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REDES INDUSTRIAIS 1
P R O C E S S F I E L D B U S
FAMÍLIA PROFIBUS
PROFIBUS é um padrão aberto de fieldbus para um largo campo de
aplicações em automação da manufatura, predial e processo. A
independência de fabricante e abertura são garantidas pelo padrão
PROFIBUS EN 50170. Com PROFIBUS, dispositivos de fabricantes
diferentes podem se comunicar sem adaptações especiais de
interface.
PROFIBUS-DP (Periferia Descentralizada “Descentralized
Peripheria”)
Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo, esta versão
de PROFIBUS é projetada especialmente para comunicação entre
sistemas de controle de automação e I/O distribuído a nível de
dispositivo, usa tecnologia de transmissão RS485, uma das versões do
protocolo de comunicação DP e um ou mais perfil(s) de aplicação
típico de automação manufatura, como Sistemas de Identidade ou
Robôs/(NC). O PROFIBUS-DP está disponível em três versões funcionais
balanceadas, o DP-V0, DP-V1 e DP-V2.
PROFIBUS-PA (“Process Automation”)
O PROFIBUS-PA é projetado especialmente para automação de
processo. Permite sensores e acionadores serem ligados em uma linha
comum de bus regular em áreas intrinsecamente seguras. O
PROFIBUS-PA permite comunicação de dados e alimentação sobre o
bus usando tipicamente tecnologia de transmissão MBP-IS (de 2 fios de
acordo com a Norma Internacional IEC 61158-2), o protocolo de
comunicações versão DP-V1 e o perfil de aplicação Dispositivos PA
CP
Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
Nível de
Planta
Ciclo
< 1000 ms
Nível de
Controle
Ciclo
< 100 ms
Nível de
Campo
Ciclo
< 10 ms
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DISPOSITIVOS PROFIBUS
Módulos de I/O
com capacidade
pa-ra vários
pontos di-gitais
ou analógi-cos.
Drivers para
mo-tores.
I.H.M.
Terminais de
vál-vulas
Gateway para
ou-tras redes
MESTRE
MESTRE
PROFIBUS
PROFIBUS
ESCRAVO
ESCRAVO
PROFIBUS PROFIBUS
CONECTOR CONECTOR
PROFIBUS PROFIBUS
CARACTERÍSTICAS PROFIBUS
PROFIBUS-DP usa camadas “layers” 1, 2 e interface do usuário. As
camadas “Layers” 3 a 7 não são definidos. Esta arquitetura facilitada
assegura transmissão de dados eficiente e rápida. O Direct Data Link
Mapper (DDLM) proporciona a interface do usuário acesso fácil a
camada 2. Tecnologia RS 485 de transmissão ou fibra ótico estão
disponível para transmissão.
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As várias partes da IEC 61158 definem além de outras coisas, os
diversos serviços e protocolos de comunicação entre estações que
são consideradas como um conjunto total disponível, a partir do
qual uma seleção específica (subconjunto) é feita para barramentos
de campo específicos.
O fato pelo qual uma extensa gama de diferentes sistemas de
barramentos de campo está disponível no mercado, é reconhecido
na IEC 61158 pela definição de 10 “tipos de protocolos para
barramentos de campo” com a designação Tipo 1 a Tipo 10.
O PROFIBUS é o Tipo 3.
CARACTERÍSTICAS PROFIBUS
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CARACTERÍSTICAS PROFIBUS
PROFIBUS PA é ideal para automação de processos,
tipicamente com tecnologia de transmissão MBP-IS, o
protocolo de comunicações versão DP-V1 e o perfil de
aplicação Dispositivos PA.
Controle de Movimento com PROFIBUS é ideal para
tecnologia de controle de direção usando a tecnologia de
transmissão RS485, o protocolo de comunicação versão DP-
V2 e o perfil de aplicação PROFIdrive.
PROFIsafe é ideal para aplicações de segurança relevante
(uso universal para quase todas as indústrias), usando
tecnologia de transmissão RS485 ou MPB-IS, uma das
versões DP disponíveis para comunicação e perfil de
aplicação PROFIsafe.
