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Uma visão de Profibus, desde a instalação até a configuração
básica – Parte 1
César Cassiolato, Diretor de Marketing, Qualidade e Assistência Técnica da SMAR Equipamentos Industriais Ltda. Ana Cecília Della Torre, Engenheira Eletricista da SMAR Equipamentos Industriais Ltda.
INTRODUÇÃO
É notório o crescimento do Profibus em nível mundial e principalmente no Brasil. Decidimos escrever este artigo, detalhando desde a instalação até a configuração básica, pois temos visto na prática muita instalação de forma inadequada, assim como erros básicos na configuração básica que têm estendido o tempo de comissionamento e start-up e, conseqüentemente, gerado uma degradação da qualidade da performance da rede. Dividimos este artigo, pela sua extensão e abrangência em seis partes. Esta é a primeira parte.
PROFIBUS O Profibus é um padrão de rede de campo aberto e independente de fornecedores, onde a interface entre eles permite uma ampla aplicação em processos e manufatura. Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254, além da IEC 611158-2 no caso do Profibus PA.
O Profibus DP é a solução de alta velocidade ( high speed ) do Profibus. Seu desenvolvimento foi otimizado especialmente para comunicações entre os sistemas de automação e equipamentos descentralizados, voltada para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos dispositivos de I/O distribuídos.
O Profibus DP utiliza a RS485 como meio físico, ou a fibra ótica em ambientes com susceptibilidade a ruídos ou que necessitem de cobertura a grandes distâncias.
O Profibus PA é a solução Profibus que atende aos requisitos da automação de processos, onde se tem a conexão em processos com equipamentos de campo, tais como: transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Esta rede pode ser usada em substituição ao padrão 4 a 20 mA. Existem vantagens potenciais da utilização dessa tecnologia, onde resumidamente destacam- se as vantagens funcionais (transmissão de informações confiáveis, tratamento de status das variáveis, sistema de segurança em caso de falha, equipamentos com capacidades de autodiagnose, rangeabilidade dos equipamentos, alta resolução nas medições, integração com controle discreto em alta velocidade, aplicações em qualquer segmento, etc.). Além dos benefícios econômicos pertinentes às instalações (redução de até 40% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), custos de manutenção (redução de até 25% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais) e menor tempo de start-up , oferece um aumento significativo em funcionalidade, disponibilidade e segurança.
O Profibus PA permite a medição e o controle por um barramento a dois fios. Também permite alimentar os equipamentos de campo e as aplicações em áreas intrinsecamente seguras, bem como a manutenção e a conexão/desconexão de equipamentos até mesmo durante a operação, sem interferir em outras estações em áreas potencialmente explosivas. O Profibus PA foi desenvolvido em cooperação com os usuários da Indústria de Controle e Processo (NAMUR), satisfazendo as exigências especiais dessa área de aplicação:
1. O perfil original da aplicação para a automação do processo e interoperabilidade dos
equipamentos de campo dos diferentes fabricantes;
2. Adição e remoção de estações de barramentos mesmo em áreas intrinsecamente
seguras sem influência para outras estações;
3. Uma comunicação transparente através dos acopladores do segmento entre o
barramento de automação do processo (Profibus PA) e do barramento de automação industrial (Profibus DP);
4. Alimentação e transmissão de dados sobre o mesmo par de fios baseado na tecnologia
IEC 61158-2;
5. Uso em áreas potencialmente explosivas, intrinsecamente segura.
A conexão dos transmissores, conversores e posicionadores em uma rede Profibus DP é feita por um coupler DP/PA. O par trançado a dois fios é utilizado na alimentação e na comunicação
de dados para cada equipamento, facilitando a instalação e resultando em baixo custo de hardware , menor tempo para start-up , manutenção livre de problemas, baixo custo do software de engenharia e alta confiança na operação.
