Se você gerencia ou mantém um sistema de controle baseado em Allen{0}}Bradley, provavelmente já se deparou com essa situação. Um módulo PLC é descontinuado ou o preço do fornecedor original triplica repentinamente e você começa a procurar um módulo substituto ou compatível. As especificações parecem corretas, o conector físico corresponde e o preço é razoável. Mas antes de fazer o pedido, uma pergunta tende a ser ignorada: esse módulo realmente fala o mesmo protocolo, da mesma forma, daquele que está substituindo?
Essa é a parte da comunicação de Allen{0}}Bradley que raramente é explicada com clareza. A maioria dos guias explica o que são EtherNet/IP, DeviceNet ou ControlNet em termos gerais, mas poucos conectam esse conhecimento às decisões práticas que os engenheiros enfrentam ao adquirir peças. Neste artigo, abordaremos os principais protocolos de comunicação Allen{3}}Bradley PLC, onde cada um se encaixa em um sistema real e, tão importante quanto, o que verificar antes de comprar um módulo substituto ou compatível para não ter problemas de comunicação após a instalação.
O que é um protocolo de comunicação PLC e por que é importante
Definição em linguagem simples
Um protocolo de comunicação é simplesmente o conjunto acordado de regras que permite que dois dispositivos troquem dados corretamente. Pense nisso da mesma forma que você pensaria em uma linguagem compartilhada: se um CLP e uma IHM usam o mesmo protocolo, eles entendem as mensagens um do outro. Caso contrário, a conexão poderá parecer boa fisicamente, embora nenhum dado utilizável realmente passe entre eles.
Por que a escolha do protocolo afeta o tempo de atividade do sistema e o custo de manutenção
As incompatibilidades de protocolo são uma das causas mais comuns e mais evitáveis de tempo de inatividade. Um sistema de controle construído em torno do protocolo errado para sua escala terá dificuldades para se expandir posteriormente, e misturar equipamentos novos e antigos sem verificar a compatibilidade do protocolo geralmente leva a falhas intermitentes que são difíceis de diagnosticar porque a fiação e a alimentação parecem corretas. Os custos de manutenção também são afetados. A solução de um problema-no nível do protocolo geralmente leva mais tempo do que corrigir uma falha na fiação, já que os sintomas raramente apontam diretamente para a causa. Compreender qual protocolo seu sistema depende e o que esse protocolo exige de qualquer dispositivo conectado a ele é o primeiro passo para evitar esses problemas.
Com essa base estabelecida, vejamos os protocolos que você provavelmente encontrará em um ambiente Allen-Bradley, começando com aquele que domina as novas instalações atualmente.
Protocolos baseados em Ethernet moderna-
Ethernet/IP
EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) é o protocolo de comunicação no qual a maioria dos novos sistemas Allen{0}}Bradley são construídos. Ele funciona em hardware Ethernet padrão e usa o Common Industrial Protocol (CIP) na camada de aplicação, que é a mesma base de protocolo compartilhada com DeviceNet e ControlNet. Essa base compartilhada é um dos motivos pelos quais a EtherNet/IP se integra tão facilmente em uma arquitetura da Rockwell Automation.
Algumas coisas tornam o EtherNet/IP a escolha padrão para novas construções. Ele usa switches e cabeamento Ethernet comuns, para que os custos de hardware permaneçam baixos e os departamentos de TI possam dar suporte à rede com ferramentas que já conhecem. Ele é bem dimensionado, já que uma rede Ethernet comutada não compartilha largura de banda entre todos os dispositivos como fazem os protocolos-baseados em barramento mais antigos. E como a EtherNet/IP é amplamente adotada, sensores, unidades e gateways-de terceiros quase sempre oferecem suporte imediato, o que torna a integração de vários-fornecedores muito menos penosa do que costumava ser.
Se o seu sistema precisar compartilhar dados com um MES, um historiador ou um painel de nuvem, o EtherNet/IP é quase uma opção padrão, pois pode ficar na mesma rede física que sua infraestrutura de TI sem uma camada de gateway separada.