Do ponto de vista do usuário, o PROFIBUS se apresenta na
forma de uma aplicação. Cada ênfase principal, resulta de
uma combinação de elementos modulares dos grupos
“tecnologia de transmissão”, “protocolos de comunicação”
e “perfis de aplicação”. Os exemplos seguintes explicam
este princípio, usando as versões PROFIBUS mais
conhecidas.
PROFIBUS DP é muito usado para automação da
manufatura; usa tecnologia de transmissão RS485, uma das
versões do protocolo de comunicação DP e um ou mais
perfis de aplicação típico de automação manufatura, como
Sistemas de Identidade ou Robôs/(NC).
REDES INDUSTRIAIS 7
P R O C E S S F I E L D B U S
Transmissão MBP (IEC 61158-2) para PA
Esta tecnologia de transmissão vem de encontro aos
requisitos das indústrias químicas e petroquímicas. Permite
segurança intrínseca e que os dispositivos de campo sejam
energizados pelo barramento.
Esta tecnologia é um protocolo bit-sincronizado com
transmissão contínua de corrente. Freqüentemente é referido
como H1. A transmissão é baseada nos seguintes princípios:
Cada segmento tem só uma fonte de alimentação.
Nenhuma alimentação é fornecida ao bus quando uma
estação está enviando.
Cada dispositivo de campo consome uma corrente básica
constante quando em estado de repouso.
Os dispositivos de campo agem como consumidores
passivos de corrente (sink).
A terminação passiva de linha é executada em ambos fins
da linha principal de bus.
Redes linear, árvore e estrela são permitidas.
Segmentos redundantes do barramento podem ser
projetados.
TRANSMISSÃO MBP IEC61158-
TRANSMISSÃO DE DADOS Digital, sincronizado a bit, código Manchester.
VELOCIDADE 31.25 Kbit/s, modo tensão.
CABO Par trançado (shielded/unshielded).
ALIMENTAÇÃO REMOTA Opcional via linha de dados.
PROTEÇÃO À EXPLOSÃO Possível segurança intrínseca ou não.
TOPOLOGIA Linha ou árvore, ou combinadas.
No. DE ESTAÇÕES Até 32 estações por segmento, máx. 1 26.
REPETIDORES Até 4 repetidores.
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PROTOCOLO DE ACESSO
O PROFIBUS (DP, FMS e PA) usa um protocolo de acesso ao
meio implementado pela camada 2 do modelo de referência
ISO/OSI. No PROFIBUS, a camada 2 é chamada Fieldbus Data
Link(FDL).
O Controle de Acesso ao meio (MAC – Media Access Control)
deve assegurar que só uma estação transmita dados ao
mesmo tempo.
O protocolo do PROFIBUS foi projetado permitindo dois
requisitos para o Controle de Acesso ao Meio:
1 - Durante comunicação entre sistemas complexos de
automação (mestres), deve ser assegurado que cada uma
destas estações fica um tempo suficiente para executar suas
tarefas de comunicação dentro de um intervalo precisamente
definido de tempo.
2 – A transmissão cíclica de dados em tempo real será
implementada tão rápida e tão simples quanto possível para
comunicação entre um controlador programável complexo e
seus dispositivos simples designados de I/Os (escravos).
Configuração do sistema e tipos de dispositivos
O PROFIBUS-DP permite sistemas Mono-mestre ou Multi-
mestres.
Isto proporciona um alto grau de flexibilidade durante
configuração do sistema. Até 126 dispositivos (mestres ou
escravos) podem ser ligados a um bus. A descrição da
configuração do sistema consiste no número de estações, a
designação dos endereços de estação e de I/O, formato dos
dados de I/O, formato das mensagens de diagnósticos e os
parâmetros de bus usado.
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DISPOSITIVOS PROFIBUS
Mestre DP Classe 1 (DPM1)
Mestre DP Classe 1 é um controlador central que troca
informação com as estações decentralizadas (por ex.:
ecravos DP) dentro de um ciclo de mensagem especificado.
