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Estratégias para Automatizar Processos na Indústria

Automatizar processos é uma das chaves para melhorar a produtividade, reduzir desperdícios, aumentar a qualidade e tornar qualquer indústria mais flexível e sustentável. Neste artigo, vamos apresentar Estratégias para Automatizar Processos na Indústria, e em processos industriais — desde o planejamento inicial até decisões estratégicas e ferramentas de gestão que podem ser utilizadas.

Seja você estudante, profissional da engenharia ou gestor industrial, este guia vai te ajudar a entender como identificar, planejar e executar melhorias automatizadas em processos produtivos.

Entendendo o Contexto da Automação na Indústria

A automação tem como foco reduzir a intervenção humana nas operações, transferindo tarefas repetitivas, suscetíveis a erro, ou perigosas, para componentes de hardware e software. O objetivo não é apenas produzir mais, mas produzir melhor: com menos falhas, menos desperdício e maior eficiência.

A automação também não se limita à indústria: pode ser aplicada a qualquer processo com sequência de etapas — desde montagem industrial até rotinas administrativas, como contabilidade, coleta, processamento e análise de dados.

Por Onde Começar?

Antes de tudo, é preciso conhecer o processo que se deseja automatizar e fazer um diagnóstico com algumas perguntas:

Quais são as etapas do processo?
Em quais etapas ocorrem falhas, atrasos ou desperdícios?
Quais sensores, atuadores, máquinas, programas e equipamentos estão envolvidos?
Existem relatórios e dados históricos (dados de produção, manutenção e falhas de processo)?

Com esse diagnóstico, é possível mapear oportunidades de melhoria. Pode ser a substituição de um sensor, a troca de um motor problemático, o ajuste fino parâmetros (de um inversor de frequência, um controlador PID), a substituição por componentes de maior precisão e melhor qualidade ou até mudanças físicas no layout da fábrica.

Avaliação e Planejamento Estratégico da Automação

Após mapear as oportunidades, devemos:

Avaliar o custo-benefício de cada melhoria, identificando investimentos, possíveis impactos e retornos;
Verificar disponibilidade tecnológica e de mão de obra qualificada para realização das melhorias e as novas técnicas a serem aplicadas;
Classificar por impacto (em termos de resultados, mas também de investimentos, custos fixos e variáveis, manutenção, etc.), urgência, investimento e viabilidade;
Planejar investimentos ao longo do tempo, alinhados ao planejamento estratégico da empresa.

A automação precisa fazer parte do plano de negócios. Seu retorno é real, mas precisa ser estruturado com base em dados, cronogramas e metas concretas.

Estratégias para Automatizar Processos na Indústria: O Princípio USA

Essa abordagem ajuda a direcionar a automação de processos com base em três etapas:

Entender o processo (Understand)

Compreender as etapas, funcionamento, e obter o máximo de informações e detalhes do processo a ser automatizado.

Diagramas de fluxo do processo;
Mapeamento das entradas e saídas (sensores e atuadores);
Cronoanálise;
Modelagem matemática e simulações;
Consulta aos operadores e profissionais familiarizados com o processo para compreender detalhes práticos e problemas corriqueiros.

Simplificar (Simplify)

Nesta etapa, deve-se buscar formas de simplificar o processo.

Eliminar etapas desnecessárias;
Reduzir movimentações, transportes e manipulações;
Melhorar ferramentas e ajustar máquinas;
Procurar novas tecnologias para execução da mesma etapa.

Automatizar (Automate)

Compreendido o processo e identificadas as possíveis simplificações, pode-se avaliar:

Identificar quais são as atividades repetitivas e previsíveis;
Automatizar estas atividades com braços robóticos, esteiras, sensores ou softwares (como RPA).

Estratégias para Automatizar Processos na Indústria: As 10 Estratégias de Melhoria de Groover

Baseado no livro do autor Mikell Groover [1], são apresentadas 10 estratégias que ajudam a otimizar processos de manufatura:

Especialização das operações: Usar equipamentos dedicados para tarefas específicas, melhorando eficiência e qualidade da tarefa;
Combinação de operações: Fundir etapas do processo para reduzir tempo, espaço e retrabalho;
Paralelismo de operações: Usar máquinas em paralelo para superar gargalos;
Integração de operações: Automatizar o transporte entre estações com esteiras ou sistemas robotizados;
Aumento da flexibilidade: Permitir que a linha produza múltiplos tipos de produtos;
Melhoria no manuseio e transporte: Reorganizar layout e investir em sistemas de movimentação eficientes;
Inspeção online: Usar câmeras e sensores para controle de qualidade em tempo real;
Otimização e controle de processo: Ajuste fino de variáveis, uso de sensores adicionais, simulações, modelos matemáticos e algoritmos de controle modernos;
Controle das operações: Automatizar a coleta e análise de dados para suporte à decisão, bem como o controle de operações, diagnóstico dos componentes e reconhecimento de alarmes usando, por exemplo, sistemas supervisórios (SCADA) e IHM (Interface Homem-Máquina);
Manufatura Integrada por Computador (CIM): Integração de sistemas e softwares CAD, CAM, ERP, SCADA e outros softwares e sistemas de gestão, acelerando a troca de informações e a tomada de decisão.

Estratégias para Automatizar Processos na Indústria: Migração da Automação para Novos Produtos

Automatizar um produto novo exige cautela. O investimento em automação só faz sentido quando a demanda justifica. Por isso, é comum dividir a evolução de um processo produtivo em 3 fases:

Fase 1 – Produção Manual: Estações simples com operadores humanos e baixa automação;
Fase 2 – Produção Semi-Automatizada: Células automatizadas com operadores ainda responsáveis pelo manuseio, ajustes e inspeção;
Fase 3 – Produção Automatizada Integrada: Sistemas com esteiras, robôs, controle de qualidade automático e alta integração com os sistemas de gestão.

Estratégias para Automatizar Processos na Indústria: Classificação de Tarefas

Para priorizar o que automatizar, você pode classificar tarefas com base em diferentes critérios, como complexidade e previsibilidade da tarefa. Pode-se traçar um gráfico para classificar as tarefas. As tarefas repetitivas e simples são as principais candidatas à automação.

Um gráfico de avaliação da previsibilidade e complexidade usada como Estratégia para Automatizar Processos na Indústria — Figura X. Um gráfico de avaliação da previsibilidade e complexidade de tarefas em um processo

A Tabela apresenta alguns exemplos de tarefas, de acordo com seu nível de complexidade e previsibilidade.

Complexidade	Previsibilidade	Exemplo	Automação
Alta	Alta	Análise de imagens, controle de qualidade por imagem	IA, Machine Learning, Smart Cameras
Baixa	Alta	Encaixe e posicionamento de componentes, movimentos simples e repetitivos	Robôs, máquinas-ferramenta, CLPs
Alta	Baixa	Soluções criativas, design e engenharia, melhoria de processo	Não automatizável
Baixa	Baixa	Tarefas raras, eventuais e simples, troca de componente danificado na máquina	Não prioritário

Tabela X. Exemplos de tarefas com diferentes níveis de complexidade e previsibilidade

Automação como Estratégia de Negócio

Automação não deve ser um projeto isolado, mas uma estratégia contínua. Deve estar nos planos da empresa, com metas de médio e longo prazo (5 a 10 anos).

Além disso, a empresa deve considerar:

Investimentos em automação dos processos;
Conformidade com normas (ex: NR-12, ISO). A automação faz parte de projetos de segurança na NR-12 e pode melhor a conformidade a normas de produção, como normatizações da ISO e ABNT;
Análise de retorno (ROI) avaliar o retorno sobre os investimentos em automação a serem realizados;
Sustentabilidade e responsabilidade ambiental avaliar os impactos no uso de recursos (energia, matéria prima, emissão de gases do efeito estufa, etc.).

Ferramentas de Gestão Aplicadas à Automação

A Engenharia de Controle e Automação pode (e deve) usar ferramentas de gestão para apoiar decisões:

SWOT

Forças: pontos fortes do processo atual;
Fraquezas: gargalos ou limitações;
Oportunidades: novas tecnologias, mudanças de mercado;
Ameaças: riscos externos e concorrência.

Relatório A3

Estrutura de diagnóstico e solução de problemas em 8 passos (contexto, objetivos, causas, plano de ação, etc.)

Diagrama de Ishikawa (Espinha de Peixe)

Identificação de causas e efeitos de problemas com base em critérios: métodos, máquinas, pessoas, ambiente, materiais e medições.

Sistema Toyota de Produção (STP)

Filosofia de melhoria contínua (Kaizen), produção enxuta, just-in-time e respeito às pessoas.

Conclusão

Conhecer diferentes Estratégias para Automatizar Processos na Indústria é um caminho necessário à manter a competitividade e a evolução das demandas e dos negócios — mas exige planejamento, conhecimento técnico e visão estratégica. Ao aplicar os princípios, estratégias e ferramentas apresentadas neste artigo, você estará muito mais preparado para tomar decisões inteligentes e sustentáveis no seu ambiente de trabalho.

