Conhecendo os meios físicos Ethernet e Serial

Conhecendo os meios físicos Ethernet e Serial

13 Mai 2021

    Como já explicamos aqui no Blog I&A, os protocolos de comunicação realizam o transporte de dados e informações entre dispositivos e são utilizados em diversas áreas tecnológicas. Eles estabelecem regras para o funcionamento adequado e correto das máquinas. Para que estes protocolos operem, eles precisam de um meio físico onde trafegar, um sistema para levar e trazer as informações de um local a outro. 

    Hoje, vamos falar sobre os dois meios físicos mais utilizados para comunicação entre sistemas e dispositivos na indústria: os padrões Serial e Ethernet.

Como funciona o padrão Serial

    O modelo Serial conecta sensores, CLPs e supervisórios, além de outros dispositivos e recursos. Nele, as informações são enviadas e recebidas “bit a bit”, ou seja, um bit de cada vez. O padrão atua de maneira assíncronatransmitindo dados em uma linha, enquanto recebe-os em outra

    As comunicações do tipo Serial podem ser encontradas em três formatos: RS-232, RS-422 e RS-485.

  • RS-232 – Limitado a conexões ponto-a-ponto entre dispositivos, o RS-232 pode ser utilizado em redes curtas de até 15 metros de distância.
  • RS-422 – O padrão utiliza um sinal elétrico diferencial com duas linhas para cada sinal recebido ou transmitido. Isto resulta em uma imunidade maior a ruídos e a capacidade de ser empregado em redes com maiores distâncias.
  • RS-485 – Versão mais recente do modelo, o padrão RS-485 possui imunidade a ruídos, capacidade multiponto e permite criar redes de dispositivos conectados a uma única porta. É o mais usado em aplicações industriais e pode ser utilizado em conexões de até 1000 metros de distância.

    No entanto, assim como muitas tecnologias que foram importantes no cenário industrial até a década de 1990, as características dos dispositivos tornaram-se limitadas com a evolução e o avanço tecnológicos.

    Houve a necessidade de criar um meio de comunicação mais flexível, com maior alcance, que suprisse a necessidade da indústria de criar sistemas integrados com um fluxo de informações que fosse desde o chão-de-fábrica até os sistemas corporativos de forma fácil e sem problemas de integração. Surge, então, a rede Ethernet, que se consolida como o padrão de comunicação ideal para o segmento da automação.

A versatilidade da comunicação Ethernet

    A  pesar de originalmente não ter sido projetada para o uso na automação industrial, a Ethernet foi aprimorada para atender aos requisitos de comunicação da indústria. Criada por engenheiros da Xerox PARC em 1970, o padrão foi desenvolvido com o objetivo de propiciar uma interligação estável entre os computadores da empresa. A aplicação do novo modelo solucionou problemas de integração das arquiteturas Serial existentes.

    O padrão utiliza somente duas das sete camadas do Modelo OSI: física e de enlace de dados. Enquanto no modelo Serial os dados são enviados e recebidos por cabos diferentes, no modelo Ethernet é possível que várias ações, com propósitos completamente diferentes, sejam aplicadas simultaneamente e coexistam no mesmo cabo, compartilhando dados entre si sem perdas de funcionalidade ou de desempenho. Sua velocidade, no início, era de 10 Mbps, mas, com a consolidação do modelo GigaBit Ethernet, a agilidade das redes aumentou exponencialmente.

No post O que é a Ethernet Industrial e qual sua importância para a Indústria 4.0? falamos sobre como este padrão de meio físico é utilizado na comunicação entre os mais variados sistemas e dispositivos inteligentes da indústria.

Vantagens e desvantagens dos padrões Serial e Ethernet

A utilização de um modelo ou outro varia muito de acordo com a infraestrutura disponível e com as demandas específicas das máquinas e processos que fazem parte do parque industrial. Para lhe demonstrar as diferenças entre os padrões, montamos um quadro de vantagens e desvantagens para que você possa escolher o meio físico que melhor se adequa às necessidades do seu negócio.

Vantagens do modelo Serial

  • Instalação simplificada – os equipamentos são interligados por três cabos de modo paralelo, um após o outro (topologia de rede Daisy-Chain).
  • São mais baratos em relação aos que utilizam a tecnologia Ethernet (apesar de haver uma tendência de inversão nos próximos anos). Também é importante para poder se conectar com sistemas antigos já existentes.
  • Fácil comissionamento e menor infraestrutura de rede necessária.

Desvantagens da tecnologia Serial

  • Não é possível utilizar dois ou mais protocolos de comunicação simultaneamente;
  • Baixa velocidade de transmissão de dados (já que é possível utilizar velocidades de até 115 Kbps, sempre atentando à distância máxima entre dispositivos para evitar problemas na rede)
  • Número limitado de dispositivos por rede;
  • Distância de rede limitada em aproximadamente 1000 metros, com a necessidade de utilização de repetidores, de acordo com o número de dispositivos.

Vantagens do modelo Ethernet

  • Velocidade de transmissão de dados de até 10 Gbps.
  • Número de dispositivos praticamente ilimitado.
  • Possibilidade de operação de múltiplos protocolos no mesmo meio físico.
  • Acesso a todas as configurações do equipamento remotamente.
  • Disponibilização de mais e melhores ferramentas para gerenciamento da rede.

Desvantagens da tecnologia Ethernet

  • Valor de investimento com periféricos como Switch, Hubs e etc.
  • Necessita de conhecimentos específicos sobre cada periférico.

Novos padrões de comunicação para ambientes IoT

Com o rápido avançar da Indústria 4.0, outros meios físicos têm sido aplicados na conexão entre dispositivos de máquinas e processos industriais. Atualmente, conexões do tipo WiFi, 3G/4G, GPRS, Bluetooth, entre outras, já fazem parte da realidade de muitas fábricas e linhas de produção, entregando inteligência, mobilidade e velocidade para comunicação de recursos IoT.

Entretanto, devido à sua confiabilidade, familiaridade do mercado e todas as demais vantagens citadas anteriormente, tanto o modelo Serial quanto o Ethernet devem permanecer como os padrões de comunicação mais utilizados na indústria por mais alguns anos.

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