Redes industriais

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Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
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Foundation 
Fieldbus 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 
R4
12 
Autor: Constantino Seixas Filho 
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Foundation Fieldbus 
Introdução: 
A rede Foundation Fieldbus (FF) é uma rede digital cuja padronização levou mais 
de dez anos para ser concluída. Existem duas redes FF, uma de baixa velocidade 
concebida para interligação de instrumentos (H1 - 31,25 kbps) e outra de alta 
velocidade utilizada para integração das demais redes e para a ligação de 
dispositivos de alta velocidade como CLPs (HSE - 100 Mpbs). 
 
 
Figura 1: Redes Fieldbus H1 e HSE 
 
A rede H1 possui velocidade de 31,25 kbps e proporciona grandes vantagens para 
substituir a instrumentação convencional de 4..20mA: 
• Redução do cabeamento, painéis, borneiras, fontes de alimentação, 
conversores e espaço na sala de controle. 
• Alimentação do instrumento pelo mesmo cabo de sinal 
• Opções de segurança intrínseca 
• Grande capacidade de diagnóstico dos instrumentos 
• Suporte para asset management: capacidade de realizar funções de 
diagnóstico, configuração, calibração via rede permitindo minerar dados de 
instrumentação em tempo real. Estas funções irão permitir a implementação da 
manutenção proativa, centrando os recursos onde eles são mais necessários. 
• Capacidade de auto sensing (auto reconhecimento) do instrumento permitindo 
fácil instalação e download de parâmetros. 
• Redução dos custos de engenharia, instalação e manutenção. 
• Sinal de alta resolução e livre de distorções asseguram precisão do sinal 
recebido aumentando a confiabilidade do sistema de automação. 
 
A rede Foundation Fieldbus tem como principais concorrentes as redes Profibus-
PA e o protocolo HART. 
 
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O estudante deve se esforçar para não confundir o nome rede Foundation 
Fieldbus com o da fundação que a criou e a mantém esta sim denominada 
Fieldbus Foundation. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: : FF e faixa de aplicação das redes de campo [ARC] 
 
Uma das grandes revoluções da rede FF foi estender a visão da área de processo 
até o instrumento e não até o último elemento inteligente então existente que era o 
CLP ou remota do SDCD. 
 
 
 
Figura 3: Aumentando as fronteiras do processo 
A outra revolução da rede FF foi permitir a migração das estratégias de controle 
do controlador, antes representado por uma remota ou CLP para o elemento de 
Faixa de Aplicação de Redes 
 
Discreto Processo 
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Aplicações 
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campo, representados pelos transmissores de temperatura, pressão, etc. e pelos 
atuadores em sua maior parte válvulas de controle. Isto irá permitir que dois ou 
mais instrumentos estabeleçam malhas de controle, que uma vez configuradas 
remotamente irão operar de forma completamente independente do controlador 
externo. Estas estratégias de controle constituem os chamados blocos de controle. 
Os blocos mais conhecidos são os de Analog Input (AI), Analog Output (AO), 
Controlador PID (PID), Digital Input (DI) e Digital Output (DO). 
 
 
 
 
Figura 4: Migração das funções de controle para a instrumentação 
 
Outra vantagem da rede FF é a redução de equipamentos necessários para instalar 
os instrumentos em uma área classificada. 
 
 
 
Figura 5: Barreiras de segurança intrínseca numa topologia FF 
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Arquitetura do Sistema 
A tecnologia Fieldbus H1 foi baseada no modelo OSI da ISO. 
 
 
Figura 6: Fieldbus H1 e modelo OSI/ISO 
 
O sistema H1 é formado de três camadas: a camada física, o stack de comunicação 
e a camada de usuário. Fazendo a correspondência com o modelo OSI/ISO, a 
camada física corresponde à camada física do modelo OSI. O stack de 
comunicação contém a camada de acesso ao meio, a camada de aplicação que é o 
Fieldbus Message Specification (FMS) e o Fieldbus Access Sublayer (FAS) que 
mapeia o FMS nas funções da DLL. A camada de usuário do fieldbus é 
inexistente no modelo OSI. 
 
A Figura 7 mostra a formação do quadro fieldbus entre as diversas camadas do 
stack. 
 
 
Figura 7: Formação do quadro de mensagem H1 
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Camada de aplicação e blocos 
 
A camada de aplicação utiliza o conceito de blocos para realizar todas suas 
funções. Existem três tipos de blocos básicos: blocos de recursos e blocos de 
transdutores, utilizados para configurar os dispositivos e blocos de função, 
utilizados para construir a estratégia de controle. 
 
