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manual sobre a tecnologia da rede profibus seus conceitos e suas aplicações na industria de forma geral.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Não perca as partes importantes!













































ii
Sumário
Prefácio
Manual de Utilização QK800, QK801 e QK
Manual de Utilização AL-
Manual de Utilização AL-
Manual de Utilização ProfiTool (MU299032)
Manual de Utilização MT4000 (MasterTool) (MU299025)
Manual de Utilização do Repetidor Ótico/FOCUS PROFIBUS (MU204631)
Repetidor Ótico/FOCUS PROFIBUS AL-2431 e AL-2432 (CT104631)
Conector PROFIBUS AL-2601/2602 (CT104701)
Terminador com Diagnóstico de Fonte AL-2605 (CT104705)
Inspeção Visual
Antes de proceder à instalação, é recomendável fazer uma inspeção visual cuidadosa dos equipamentos, verificando se não há danos causados pelo transporte. Verifique se todos os componentes de seu pedido estão em perfeito estado. Em caso de defeitos, informe a companhia transportadora e o representante ou distribuidor Altus mais próximo.
Antes de retirar os módulos da embalagem, é importante descarregar eventuais potenciais estáticos acumulados no corpo. Para isso, toque (com as mãos nuas) em uma superfície metálica aterrada qualquer antes de manipular os módulos. Tal procedimento garante que os níveis de eletricidade estática suportados pelo módulo não serão ultrapassados.
É importante registrar o número de série de cada equipamento recebido, bem como as revisões de software, caso existentes. Essas informações serão necessárias caso se necessite contatar o Suporte Técnico da Altus.
Suporte Técnico
Para entrar em contato com o Suporte Técnico da Altus em São Leopoldo, RS, ligue para +55-51- 589-9500. Para conhecer os centros de Suporte Técnico da Altus existentes em outras localidades, consulte nosso site (www.altus.com.br) ou envie um email para [email protected]. Se o equipamento já estiver instalado, tenha em mãos as seguintes informações ao solicitar assistência: os modelos dos equipamentos utilizados e a configuração do sistema instalado. o número de série da UCP. a revisão do equipamento e a versão do software executivo, constantes na etiqueta afixada na lateral do produto. informações sobre o modo de operação da UCP, obtidas através do programador MasterTool. o conteúdo do programa aplicativo (módulos), obtido através do programador MasterTool. a versão do programador utilizado.
Mensagens de Advertência Utilizadas neste
Manual
Neste manual, as mensagens de advertência apresentarão os seguintes formatos e significados:
Prefácio
PERIGO: Relata causas potenciais que se não observadas levam a danos à integridade física e saúde, patrimônio, meio ambiente e perda da produção
Relata detalhes de configuração, aplicação e instalação que devem ser seguidos para evitar condições que possam levar a falha do sistema e suas conseqüências relacionadas
Capítulo 2 A Família PROFIBUS
A Família PROFIBUS
Nível de Controle Ciclo < 100 ms
Ciclo < 1 s
Nível de Planta
Nível de Campo Ciclo < 10 ms
PROFIBUS - FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Barramento
PCME CNC (^) Host (^14) 758069
2 3
PLC DCS
VMEPC
Trans- missor
Dispositivo de Campo
Dispositivo de Campo
Acionador RemotoE/S Válvulas
PROFIBUS-DP
Figura 2-1 Áreas de Aplicação do PROFIBUS
O PROFIBUS é um padrão de rede de campo independente de fornecedor e aberto, aplicável a uma grande gama de aplicações, incluindo Processo, Manufatura e Automação Predial. A independência de fornecedor e a compatibilidade são garantidas pela Norma PROFIBUS EN 50 170. Com o PROFIBUS, dispositivos de diferentes fabricantes podem comunicar-se entre si, sem modificações nas interfaces. O PROFIBUS pode ser usado tanto para transmissão de dados em alta velocidade como em serviços de comunicação especiais (ver Figura 2-1). O PROFIBUS tem três versões para atender diferentes requisitos de um sistema de controle:
O PROFIBUS DP é otimizado para conexão rápida e barata. Esta versão de PROFIBUS é destinada especialmente para comunicação entre sistemas de controle de automação e E/S distribuídos. PROFIBUS-DP pode ser usado para substituir transmissão de sinais como 24 Vdc ou 4 a 20 mA.