Se você gostou deste conteúdo, compartilhe com colegas da área, deixe um comentário ou continue explorando nossos materiais sobre engenharia, manufatura e automação industrial.

Este material foi elaborado com base nas aulas de Estratégias para Aplicação da Automação, apresentadas na disciplina de Sistemas de Manufatura. As aulas também estão disponíveis na playlist Sistemas de Manufatura no meu canal do YouTube.

Cheers, Kikee.

Como Funciona o Modbus? Uma Visão Geral do Protocolo

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E aí, galera! Tudo certo? Nesta postagem, vamos fazer uma introdução ao protocolo Modbus. A ideia é apresentar uma visão geral, destacando suas vantagens, explicando a arquitetura cliente-servidor utilizada, os principais tipos de Modbus, a estrutura dos dados e as funções mais comuns. Então fica ligado!

O que é o protocolo Modbus?

O protocolo Modbus foi criado em 1979 pela empresa Modicon, que hoje pertence à Schneider Electric. Na época, o objetivo era permitir que os equipamentos fabricados pela própria empresa pudessem trocar dados entre si.

Hoje, o padrão é mantido e padronizado pela Modbus Organization, que garante a certificação e evolução do protocolo.

Vantagens do Modbus

O protocolo Modbus foi desenvolvido desde o início com foco em aplicações industriais. Ele possui:

Formato de mensagem simples, facilitando a implementação;
Padrão aberto, ou seja, sem custos de licenciamento;
Grande disponibilidade de materiais de apoio, como tutoriais, bibliotecas e exemplos práticos;
Compatibilidade com diversos microcontroladores, como Arduino e outros;
Independência de meio físico, permitindo seu uso sobre diferentes interfaces (RS-232, RS-485, Ethernet, etc.);
Facilidade de configuração, após o entendimento das funções, tipos de dados e estrutura do protocolo.

Arquitetura Cliente-Servidor

Um dos principais conceitos do Modbus é a arquitetura cliente-servidor (anteriormente chamada de mestre-escravo). Qualquer equipamento que deseje trocar dados na rede atua como cliente, sendo o responsável por fazer requisições a um servidor, que é o dispositivo que responde a essas requisições.

Por exemplo, um CLP (Controlador Lógico Programável) pode atuar como cliente, fazendo requisições a um inversor de frequência (servidor). O servidor, então, responde às requisições, confirmando ou não os comandos enviados. Um exemplo de uma rede RS-485 com um cliente (CLP) e vários servidores (Inversores de Frequência) é apresentado na Figura 1.

Figura 1. Exemplo de uma rede RS-485 com um cliente (CLP) e vários servidores (Inversores de Frequência)

Exemplos de clientes e servidores

Clientes: computadores rodando sistemas supervisórios, CLPs enviando comandos, IHMs acessando dados de controladores.
Servidores: inversores, sensores, atuadores, módulos de entrada e saída, entre outros.

O Modbus no Modelo ISO/OSI

O Modbus é considerado um protocolo da camada de aplicação no modelo OSI. Isso significa que ele define as funções e comandos de alto nível usados para a comunicação entre dispositivos.

Abaixo dessa camada, o Modbus pode ser implementado em diferentes meios físicos. Quando utilizado com interfaces seriais como RS-232 ou RS-485, o protocolo opera com um modelo de mestre-escravo. Já em redes como Ethernet ou Wi-Fi, o acesso ao meio segue regras como CSMA/CD (acesso múltiplo com detecção de colisão). A Figura 2 apresenta as camadas, conforme especificado na norma.

Figura 2. Pilha de camadas do protocolo Modbus [1]

Tipos de Modbus

Existem três principais versões do protocolo Modbus, cada uma com características específicas:

Modbus TCP

É utilizado em redes Ethernet (IEEE 802.3) e Wi-Fi (IEEE 802.11). Nesta versão, o protocolo roda sobre TCP/IP, usando a porta 502 como padrão de comunicação.

Por exemplo, um CLP pode ser configurado com um endereço IP e conectado a um switch que distribui o tráfego para diversos dispositivos servidores, como módulos de entrada/saída. O cliente envia suas requisições na forma de pacotes TCP para a porta 502 dos servidores. A Figura 3 apresenta uma topologia com um CLP (cliente) e alguns módulos (servidores) ligados através de um switch.

Figura 3. Topologia de rede Modbus TCP [2]

Modbus RTU e ASCII via RS-485

As versões RTU (Remote Terminal Unit) e ASCII do Modbus são utilizadas em redes seriais, especialmente sobre o padrão RS-485 e RS-232. Neste caso, a comunicação segue o modelo mestre-escravo, onde apenas o mestre pode iniciar as requisições, e os escravos apenas respondem.

Cada escravo deve possuir um endereço configurado manualmente, muitas vezes por meio de chaves (DIP switches), IHM ou via software. As velocidades de comunicação típicas vão de 9.600 até 115.200 bps, sendo possível conectar até 32 dispositivos sem repetidores, com distâncias de até 1.200 metros e taxas de até 100 kbps. Na Figura 1 pode-se ver que cada inversor (servidor) tem o seu endereço de escravo.

Modbus RTU e ASCII via RS-232

O RS-232 é uma interface ponto-a-ponto, suportando apenas a comunicação entre um mestre e um único escravo. Ainda assim, o Modbus RTU e ASCII também podem ser utilizados nesse tipo de conexão, geralmente em painéis industriais entre CLPs e IHMs, onde a distância de comunicação é curta.

Como funciona a troca de dados entre cliente e servidor?

A comunicação sempre parte do cliente, que envia uma requisição ao servidor, solicitando a leitura ou escrita de alguma variável. As variáveis representam posições de memória, entradas (sensores, botões, etc.) e saídas (relés, bobinas, chaves).

O servidor pode responder de três formas:

Resposta normal: aceita e executa o comando, retornando os dados esperados.
Resposta de exceção: o comando não foi aceito devido a erro (endereço inválido, função não implementada, etc.).
Sem resposta: pode ocorrer por erro de rede (ruído, CRC inválido, endereço inexistente ou mensagem broadcast — que não deve gerar resposta).

O servidor, ao receber a requisição, realiza uma verificação de integridade (checagem de erro) e, se válida, executa a função solicitada.

PDU x ADU no Modbus

A estrutura de mensagens do Modbus é apresentada na Figura 4 e é dividida em duas partes:

PDU (Protocol Data Unit): contém o código da função e os dados da requisição ou resposta.
ADU (Application Data Unit): adiciona elementos como endereçamento, identificador de transação e verificação de erro (CRC ou checksum), dependendo da versão do Modbus utilizada (RTU, ASCII ou TCP).

Figura 4. PDU e ADU do protocolo Modbus [1]

Tipos de Dados no Modbus

O Modbus trabalha com dois tipos principais de variáveis:

1. Acesso por bit

Entradas discretas (Discrete Inputs): representam entradas digitais, como sensores de presença ou botões. São apenas de leitura.
Coils (Bobinas): representam saídas digitais, como relés ou LEDs. Permitem leitura e escrita.

2. Acesso por palavra (Word de 16 bits)

Input Registers: são registradores de entradas analógica, geralmente lidos a partir de conversores AD.
Holding Registers: registradores de leitura e escrita, usados para configurar parâmetros, armazenar valores de temporizadores, contadores, variáveis de controle, entre outros.

Funções Modbus

O protocolo define códigos de função padronizados, usados para acessar os dados. Alguns exemplos:

Acesso por bit:

01 (Read Coils) – Lê o estado das saídas digitais
02 (Read Discrete Inputs) – Lê o estado das entradas digitais
05 (Write Single Coil) – Escreve o estado de uma saída digital
15 (Write Multiple Coils) – Escreve o estado de várias saídas digitais

Acesso por 16 bits:

03 (Read Holding Registers) – Lê os registradores holding
04 (Read Input Registers) – Lê os registradores de entrada
06 (Write Single Register) – Escreve em um registrador holding
16 (Write Multiple Registers) – Escreve em múltiplos registradores holding

Além disso, o Modbus define funções para diagnóstico, configuração e outras operações específicas. As funções e suas descrições detalhadas, com exemplos, são apresentadas em [1].

É importante lembrar que cada servidor pode implementar apenas parte dessas funções, conforme definido pelo fabricante. Por isso, é essencial consultar o manual do equipamento para saber quais códigos de função estão disponíveis. Caso você envie uma função não suportada, o servidor responderá com uma resposta de exceção.

Conclusão

Esses são os conceitos básicos que servem de base para o entendimento do protocolo Modbus e suas diferentes versões: RTU, ASCII e TCP. Com esse conhecimento, você poderá se aprofundar em aplicações práticas, desenvolver projetos de automação industrial e configurar dispositivos com segurança.

