de difícilimplementação.Os níveis hierárquicos de controle em ambientes industriaisexigem redes de comunicação com diferentes graus de determinismo, dependendode seus requisitos. Nesse caso, o determinismo é, na maioria das vezes, afetadopela complexidade de protocolos envolvidos no processo de comunicação. Asmensagens que trafegam em redes no nível de controle e de planta, por não teremum grau tão alto de determinismo, permitem a utilização de uma arquitetura decamadas semelhante ao modelo OSI.

Redes de campo, como simples redes de computadores, devemter uma arquitetura similar, mas os requisitos básicos nesse tipo de redeimpossibilitam o uso de uma arquitetura completa com sete camadas, devido aesses fatores:

- A transmissão de estados de sensores e atuadores através deredes de alto nível é indesejado devido aos longos tempos de acesso nessas redes.Em vista disso, a Camada de Rede torna-se desnecessária;

- A Camada de Transporte pode ser omitida, uma vez que não hásuporte a endereçamento "broadcast" e "multicast" nesta camada;

- A Camada de Sessão, que é muito próxima a camada detransporte, não é interessante no contexto de redes de campo.

Assim, a rede de campo apresenta a seguinte arquitetura:

<table>table see original document page 4</column></row><table>

Camada de Aplicação: Que dispõe de serviços de alto nível,disponibilizados para as tarefas de usuário. Além disso, contém outros elementos:um serviço que inclui primitivas de sincronização e outro responsável pelogerenciamento da rede, responsável pela configuração, controle e monitoração dosrecursos de comunicação;

Camada de Enlace: Responsável pelo encapsulamento de dadosem frames pelos critérios de controle de acesso ao meio físico. A Camada de Enlaceimplementa a camada de acesso ao meio (MAC) e define diferentes algoritmos deescalonamento de tempo real para o determinismo da rede;

Camada Física: Define a interface física entre a estação e o canalde comunicação.

O documento norte americano US2008/0168196,"Communications module interface", trata de um módulo de interface elétrico paraligar operacionalmente o módulo de comunicação de um dispositivo elétrico, onde omódulo de comunicação elétrico permite a comunicação de dados entre o módulo equalquer dispositivo elétrico seja serial ou paralelo. Esse módulo de comunicaçãoinclui: um ou mais conectores elétricos dispostos na interface elétrica, uma unidadede controle ligada a pelo menos um dos um ou mais conectores elétricos, onde aunidade de controle está adaptada para determinar o valor de um ou mais sinaisaplicado sobre a, pelo menos, um por um ou mais conectores elétricos e que permitea comunicação de dados serial ou paralela através da interface elétrica dependendodo valor de um ou mais sinais.

O módulo de comunicação pode utilizar pelo menos um, ou ainda,um ou mais conectores elétricos exclusivamente para a prestação de um ou maissinais para a unidade de controle.

As comunicações podem incluir um módulo de unidade decontrole que está adaptado para determinar o valor de um ou mais sinais digitais deuma lógica estática ou um baixo nível estático lógico alto nível sobre a, pelo menos,desde um ou mais conectores elétricos.

As comunicações podem incluir um módulo de unidade decontrole que está ligada a dois ou mais conectores elétricos dispostos na interfaceelétrica, e adaptado para determinar os valores dos sinais aplicados sobre dois oumais conectores elétricos e para variar a taxa de bits de uma série de comunicaçãoativada através da interface, em função do valor dos sinais.

As comunicações podem incluir um módulo de porta dupla para aRAM o que é ligada à interface elétrica para fornecer a transferência de dados emparalelo através da interface elétrica.

As comunicações podem incluir um módulo de circuitos de redepara fornecer transferência de dados a partir de porta dupla para a RAM em umarede.

Apesar de apresentar o conceito inventivo de modularidade daconexão protocolar, suas características construtivas não garantem a totalversatilidade do módulo.

É um dos objetivos da presente invenção, prover um módulointerface de protocolo de comunicação que através de uma abertura na unidade decontrole possibilite a troca de um acessório com um circuito eletrônico para amudança do protocolo de comunicação e da camada de enlace e física de uma redede comunicação industrial sem a utilização de uma porta de comunicação entre duasredes de comunicação industrial "gateway".

Referido módulo interface de protocolo de comunicação, objeto dapresente invenção será a seguir descrito com referência aos desenhos anexos, nosquais:

A Figura 1 representa uma vista em perspectiva lateral de umequipamento eletromecânico incorporando o módulo interface de protocolo decomunicação;

A Figura 2 representa uma vista em perspectiva superior domesmo equipamento eletromecânico ilustrado na figura anterior, apresentando omódulo interface de protocolo de comunicação desacoplado da abertura ou nicho deencaixe provido no corpo do referido equipamento;

A Figura 3 representa uma vista em perspectiva inferior domesmo equipamento eletromecânico das figuras anteriores, apresentando o módulointerface de protocolo de comunicação desacoplado da abertura ou nicho de encaixeprovido no corpo do referido equipamento;

A Figura 4 representa uma vista em perspectiva posterior domesmo equipamento eletromecânico das figuras anteriores, estando esteparcialmente desmontado para visualização de sua parte interna onde se encontra omódulo interface de protocolo de comunicação acoplado;e

A Figura 5 representa um fluxograma esquemático do métodopara identificação do protocolo de comunicação.