PROFIBUS-PA foi projetado especialmente para aplicação em processos contínuos. Possibilita a conexão de sensores e atuadores em barramento único comum, em áreas intrinsecamente seguras. PROFIBUS-PA possibilita a comunicação de dados e alimentação no mesmo barramento, usando tecnologia a dois fios, de acordo com o padrão internacional IEC 1158-2.
PROFIBUS-FMS é uma solução de comunicação genérica. Os serviços FMS abrangem uma larga faixa de aplicações e proporcionam grande flexibilidade. PROFIBUS-FMS geralmente é utilizado a nível de controle.
Capítulo 3 Arquitetura
Arquitetura
O protocolo PROFIBUS é baseado em padrões internacionais. A arquitetura do protocolo é orientada ao modelo de referência OSI (Interconexão de sistemas abertos) em concordância com o padrão internacional ISO 7498. Neste modelo cada nível administra tarefas precisamente definidas. Nível 1(nível físico) define as características da transmissão física. Nível 2 (nível de transporte de dados) define o protocolo de acesso à rede. Nível 7 (nível de aplicação) define as funções de aplicação. A arquitetura do protocolo PROFIBUS é mostrada na Figura 3-1.
FMS DP PA
RS-486 ou fibra ótica IEC 1158-
Não usado
Camada Usuário
Perfis FMS
Perfis - DP Perfis - PA
Estenções - DP Funções Básicas DP
(7)
Aplicação
(3)
(2)
Data Link
(1)
Físico
EN 50 170 UNI L 1924 parte 4 Perfis Profibus
Interface IEC
IEC 1158-
Fieldbus Data Link (FDL)
Figura 3-1 Arquitetura do Protocolo do PROFIBUS.
O PROFIBUS-DP utiliza os níveis 1 e 2, e uma interface de aplicação. Os Níveis 3 a 7 não são definidos neste protocolo. Esta arquitetura organizada metodicamente assegura transmissão de dados rápida e eficiente. O DDLM (Direct Data Link Mapper) facilita o acesso da aplicação ao nível 2. As aplicações disponíveis, assim como o comportamento dos vários tipos de dispositivos PROFIBUS-DP, estão especificados na interface do usuário. As tecnologias de transmissão disponíveis são RS 485 ou fibras ópticas. No PROFIBUS-FMS, os níveis 1,2 e 7 estão definidos. O nível de aplicação é composto de mensagens FMS (Fieldbus Message Specification) e LLI (Lower Layer Interface). As mensagens FMS contem o protocolo de aplicação, proporcionando ao usuário uma grande seleção de serviços de comunicação poderosos. As mensagens LLI implementam as várias relações de comunicação, e habilitam o acesso independente de fornecedor ao FMS. O nível 2 (FDL, Fieldbus Data Link) implementa o controle de acesso à rede e a segurança dos dados. Tecnologias de transmissão RS 485 ou fibras ópticas podem ser utilizadas pelo PROFIBUS-FMS. PROFIBUS-PA usa o protocolo estendido do PROFIBUS-DP para transmissão de dados. Adicionalmente o PA tem um “perfil” que define o comportamento dos dispositivos de campo. A tecnologia de transmissão, que está de acordo com o IEC 1158-2, possibilita segurança intrínseca e também permite aos dispositivos de campo serem alimentados pelo barramento. Os dispositivos do
Capítulo 3 Arquitetura
Transmissão IEC 1158-2 para PROFIBUS-PA A tecnologia de transmissão IEC 1158-2 foi definida para satisfazer as necessidades das indústrias químicas e petroquímicas. Proporciona segurança intrínseca e possibilita a alimentação dos dispositivos de campo pelo barramento. A tecnologia utiliza um protocolo bit-síncrono com transmissão contínua “current-free”, sendo referida como H1. Esta tecnologia é utilizada pelo PROFIBUS-PA. A transmissão é baseada nos seguintes princípios:
Cada segmento tem somente uma fonte de alimentação (unidade de alimentação).
O barramento não é alimentado quando a estação está transmitindo.
Cada dispositivo de campo consome uma corrente básica constante em regime permanente.
Os dispositivos de campo atuam como dreno de corrente passivo.