Acesse mais conteúdos aqui do blog relacionados ao Modbus

Playlist sobre o protocolo Modbus no meu canal do YouTube Vídeos relacionados ao protocolo Modbus, desde as especificações até a aplicação prática com diferentes equipamentos.
Escravo Modbus RTU desenvolvido com Arduino Uno/Mega
Redes RS-485: características, aplicações e visão geral
Meu curso de Redes RS-485 no Udemy

Nos próximos conteúdos, vamos explorar exemplos práticos com Arduino, CLPs, IHMs e softwares de testes, para você ver tudo isso funcionando na prática!

Curtiu o conteúdo? Compartilhe com colegas e fique ligado nos próximos posts!

Aula no YouTube

Esta postagem está disponível em vídeo no meu canal do YouTube.

Referências Bibliográficas

[1] Modbus-IDA. MODBUS APPLICATION PROTOCOL SPECIFICATION
V1.1b. Disponível em: <https://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2025.

[2] AMCI adds Modbus TCP to its stepper indexer/drives. Disponível em: <https://www.automation.com/en-us/products/product12/amci-adds-modbus-tcp-to-its-stepper-indexerdrives>. Acesso em: 25 mar. 2025.

O Desapego nas Relações e Seu Impacto no Processo Criativo

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Em algum momento da vida, todos nós nos deparamos com a necessidade de desapegar de relações (ou crenças, objetos, locais, hábitos…). Nem sempre é fácil reconhecer, mas chega uma hora em que percebemos que algumas relações já não fazem mais sentido. Isso não significa que essas conexões foram ruins ou que não tiveram importância—apenas que evoluímos e, com isso, nossas necessidades e a forma como nos relacionamos também mudou.

Eu percebi isso de forma muito clara quando me tornei uma pessoa mais empática, capaz de ouvir com mais atenção e compreender melhor os outros. Curiosamente, essas foram habilidades que desenvolvi porque convivi com pessoas que já as tinham e me inspiraram a mudar. Essa evolução também me fez enxergar minha própria toxicidade—padrões antigos de comportamento que não combinavam mais com quem eu queria ser (julgar demais, reagir às emoções, ficar pensando no que dizer, em vez de escutar ativamente a outra pessoa…). E foi quando reconheci essas mesmas características nas minhas relações que percebi que era hora de me afastar.

O processo não foi simples. Existe uma sensação de perda, quase como um luto, quando criamos distanciamento de algumas pessoas, mesmo que saibamos que é o melhor para nós. Leva tempo para aceitar que certas conexões cumpriram seu papel e que seguir adiante é necessário para continuar crescendo.

A qualidade das relações vale mais que a quantidade

Com o tempo, percebi que a questão não era tanto sobre cortar laços, mas sim sobre escolher conscientemente com quem eu queria compartilhar minha energia. E, para isso, comecei a observar alguns critérios naturais: me conecto mais com pessoas que cuidam de si mesmas, que buscam se desenvolver, que têm interesse genuíno pelo autoconhecimento e que constroem relações equilibradas e profundas com os outros. Essas pessoas me inspiram e me fazem querer ser melhor.

O resultado dessa escolha? Mais paz. Hoje, prefiro menos conexões, mas conexões onde sinto uma maior presença da verdade. Prefiro um círculo menor e mais alinhado do que um grande grupo onde as interações são superficiais, trazem dramas, intrigas e inconsistências, revelando uma falta de consciência sobre questões pessoais e sem agregar valor real.

A verdade é que relações são sobre qualidade, não quantidade. Durante muito tempo, fui cercado por muitas pessoas, mas poucas conexões eram realmente significativas. Agora, ao reduzir meu círculo, encontrei mais espaço para cultivar amizades autênticas e trocas mais profundas.

O desapego abre espaço para a criatividade

Esse processo também teve um impacto direto no meu trabalho criativo. Antes, gastava energia tentando manter conexões ou me dedicar a projetos musicais onde minhas visões e experiências musicais não eram valorizadas. Agora, essa energia está voltada para o que realmente importa: minha arte, minha música, minhas criações.

Esse espaço mental e emocional me permitiu desenvolver um conceito essencial para qualquer artista ou profissional criativo: Deep Work—ou seja, um trabalho profundo, sem distrações e com total entrega. Antes, enquanto criava, minha mente ainda se preocupava com o que os outros poderiam julgar ou pensar, ao mesmo tempo que o meu smartphone ficava me enchendo de notificações no horário que eu deveria estar focando no meu processo. Agora, meu processo é mais livre. Escrevo versos com mais verdade, sem a necessidade de me encaixar em expectativas externas.

E o impacto disso pode ser sentido nas minhas músicas. As composições que venho criando para o meu novo álbum, previsto para 2026, trazem uma profundidade de reflexão maior, além de versos mais claros e diretos sobre desafios e transformações. Com menos ruído ao meu redor, consigo escutar melhor a minha própria voz.

A solidão se torna solitude e espaço de livre escolha

A ideia de estar sozinho pode soar como sofrimento e isolamento, mas hoje vejo de forma diferente. Minha solidão se transformou em solitude—um momento sagrado de conexão interior. É nesse espaço que surgem minhas ideias mais autênticas, minhas escolhas mais alinhadas com meu senso de propósito e identidade e minha criatividade fica mais fluida. Como a solidão se transformou em solitude? Procurando conforto no desconforto de estar sozinho, lendo livros de filosofia, autoconhecimento, psicologia, escrevendo, ouvindo músicas com letras mais reflexivas, fazendo perguntas para me conhecer melhor.

Para quem sente que precisa desapegar, mas tem medo de ficar sozinho, eu diria o seguinte: não existe certo e errado. Tudo é experimentação. Permitir-se agir de maneira diferente, abrir espaço, sentir e testar novas formas de se relacionar com os outros e consigo mesmo é o que traz clareza. Depois, você escolhe com mais consciência onde deseja investir sua atenção e energia.

No meu caso, esse afastamento aconteceu de forma natural quando minha vida me levou para longe daquilo que era familiar. Passei um ano morando no interior da Inglaterra, em York, praticamente alheio a boa parte das minhas antigas relações. Isso me permitiu enxergar tudo de uma perspectiva diferente. Algumas amizades resistiram à distância e continuaram fortes, enquanto outras simplesmente se dissolveram. E tudo bem. Nem toda relação precisa durar para sempre—o que importa é o que ela trouxe enquanto fez sentido.

Considerações finais

Um resultado mais concreto do desapego e do distanciamento foi que consegui dispender minha atenção no processo de composição, que culminou nas letras e na produção do álbum Transição, criado neste período. Transição é um álbum que trata de uma evolução interna, cheia de questionamentos, histórias da passagem por um período conturbado e pela busca de uma identidade única e verdadeira, mas também da minha evolução musical, agregando referências eletrônicas ao meu processo de produção, que antes era mais acústico.

Olhando para trás, percebo que minha vida social antes era muito mais baseada em quantidade do que em profundidade, e que muitas conexões foram criadas em eventos de música, apresentações, shows, bares e pubs. E atualmente, onde somos incentivados (ou, na música, quase obrigados) a estar sempre conectados nas redes sociais, na mídia, expostos à uma quantidade grande de informações aleatórias, pessoas e suas personas, fazer o caminho inverso pode parecer estranho. Se tem algo que aprendi, é que a felicidade não está no número de relações, mas na profundidade das conexões que escolhemos manter.

O desapego não significa isolamento, e sim uma escolha consciente de investir tempo e energia em relações que realmente fazem sentido. Se você sente que está mantendo conexões apenas por obrigação ou medo da solidão, talvez seja hora de se perguntar: o que determinada relação acrescenta à sua vida? A resposta pode não ser fácil, mas desapegar do que não tem mais espaço na sua jornada pode abrir portas para algo muito mais verdadeiro no seu processo de criação. Mas claro, vamos lembrar de agir de maneira responsável e sermos gratos à todas pessoas que cruzam nosso caminho.

Cheers, Kikee 🙏.

Você pode conhecer mais do meu trabalho no meu release oficial.

Controle de Temperatura com Arduino: Prática

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Olá, pessoal! Neste post e nos vídeos da aula “Controle de Temperatura com Arduino: Prática” vamos aprender a controlar a temperatura com um Arduino! Este post traz informações que complementam vídeos onde revisamos conceitos de sistemas de controle de temperatura, apresentamos os materiais necessários para montagem de um circuito elétrico de controle de temperatura, fazemos a programação usando de diferentes algoritmos/técnicas de controle (ON/OFF, HISTERESE e PID), testamos e avaliamos o comportamento do sistema. Os links dos vídeos com as aulas no YouTube estão no final do post.