 
Figura 8: Blocos 
 
Figura 9: Tipos de blocos 
 
Os blocos de transdutor servem para desacoplar os blocos de função das funções 
de interface com o sensor de campo. Eles podem executar a uma freqüência 
superior à dos blocos de função. Apesar de visíveis eles não podem ser linkados 
via ferramenta de configuração. Estes blocos não podem ser escalonados pelo 
sistema de gerenciamento. 
 
Os blocos de recurso descrevem as características físicas do dispositivo. Eles 
contem configurações gerais para o FVD. Eles também são visíveis externamente, 
mas não podem ser interligados nem participar do escalonamento estabelecido 
pelo LAS. Alguns de seus parâmetros são: ID do fornecedor, versão do 
dispositivo, características, capacidade de memória, etc. 
 
Os blocos de função determinam o comportamento do sistema. As entradas e 
saídas dos blocos de função podem ser interligadas para configurar uma estratégia 
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de controle. A execução de cada bloco de função pode ser precisamente 
escalonada pelo sistema. 
Os dez principais blocos de função são: 
 
Nome do Bloco de Função Símbolo 
Entrada Analógica (Analog Input) AI 
Saída Analógica (Analog Output) AO 
Polarização/Ganho (Bias/Gain) BG 
Control Selector CS 
Discrete Input DI 
Discrete Output DO 
Manual Loader ML 
Proportional Derivative PD 
Proportional/Integral/Derivative PID 
Ratio RA 
 
Transmissores simples de temperatura, pressão, etc., possuem um único bloco AI. 
Uma válvula de controle pode conter um bloco PID além do bloco AO. 
 
E x e m p l o : 
Na figura abaixo, uma malha de controle foi definida usando apenas os blocos de 
controle contidos em dois dispositivos: um medidor de vazão que fornece o bloco 
AI e uma válvula que fornece os blocos AO e PID. 
 
 
 
Figura 10: Malha de controle completa entre dois instrumentos. 
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Blocos avançados 
 
A especificação FF-892 introduz novos blocos de controle: 
 
Nome do Bloco de Função Símbolo 
DeviceControl DC 
Output Splitter OS 
Signal Characterizer SC 
Lead Lag LL 
Dead Time DT 
Integrator (Totalizer) IT 
SetPoint Ramp Generator SPG 
Input Selector IS 
Arithmetic AR 
Timer TMR 
Analog Alarm AAL 
 
A especificação FF-893 introduziu os blocos múltiplos ou multiple I/O (MIO): 
 
Nome do Bloco de Função Símbolo 
Multiple Analog Input MAI 
Multiple Analog Output MAO 
Multiple Discrete Input MDI 
Multiple Discrete Output MDO 
 
 
A grande inovação veio a seguir. A especificação FF-894 permite a criação de um 
bloco de aplicação livre pelo próprio usuário usando a norma IEC 61131-3. Este 
bloco recebeu o nome de Flexible FunctionBlock (FFB). 
 
 
 
Figura 11: Bloco flexível de função (FFB) 
Um bloco mantém controle da comunicação com outros blocos. Se houver perda 
de comunicação o dado de entrada é considerado velho (stale) e o bloco sinaliza o 
problema. 
 
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Figura 12: Bloco AI e sua implementação 
 
 
 
Figura 13: Bloco AI e simulação de valores de entrada 
 
Um bloco AI por exemplo tem várias funcionalidades fora ler um dado do campo 
e o disponibilizar como um valor digital para outros blocos. O bloco AI é capaz de 
aplicar um alarme da saída por faixa e até de simular uma entrada analógica que 
esteja com status ruim baseado em seus valores anteriores (Figura 13). 
 
 
 
Figura 14: Sumário dos blocos de controle 
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Figura 15: Exemplo de configuração de malhas de controle usando blocos FF 
 
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Camada Física 
Tanto a FF-H1 como a rede Profibus-PA têm sua camada física padronizada pela 
norma IEC 61158-2. Os sinais H1 são codificados utilizando codificação 
Manchester Bifase-L. Trata-se de uma comunicação síncrona que envia os sinais 
de dados combinados com o relógio. 
 
 
 
Figura 16: Codificação Manchester Bifase-L 
Observe que o sinal resultante corresponde à função XOR negada dos sinais de 
clock e dados. Uma transição positiva do sinal combinado no meio do período 
correspondente a um bit, será considerada 0 e uma transição negativa é lida como 
1. Para sincronizar o clock do receptor com o do transmissor um preâmbulo 
formado por uma seqüência de 0s e 1s é inicialmente transmitido. Para delimitar 
os quadros são utilizados sinais especiais correspondentes a violações dos códigos 
acima. Os sinais N+ e N- não apresentam uma transição no meio do tempo 
correspondente a um bit. 
 