O protocolo de comunicação Profibus PA utiliza o mesmo protocolo de comunicação Profibus DP, onde o serviço de comunicação e telegramas são idênticos. Na verdade, o Profibus PA = Profibus DP - protocolo de comunicação + serviços acíclico estendido + IEC 61158, também conhecida como nível H1.
O Profibus permite uma integração uniforme e completa entre todos os níveis da automação e as diversas áreas de uma planta. Isto significa que a integração de todas as áreas da planta pode ser realizada com um protocolo de comunicação que usa diferentes variações.
No nível de campo, a periferia distribuída, tais como: módulos de E/S, transdutores, acionamentos ( drives ), válvulas e painéis de operação, trabalham em sistemas de automação, através de um eficiente sistema de comunicação em tempo real, o Profibus DP ou PA. A transmissão de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parâmetros e diagnósticos são transmitidos somente quando necessário, de maneira acíclica.
Este artigo apresenta detalhes de instalações em Profibus DP e Profibus PA. Sempre que possível, consulte a EN50170 para as regulamentações físicas, assim como as práticas de segurança de cada área. É necessário agir com segurança nas medições, evitando contatos com terminais e fiação, pois a alta tensão pode estar presente e causar choque elétrico. Lembre-se que cada planta e cada sistema têm seus detalhes de segurança. Se informar deles antes de iniciar o trabalho é muito importante.
Para minimizar o risco de problemas potenciais relacionados à segurança, é preciso seguir as normas de segurança e de áreas classificadas locais aplicáveis que regulam a instalação e operação dos equipamentos. Estas normas variam de área para área e estão em constante atualização. É responsabilidade de o usuário determinar quais normas devem ser seguidas em suas aplicações e garantir que a instalação de cada equipamento esteja de acordo com as mesmas. Uma instalação inadequada ou o uso de um equipamento em aplicações não recomendadas podem prejudicar a performance de um sistema e conseqüentemente a do processo, além de representar uma fonte de perigo e acidentes. Devido a isto, recomenda-se utilizar somente profissionais treinados e qualificados para instalação, operação e manutenção.
SINAL FÍSICO NO PROFIBUS PA Os equipamentos Profibus PA utilizam o modo de tensão 31,25 Kbit/s para a modulação física. Todos os outros equipamentos no barramento devem usar o mesmo tipo de modulação Manchester e devem ser conectados em paralelo ao longo do mesmo par de fios. No mesmo barramento podem ser usados vários tipos de equipamentos Profibus PA de diferentes fabricantes.
Estes equipamentos são alimentados via barramento, sendo que alguns podem ser alimentados externamente, não absorvendo a energia do barramento Profibus PA.
O sinal de comunicação utilizado é um sinal AC (de 750mV a 1000mV) sobreposto ao sinal DC de alimentação. Em áreas perigosas, o número de equipamentos deve ser limitado por barreira de segurança de acordo com as restrições de segurança da área e limites do coupler DP/PA.
existência do sinal de Vp. É recomendado utilizá-lo somente para alimentar os terminadores, pois qualquer inadequação neste sinal pode gerar uma situação de falha de comunicação.
Figura 1.3 – Cabeamento e Terminação para Transmissão RS-485 no Profibus.
O comprimento da rede é um fator muito importante a ser analisado, pois quanto maior ele for, maior pode ser a distorção dos sinais. O terminador é uma impedância que se acrescenta na rede Profibus a fim de evitar este problema, pois este tem a função de casar a impedância da rede, minimizando erros de comunicação por distorções de sinais. Vale a pena lembrar que se não houver um terminador na rede, o cabeamento irá funciona como uma antena, facilitando a distorção de sinais e aumentando a susceptibilidade a ruídos. A impedância característica é o valor da carga, que colocada no final desta linha, não reflete nenhuma energia. Em outras palavras, é o valor da carga que proporciona um coeficiente de reflexão zero, ou ainda, uma relação de ondas estacionárias igual a um.