Recomendo você assistir a aula do canal no YouTube Introdução à Automação e Controle – Pt 3: Conceitos de controle de processos industriais para entender melhor os conceitos de controle em malha fechada aplicados nestas práticas.

Objetivos da aula:

Revisar os conceitos de controle em malha fechada;
Identificar componentes comuns utilizados para controle de temperatura em malha fechada;
Compreender e montar o circuito elétrico para testes;
Compreender e programar algoritmos de controle típicos para controle de temperatura (ON/OFF, HISTERESE e PID);
Testar, identificar e caracterizar o comportamento do sistema térmico montado.

Circuito de Controle de Temperatura com Arduino – Prática – Materiais

Para testar os diferentes algoritmos/técnicas de controle (ON/OFF, HISTERESE e PID), montaremos um circuito simples com os seguintes componentes:

Arduino Uno e cabo USB;
Fonte 12 VDC 2 A;
Sensor de temperatura LM35;
Transistor 2N2222 ou similar (que suporte chaveamento rápido e 600 mA);
Lâmpada 12 V 2 W ou resistor 47 Ω de 2 W (carga com corrente máxima de ~250 mA em 12 VDC);
Resistor 470 Ω;
Jumpers macho-macho e macho-fêmea.

O esquema elétrico é apresentado na Figura 1.

Figura 1. Circuito da prática de Controle de Temperatura com Arduino

Você pode montar o circuito em uma placa PCB padrão, na forma de um shield também, conforme apresentado na Figura 2.

Depois de entender o sistema, aplicaremos algoritmos de controle:

Download do Código-fonte

Este arquivo .zip contém os códigos para teste de funcionamento e levantamento da curva de resposta; controle ON/OFF; controle por HISTERESE; e algoritmo de controle PID.

Controle de Temperatura com Arduino - Códigos-fonte (.zip)

Download

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Vídeos no YouTube

Materiais complementares

Aulas de Comunicação de Dados e Sistemas de Manufatura.

Comunicação entre PC e Arduino com Redes RS-485

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E aí, pessoal, tudo certo? Vamos realizar a comunicação entre um PC e um Arduino utilizando redes RS-485. Teremos um PC ligado na rede RS-485 através de um conversor USB/RS-485. O PC vai enviar mensagens através da rede para o Arduino. O Arduino estará conectado na rede através de um módulo RS-485/TTL. A Figura 1 apresenta a arquitetura da aplicação.

Aula no YouTube

Este tutorial tem um vídeo com a aula completa no meu canal do YouTube.

https://www.youtube.com/watch?v=uyfrKrxShYA

Objetivos da prática

Compreender conceitos de RS-485 e da sua aplicação prática;
Desenvolver uma aplicação simples onde o PC envia alguns comandos através da rede e o Arduino responde a esses comandos. Dependendo de qual comando for enviado através do software de terminal, o Arduino vai acionar o seu LED embutido, que é aquele LED que fica na placa, para indicar que a comunicação está funcionando;
Montar o circuito, apresentando detalhes e cuidados necessários para a rede funcionar corretamente;
Realizar a programação do Arduino;
Utilizar o software Termite como programa de terminal para enviar e receber os dados no PC.

Descrição da aplicação

Nesta aplicação, o PC envia um caractere pelo software terminal. Cada caractere é um comando. Se o caractere for ‘a’, vamos ligar o LED embutido do Arduino. Se o caractere for ‘b’, vamos desligar o LED. O Arduino vai responder a cada comando com uma frase: “LED ligado” ou “LED desligado”, respectivamente. Desta forma a gente sabe que a rede está funcional e o Arduino está respondendo às requisições feitas pelo PC.

De certa forma, estamos implementando um protocolo do tipo mestre-escravo, onde o computador é o mestre, enviando uma requisição (um comando), e o escravo (o Arduino) responde a esse comando.

Redes RS-485: características, topologia, módulos e conversores

O RS-485 é um padrão de meio físico usado para comunicações entre dispositivos embarcados e em automação industrial. Muitos CLPs, inversores de frequência, e módulos de entradas e saídas possuem essa porta disponível. Ele também é utilizado em alguns sistemas supervisórios para coletar dados do CLP, e é amplamente empregado nos protocolos Modbus e Profibus DP. Além disso, o RS-485 pode ser encontrado em aplicações de circuito fechado de TV e em protocolos de iluminação profissional.

As principais características do RS-485 incluem a comunicação serial, onde todos os bits das mensagens são enviados sequencialmente a uma taxa de comunicação padrão entre todos os dispositivos. A comunicação é half-duplex, o que significa que apenas um dispositivo pode enviar dados de cada vez, ou seja, não podem existir dois dispositivos transmitindo ao mesmo tempo.

É possível montar um barramento que pode ter até 1.200 metros de comprimento, em taxas de comunicação menores que 100 kbps. A rede permite até 32 dispositivos conectados ao barramento. Os dispositivos usam os sinais A e B para a comunicação, e o SG, que é a referência, ou terra de sinal. A ideia é ligar todos os fios A entre si, todos os fios B entre si, e todos os SGs entre si. A Figura 2 apresenta as conexões típicas em cada dispositivo em uma topologia barramento.

Figura 2. Barramento RS-485 e terminais de ligação dos dispositivos

Além disso, o RS-485 oferece imunidade a ruído e baixo custo de componentes. Isso torna os equipamentos mais acessíveis, já que a eletrônica necessária para fazer a comunicação funcionar é relativamente simples, exigindo poucos componentes eletrônicos. Conheça os cursos de Redes RS-485 disponíveis na Udemy.

RS-485: Topologia da rede

A topologia recomendada na rede RS-485 é a Daisy Chain, onde as emendas dos fios A e B são feitas diretamente nos terminais de ligação. Normalmente, os dispositivos possuem terminais parafusáveis, e utilizamos terminais tubulares para fazer a conexão. Nós descascamos os fios que contém o par trançado, e abrimos o cabo apenas onde for necessário fazer as emendas. A configuração básica da rede é mostrada na Figura 3.

Figura 3. Resistores de terminação e bias e conexões elétricas

Além disso, são necessários alguns resistores para o correto funcionamento da rede. Normalmente, colocam-se dois resistores de terminação (120 Ω) entre os fios A e B, nos dispositivos que estão nas extremidades da rede. Dois resistores de bias (normalmente 470 Ω) são conectados a uma fonte de 5 V e ligados aos sinais A e B, conforme a Figura 3. Os resistores de Bias ajudam a estabilizar a tensão nos sinais A e B, o que reduz a probabilidade de falhas de comunicação. Em muitos casos, esses resistores já estão integrados nos equipamentos, então precisamos dar uma conferida na real necessidade.

Módulo RS-485/TTL

O módulo RS-485 para TTL utiliza o chip MAX485. Ele é um transceiver, ou seja, um chip com a função de transmissor e receptor. Ele converte os níveis de tensão TTL, que são os níveis utilizados nos pinos do Arduino, onde as tensões são de 0 V para o bit 0 e 5 V (ou 3,3V, dependendo do microcontrolador) para o bit 1, para os níveis específicos que a RS-485 utiliza. A Figura 4 apresenta o módulo.

Além disso, esse módulo possui pinos de controle que são utilizados para gerenciar se estamos transmitindo ou recebendo dados. Como a comunicação RS-485 é half-duplex, normalmente o sistema fica em modo de recepção e só ativa a transmissão quando precisa enviar alguma informação.

O módulo também já vem com um resistor de terminação de 120 Ω soldado na placa e geralmente possui resistores de Bias com valores de 10 kΩ ou 20 kΩ. No entanto, esses valores não são os mais adequados. Como mencionei anteriormente, o valor recomendado para os resistores de Bias é em torno de 470 Ω para garantir uma melhor estabilidade e funcionamento da rede.

As conexões são apresentadas abaixo, na Tabela 1.

Pino do arduino uno	pino do módulo RS-485/ttl
5 V	VCC
GND ou 0 V	GND ou 0 V
TX	DI
RX	RO
2	DE e \|RE

Tabela 1. Conexões entre Arduino Uno e Módulo RS-485/TTL

Conversor USB/RS-485

O conversor USB/RS-485 apresentado na Figura 5 permite conectar o computador à rede RS-485. Alguns conversores são de baixo custo, embora a qualidade e confiabilidade possam deixar a desejar. Dentro do conversor, podemos encontrar o chip MAX485 e um conversor de USB/Serial UART, que geralmente é o chip CH340. Esses conversores já vêm com os resistores de bias soldados na placa, além de uma espera para o resistor de terminação.

Quando conectamos o conversor USB ao computador, ele aparecerá no Gerenciador de Dispositivos do Windows como uma porta COM.

Figura 5. Circuito interno de um conversor USB para RS-485

Como expliquei anteriormente, seriam necessários apenas dois resistores de bias na rede. Portanto, é importante estarmos cientes de que estes módulos podem adicionar resistores de bias na rede, o que pode influenciar ou até causar falhas na comunicação. Precisamos ficar atentos a esses detalhes. No meu conversor, eu soldei um resistor de 120 Ω para garantir que hajam dois resistores de terminação da rede montada.