Quais modelos AB suportam:A maioria dos controladores Allen-Bradley da{0}geração atual, incluindo as plataformas ControlLogix e CompactLogix, incluem EtherNet/IP como porta de comunicação integrada-padrão. Alguns modelos de controladores mais antigos ou mais especializados podem exigir um módulo de comunicação-complementar para alcançar uma rede EtherNet/IP em vez de suportá-la nativamente, portanto, vale a pena confirmar o modelo específico e a revisão do firmware em vez de assumir o suporte para toda uma família de produtos. Se você estiver adquirindo um controlador ou módulo de comunicação e quiser confirmar o que um número de peça específico suporta, nossoAllen-Bradley PLCeMódulo CLP Allen-Bradleyas páginas listam o estoque atual com detalhes do protocolo, ou você pode nos enviar o número do modelo diretamente.
Referência rápida de EtherNet/IP
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Parâmetro |
Valor típico |
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Mídia física |
Ethernet padrão (cobre ou fibra) |
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Velocidade |
10/100 Mbps comum, gigabit suportado em hardware mais recente |
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Topologia |
Estrela, redes trocadas. |
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Uso típico |
Novas instalações, integração TI/OT, controle de movimento e E/S |
A comunicação moderna-baseada em Ethernet cobre a maioria das novas instalações, mas uma grande parte dos sistemas Allen{1}}Bradley instalados ainda dependem de protocolos anteriores ao EtherNet/IP. Eles ainda estão em serviço, então vale a pena entendê-los também.
Protocolos baseados em barramento legado-
DeviceNet
O DeviceNet conecta dispositivos de campo simples, como sensores, botões e partidas de motor, de volta a um CLP por meio de um barramento compartilhado, em vez de conectar cada dispositivo individualmente. Ele funciona com tecnologia Controller Area Network (CAN) e normalmente opera em velocidades de até 500 kbps, dependendo do comprimento do cabo. Uma vantagem prática é que o DeviceNet transporta energia e sinal no mesmo cabo, o que reduz o custo de instalação para um grande número de dispositivos simples. Você verá isso com mais frequência em aplicações discretas-sensíveis ao custo, como linhas de embalagem ou equipamentos de alimentos e bebidas, onde uma grande contagem de sensores é mais importante do que o rendimento bruto.
ControlNet
O ControlNet foi criado para uma prioridade diferente: controle determinístico e de{0}tempo crítico, em vez de fiação de campo de baixo-custo. Ele usa um esquema de divisão de tempo-para garantir largura de banda para tráfego programado, o que o torna adequado para aplicações como controle de movimento de vários-eixos, onde o tempo de mensagem precisa ser previsível em vez de apenas rápido. Onde DeviceNet é escolhido porque você precisa conectar muitos dispositivos simples de maneira barata, ControlNet é escolhido porque o aplicativo não pode tolerar latência variável de mensagens. Se o seu sistema envolve movimento coordenado ou controle de processo com requisitos de temporização rígidos, o ControlNet continua sendo uma opção mais apropriada do que o DeviceNet, embora ambos compartilhem a mesma base CIP que o EtherNet/IP.
Por que esses protocolos ainda estão em uso e o que observar
Atualmente, novas instalações raramente começam com DeviceNet ou ControlNet, mas muitos equipamentos construídos com base neles ainda funcionam de maneira confiável em campo. Substituir uma rede inteira para migrar para EtherNet/IP é caro e, em muitos casos, o risco e o custo do tempo de inatividade não planejado durante uma migração superam o benefício da atualização de equipamentos que já funcionam. O principal desafio de manutenção dessas redes legadas não é o protocolo em si, mas a aquisição de dispositivos de campo e módulos de comunicação compatíveis, à medida que as peças originais se tornam mais difíceis de encontrar. Quando um componente DeviceNet ou ControlNet precisa ser substituído, vale a pena confirmar cuidadosamente a versão do protocolo e a capacidade do nó, uma vez que redes mais antigas perdoam menos pequenas incompatibilidades do que uma rede Ethernet comutada moderna.