Tanto a rede Profibus DP quanto a rede Profibus PA exigem terminadores, pois sua ausência causa o desbalanceamento, provocando atraso de propagação, assim como oscilações ressonantes amortecidas, causando transposição dos níveis lógicos ( thresholds ), além de melhorar a margem de ruído estático. No Profibus DP, os terminadores são ativos, isto é, são alimentados. Veja a Figura 1.4.
Figura 1.4 – Terminador de Barramento Profibus DP.
CUIDADOS NECESSÁRIOS COM TERMINADORES NA REDE PROFIBUS-DP
Devido ao fato dos terminadores serem ativos, um erro muito comum é colocar como escravo DP as estações de trabalho, onde em uma queda de energia ou reset do microcomputador as linhas de alimentação oscilam, desbalanceando a rede. Na Figura 1.5 a terminação ativa na posição incorreta (esquerda) mostra que tanto o nível quanto a forma de onda são degradados. A ativação incorreta do terminador causa descasamento de impedância e reflexões do sinal, uma vez que além do terminador há um cabo com tal impedância.
Figura 1.5 – Forma de Onda na RS485 I (PROFIBUS DP).
A falta de terminação, ilustrada na forma de onda à esquerda da Figura 1.6, promove o não casamento de impedância, fazendo com que o cabo Profibus fique susceptível à reflexão de sinal, atuando como uma antena. Na forma de onda à direita, é possível observar a terminação adequada.
Figura 1.6 – Forma de Onda na RS485 II (Profibus DP).
É notório o crescimento do Profibus em nível mundial e principalmente no Brasil. Decidimos escrever este artigo, detalhando desde a instalação até a configuração básica, pois temos visto na prática muita instalação de forma inadequada, assim como erros básicos na configuração básica que têm estendido o tempo de comissionamento e start-up , e conseqüentemente gerado uma degradação da qualidade da performance da rede. Dividimos este artigo, pela sua extensão e abrangência em seis partes. Esta é a segunda parte.
Profibus O Profibus é um padrão de rede de campo aberto e independente de fornecedores, onde a interface entre eles permite uma ampla aplicação em processos e manufatura. Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254, além da IEC 611158-2 no caso do Profibus PA.
O Profibus DP é a solução de alta velocidade ( high-speed ) do Profibus. Seu desenvolvimento foi otimizado especialmente para comunicações entre os sistemas de automação e equipamentos descentralizados, voltada para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos dispositivos de I/O distribuídos.
O Profibus DP utiliza a RS485 como meio físico, ou a fibra ótica, em ambientes com susceptibilidade a ruídos ou que necessitem de cobertura a grandes distâncias.
O Profibus PA é a solução Profibus que atende aos requisitos da automação de processos, onde se tem a conexão em processos com equipamentos de campo, tais como: transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Esta rede pode ser usada em substituição ao padrão 4 a 20 mA.
Existem vantagens potenciais da utilização dessa tecnologia, onde resumidamente destacam- se as vantagens funcionais (transmissão de informações confiáveis, tratamento de status das
profissionais treinados e qualificados para instalação, operação e manutenção. Dando continuidade à primeira parte, temos:
Repetidores Para casos com mais de 32 estações ou para redes densas, devem ser utilizados repetidores. Segundo a EN50170, um máximo de quatro repetidores são permitidos entre duas estações quaisquer. Dependendo do fabricante e das características do repetidor, é permitido instalar até nove repetidores em cascata. Recomenda-se não utilizar uma quantidade maior que a permitida, devido aos atrasos embutidos na rede e ao comprometimento com o slot time (tempo máximo que o mestre irá esperar por uma resposta do slave ). Veja Figuras 1.1 e 1.2.
Figura 1.1 - Segmentação em Instalações Profibus.
Figura 1.2 – Regra Geral de Segmentação, Repetidor e bus Terminador.
O comprimento máximo do cabeamento depende da velocidade de transmissão, conforme a Tabela 1.1.