Circuito elétrico

Para realizar essa prática, precisamos montar o circuito da Figura 6. Vamos conectar os pinos conforme a Tabela 1.

Os pinos de controle de direção do transceiver são o |RE e o DE. Quando colocamos |RE em nível LOW, ativamos o modo de recepção. Por outro lado, ao colocar o pino DE em nível HIGH, ativamos o modo de transmissão, podendo enviar dados pela rede. Normalmente, deixamos ambos pinos em nível LOW, mantendo o modo de recepção, e só ativamos a transmissão quando precisamos enviar algo (similar a um walkie-talkie).

Adicionalmente coloquei dois resistores de bias: um resistor de 470 Ω entre o VCC e o A e outro resistor de 470 Ωentre o GND e o B, para garantir que a comunicação funcione corretamente. É possível que a comunicação funcione sem esses resistores, mas é bom testar. No meu caso, estes resistores externos foram necessários.

Outro cuidado importante: alguns módulos TTL/RS-485 podem causar falhas na programação do Arduino, pois o Arduino é programado através dos pinos TX e RX. Talvez será necessário desconectar os fios do RO e do DI para conseguir programar o Arduino.

Materiais e preparação

Para a prática, vamos precisar dos seguintes materiais:

PC;
Arduino Uno;
Cabo USB (para conectar o Arduino ao PC);
Conversor USB/RS-485;
Módulo RS-485/TTL;
Resistores de 470 Ω (dois) e 120 Ω (dois);
Jumpers: macho-macho e macho-fêmea;
Protoboard (opcional, mas recomendada para facilitar as conexões).

Programas e Drivers

Baixe e instale o Arduino IDE 2.X.X do site da Arduino;
Instale o Termite através do link fornecido ou pesquisando “Termite Serial Download” no Google;
Abra o Gerenciador de Dispositivos do Windows para visualizar as portas que serão utilizadas (conforme Figura 7);
Conecte o Arduino Uno e verifique se ele aparece na lista. Por exemplo, pode aparecer como “Arduino Uno” na porta COMxx;
Conecte o conversor USB/RS-485 e veja se aparece como COMxx;
O instalador do Arduino IDE normalmente instala os drivers necessários para as placas Arduino;
Para o conversor USB/RS-485, pode ser que o Windows não reconheça o dispositivo automaticamente. Nesse caso, você precisará baixar o driver do site do fabricante ou do site onde comprou o dispositivo. Certifique-se de procurar o driver específico para o chip do conversor USB que está sendo utilizado.

Figura 7. Portas COM dos dispositivos Arduino Uno (COM7) e conversor USB/RS-485 CH340 (COM 8)

Programação do Arduino

Você tem acesso ao código-fonte desta prática no link abaixo.

Comunicação com Arduino usando Módulo RS-485 (.zip)

Download

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No código de exemplo, a primeira coisa que fazemos é definir o pino de controle do módulo conversor RS-485. Vamos definir o pino 2 como RS485_ENABLE.

No setup(), configuramos a porta serial para 9600 bps (bits por segundo) com a configuração 8-N-1 (8 bits de dados, Nenhum bit de paridade, 1 bit de parada). Também configuramos o pino do LED embutido (pino 13) como saída e o pino RS485_ENABLE como saída, já colocando o pino RS485_ENABLE em nível LOW para ativar o modo de recepção.

No loop() (laço principal) checamos se o Arduino recebeu algum byte pela serial — ou seja, se no terminal enviarmos um caractere — vamos testar se chegou alguma coisa. A função Serial.available() retorna quantos bytes chegaram pela serial e ainda não foram lidos. Chamamos a função Serial.read() e guardamos o caractere recebido em uma variável do tipo char chamada c.

Utilizamos um switch para testar qual é o conteúdo do caractere recebido. Se for o caractere 'a', vamos ligar o LED e enviar uma resposta para o terminal. O procedimento para enviar a resposta na rede RS-485 utilizando o módulo RS-485/TTL é o seguinte:

Habilitar o modo de transmissão: Damos um digitalWrite() para colocar o RS485_ENABLE em nível lógico alto;
Enviar a mensagem: Usamos Serial.println() para enviar a mensagem “LED ligado”. Coloquei um \n para dar uma linha nova e facilitar a visualização das mensagens no terminal;
Aguardar o envio: Chamamos Serial.flush(), que aguarda até que todos os caracteres sejam enviados pela serial (aguarda esvaziar o buffer de transmissão);
Voltar ao modo de recepção: Em seguida, usamos digitalWrite() para colocar o módulo em modo de recepção novamente.

Se o caractere recebido for ‘b’, fazemos o mesmo procedimento: desligamos o LED, habilitamos o modo de transmissão, enviamos a mensagem “LED desligado”, aguardamos o buffer de transmissão esvaziar com Serial.flush(), e voltamos para o modo de recepção.

Se recebermos outro valor de caractere, simplesmente o descartamos. O loop então retorna ao início, testando se há outro caractere e repetindo o processo de checagem.

Se você quiser adicionar outras funcionalidades, como piscar o LED ou realizar outras ações, basta criar novos casos no switch e implementar a lógica necessária para controlar as saídas ou ler entradas e enviar as respostas para o terminal.

Compreendido o código, podemos compilar e programar o Arduino. As luzes do TX e RX vão piscar no Arduino, indicando que ele está sendo programado. Observe se não houveram problemas durante a programação. Neste caso, remova a conexão de TX e RX com o módulo RS-485/TTL e tente novamente.

Testes no Termite

Agora podemos ir para o Termite, o software onde realizaremos a comunicação. A primeira coisa que vamos fazer é acessar as configurações, clicando em Settings para configurar as comunicações. As configurações são apresentadas na Figura 8.

Figura 8. Configuração das comunicações no Termite.

No menu de configurações, eu vou selecionar o número da porta COM onde está o CH340 (no meu caso, COM8). Vou definir a taxa de comunicação para 9600, com a configuração 8-N-1 (8 bits de dados, nenhum bit de paridade, 1 bit de parada).

Deixarei a opção Append nothing, para que, ao enviar os caracteres ‘a’ ou ‘b’, não seja enviado nenhum caractere extra, como uma nova linha. Vou ativar o Local echo para que possamos ver no terminal os caracteres que estamos enviando. Após configurar tudo, pressione OK. Agora, na parte inferior da janela, posso enviar os caracteres, conforme testes apresentados na Figura 9.

Figura 9. Testes de comunicação no Termite. Enviar os caracteres com comandos no campo inferior.

Quando eu enviar o caractere ‘a’, vocês verão que o LED no Arduino vai ligar. O TX (possivelmente) vai piscar, indicando que houve comunicação. Na janela do Termite, aparecerá a mensagem “LED ligado”, confirmando que o Arduino está recebendo e respondendo adequadamente. Ao enviar o caractere ‘b’, o LED vai desligar, o TX (possivelmente) vai ficar ligado por um tempo, e na janela do Termite, aparecerá a mensagem “LED desligado”, indicando que a comunicação funcionou corretamente. O LED embutido (L) é apresentado na Figura 10.

Figura 10. Led embutido (pino 13) ativo.

Exercícios adicionais

Seguem alguns exercícios para você adicionar novos comandos para leituras de entradas e escrita de saídas:

Colocar um potenciômetro em uma entrada analógica e fazer a leitura do valor. Enviar um caractere pelo terminal e receber como resposta o valor atual do potenciômetro.
Adicionar um sensor de temperatura, como o LM35, e configurar o Arduino para enviar o valor da temperatura lida quando receber um caractere específico.
Utilizar botões para simular comandos de acionamento, onde o Arduino responde com mensagens como “botão acionado” ou “botão desativado” ao pressionar os botões.
Acionar saídas como motores de passo ou servo motores e controlá-los a partir de comandos enviados pelo terminal.
Conectar um display LCD para exibir mensagens ou valores, controlados pelos caracteres enviados pelo terminal.
Criar comandos para fazer o LED piscar. Por exemplo, ao enviar os caracteres ‘1’, ‘2’, ‘3’, etc., o LED pode piscar um número correspondente de vezes.

Essas práticas permitem explorar diferentes dispositivos e expandir o controle do Arduino pela rede RS485.

Saiba +

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Referências principais

Bailey, D. and Wright, E. (2003) Practical scada for industry. London: Elsevier.
Boyer, S.A. (2010) SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition. Research Triangle Park, NC: International Society of Automation.
Galloway, B. and Hancke, G.P. (2013) ‘Introduction to industrial control networks’, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 15(2), pp. 860–880. doi:10.1109/surv.2012.071812.00124.
Tanenbaum, A.S. and Wetherall, D.J. (2011) Redes de Computadores. São Paulo: Pearson Prentice Hall.
Arduino. Serial – Arduino Reference. Disponível em: <https://www.arduino.cc/reference/tr/language/functions/communication/serial/>. Acesso em: 22 out. 2024.
‌WIKIPEDIA CONTRIBUTORS. RS-485. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/RS-485>.