 
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Figura 17: Caracteres especiais de início e final de quadro 
O transmissor irá modular o sinal variando a corrente de ±10mA a uma freqüência 
de 31,25 kbps sobre uma carga equivalente de 50 ohms para criar uma modulação 
de 1.0 Volt pico a pico sobre o sinal da fonte de alimentação. O valor da tensão da 
fonte de alimentação pode variar de 9 a 32 Volts. Aplicações de segurança 
intrínseca (SI) possui outros requerimentos. 
 
 
Figura 18: Sinal fieldbus 
 
As regras básicas para validação de uma rede FF-H1 são: 
 
• A rede é formada por uma linha troco com stubs ou spurs. A linha tronco deve 
ser terminada por um terminador passivo. 
• O comprimento máximo da linha tronco e da soma de todos os stubs é de 
1900m. 
• O número de instrumentos na rede pode ser: 2 a 32 instrumentos numa 
conexão não intrinsecamente segura com fonte de alimentação separada do 
sinal de alimentação. 1 a 12 instrumentos quando a aplicação não requer SI e 
os instrumentos são alimentados pelo cabo de sinal. 2 a 6 instrumentos para 
aplicações de SI quando os instrumentos recebem a sua alimentação 
diretamente do cabo de comunicação. 
• Repetidores podem ser utilizados para regenerar o sinal após excedida a 
especificação de distância máxima. O número máximo de repetidores é quatro. 
A distância máxima entre dois instrumentos quaisquer não deve exceder 9500 
m. 
• O cabo fieldbus é polarizado. Inverter a polarização pode causar danos a todos 
os instrumentos conectados à rede. Alguns fornecedores garantem 
instrumentos livres de polarização. 
• O comprimento dos spurs devem ser calculados obedecendo aos dados da 
tabela abaixo: 
 
 
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Total de 
dispositivos 
por rede 
Um 
disp. por spur 
(m) 
Dois 
disp. por spur 
(m) 
Três 
disp. por spur 
(m) 
Quatro 
disps por spur 
(m) 
Comprimento 
máximo total 
m 
1-12 120 90 60 30 439 
13-14 90 60 30 1 384 
15-18 60 30 1 1 329 
19-24 30 1 1 1 220 
25-32 1 1 1 1 10 
 
Tabela 1: Comprimento máximo dos spurs 
 
 
Figura 19: Topologias da rede Fieldbus 
Elementos de rede 
 
Os principais elementos na rede fieldbus são: 
• A fonte de alimentação 
• O módulo condicionador de potência 
• O terminador de barramento 
 
A ligação de dispositivos à rede pode se dar através de conectores Ts ou de caixas 
de junção. 
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Figura 20: Terminador da rede FF-H1 
 A fonte de alimentação é um equipamento de segurança não-intrínsica com uma 
entrada AC universal e uma saída de 24Vdc, isolada, com proteção contra 
sobrecorrente e curto-circuito, ripple e indicação de falha, apropriada para 
alimentar os elementos do Fieldbus. Exemplo: Fonte DF52 da Smar. 
 
O módulo condicionador de potência é um equipamento de controle de 
impedância ativo, não-isolado, de acordo com o padrão IEC 1158-2. Este 
equipamento apresenta uma impedância de saída que, em paralelo com os dois 
terminadores de barramento ( um resistor de 100Ù em série com um capacitor de 
1µF) atendendo ao padrão, resulta em uma impedância de linha puramente 
resistiva para uma ampla faixa de freqüência. Exemplos: os módulos DF49 (dois 
canais) e módulo DF53 (quatro canais) da Smar. Estes módulos não podem ser 
utilizados em áreas que exigem especificações de segurança intrínseca. 
 
O terminador de barramento é um elemento passivo formado por um de 100Ù em 
série com um capacitor de 1µF acondicionado em um invólucro vedado. 
 
 
Figura 21: Configuração básica de uma rede FF-H1 [Fayad 2003] 
 
 
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Figura 22: Ligação à Junction Box [Fieldbus Foundation] 
 
 
 
 
Figura 23: Elementos de rede Fieldbus 
 
 
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Figura 24: Rede com barreira de segurança intrínseca [Fayad 2003] 
 
 
 
 
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Ciclo de operação 
 
Figura 25: Macrocycle e escalonamento do barramento 
 
O escalonamento é executado periodicamente em um período de tempo 
denominado macrocycle. Cada dispositivo do barramento é sincronizado com 
precisão de 1ms e obedece a um escalonamento pré determinado. O scheduler 
determina quando os blocos de função de cada dispositivos são executados e 
quando comunicações escalonadas e não escalonadas ocorrem no barramento. As 
atividades de máxima prioridade que devem acontecer ciclicamente são 
denominadas operações escalonadas. As operações não escalonadas ocorrem 
quando o primeiro tipo de comunicação não está sendo executado. e outras 
operações denominadas comunicações não escalonadas poderão executar. Por 
exemplo, as transferências de dados entre blocos de malhas de controle executam 
na parte escalonada. 
 