Cabo Tipo A Baund Rate (Kbits)
9,6 19,2 93,75 187,5 500 1500 3000 6000 12000
Cumprimento / Segmento (m)
1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100
Tabela 1.1 – Comprimento em Função da Velocidade de Transmissão com Cabo Tipo A.
O padrão Profibus considera a capacitância máxima para cada taxa de comunicação. A Tabela 1.2 apresenta os comprimentos máximos dos troncos principais e dos spurs em função do baud rate. A topologia e a distribuição do cabeamento são fatores que devem ser considerados para a proteção de EMI (Emissão Eletromagnética).
É válido ressaltar que em altas freqüências os cabos se comportam como um sistema de transmissão com linhas cruzadas e confusas, refletindo energia e espalhando-a de um circuito a outro. Deve-se manter em boas condições as conexões, pois conectores inativos podem desenvolver resistência ou se tornar detectores de RF.
Baud Rate (kbit/s)
Tronco Máximo (m)
Spur Máximo (m)
Máxima Expansão (m) 9.6 500 500 10000 19.2 500 500 10000 93.75 900 100 10000 187,5 967 33 10000 500 380 20 4000 1500 193.4 6.6 2000 3000 100 0 1000 6000 100 0 1000 12000 100 0 1000
Tabela 1.2 – Comprimentos Máximos dos Troncos Principais e dos Spurs em função do Baud Rate.
A recomendação é acrescentar um repetidor onde há a necessidade em criar braços além do tronco principal. Na prática, pode-se ter uma margem de 5% destes comprimentos máximos, não havendo a necessidade de comprar um repetidor quando se ultrapassa os limites dentro desta proporção. Utiliza-se a seguinte regra para determinar a máxima distância entre duas estações conforme a taxa de comunicação, considerando o número de repetidores:
_(Nrep+1)seg_*
Onde Nrepseg é o número máximo de repetidores em série e seg é o comprimento máximo de um segmento de acordo com o baud rate. Por exemplo, a uma taxa de 1500kbit/s (de acordo com a Tabela 1.1, é possível obter a distância máxima de 200m), o fabricante de um determinado repetidor recomenda que se utilize no máximo nove repetidores em série, é possível obter:
(9+1)200=2000(m)*
Outro detalhe a ser observado na prática, de acordo com a Figura 1.2, é o uso dos terminadores de barramento, onde preferencialmente o mestre está localizado no início do barramento com um terminador ativo e o último escravo, o mais distante do mestre, também possui terminador ativo. Isto significa que o último escravo deve permanecer alimentado o tempo todo e durante sua manutenção ou reposição, pode haver comunicação intermitente com os outros devices.
Devido à arquitetura e/ou topologia, algo como a Figura 1.3 é obtido, onde o mestre está localizado no meio do barramento. Os terminadores devem estar localizados no primeiro escravo (o mais à esquerda do mestre) e no último (o mais distante), mantendo-os sempre energizados. Durante a manutenção ou reposição, pode haver comunicação intermitente com os outros devices.
shield: 60Vdc ou 25Vac e < 400Vac
shield > 400Vac
de raios
Cabo de comunicação Profibus
10 cm 20 cm 50 cm
Cabos cocm e sem shield 10 cm 10 cm 50 cm 60 Vdc ou 25 Vac e < 400 Vac Cabos com e sem shield: > 400 Vac
20 cm 10 cm 50 cm
Qualquer cabo sujeito à exposição de raios
50 cm 50 cm 50 cm
Tabela 1.3 – Distâncias de Separação entre Cabeamentos.
Em termos de cabo, não existe nenhuma nomenclatura padrão, mas na prática tem-se adotado:
- Para condutores: verde (A);
- Para as linhas de dados: vermelho (B), sendo o B positivo e o A negativo.
É conveniente que se utilize as linhas A e B de forma continuada ao longo de todo barramento, evitando inversões e cruzar os cabos. Se não for possível evitar o cruzamento de cabos, aconselha-se realizar cruzamentos perpendiculares.