RS-485 Networks: Features, Applications and Overview

RS-485 networks, also known as EIA-485 or EIA/TIA-485, are widely used in various industry applications due to their versatility and efficiency in data communication. This article provides an overview of the main features of these networks, their practical applications, and the benefits they provide.

If you want to deepen your knowledge and specialize in this topic with certification, I invite you to check out this course on RS-485 networks on Udemy.

The RS-485 Standard

RS-485 is a standard defined by the ANSI/TIA/EIA-485-A standard, initially established on March 13, 1998, and reaffirmed on December 7, 2012. This standard specifies the electrical and mechanical parameters for balanced serial communication in multipoint systems. Electronic component manufacturers acquire this standard to develop circuits that are compatible with the established requirements, ensuring interoperability and compliance in the market.

Main Features

Network Topologies

RS-485 networks support two main topologies, shown in Figure 1. In all cases, signals A and B are used for transmitting differential voltages according to the data bits and, optionally, a ground reference wire (SG) is used. All signals A are connected together on the bus, as well as all signals B. The same is true for devices that have the SG available.

Point-to-Point: Direct connection between two devices, such as Device 1 and Device 2. This configuration is simple and effective for direct communications without sharing the physical medium with other devices.
Multipoint (Bus): Several devices are connected on a common bus. This topology is ideal for systems that require communication between multiple devices, allowing up to 32 devices on a single standard bus, which can be expanded to up to 256 with special transceivers.

Figure 1. a) Point-to-point and b) multipoint

Versatility

One of the great advantages of RS-485 is its flexibility:

Connectors: The standard does not define a specific type of connector, allowing the use of different models according to the application needs. Some types are shown in Figure 2.
Communication Protocols: RS-485 only specifies the physical layer, that is, how electrical signals behave. It does not define communication protocols, leaving this choice to the developer. Protocols such as Modbus, Profibus, DMX-512 and others can be implemented over RS-485.

Figura 2. Conectores tipicamente utilizados em redes RS-485
a) Bornes parafusáveis b) Barra de pinos c) RJ-45 d) DB-9 — Figure 2. Connector used in RS-485 networks
a) Screw terminals b) pin headers c) RJ-45 d) DB-9

Low Cost

RS-485 requires few electronic hardware components for its implementation:

Microcontroller: Responsible for processing and controlling communication. Usually it has a UART (Serial) port which is connected to the RS-485 transceiver.
Transceiver: Component that converts voltage levels between the microcontroller and the RS-485 network, ensuring signal compatibility and integrity.
Termination resistors and fail-safe bias: Used to reduce the effect of noise and balance the voltage level of signals A and B on the network.

This simplicity results in a reduced cost, making RS-485 an economical option for several applications. Equipment with this type of network is more affordable when compared to those with protocols such as EtherNet/IP, ProfiNet and others.

Communication Rates and Range

RS-485 offers an excellent relationship between communication speed and distance:

Up to 1,200 meters: At rates below 100 kbps, it is possible to reach distances of up to 1,200 meters, ideal for large industrial installations.
High Speeds: For shorter distances, such as 50 meters, it is possible to reach rates of up to 2 Mbps, and at 6 meters, up to 10 Mbps. These use cases require a certain amount of care and are normally found in Profibus DP networks.

This flexibility allows RS-485 to be adapted to the specific needs of each project.

High Noise Immunity

RS-485’s robustness in noisy environments is achieved through:

Twisted Pair Cable: Uses twisted wires to reduce electromagnetic interference, since induced noise affects both wires in a similar manner, allowing them to be canceled in the cable.
Differential Communication: Transmits signals with differential voltages in signals A and B, which facilitates the elimination of common noise in the receiver circuit.
Ground Reference (SG): The use of a ground wire as a voltage reference for transceivers improves signal stability and reduces problems caused by potential differences between devices.
Shielding and Grounding: Additional cable shielding and proper grounding techniques provide an extra layer of protection against external interference.

Network Topology

The recommended topology is Daisy Chain, where the connections of signals A, B and SG in the bus devices are made close to the connection terminals. Figure 3 shows one of the recommended installation methods to maintain high reliability.

Figure 3. Recommended topology for RS-485 networks: Daisy Chain
Source: https://know.innon.com/howtowire-non-optoisolated

Half Duplex Communication

In RS-485, communication is half duplex, which means that only one device can transmit on the bus at a time. To coordinate access and avoid collisions, it is necessary to implement a control mechanism, such as:

Master-Slave Protocol: A master device initiates communications, sending requests to slaves, which respond as requested. Protocols such as Modbus RTU and Profibus DP use this model. This approach ensures organized and efficient communication between connected devices.

Applications in Industrial Automation

RS-485 is widely used in automation devices and systems due to its favorable characteristics:

Programmable Logic Controllers (PLCs): Many PLCs have integrated RS-485 ports or expansion modules, facilitating communication with other devices.
Human-Machine Interfaces (HMIs): HMIs use RS-485 to exchange information with PLCs and other control equipment.
Frequency Inverters: Allow precise control of electric motors through commands sent via RS-485.
Remote Input and Output Modules: Sensors, actuators and other field devices can be connected to the control system using RS-485, simplifying the infrastructure and reducing costs.

Other Protocols and Applications

DH-485: Used in Allen-Bradley equipment, it is a protocol that operates over RS-485 in specific industrial applications.
DMX-512: Widely used in professional lighting to control luminaires and special effects devices. Each piece of equipment receives an address and is controlled by a central panel via RS-485.
Closed Circuit TV (CCTV): In systems that do not use Ethernet, RS-485 is used to control PTZ (Pan-Tilt-Zoom) cameras, allowing focus, movement and zoom adjustments from a control center.

Conclusion

RS-485 remains a solid choice for many industrial and commercial applications, offering a balance between performance, cost, and robustness. Its ability to operate in harsh environments and support long communication distances still make it attractive in many systems.

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References

The course is based on a vast bibliography which includes, among others:

CONTROL SOLUTIONS. RS-485 FAQ – Control Solutions. www.csimn.com. Disponível em: <https://www.csimn.com/CSI_pages/RS-485-FAQ.html>. Acesso em: 23 out. 2023.

EEP – ELECTRICAL ENGINEERING PORTAL. 9 rules for correct cabling of the Modbus RS485 communication systems. EEP – Electrical Engineering Portal. Disponível em: <https://electrical-engineering-portal.com/correct-cabling-modbus-rs485>.

EVERY CONTROL SOLUTIONS. Every Control – Controladores de temperatuta, umidade, pressão e tempo – Boletins. www.everycontrol.com.br. Disponível em: <https://www.everycontrol.com.br/portal/index.php/boletins>. Acesso em: 23 out. 2023.

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MACKAY, Steve ; AL, Et. Practical industrial data networks : design, installation and troubleshooting. Oxford ; Burlington: Newnes, 2004.

MAXIM. Full Guide to Serial Communication Protocol and Our RS-485 |. www.maximintegrated.com. Disponível em: <https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/3/3884.html>.

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NOVUS. NOVUS PRODUTOS ELETRONICOS LTDA RS485 & RS422 Basics. [s.l.: s.n., s.d.]. Disponível em: <https://www.novusautomation.com/downloads/Arquivos/rs485%20&%20rs422%20basics%20-%20english.pdf>.

SOLTERO, Manny; ZHANG, Jing; COCKRIL, Chris; et al. Application Report RS-422 and RS-485 Standards Overview and System Configurations. [s.l.: s.n.], 2002. Disponível em: <https://www.ti.com/lit/an/slla070d/slla070d.pdf>.

TEXAS INSTRUMENTS. SN75176B data sheet, product information and support | TI.com. www.ti.com. Disponível em: <https://www.ti.com/product/SN75176B>. Acesso em: 23 out. 2023.

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Redes RS-485: características, aplicações e visão geral

As redes RS-485, também conhecidas como EIA-485 ou EIA/TIA-485, são amplamente utilizadas em diversas aplicações industriais devido à sua versatilidade e eficiência na comunicação de dados. Este artigo oferece uma visão geral sobre as principais características dessas redes, suas aplicações práticas e os benefícios que elas proporcionam. Se você deseja aprofundar seus conhecimentos e se especializar nesse tema com certificação, convido você a conhecer este curso sobre redes RS-485 no Udemy.