De acordo com essas ilustrações, referido módulo interface deprotocolo de comunicação, objeto da presente invenção, é concebida para seraplicada a um equipamento eletromecânico provido de uma abertura (nicho) paraacoplamento do módulo na forma construtiva de uma gaveta, a qual carrega em seuinterior placa eletrônica com circuito definidor dos protocolos de comunicação,podendo estes serem do tipo Devicenet, Profibus, Modbus ou quaisquer outrosprotocolos de comunicação.Mais particularmente, o módulo interface de protocolo decomunicação é compreendido por uma peça substancialmente paralelepipedal semuma de suas paredes longitudinais, definindo a forma estilizada de uma gaveta (2),vide figura 2 a qual é destinada ao encaixe justo, axial e conectivo com umacorrespondente abertura (3) provida em um dos pontos do equipamentoeletromecânico (1), no exemplo ilustrado um relê.

No interior da abertura (3), de formato quadrangular, compatívelcom o contorno externo do módulo (2) é definido um rebaixo (4) que serve como umguia para acoplamento e deslize do módulo (2), o qual é alinhado longitudinal edinamicamente no interior dessa abertura (3) por meio de ressaltos longitudinais (6)que estendem-se por toda lateral do módulo (2) e deslizam junto ao respectivorebaixo (4), vide figuras 2 e 3.

Como pode ser visto na figura 2, o módulo (gaveta) (2) incorporajunto e interno a suas paredes laterais, correspondentes nervuras verticais (5) queservem de trava de retenção da placa de circuito eletrônico (11), no qual estádefinido o protocolo de comunicação. A figura 3 ilustra uma vista do módulo (gaveta)(2) pela sua parede de fundo, na qual pode ser vista uma abertura (7) de acessopara chaves de comutação (não ilustradas), que inseridas na placa eletrônica (nãoilustrada) permite a indicação do ponto terminal da rede (necessário somente para arede Modbus).

Nessa parede de fundo do módulo (2) são providas aletas (8)para dissipação de calor.

O módulo (2) é provido ainda de um par de ressaltos paralelos(12), definindo um vão de encaixe (10), vide figura 3, no qual é encaixado umressalto retangular (13) provido no interior da abertura (9), garantindo assim aretenção da gaveta (módulo) (2) no equipamento (1).

Quem determina qual protocolo de comunicação será utilizado é opróprio usuário durante a compra do equipamento.

Com essa configuração construtiva proporcionada ao módulointerface tem-se a possibilidade de através de uma abertura (3) na carcaça daunidade de controle (1) inserir uma gaveta (2) com um circuito eletrônico (11), paramudança das camadas de enlace e física de um equipamento eletromecânico,sendo possível a troca do tipo de protocolo de comunicação utilizado, permitindomaior flexibilidade de escolha da rede de comunicação a ser utilizada, sem anecessidade de utilização de uma porta de comunicação entre duas redes decomunicação industrial "gateway".

De maneira preferencial, a presente invenção contempla aindaum método para identificação do protocolo de comunicação, conforme figura 5.

A identificação do protocolo de comunicação ocorre após ainserção ou acoplamento do módulo (2) e na inicialização da Unidade Central deprocessamento (CPU), onde um software embarcado no circuito do equipamentoeletromecânico (1) interpreta sinais originados do módulo (2) de modo a identificarqual é o respectivo protocolo de comunicação com número pré-determinado; ditonúmero é armazenado em um parâmetro do sistema; em seguida o softwareembarcado compara os números (0, 1, 2, 3, ou outros) com valores préestabelecidos e tabulados, onde permite a identificação de qual módulo decomunicação está presente no sistema, configurando assim o equipamentoeletromecânico (1) para o respectivo protocolo de comunicação e posteriorinicialização da comunicação entre equipamento eletromecânico e protocolo decomunicação definido.

Claims

1.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", caracterizado pelo fato de ser concebido para ser aplicado a umequipamento eletromecânico (1), provido de uma abertura (3) para acoplamento domódulo (2), o qual carrega em seu interior placa eletrônica (11) com circuito definidordos protocolos de comunicação.

2.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato domódulo (2) poder ser do tipo Devicenet, Profibus, Modbus ou quaisquer outrosprotocolos de comunicação.

3.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato deser compreendido por uma peça substancialmente paralelepipedal sem uma de suasparedes longitudinais, definindo a forma estilizada de uma gaveta (2), a qual édestinada ao encaixe justo, axial e conectivo com uma correspondente abertura (3)provida em uma das faces do equipamento eletromecânico (1).

4.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 3, caracterizado pelofato de no interior da abertura (3), de formato quadrangular, compatível com ocontorno externo do módulo ou gaveta (2) ser definido um rebaixo guia (4) deacoplamento e deslize do módulo ou gaveta (2), o qual é alinhado longitudinal edinamicamente no interior da abertura (3) por meio de ressaltos longitudinais (6) queestendem-se por toda lateral do módulo ou gaveta (2) e deslizam junto ao respectivorebaixo (4).

5.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4, caracterizadopelo fato do módulo ou gaveta (2) incorporar junto e interno a suas paredes laterais,correspondentes nervuras verticais (5) de forma a permitir o travamento e retençãoda placa de circuito eletrônico (11), no qual está definido o protocolo decomunicação.

6.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5,caracterizado pelo fato do módulo ou gaveta (2) prover em sua parede de fundo umaabertura (7) de acesso a chaves de comutação, que inseridas na placa eletrônica(11) permite a indicação do ponto terminal da rede; sendo ainda provida nessaparede de fundo do módulo ou gaveta (2) uma pluralidade de aletas (8).

7.- "MÓDULO INTERFACE DE PROTOCOLO DECOMUNICAÇÃO", de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6,caracterizado pelo fato do módulo ou gaveta (2) prover ainda um par ressaltosparalelos (12), definindo um vão de encaixe (10), no qual é encaixado um ressaltoretangular (13) provido no interior da abertura (9).