Shield e Aterramento
O shield (a malha, assim como a lâmina de alumínio) deve ser conectado ao terra funcional do sistema em ambas as extremidades do cabo, de tal forma a proporcionar uma ampla área de conexão com a superfície condutiva aterrada.
Ao passar o cabo, deve-se ter o cuidado de que somente o shield esteja aterrado nestes dois pontos. A máxima proteção se dá com os dois pontos aterrados, onde se proporciona um caminho de baixa impedância aos sinais de alta freqüência.
Em casos onde se tem um diferencial de tensão entre os pontos de aterramento e não se consegue passar junto ao cabeamento uma linha de equalização de potencial (a própria calha metálica pode ser usada ou um cabo AWG 10-12), é indicado que se aterre somente um ponto. Veja Figura 1.4.
Quando se tem o aterramento nas duas extremidades, a proteção é mais efetiva para uma ampla faixa de freqüência, ao contrário do aterramento em uma só extremidade, onde é mais eficaz para as baixas freqüências.
Figura 1.4 – Linha de Equipotencial.
Em termos de cabeamento, é recomendado o par de fios trançados com 100% de cobertura do shield. As melhores condições de atuação do shield se dão com pelo menos 80% de cobertura. Ao aterrar o shield em um só ponto, deve-se realizar na outra extremidade o devido acabamento, evitando que a malha metálica encoste e dê contato com pontos indesejáveis, por isso é necessário isolá-lo adequadamente. Quando se fala em shield e aterramento, na prática existem outras maneiras de tratar este assunto, onde há muitas controvérsias, como por exemplo, o aterramento do shield pode ser
feito em cada estação através do conector 9-pin sub D (veja Figura 1.5), onde a carcaça do conector dá contato com o shield neste ponto e ao conectar na estação é aterrado. Este caso, porém, deve ser analisado pontualmente e verificado em cada ponto a graduação de potencial dos terras e se necessário, equalizar estes pontos.
Em áreas perigosas deve-se sempre fazer o uso das recomendações dos órgãos certificadores e das técnicas de instalação exigidas pela classificação das áreas. Um sistema intrinsecamente seguro deve possui componentes que devem ser aterrados e outros que não. O aterramento tem a função de evitar o aparecimento de tensões consideradas inseguras na área classificada. Na área classificada evita-se o aterramento de componentes intrinsecamente seguros, a menos que o mesmo seja necessário para fins funcionais, quando se emprega a isolação galvânica. A normalização estabelece uma isolação mínima de 500 Vca. A resistência entre o terminal de aterramento e o terra do sistema deve ser inferior a 1Ω. No Brasil, a NBR- regulamenta a instalação em atmosferas potencialmente explosivas. Um outro cuidado que deve ser tomado é o excesso de terminação. Alguns dispositivos possuem terminação on-board.
Figura 1.5 – Detalhe do Conector Típico 9-Pin Sub D.
A Figura 1.6 apresenta detalhes de cabeamento, shield e aterramento quando se tem áreas distintas. Quanto ao aterramento, recomenda-se agrupar circuitos e equipamentos com características semelhantes de ruído em distribuição em série e unir estes pontos em uma referência paralela. Recomenda-se aterrar as calhas e bandejamentos.
Um erro comum é o uso de terra de proteção como terra de sinal. Vale lembrar que este terra é muito ruidoso e pode apresentar alta impedância. É interessante o uso de malhas de aterramento, pois apresentam baixa impedância. Condutores comuns com altas freqüências apresentam a desvantagem de terem alta impedância. Os loops de correntes devem ser evitados. O sistema de aterramento deve ser visto como um circuito que favorece o fluxo de corrente sob a menor indutância possível. O valor de terra deve ser menor do que 10 Ω.