O Padrão RS-485

O RS-485 é um padrão definido pela norma ANSI/TIA/EIA-485-A, estabelecida inicialmente em 13 de março de 1998 e reafirmada em 7 de dezembro de 2012. Essa norma especifica os parâmetros elétricos e mecânicos para comunicação serial balanceada em sistemas multiponto. Fabricantes de componentes eletrônicos adquirem essa norma para desenvolver circuitos compatíveis com as exigências estabelecidas, garantindo interoperabilidade e conformidade no mercado.

Principais Características

Topologias de Rede

As redes RS-485 suportam duas principais topologias, apresentadas na Figura 1. Os sinais A e B são utilizados para transmitir tensões diferenciais de acordo com os bits e, opcionalmente um sinal de referência de terra SG (Signal Ground). Todos os terminais A são ligados em um mesmo fio, enquanto que todos os sinais B em outro fio. O mesmo vale para os dispositivos que possuem o SG disponível.

Ponto a Ponto: Conexão direta entre dois dispositivos, como um dispositivo (Device 1) e um (Device 2). Essa configuração é simples e eficaz para comunicações diretas sem o compartilhamento do meio físico com outros dispositivos.
Multiponto (Barramento): Vários dispositivos são conectados em um barramento comum, utilizando um par de fios para os sinais A e B e, opcionalmente, um fio de referência de terra (SG). Essa topologia é ideal para sistemas que requerem comunicação entre múltiplos equipamentos, permitindo até 32 dispositivos em um único barramento padrão, podendo ser expandido para até 256 com transceivers especiais.

Figura 1. Topologias a) Ponto a Ponto e b) Multiponto

Versatilidade

Uma das grandes vantagens do RS-485 é sua flexibilidade:

Conectores: O padrão não define um tipo específico de conector, permitindo o uso de diferentes modelos conforme a necessidade da aplicação. Alguns tipos são apresentados na Figura 2.
Protocolos de Comunicação: O RS-485 especifica apenas a camada física, ou seja, como os sinais elétricos se comportam. Ele não define protocolos de comunicação, deixando essa escolha para o desenvolvedor. Protocolos como Modbus, Profibus, DMX-512 e outros podem ser implementados sobre o RS-485.

Baixo Custo

O RS-485 requer poucos componentes eletrônicos de hardware para sua implementação:

Microcontrolador: Responsável pelo processamento e controle da comunicação. Normalmente possui uma porta UART (Serial) conectada ao transceiver.
Transceiver: Componente que converte os níveis de tensão entre o microcontrolador e a rede RS-485, garantindo compatibilidade e integridade dos sinais.
Resistores de terminação e fail-safe bias: Utilizados para reduzir o efeito de ruídos e equilibrar o nível de tensão dos sinais A e B na rede.

Essa simplicidade resulta em um custo reduzido, tornando o RS-485 uma opção econômica para diversas aplicações. Equipamentos com este tipo de rede são mais acessíveis quando comparados àqueles com protocolos como o EtherNet/IP, ProfiNet e outros.

Taxas de Comunicação e Alcance

O RS-485 oferece uma excelente relação entre velocidade de comunicação e distância:

Até 1.200 metros: A taxas inferiores a 100 kbps, é possível alcançar distâncias de até 1.200 metros, ideal para instalações industriais extensas, onde diversos painéis contendo controladores e inversores estão distribuídos pelo chão de fábrica.
Velocidades Elevadas: Para distâncias menores, como 50 metros, é possível atingir taxas de até 2 Mbps, e a 6 metros, até 10 Mbps. Estes casos de uso demandam um certo cuidado e normalmente são encontrados em redes Profibus DP.

Essa flexibilidade permite que o RS-485 seja adaptado conforme as necessidades específicas de cada projeto.

Alta Imunidade a Ruídos

A robustez do RS-485 em ambientes ruidosos é alcançada através de:

Cabo de Par Trançado: Utiliza fios trançados para reduzir interferências eletromagnéticas, já que ruídos induzidos afetam ambos os fios de maneira similar, permitindo que sejam cancelados no par trançado.
Comunicação Diferencial: Transmite sinais com tensões diferenciais nos sinais A e B, que facilitam a eliminação de ruídos comuns no circuito do receptor.
Referência de Terra (SG): O uso de um fio de terra como referência de tensão para os transceivers melhora a estabilidade dos sinais e reduz problemas causados por diferenças de potencial entre dispositivos.
Blindagem e Aterramento: Técnicas adicionais de blindagem dos cabos e aterramento adequado proporcionam uma camada extra de proteção contra interferências externas.

Topologia de rede

A topologia recomendada é a Daisy Chain, onde as conexões dos sinas A, B e SG nos dispositivos do barramento são feitas próximas aos terminais de conexão. A Figura 3 apresenta uma das formas de instalação recomendadas para manter uma alta confiabilidade e imunidade a ruídos.

Figura 3. Topologia recomendada para uma rede RS-485: Daisy Chain
Fonte: https://know.innon.com/howtowire-non-optoisolated

Comunicação Half Duplex

No RS-485, a comunicação é half duplex, o que significa que apenas um dispositivo pode transmitir por vez no barramento. Para coordenar o acesso e evitar colisões, é necessário implementar um mecanismo de controle em protocolo, como por exemplo:

Protocolo Mestre-Escravo: Um dispositivo mestre inicia as comunicações, enviando requisições aos escravos, que respondem conforme solicitado. Protocolos como Modbus RTU e Profibus DP utilizam esse modelo.

Essa abordagem garante uma comunicação organizada e eficiente entre os dispositivos conectados.

Aplicações na Automação Industrial

O RS-485 é amplamente utilizado em diversos dispositivos utilizados na automação de processos:

Controladores Lógicos Programáveis (CLPs): Muitos CLPs possuem portas RS-485 integradas ou módulos de expansão, facilitando a comunicação com outros dispositivos.
Interfaces Homem-Máquina (IHMs): IHMs utilizam o RS-485 para trocar informações com CLPs e outros equipamentos de controle.
Inversores de Frequência: Permitem o controle de motores elétricos trifásicos através de comandos enviados via RS-485.
Módulos de Entradas e Saídas Remotas: Sensores, atuadores e outros dispositivos distribuídos pelo chão de fábrica podem ser conectados ao sistema de controle usando o RS-485, simplificando a infraestrutura e reduzindo custos de cabeamento.

Outros Protocolos e Aplicações

DH-485: Utilizado em equipamentos Allen-Bradley, é um protocolo que opera sobre o RS-485 em aplicações industriais específicas.
DMX-512: Amplamente empregado em iluminação profissional para controle de luminárias e dispositivos de efeitos especiais. Cada equipamento recebe um endereço e é controlado por uma mesa central através do RS-485.
Circuitos Fechados de TV (CFTV): Em sistemas que não utilizam Ethernet, o RS-485 é usado para controlar câmeras PTZ (Pan-Tilt-Zoom), permitindo ajustes de foco, movimento e zoom a partir de uma central de controle.

Conclusão

O RS-485 continua sendo uma escolha para diversas aplicações industriais e comerciais, oferecendo um equilíbrio entre desempenho, custo e robustez. Sua capacidade de operar em ambientes adversos e suportar longas distâncias de comunicação ainda o tornam atraentes em muitos sistemas.

Se você deseja dominar o RS-485 e aplicá-lo de forma eficaz em seus projetos, ofereço um curso no Udemy que introduz você aos conhecimentos e habilidades necessárias. Aprenda sobre os detalhes técnicos, melhores práticas de instalação, protocolos de comunicação e desenvolve práticas utilizando componentes de baixo custo como Arduino e módulos RS-485. Conheça o conteúdo do Curso de Redes RS-485 acessando Link do curso no Udemy.

Conteúdos de Comunicação de Dados e Redes

Referências

O curso e este artigo é pautado em uma vasta bibliografia que engloba, entre outras:

CONTROL SOLUTIONS. RS-485 FAQ – Control Solutions. www.csimn.com. Disponível em: <https://www.csimn.com/CSI_pages/RS-485-FAQ.html>. Acesso em: 23 out. 2023.

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WIKIPEDIA CONTRIBUTORS. RS-485. Wikipedia. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/RS-485>.

Cliente Modbus RTU em Linguagem C – Windows e Porta COM

Um Cliente Modbus RTU desenvolvido em Linguagem C para Windows, utilizando Porta COM.

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Escravo Modbus RTU desenvolvido com Arduino Uno/Mega

No post de hoje eu vou mostrar como pode ser implementado um Escravo Modbus RTU desenvolvido com Arduino Uno/Mega. O projeto também pode ser implementado no Mega e em outras versões do Arduino.