É necessário uma terminação passiva em ambos os extremos da linha principal do barramento.
Topologias linear e em árvore podem ser usadas.
Para aumentar a confiabilidade, segmentos de barramento redundantes podem ser utilizados.
Características do IEC 1158- 2 Transmissão de dados
codificação digital, bit-síncrona, Manchester Velocidade de Transmissão
31,25 kbit/seg, Modo Voltagem
Segurança dos Dados
Preâmbulo, caractere de conferência e delimitadores de início e de fim Cabo Par trançado, com ou sem blindagem Alimentação remota Opcional, através de linhas de dados Tipo à prova de explosão
Operações intrinsecamente seguras e não-intrinsecamente seguras são possíveis Topologia Em linha e em árvore, ou uma combinação Número de estações Até 32 estações por segmento de linha, total máximo de 126 Repetidores Pode ser expandido com até 4 repetidores
Tabela 3-2 Características da Tecnologia de Transmissão IEC 1158-
O PROFIBUS-PA oferece topologias de conexão em árvore ou em linha, ou uma combinação das duas. Ver Figura 3-2. A topologia em linha proporciona pontos de conexão ao longo do cabo da rede de campo iguais à instalação dos circuitos de alimentação. O cabo da rede de campo pode ser circulado através dos dispositivos de campo. O uso de ramos para a conexão dos dispositivos de campo é permitido.
Capítulo 3 Arquitetura
Figura 3-2 Configuração Típica em Controle de Processo
A combinação de estruturas em linha e em árvore otimiza o comprimento do barramento e permite ajustar para as necessidades do sistema existente. O comprimento máximo permitido da extensão de conexão deve ser considerado. Um cabo de dois fios é usado como o meio de transmissão. O número de estações que podem ser conectadas a um segmento é 32. Este número é ainda mais restrito, dependendo do tipo de classe de controle de explosão escolhido e tipo de alimentação no barramento. Quando conexões intrinsecamente seguras são utilizadas, a tensão e a corrente devem ser limitadas a valores máximos definidos. Até quando segurança intrínseca não é necessária, a energia da unidade de alimentação remota é limitada.
Transmissão em Fibra Óptica Condutores de fibra óptica podem ser usados em PROFIBUS para aplicações em ambientes com interferência eletromagnética muito alta e para aumentar a distância máxima em altas velocidades de transmissão. Dois tipos de condutores estão disponíveis. Condutores baratos de fibra plástica para distâncias <= 50 m ou condutores de fibra de vidro para distâncias da ordem de quilometro. Para configurar sistemas com fibra óptica, consultar a ALTUS.
Nível 2: Protocolo PROFIBUS Acesso à Rede
Todas as três versões PROFIBUS (DP,FMS e PA) usam um protocolo uniforme de acesso à rede. Este protocolo é implementado pelo nível 2 do modelo de referência OSI. O nível 2 garante a segurança dos dados, a administração dos protocolos de transmissão e envio dos dados em forma de “telegramas”. No PROFIBUS, o nível 2 é chamado “Fieldbus Data Link” (FDL). O Controle de Acesso ao Meio (MAC) especifica o procedimento quando uma estação está autorizada a transmitir dados. O MAC deve assegurar de que apenas uma estação tem o direito de transmitir dados a cada instante. O protocolo PROFIBUS foi projetado para atender a duas principais exigências no controle de acesso ao meio:
Durante a comunicação entre sistemas de automação (mestres), deve ser assegurado que cada uma dessas estações tenha suficiente tempo para executar suas tarefas de comunicação dentro de um intervalo de tempo precisamente definido.
Capítulo 3 Arquitetura
O tempo de conservação do “token” em um mestre depende do tempo de rotação configurado. Também a detecção de defeitos do meio de transmissão ou no receptor, assim como a detecção de erros no endereçamento das estações (por ex: endereços múltiplos), ou na passagem do “token” (tokens múltiplos ou perda dele) são características a cargo do MAC PROFIBUS. Outra tarefa importante do nível 2 é a segurança de dados. Os formatos dos “frames” do nível 2 do PROFIBUS asseguram alta integridade dos dados. Todos os telegramas têm “Hamming Distance HD=4”. Isto é conseguido ao se usar sincronização sem escorregamento, com delimitadores especiais de início e fim, e um bit de paridade por octeto, como é definido no padrão internacional IEC 870-5-
O nível 2 do PROFIBUS opera no modo sem conexão. Além da lógica de transmissão “peer-to- peer”, proporciona comunicações “multi-peer” (Broadcast ou Multicast). A Comunicação “broadcast” significa que uma estação ativa envia mensagens sem resposta para todas as outras estações (mestres e escravos). Na comunicação “Multicast”, uma estação ativa envia mensagens sem resposta para um grupo pré- determinado de estações (mestres e escravos).