- Para a taxa de 12 Mbits/s, recomenda-se colocar conectores com indutores de 110 nH, conforme a Figura 1.8;
- Para cada equipamento, antes de instalá-lo, ler cuidadosamente seu manual e as recomendações do fabricante;
- Em casos onde existem problemas com distâncias ou alta susceptibilidade a ruídos, recomenda-se o uso de fibras óticas, onde é possível estender a mais de 80Km (fibras sintéticas);
- É comum o uso de link ótico. Neste caso, recomenda-se estar atento ao uso de repetidores. Veja Figura 1.9;
- Sempre verificar o endereçamento. No Profibus DP é comum ser local, através de dip switches.
Figura 1.8 – Conexão de Conectores e Indutores na Rede Profibus DP.
Figura 1.9 – Repetidores, Terminadores e Link Ópticos.
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Meio Físico, Cabeamento e Instalação – PROFIBUS PA
O Profibus PA é um protocolo de comunicação digital bidirecional, que permite a interligação em rede de vários equipamentos diretamente no campo, realizando funções de aquisição e atuação, assim como a monitoração de processos e estações (IHMs) através de softwares supervisórios. É baseado no padrão ISO/OSI, onde se têm as seguintes camadas: Physical Layer , Communication Stack e User Application , podendo-se citar o gerenciamento de forma abrangente com a aplicação e com advento de modelos baseados em Function Blocks (Blocos Funcionais) mais Device Descriptions (Descrição de Dispositivos). O Physical Layer (Meio Físico, conhecido como PA ou H1) é definido segundo padrões internacionais (IEC e ISA). Ele recebe mensagens da camada de comunicação ( Communication Stack ) e as converte em sinais físicos no meio de transmissão fieldbus e vice- versa, incluindo e removendo preâmbulos, delimitadores de começo e fim de mensagens. O meio físico é baseado na IEC61158-2, com as seguintes características:
- Transferência de dados usando codificação Manchester, com taxa de 31.25kbit/s;
- Para um sinal de comunicação íntegro, cada equipamento deve ser alimentado com no mínimo 9 volts. O meio físico H1 permite que se alimente os equipamentos via barramento, sendo que o mesmo par de fios que alimenta o equipamento também fornece o sinal de comunicação. Existem alguns equipamentos que são alimentados externamente;
- Comprimento máximo de 1900m/segmento sem repetidores;
- Ao utilizar até 4 repetidores, o comprimento máximo pode chegar a 9.5 Km;
- Um barramento Profibus PA sem segurança intrínseca e alimentação externa à fiação de comunicação dever suportar de 2 até 32 equipamentos em aplicação;
- O barramento Profibus PA deve ser capaz de se suportar vários equipamentos em aplicação com segurança intrínseca e sem alimentação (valores típicos para equipamentos com 10mA de corrente quiescente): - Explosion Group IIC: 9 equipamentos;` - Explosion Group IIB: 23 equipamentos.
Obs.: É possível conectar mais equipamentos que o especificado, mas isso depende do consumo dos equipamentos, fonte de alimentação e características das barreiras de segurança intrínseca e do modelo FISCO;
- Não deve haver interrupção do barramento com a conexão e desconexão de equipamentos enquanto estiver em operação;
- Topologia em barramento, árvore, estrela ou mista.
O modelo FISCO tem as seguintes características:
- Haver um único elemento ativo (fonte de alimentação) no barramento de campo, localizado na área não-classificada;
- Os demais equipamentos na área classificada são passivos;
- Cada equipamento de campo deve ter um consumo mínimo de 10mA;
- Em áreas Ex ia o comprimento máximo do barramento deve ser 1000m e em Ex ib, 5000m;
- Em termos de cabo (sem restrições para cabeamento até 1000m) é necessário ter os seguintes parâmetros:
- R´:15 ... 150 Ohm/km;
- L´: 0.4 ... 1 mH/km;
- C´: 80 ... 200 nF/km.
Cabo tipo A: 0.8mm2 (AWG18)
- Em termos de terminação:
- R = 90 ... 100 ohms;
- C = 0 ... 2.2 μF.