Os objetivos desta aula prática são:

Utilizar um Arduino Uno/Mega como escravo/servidor Modbus RTU;
Montar um circuito de testes utilizando potenciômetros, botões, LEDs e resistores. Os potenciômetros e botões vão representar entradas que podem ser lidas, e os LEDs vão representar saídas digitais que podem ser escritas no escravo;
Mapear as entradas e saídas como endereços de registradores que serão utilizados para acesso aos dados do escravo;
Utilizar bibliotecas do próprio site oficial da Arduino: ArduinoModbus e ArduinoRS485;
Apresentar um código de exemplo (bem didático) para a configuração do escravo;
Testar a comunicação do escravo com o Elipse E3. O Elipse E3 é um software de supervisão, que vai agi como mestre/cliente. A partir do driver modbus.dll, vamos acessar os registradores configurados.

No nosso canal no YouTube eu já fiz uma aula sobre o Protocolo Modbus (visão geral) e também sobre o Protocolo Modbus RTU (que detalha mais protocolo). Neste artigo, não vamos entrar em detalhes sobre os quadros e bytes que estão sendo enviados. Estaremos simplesmente aplicando esse protocolo em um nível mais abstrato.

Aula em vídeo no YouTube

Arquitetura da aplicação

A Arquitetura é apresentada na Figura 1. Os dispositivos vão estar ligados pela USB/Serial. É possível também, a partir da porta Serial do Arduino Uno, utilizar módulos para montar uma rede RS-485 ou RS-232.

Um computador rodará o Elipse E3. Este programa vai agir como o mestre/cliente. No Modbus RTU, o mestre/cliente é o único dispositivo que pode fazer requisições para os escravos/servidores. Os escravos só podem responder às requisições do mestre. O mestre faz uma requisição solicitando o estado de uma entrada ou solicitando para alterar o valor de uma saída, e o escravo vai responder confirmando ou não a essa requisição (vou, a partir daqui, utilizar apenas os termos mestre e escravo no texto).

Definição de entradas, saídas e registradores

O circuito que foi montado é apresentado na Figura 2. Na lista abaixo, são apresentados os componentes, as entradas, as saídas e os registradores que serão configurados na aplicação.

2 botões representam entradas digitais. O tipo de dados Modbus para entradas digitais é Discrete Inputs;
2 potenciômetros representam entradas analógicas. O tipo de dados para entradas analógicas é Input Registers;
2 LEDs são utilizados para representar saídas digitais. O tipo de dados Modbus para saídas digitais é Coils;
2 LEDs são utilizados para representar saídas analógicas. O valor escrito nestas variáveis, entre 0 e 255, será utilizado para o valor do PWM do pino. O tipo de dados Modbus para saídas analógicas é Holding Registers;
O LED embutido (pino 13) é controlado por uma variável interna do tipo Holding Register. Toda vez que o valor do registrador estiver acima de 1000, o LED é ativado;
O tempo decorrido desde a inicialização do Arduino Uno é armazenado em uma variável do tipo Holding Register que pode ser lida pelo mestre;
Resistores de 330 ohms são utilizados para limitar a corrente dos LEDs.

Figura 2. Esquema Elétrico - Escravo Modbus RTU com Arduino UNO no TinkerCAD — Figura 2. Esquema Elétrico – Escravo Modbus RTU com Arduino Uno no TinkerCAD

A biblioteca ArduinoModbus

No Arduino Uno vai rodar um servidor (ModbusRTUServer). Esse é um objeto que vem da biblioteca ArduinoModbus e atende às requisições que vão chegar na porta Serial. Qualquer requisição que chegar será respondida automaticamente. Além disso, o servidor mantém o valor atual de cada registrador que foi configurado na inicialização do ModbusRTUServer.

Periodicamente, teremos que atualizar no servidor o estado das entradas, e utilizar as informações atuais no servidor para atualizar as saídas. Como usuários da biblioteca, nós precisamos chamar funções para fazer a leitura e escrita dos registradores que nós configuramos. Em outras palavras, vamos sincronizar o estado das entradas e saídas com o ModbusRTUServer.

As bibliotecas ArduinoModbus e ArduinoRS485 são constantemente atualizadas, e as versões atuais não têm mais compatibilidade garantida com o Arduino Uno e ao Mega. Elas estão sendo desenvolvidas para outros modelos e as versões que eu utilizei (que não dão Warnings de compilação) são a versão 1.0.7 (ArduinoModbus) e 1.0.4 (ArduinoRS485).

Você pode instalar as bibliotecas através do Gerenciador de Bibliotecas da Arduino IDE.

Definição dos Endereços de Registradores

Será necessário definir os endereços de registradores para as entradas e saídas do Escravo Modbus RTU desenvolvido com Arduino Uno/Mega. A Figura 3 apresenta um resumo das configurações de pinos, tipos de dados e endereços de registradores. Os endereços estão apresentados no formato hexadecimal.

Figura 3. Endereços de registradores configurados

Códigos-Fonte e diagramas

Download dos arquivos de código-fonte, diagrama elétrico e configuração do driver Modbus.dll para o Elipse E3.

Escravo Modbus RTU com Arduino UNO (.zip)

Download

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Explicação do Código fonte

Inicialmente, são feitas diversas definições de bibliotecas, pinos, quantidades de entradas e saídas, endereços iniciais de registradores e outras relacionadas à comunicação Serial.

Em seguida, no setup(), configuramos os pinos como entradas e saídas. Além disso, o ModbusRTUServer precisa ser configurado com o endereço de escravo, taxa de comunicação e codificação da Serial. Por fim, configuramos os tipos de registradores que serão utilizados, bem como os endereços de cada tipo de dados e a quantidade de registradores.

Em seguida, no loop(), faremos a atualização do ModbusRTUServer, escrevendo o estado das entradas. Depois, atualizamos os pinos de saída com os valores armazenados no ModbusRTUServer. Também acessamos o valor atual do Holding Register do LED embutido e atualizamos no ModbusRTUServer o tempo decorrido.

Teste de comunicação com o Elipse E3

O driver de comunicação modbus.dll, obtido diretamente do site da Elipse, foi utilizado para os testes de comunicação. O driver foi configurado para acessar a porta COM onde está ligado o Arduino Uno. Em seguida, foram configuradas as tags que conseguem acessar os dados. A Figura 4 apresenta a configuração e os parâmetros utilizados.

Figura 4. Configuração de tags e endereços de registradores Modbus no Elipse E3

Preste atenção em algumas configurações adicionais do driver modbus.dll nas Figuras 5 e 6. Na Figura 6, verifique se a taxa de comunicação (baud rate) configurada é igual à do código no Arduino. O recomendável é usar 9600 8-N-2.

Figura 5. Configuração do driver modbus.dll no Elipse E3

Figura 6. Configuração do driver modbus.dll no Elipse E3

Considerações finais

O protocolo Modbus é muito utilizado em aplicações de comunicação industrial, principalmente por ser um protocolo aberto. Sua facilidade de implementação em relação a outros protocolos, a compatibilidade com diversos equipamentos e a disponibilidade de bibliotecas e exemplos facilitam seu uso.

Porém, ele não é um protocolo determinístico, o que significa que em aplicações hard real-time e controle crítico não é adequada a sua utilização. Ele é mais indicado em aplicações soft real-time e para aplicações de supervisão de processos.

É importante também compreender o funcionamento das bibliotecas, suas limitações, e quais recursos do microcontrolador serão utilizados pela biblioteca, para que o uso não interfira em outras funcionalidades e bibliotecas utilizadas na aplicação.

Referências

Modbus (2023) Wikipedia. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/modbus (Acessado em 17 Jul 2023).

Modbus Application Protocol Specification V1. Available at: https://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf (Acessado em 17 Jul 2023).

Modbus Tools (no date) Modbus Protocol. Available at: http://www.modbustools.com/modbus.html (Acessado em 17 Jul 2023).

Hard and soft real-time operating system – javatpoint (no date) www.javatpoint.com. Available at: https://www.javatpoint.com/hard-and-soft-real-time-operating-system (Acessado em 17 Jul 2023).

Comunicação de Dados

Música é vida / Music is life

Para todos que conhecem pessoalmente um músico ou artista, ou mesmo alguém que você vê de longe trabalhando com música, saiba que a música nem sempre é só um hobby e umas coisinhas que fazemos para passar o tempo. Para alguns de nós, é uma tábua de salvação, uma forma terapêutica de expressão, uma saída para deixar ir e curar traumas profundamente enraizados em uma arte. Depressão, desgosto, ansiedade, inspiração, motivação, dias melhores e a luz no fim do túnel são apenas algumas das muitas coisas de que o poder da música é capaz.

Este texto é uma transcrição do original do texto de Matt Yonge

To everybody that knows a musician or artist personally, or even someone you see from afar working on a craft, know that music is not always just a hobby and a small thing on the side that we do to pass time. For some of us, it’s a lifeline, a therapeutic form of expression, an outlet to let go and heal from deeply rooted traumas, and an art form that can relate, connect, and help people who are going through similar things in life. Depression, heartbreak, anxiety, inspiration, motivation, better days, and the light at the end of the tunnel, are just a few of the many things the power of music is capable of.

Excerpt from the original of the author Matt Yonge