Dispositivos mestres típicos incluem controladores
programáveis (PLCs) e PC.
Mestre DP Classe 2 (DPM2)
Mestre DP Classe 2 são programadores, dispositivos de
configurações ou painéis de operadores. São usados durante
comissionamento para configuração do sistema DP ou para
operação e controle.
Escravo DP
Um Escravo DP é um dispositivo periférico (dispositivos de I/
O, drivers, IHM, válvulas, etc.) que coletam informações de
entrada e enviam informações de saída ao controlador.
A quantidade de informação de I/O depende do tipo de
dispositivo. Um máximo de 246 bytes de entrada e 246 bytes
de saída são permitidos. Em sistemas mono-master somente
um master é ativo no barramento durante a fase de
operação da rede. O PLC é o controlador central. Os DP-
slaves distribuídos são ligados ao PLC via barramento.
Sistemas Mono-master possuem tempo de ciclo curtíssimo.
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PERFIS DE DISPOSITIVOS
Número de pontos, bytes e palavras
Nome e codificação dos parâmetros configuráveis
Mensagens de diagnóstico
outros
Os arquivos GSD informam para cada escravo:
Ferramenta
de
Configuraçã
o
Configuração do Sistema
CP
PROFIBUS-DP
Arquivos GSD
Diagnóstico no PROFIBUS/DP
Funções de diagnóstico
As várias funções de diagnósticos do PROFIBUS-DP permitem rápi-
da localização de falhas. As mensagens de diagnósticos são trans-
mitidas sobre o barramento e coletadas no mestre. Estas mensa-
gens são divididas em três níveis:
Diagnósticos relacionados a estação - Estas mensagens preo-
cupam-se com o estado operacional geral do dispositivo inteiro (por
exemplo: alta temperatura ou baixa voltagem).
Diagnósticos relacionados a módulo - Estas mensagens
indicam que uma falha existe num I/O específico (por ex.: módulo de
saída 8 bits) de um estação.
Diagnósticos relacionados a canal - Estas mensagens indicam
um erro em um bit de I/O (por ex.: curto-circuito na saída 7).
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Mestres: Possui dois tipos de mestres
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
- Classe 1: responsável pelas operações cíclicas
(leitura/escrita) e controle das malhas abertas e
fechadas do sistema de controle/automação (PLC).
- Classe 2: responsável pelos acessos acíclicos dos
parâmetros e funções dos equipamentos PA (estação
de engenharia ou estação de operação: PDM).
Obs: - os mestres trabalham com o meio físico RS
(até 12 Mbits/s quando se tem os link devices ou SK
da P+F).
- os equipamentos de campo são somente
escravos.
Couplers:
- São dispositivos utilizados para traduzir as
caracterís-ticas físicas entre o PROFIBUS/DP (RS485)
e o PROFIBUS/PA (H1:31,25kbits/s)
- São transparentes para os mestres (não possuem
endereço)
- Atendem aplicações seguras (Ex) e (Non-Ex),
definindo e limitando o número máximo de
equipamentos em cada segmento PA.
O número máximo de dispositivos depende da soma
das suas correntes no segmento e distâncias do
cabeamento.
- São alimentados com 24 Vdc.
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Couplers:
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
PLC
PROFIBUS DP
DP/PA
COUPLER
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP
45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s
SK2 12Mbit/s
Mestre
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Terminadores:
- Shunt do sinal de corrente: o sinal de comunicação
é transmitido como corrente mas recebido como
tensão. O terminador faz esta conversão.Um sinal de
750 a 1000 mV estará presente na rede de
comunicação.
- Proteção contra reflexão do sinal de comunicação:
deve ser colocado nas duas terminações do
barramento, um no final e outro geralmente no
coupler.
- Terminador : um resistor de 100 Ohms em série
com um capacitor de 1 uF.
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
BT302 Bus terminator
Qual Cabo Utilizar?