Além desses protocolos{0}}baseados em barramento, os sistemas Allen{1}}Bradley também contam com uma geração mais antiga de padrões de rede seriais e proprietários que vale a pena entender, especialmente se você mantém equipamentos anteriores ao DeviceNet.
Protocolos seriais e de rodovia de dados
DH+/DH485
Data Highway Plus (DH+) e DH485 são os primeiros protocolos de rede proprietários da Allen-Bradley, originalmente desenvolvidos para conectar PLCs e terminais de programação antes que as opções baseadas em Ethernet-existissem. O DH+ opera em velocidades de até aproximadamente 230 kbps e suporta até 64 nós, usando um esquema-de passagem de token para controlar o acesso à rede. O DH485 é um protocolo relacionado, mas distinto, projetado para aplicações de chão de fábrica de menor alcance, com menos nós compatíveis e menor capacidade. Nenhum dos dois é usado hoje em projetos de novos sistemas, mas ambos ainda são encontrados executando terminais de programação, interfaces de operação mais antigas e controladores PLC-5 ou SLC-500 legados em áreas de produção que não foram totalmente atualizadas.
RS-232/RS-485
RS-232 e RS{7}}485 não são protocolos por si só. Eles são padrões de camada física que definem como os sinais trafegam por um cabo, e protocolos como Modbus RTU ou DF1 normalmente são executados sobre eles. O RS{10}}232 oferece suporte a uma conexão ponto a ponto simples em distâncias curtas, comumente usada para programação de cabos e links IHM básicos. O RS-485 suporta vários dispositivos em um barramento compartilhado em distâncias muito maiores, e é por isso que continua sendo comum conectar IHMs simples ou instrumentos de terceiros a equipamentos AB mais antigos. Reconhecer essa distinção é importante porque um dispositivo descrito como "compatível com RS-485" informa sobre a fiação, não necessariamente se ele pode realmente se comunicar usando o protocolo específico que seu CLP espera.
Quando o hardware original não estiver mais disponível
Os equipamentos que funcionam com DH+, DH485 ou links seriais básicos geralmente têm décadas e nem sempre é possível obter uma peça de reposição original exata. Quando isso acontece, geralmente existem alguns caminhos realistas a seguir: localizar um módulo original usado ou recondicionado, adicionar um gateway de conversão de protocolo para conectar a rede antiga a uma mais nova ou adquirir um módulo de substituição compatível construído para suportar o mesmo protocolo legado. Cada opção tem compensações-em termos de custo, prazo de entrega e capacidade de suporte-de longo prazo, e a escolha entre elas geralmente depende de como o restante do sistema deverá evoluir nos próximos anos.
Essa decisão naturalmente leva a uma questão mais ampla que se aplica a todos esses protocolos: como decidir qual deles é realmente o certo para um determinado sistema, em vez de usar como padrão o que foi usado da última vez?
Escolhendo o protocolo certo para o seu sistema
Velocidade, contagem de nós e ambiente
Três fatores tendem a orientar a maioria das decisões de protocolo. Os requisitos de velocidade vêm em primeiro lugar: se sua aplicação precisar de tempo inferior a{1}}milissegundos, como controle de movimento coordenado, EtherNet/IP com rede-sensível ao tempo ou ControlNet é apropriado, enquanto tarefas simples de monitoramento podem ser executadas confortavelmente em links seriais muito mais lentos. A seguir, a contagem de nós é importante: a arquitetura comutada da EtherNet/IP é bem dimensionada à medida que a contagem de dispositivos aumenta, enquanto protocolos-baseados em barramento, como DeviceNet, compartilham largura de banda em todos os nós conectados, o que se torna um fator limitante em sistemas maiores. O ambiente é o terceiro fator: cabos longos ou áreas com ruído elétrico favorecem protocolos com forte imunidade a ruídos ou suporte de fibra óptica, como ControlNet, sobre Ethernet de cobre padrão ou links seriais básicos.