Serviço SDA SRD SDN CSRD DP não sim sim não PA não sim sim não FMS sim sim sim sim
SDA - Send Data with Acknowledge (Envia dados com confirmação) SRD - Send and Request Data with reply (Envia e recebe dados com resposta) SDN - Send Data with No acknowledge (Envia dados sem confirmação) CSRD - Cyclic Send and Request Data with reply (Envia e recebe dados ciclicamente com resposta) Tabela 3-3 Segurança de Dados dos Serviços do PROFIBUS (nível 2)
No PROFIBUS-FMS, DP e PA, subconjuntos diferentes dos serviços do nível 2 são usado em cada um. Ver Tabela 3-3. Os serviços são chamados através dos pontos de acesso de serviço (SAP) do nível 2 pelos níveis mais altos. No PROFIBUS-FMS, estes pontos de acesso de serviço são usados para endereçar as relações lógicas de comunicação. No PROFIBUS-DP e PA, uma função é associada para cada ponto de acesso de serviço. Vários pontos de acesso de serviço podem ser usados simultaneamente por todas as estações, ativas e passivas. Uma distinção é feita entre pontos de acesso “origem” (SSAP) e pontos de acesso de serviço de “destino” (DSAP).
Capítulo 4 PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP
O PROFIBUS-DP é projetado para a rápida comunicação de dados entre dispositivos. A aplicação típica do PROFIBUS DP é a comunicação entre CPs e seus dispositivos de E/S remotos. Comunicações com este tipo de dispositivos é feita de forma cíclica. As funções necessárias para estas comunicações são suportadas pelas funções básicas do PROFIBUS-DP, em concordância com o EN 50170. O PROFIBUS DP também oferece funções para acesso acíclico, no caso de dispositivos de campo inteligente que necessitem configuração, diagnósticos e gerenciamento de alarmes. Estas funções acíclicas estão descritas no capítulo funções DP estendidas.
Configuração do Sistema e Tipos de
Dispositivos
O PROFIBUS-DP possibilita a existência de sistemas de mestre único ou de múltiplos mestres. Esta arquitetura proporciona um alto grau de flexibilidade na configuração do sistema. Até 126 dispositivos (mestres ou escravos) podem ser conectados a um barramento. A descrição da configuração do sistema consiste no número de estações, na atribuição de endereços às estações, no formato dos dados de E/S, no formato das mensagens de diagnóstico e dos parâmetros de barramento usados. Cada sistema PROFIBUS-DP pode conter três tipos diferentes de dispositivos:
Mestre DP Classe 1 (DPM1)
O mestre DP classe 1 é um controlador central que troca informações com as estações descentralizadas (i.e., escravos DP) dentro de um ciclo de mensagens especificado. São exemplos típicos de dispositivos mestres os controladores programáveis (CPs) e sistemas PC ou VME.
Mestre DP classe 2 (DPM2)
Os mestres DP Classe 2 são os programadores, dispositivos de configuração ou sistemas de supervisão. Os mestres DPM2 são utilizados para a configuração do sistema DP, ou para os propósitos de operação e monitoria.
Escravo DP
Um escravo DP é um dispositivo periférico (dispositivos de E/S, acionadores, IHMs, válvulas, etc.) que coleta informação de entrada e atua sobre o processo com as informações de saída. Há dispositivos que tem somente entrada, somente saída ou uma combinação. A quantidade de informação de entrada e saída depende no tipo de dispositivo. O PROFIBUS permite até 246 bytes de entrada e 246 bytes de saída. Em sistemas de mestre único, apenas um mestre está ativo no barramento num dado momento, durante a operação do sistema. A Figura 4-1 mostra a configuração de um sistema de mestre único. O controlador programável é o componente de controle central. Os escravos DP distribuídos estão ligados através do barramento ao PLC. Sistemas de mestre único possuem um tempo de ciclo de barramento mais curto.