O conceito FISCO foi otimizado para que seja permitido um número maior de equipamentos de campo, de acordo com o comprimento do barramento, levando-se em conta a variação das características do cabo (R', L',C') e terminadores, atendendo categorias e grupos de gases com uma simples avaliação da instalação envolvendo segurança intrínseca. Com isto, aumentou-se a capacidade de corrente por segmento e facilitou para o usuário a avaliação. Além disso, ao adquirir produtos certificados, o usuário não precisa se preocupar mais com cálculos, mesmo em substituição em operação.
Figura 1.3 – Modo Tensão 31.25 kbit/s.
O comprimento total do cabeamento é a somatória do tamanho do trunk (barramento principal) e todos os spurs (derivações maiores que 1m), sendo que com o cabo tipo A é de no máximo 1900m em áreas não seguras. Em áreas seguras é de no máximo 1000mm com o cabo tipo A e os spurs não podendo exceder 30m.
Tipos de Cabo Recomendados
A IEC61158-2 determina que o meio físico do Profibus PA deve ser um par de fios trançados. As propriedades de um barramento de campo são determinadas pelas condições elétricas do cabo utilizado. Embora a IEC61158-2 não especifica tecnicamente o cabo, o cabo tipo A é altamente recomendado a fim de garantir as melhores condições de comunicação e distâncias envolvidas.
A Tabela 1.1 apresenta em detalhes as especificações dos diversos cabos à 25ºC. Vale lembrar que a maioria dos fabricantes de cabos recomendam a temperatura de operação entre -40ºC a +60ºC. É necessário verificar os pontos críticos de temperatura por onde é passado o cabeamento e se o cabo suporta a mesma. A resistência do cabo tipo A de 22 Ω/Km é válida a 25 ºC. Por exemplo, a resistência do cabo tipo A a 50 ºC é 24.58 Ω/Km. Isso deve ser levado em conta em países quentes como o Brasil.
Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Descrição do Cabo Par trançado com Shield
Um ou mais pares trançados total com Shield
Diversos pares trançados sem Shield
Diversos pares não-trançados, sem Shield Área de Seção do Condutor Nominal
0.8 mm2 (AWG
0.32 mm2 (AWG
0.13 mm (AWG 26)
0.25 mm2 (AWG
Máxima Resistência DC ( loop )
44 Ω/Km 112 Ω/Km 264 Ω/Km 40 Ω/Km
Impedância Característica a 31. KHz
100 Ω ± 20% 100 Ω ± 30% ** **
Máxima Atenuação a 39 KHz
3 dB/Km 5 dB/Km 8 dB/Km 8 dB/Km
Máxima Capacitância Desbalanceada
2 nF/Km 2 nF/Km ** **
Distorção de Atraso de Grupo (7.9 a 39 Khz)
1.7 μseg/Km ** ** **
Superfície Coberta pelo Shield
90% ** - -
Recomendação para Extensão de Rede (incluindo spurs )
1900 m 1200 m 400 m 200 m
Tabela 1.1 – Características dos Diversos Cabos Utilizados em Profibus-PA.
Comprimento Total do Cabo e Regras de Distribuição e Instalação
O comprimento total do cabo Profibus-PA deve ser totalizado desde a saída do ponto de conversão DP/PA até o ponto mais distante do segmento, considerando as derivações. Vale lembrar que braços menores que 1m não entram neste total.
O comprimento total do cabeamento é a somatória do tamanho do trunk (barramento principal) mais todos os spurs (derivações maiores que 1m), sendo que com cabo do tipo A, é de no máximo 1900m em áreas não seguras. Em áreas seguras com cabo tipo A, é de no máximo 1000m, considerando que os spurs não podem exceder 30m.