Misturando protocolos antigos e novos
Muito poucos sistemas reais são executados em um único protocolo de ponta a ponta. É comum ter um backbone EtherNet/IP conectando controladores à rede de TI, com DeviceNet ou links seriais ainda lidando com dispositivos de campo mais antigos no nível da máquina. Os gateways de conversão de protocolo geralmente são os que unem essas redes, mas o gateway em si precisa do mesmo escrutínio que qualquer outro dispositivo: confirme qual versão do protocolo e intervalo de firmware ele suporta em cada lado, pois um gateway que parece lidar com ambos os protocolos ainda pode falhar ao interpretar certos tipos de mensagens corretamente se seu firmware estiver desatualizado. Testar um gateway ou ponto de transição em condições operacionais reais, em vez de presumir que funcionará porque a folha de dados lista os dois protocolos, vale o tempo extra antes de uma implementação completa.
Escolher o protocolo certo resolve a questão do design de um novo sistema, mas para a maioria dos trabalhos de manutenção e atualização, a questão mais difícil vem depois: quando você realmente precisa substituir ou adicionar um módulo específico, como garantir que ele se comunicará corretamente com tudo já instalado?
Compatibilidade do protocolo de comunicação ao adquirir módulos de substituição
Por que as especificações do protocolo são ignoradas
Quando os engenheiros avaliam um módulo substituto ou compatível, a atenção naturalmente se volta para as coisas que são fáceis de comparar: o número da peça corresponde, o conector se encaixa e o preço é razoável? A compatibilidade do protocolo geralmente é assumida em vez de verificada, especialmente quando um módulo parece fisicamente idêntico ao original. Na prática, dois módulos podem compartilhar o mesmo conector e formato, ao mesmo tempo que suportam diferentes versões de protocolo ou intervalos de firmware, e essa diferença não aparecerá até que o dispositivo seja instalado e falhe na comunicação confiável ou se comunique de forma intermitente de uma forma que é muito mais difícil de diagnosticar do que uma falha completa.
O que verificar antes de comprar um módulo substituto ou compatível
Antes de fazer o pedido, vale a pena confirmar o seguinte em relação ao seu sistema existente:
- Versão do protocolo e faixa de firmware.Confirme se o módulo de substituição suporta a mesma versão de protocolo e intervalo de revisão de firmware do dispositivo que está substituindo, e não apenas o mesmo nome de protocolo.
- Velocidade de comunicação.Verifique se a taxa de transmissão ou taxa de dados suportada corresponde à configuração do restante da sua rede, pois uma incompatibilidade aqui pode impedir uma conexão mesmo quando o protocolo em si está correto.
- Capacidade de nó ou endereço.Para redes-baseadas em barramento, como DeviceNet ou ControlNet, verifique se a substituição suporta endereços de nó suficientes para o tamanho atual da sua rede, especialmente se o sistema tiver crescido desde que foi instalado pela primeira vez.
- Tipo de interface física.Confirme se o conector e o padrão de cabeamento correspondem exatamente, pois alguns módulos que suportam o mesmo protocolo ainda usam conectores físicos diferentes dependendo da geração do modelo.
- Necessidade de um módulo de conversão.Se a substituição não suportar nativamente o protocolo usado pelo seu sistema, determine se um gateway adicional ou módulo de conversão será necessário e leve isso em consideração no custo e no tempo de instalação.
Se você não tiver certeza de como uma peça de reposição específica se compara a esses pontos, nossa equipe técnica pode ajudar a confirmar as especificações do protocolo em relação à sua configuração existente antes de fazer o pedido através de nossopágina de consulta.
O que acontece quando a compatibilidade não é verificada
Alguns padrões surgem repetidamente quando a compatibilidade do protocolo é perdida. Um módulo de substituição com uma revisão de firmware inferior à exigida pelo dispositivo original pode produzir interrupções intermitentes de comunicação em vez de uma falha limpa, o que torna a falha mais difícil de rastrear porque a conexão parece funcionar parte do tempo. Um módulo que suporta o protocolo correto, mas com uma velocidade de comunicação padrão diferente, pode não conseguir estabelecer uma conexão até que a configuração de velocidade seja corrigida manualmente, algo que é fácil de ignorar se o módulo anterior for-negociado automaticamente. E em redes de barramento com capacidade fixa de nós, adicionar um dispositivo substituto sem verificar o espaço de endereço restante pode causar conflitos com dispositivos existentes, em vez de simplesmente falhar na conexão. Nenhuma dessas situações é difícil de evitar, mas elas consomem muito mais tempo-para diagnosticar após a instalação do que para verificar antecipadamente.