Capítulo 4 PROFIBUS-DP
Neste estado o DPM1 está na fase de transferência de dados. Em cada comunicação cíclica de dados, as entradas dos escravos DP são lidas, e suas saídas são escritas pelo DPM1.
O DPM1 envia ciclicamente seu “status” local para seus escravos DP, através do comando ”multicast”, a intervalos de tempo configuráveis. A reação do sistema a um erro durante a fase de transferência do DPM1 (i.e., falha de um escravo DP) é determinada pelo parâmetro de configuração “auto-clear”. Se este parâmetro estiver ligado e um escravo entra em estado de erro (not ready), o Mestre passa todos os seus escravos para o estado “safe”, mudando seu próprio estado para ”clear”. Caso “auto-clear” seja definido como zero , o Mestre continuará no estado “operação”, mesmo que um erro em algum escravo venha a ocorrer. A reação do sistema, então, deve ser definida pelo usuário.
Transmissão Cíclica de Dados entre o DPM1 e
os Escravos DP
A transmissão de dados entre o DPM1 e seus escravos DP é executada automaticamente pelo DPM1, em uma ordem definida. Ao configurar o sistema de rede o usuário especifica as associações dos escravos DP aos respectivos DPM1 e quais escravos DP virão a ser incluídos ou excluídos da transmissão cíclica. A transmissão de dados entre o DPM1 e os escravos DP está dividida em três fases:
Parametrização
Configuração
Transferência de Dados
Durante as fases de parametrização e configuração, cada escravo DP compara sua configuração existente com a definida no DPM1. O escravo somente será incluído na transferência se as ambas as configurações forem idênticas. Consequentemente, o tipo de dispositivo escravo, formato e tamanho dos dados, e seu número de entradas e saídas devem corresponder à configuração programada no DPM1. Esta verificação protege o sistema contra erros de parametrização. Paralelamente à transferência de dados que é executada automaticamente pelo DPM1, novos dados de parametrização podem ser enviados aos escravos DP a pedido do usuário. Para o endereçamento dos blocos de dados assume-se que os escravos DP são modulares fisicamente ou podem ser estruturados internamente em unidades funcionais lógicas (módulos virtuais). Este modelo também é usado por todas as funções do DP para a transmissão cíclica ou acíclica de dados, onde cada módulo real ou virtual tem um número constante de bytes de entrada ou saída, transmitidos numa posição fixa do telegrama de dados. O endereçamento fica sendo baseado em identificadores (i.e., entrada ou saída, tipo de dados, etc)
Capítulo 4 PROFIBUS-DP
Frame de Requisição
Figura 4-3 Transmissão de Dados com o PROFIBUS-DP
Transmissão Cíclica de Dados entre o DPM1 e
os Dispositivos de Configuração
Além das funções de mestre-escravo, funções de comunicação mestre-mestre estão disponíveis. Estas funções possibilitam a dispositivos de configuração e diagnóstico configurar o sistema sobre o barramento. Nas funções mestre-mestre incluen-se “download”, “upload” e habilitação e desabilitação dinâmica da transferência de dados entre o DPM1 e cada um de seus escravos. O estado de operação do DPM também pode ser alterado pelas funções mestre-mestre.
Mecanismos de Proteção Segurança e confiabilidade tornam indispensável adicionar ao PROFIBUS-DP funções de proteção efetiva contra erros de parametrização ou falha do equipamento de transmissão. A monitoração de tempo é providenciada pelo mestre DP e pelos escravos DP. O intervalo de tempo é especificado durante a configuração.
No Mestre DPM1:
O Mestre DPM1 monitora a transmissão de dados dos escravos com o Data_Control_Timer. O temporizador expira quando uma transmissão de dados correta não ocorre dentro do intervalo de monitoração. O usuário é informado quando isto acontece. Se a reação automática à erro (Auto clear = true) estiver habilitada, o DPM1 termina o estado de OPERAÇÃO, protege as saídas de todos os seus escravos, e passa seu estado para “CLEAR”.
No Escravo DP
O escravo usa seu “cão-de-guarda” para detectar falhas no mestre ou na rede. Se nenhuma comunicação de dados com o mestre ocorre dentro do intervalo de tempo do “cão-de-guarda”, o escravo automaticamente muda suas saídas para o estado protegido.