Em termos de instalação e distribuição, é recomendado evitar splice , ou seja, qualquer parte da rede que tenha um meio condutor especificado e um comprimento descontínuo menor que 1m, como por exemplo: remoção de blindagem, troca do diâmetro do fio, conexão a terminais nus, etc. Em redes com comprimento total maior que 400m, a somatória dos comprimentos de todos os splices não deve ultrapassar 2% do comprimento total e ainda, em comprimentos menores do que 400m, não deve exceder 8m.
O comprimento máximo de um segmento PA quando se utiliza cabo de tipos diferentes fica limitado de acordo com a seguinte fórmula:
Onde:
- LA: Comprimento do cabo A;
- LB: Comprimento do cabo B;
- LC: Comprimento do cabo C;
- LD: Comprimento do cabo D;
- LA max: Comprimento máximo permitido com o cabo A (1900m);
- LB max: Comprimento máximo permitido com o cabo B (1200m);
- LC max: Comprimento máximo permitido com o cabo C (400m);
- LD max: Comprimento máximo permitido com o cabo D (200m).
Com relação aos braços ( spurs ), é necessário estar atento aos comprimentos dos mesmos. A quantidade de equipamentos PA (deve ser considerado os repetidores quando houver) deve estar de acordo com a Tabela 1.2. Em áreas classificadas o spur máximo é de 30m.
Total de Equipamentos PA por Segmento coupler DP/ PA
Comprimento do Spur (m) com 01 Equipamento
Comprimento do Spur (m) com 02 Equipamento
Comprimento do Spur (m) com 03 Equipamento
Comprimento do Spur (m) com 04 Equipamento
Comprimento Considerando a Quantidade Máxima de Spurs (m) 1-12 120 90 60 30 12 x 120 = 13-14 90 60 30 1 14 x 90 = 1260 15-18 60 30 1 1 18 x 60 = 1080 19-24 30 1 1 1 24 x 30 = 720 25-32 1 1 1 1 1 x 32 = 32
Tabela 1.2 - Spur x Número de Equipamentos PA.
Observação: O limite de capacitância do cabo deve ser considerado desde que o efeito no sinal de um spur seja menor que 300m e se assemelha a um capacitor. Na ausência de dados do fabricante do cabo, um valor de 0.15 nF/m pode ser usado para cabos Profibus.
Onde: CT : Capacitância total em nF; LS : Comprimento do spur em m; Cs : Capacitância do fio por segmento em nF (padrão: 0.15); Cd : Capacitância do equipamento PA.
Figura 1.4 – Formas de Ondas Típicas do H1 de Acordo com a Terminação
Topologias Em termos de topologia, têm-se as seguintes possibilidades: Estrela (Figura 1.1), Barramento (Figura 1.2) e Ponto-a-ponto (Figura 1.3). Na prática, normalmente tem-se uma topologia mista.
Vale lembrar que estes exemplos são para uma rede PROFIBUS PA.
Figura 1.1 – Topologia Estrela
Figura 1.2 – Topologia Barramento
Figura 1.3 – Topologia Ponto-a-Ponto
Repetidores Na rede PROFIBUS PA pode-se ter até 4 repetidores. Estes são usados sempre que se precisa aumentar a quantidade de equipamentos ou reforçar níveis de sinais que foram atenuados com a distância de cabeamento ou mesmo expandir o cabeamento até 9500m.
Certifique-se da quantidade de repetidores, suas alimentações e terminadores no final do segmento (início do repetidor) e na saída do repetidor. Sempre que se tem um repetidor é como se houvesse uma nova rede com as mesmas regras vistas anteriormente.
Supressor de Transientes Toda vez que se tiver uma distância efetiva maior que 100m na horizontal ou 10m na vertical entre dois pontos aterrados, recomenda-se o uso de protetores de transientes, no ponto inicial e final da distância. Na prática, na horizontal, entre 50 e 100m recomenda-se o seu uso. É indicado instalar o protetor de transiente imediatamente após o coupler DP/PA, antes de cada equipamento e mesmo na caixa de junção. Em áreas classificadas, deve-se usar protetores certificados. Veja figura 1.4.