Tipo de Cabo: Par trançado 1x2, 2x2 ou 1x4 com
shield
Impedância: 35 a 165 Ohm nas frequências de 3 a 20
MHz
Capacitância do Cabo: Menor que 30 pF por metro
Diâmetro do Cabo: maior que 0.34 mm2 ( AWG 22 )
PROFIBUS - PA
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ENDEREÇAMENTO DO SISTEMA
PROFIBUS/PA
PLC
PROFIBUS DP
DP/PA
COUPLER
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP
45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s
Mestre
PLC
PROFIBUS DP
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP
até 12 Mbit/s
DP/PA LINK
Max. 30 equipamentos
por link IM157 - Non-Ex
Max. 10 equipamentos
por link IM157 - Ex
Mestres
Max. 5 DP/PA Couplers
por link IM
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INSTALAÇÃO - REGRAS
Terminator
PROFIBUS PA
DP/PA LINK
COUPLER
PLC
PROFIBUS
DP
700 m 30 m 30 m
2m
2m
30 m
30 m
8m
Terminator
840 m 840 m Total
Total
Spur 6Spur 6 2 m 2 m
Spur 5Spur 5 2 m 2 m
2 m
2 m Spur 4
Spur 4
2 m
2 m Spur 3
Spur 3
Spur 2Spur 2 2 m 2 m
2 m
2 m Spur 1
Spur 1
30 m
30 m Tronco
Tronco
TroncoTronco 8 m 8 m
TroncoTronco 30 m 30 m
30 m
30 m Tronco
Tronco
30 m
30 m Tronco
Tronco
700 m
700 m Tronco
Tronco
O comprimento máximo do segmento é a
so-matória dos comprimentos dos troncos
e spurs, sendo que comprimentos
menores que 1m não são considerados
spurs.
30 m
30 m
1m
1m
1m
1m
1m 1m
1m
1m
44
equipamentosequipamentos
60 m
60 m
30 m
30 m
1m
1m
1m 1m
1m
1m
33
equipamentos equipamentos
90 m
90 m
60 m
60 m
30 m
30 m
1m1m
1m
1m
22
equipamentos equipamentos
120 m
120 m
90 m
90 m
60 m
60 m
30 m 30 m
1m
1m
1 equipamento
1 equipamento
1-
1-
13-
13-
15-
15-
19-24 19-
25-
25-
Número de
Número de
spurs spurs
Na topologia em árvore recomenda-se centralizar a
junction box de tal forma a otimizar o comprimento dos
spurs.
Deve-se atentar quando se faz o uso da topologia em
árvo-re, já que cada derivação é um braço e este deve
respeitar o comprimento máximo de um spur e ainda,
deve-se respeitar o número máximo permitido de
spurs.
P R O C E S S F I E L D B U S
Parte do cabeamento onde não se tem shield ou onde o
par de cabos não é trançado deve ter comprimento
menor que 2% do comprimento máximo ou 8m.
Para áreas intrinsecamente seguras o comprimento
máximo de um spur deve ser de 30m.
Se um spur tiver ultrapassando 120m, recomenda-se
mover o terminador de tal forma que este spur possa
fazer parte do tronco principal.
Isolar sinal fieldbus de fontes de ruídos, como cabos de
força, motores, inversores de frequência. Colocá-los em
guias e calhas separadas.
INSTALAÇÃO - REGRAS
Se houver a necessidade de múltiplos terras devido a
exposi-ção intensiva a ruídos, o aterramento capacitivo
é recomen-dado, pois somente as altas frequências são
aterradas.
Somente um ponto do shield deve ser aterrado e
preferencial-mente no negativo da fonte de
alimentação.
Quando repetidores são utilizados, para cada segmento
abaixo do repetidor deve ser colocado um terminador.
As melhores condições do acondicionamento dos sinais
quan-to à imunidade a ruídos é conseguida com o uso
de cabos com shield o qual deve cobrir pelo menos 90%
do L max. O uso alternativo de conduítes metálicos
também é recomen-dado, desde que cuidados extras
são tomados no aterramento.
Nunca aterrar o shield na carcaça do equipamento.
Recomenda-se o uso de Spur Guards para a proteção
contra curto-circuitos em segmentos críticos(RELCOM).