Se você estiver avaliando um módulo substituto ou compatível para um modelo Allen{0}}Bradley específico, nossa equipe poderá ajudar a confirmar a compatibilidade do protocolo com seu sistema existente antes de você confirmar um pedido. Você pode entrar em contato conosco através do nossopágina de contatocom os detalhes do modelo.
Dicas comuns para solução de problemas de comunicação
Tipos de falhas comuns
A maioria dos problemas de comunicação de Allen{0}}Bradley se enquadram em algumas categorias reconhecíveis. Os tempos limite ocorrem quando um dispositivo não responde dentro da janela esperada, geralmente apontando para um dispositivo com falha, um cabo quebrado ou uma rede sobrecarregada. Erros de soma de verificação ou CRC indicam corrupção de dados durante a transmissão, geralmente causada por ruído elétrico ou cabo danificado, e não por um problema de configuração. Os conflitos de endereço acontecem quando dois dispositivos na mesma rede recebem o mesmo endereço de nó, o que também pode ocorrer depois que um módulo de substituição-de protocolo incompatível não consegue ser registrado corretamente. Vale a pena notar: uma incompatibilidade de versão de firmware ou protocolo em um dispositivo de substituição pode produzir sintomas que parecem idênticos a um tempo limite ou falha intermitente, o que é mais um motivo para descartar problemas de compatibilidade o mais cedo possível, e não o último.
Etapas básicas de solução de problemas
Antes de diagnósticos mais profundos, comece com o básico: verifique as conexões físicas e a condição dos cabos, confirme se o endereçamento do dispositivo não entrou em conflito com outro nó e verifique se as configurações de velocidade de comunicação correspondem em toda a rede. Ferramentas padrão, como o RSLinx da Rockwell, para navegação e teste de comunicação, ou um analisador de rede geral para tráfego-baseado em Ethernet, podem ajudar a identificar onde o problema está na rede. Se essas verificações básicas não resolverem o problema, a próxima etapa geralmente envolve a confirmação do modelo do dispositivo e dos detalhes do firmware com base na documentação do fabricante dessa peça específica.
Perguntas frequentes
Qual é o protocolo de comunicação mais comum usado nos PLCs Allen{0}}Bradley atualmente?
EtherNet/IP e DeviceNet podem ser usados no mesmo sistema?
Qual protocolo de comunicação o ControlLogix usa por padrão?
Como posso saber qual protocolo meu Allen{0}}Bradley PLC existente suporta?
O que devo verificar antes de comprar um módulo PLC substituto ou compatível?
Módulos-compatíveis ou de terceiros podem se comunicar de maneira confiável com hardware Allen-Bradley original?
Considerações Finais
Nenhum dos protocolos abordados aqui é particularmente complicado por si só. EtherNet/IP, DeviceNet, ControlNet e os padrões DH+ e seriais mais antigos resolvem, cada um, um problema bastante específico e, depois que você sabe para que cada um foi projetado, escolher entre eles para um novo sistema geralmente é simples. Onde as coisas realmente dão errado é mais adiante, quando um módulo específico precisa ser substituído e os detalhes do protocolo são assumidos em vez de verificados.
Se o seu sistema executa hardware Mitsubishi junto com equipamento Allen{0}}Bradley, nossa análise anterior deProtocolos de comunicação PLC Mitsubishiabrange CC-Link, o protocolo MC e Modbus no mesmo formato prático.
Se você está atualmente adquirindo um módulo substituto ou compatível e deseja confirmar se ele se comunicará corretamente com sua configuração existente, nossa equipe pode verificar os detalhes do protocolo e do firmware em relação ao seu modelo específico antes de fazer o pedido. Você pode nos enviar os detalhes através do nossopágina de contato.