O LAS (Link Active Scheduler) é o dispositivo que controla a comunicação no 
barramento. 
Pelo padrão FF existem três tipos de dispositivos: 
• O Link Master que é capaz de suportar as funções de LAS. 
• Básico que não é capaz de suportar as funções de LAS e 
• Linking device que além de ter a capacidade de ser Link Master possui a 
funcionalidade de conectar segmentos H1. 
 
Apenas um link master executando como LAS pode controlar a comunicação no 
barramento FF-H1. Caso este dispositivo saia do ar outro link master irá tentar 
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assumir o papel de LAS. Deve existir pelo menos um link master por segmento 
capaz de assumir o papel de LAS. Durante a partida o link master com menor 
número de nó assume o papel de LAS. 
 
 Sincronização no tempo 
Existem várias sincronizações a serem efetivadas em uma rede FF-H1: 
 
S i n c r o n i z a ç ã o d o t e m p o d e d a t a l i n k : 
A primeira função é proporcionar a sincronizaçãono tempo de cada dispositivo no 
barramento. Cada instrumento é um computador e com o tempo os relógios dos 
diversos instrumentos passam a apresentar um erro de fase (drift error). Como a 
comunicação deve ser determinística com precisão de 1 ms os relógios devem ser 
sincronizados periodicamente. O LAS é responsável por este serviço de 
sincronização do tempo de barramento ou data link time. Ele envia uma 
mensagem denominada TD (time distribution) periodicamente no barramento. 
 
S i n c r o n i s m o d o t i m e o f d a y 
 
Outro sincronismo importante é o do relógio de hora do dia utilizado para aplicar 
o time stamp em cada dado lido e nos eventos e alarmes ocorrido. Esta hora é 
denominada application time e deve ser sincronizada para todos os dispositivos. 
Este sincronismo é obtido através da Clock Message enviada por um dispositivo 
denominado Time Master através de uma mensagem do tipo DT (Data Transfer) 
enviada. O Time Master pode ser qualquer dispositivo do barramento incluindo o 
host que também executa o papel de LAS ou qualquer instrumento. Esta 
mensagem não é considerada parte do ciclo de manutenção do enlace de dados. 
 
I d e n t i f i c a ç ã o d o s d i s p o s i t i v o s 
 
A manutenção de enlace de dados inclui outras atividades como a identificação de 
novos instrumentos inseridos na rede. Isto proporciona a importante capacidade de 
plug and play da rede. O LAS mantém uma lista com todos os endereços de 
dispositivos ativos no barramento. Esta lista é chamada de Live List ou lista de 
dispositivos ativos. 
Uma mensagem especial denominada PN (Probe Node) é utilizada para identificar 
novos dispositivo. O LAS periodicamente envia mensagens PN para os nodos que 
não estão na Live List. Se um dispositivo está presente no endereço ele responde 
com a mensagem PR (Probe Response). O LAS inclui o dispositivo na Live List e 
confirma a ativação do dispositivo através da mensagem NodeActivation. 
 
Cada dispositivo é identificado por três valores: 
• Device ID: Número de série definido pelo fabricante do instrumento. Por 
exemplo: 31416ACME93293 
• Device Name (TAG): definido pelo usuário. Por exemplo: TT-01 
• Device Address: endereço único no segmento. Por exemplo: 33 
 
Todo o endereçamento é configurado por comandos do barramento sem o uso de 
jumpers ou dip-switches. 
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A sequência para se designar um novo endereço para um dispositivo é a seguinte: 
• Um novo dispositivo é conectado ao barramento e usa um endereço default 
randômico entre 248-251. 
• Uma ferramenta de configuração rodando no host atribui um nome físico ao 
dispositivo (PD TAG). 
• Uma ferramenta de configuração rodando no host designa um endereço 
permanente não utilizado ao dispositivo. O dispositivo se lembrará deste 
endereço mesmo após uma queda de alimentação. 
 
D i c i o n á r i o d e O b j e t o s 
 
Todo dado dos dispositivos accessível via rede é descrito pelo Object Dictionary 
(OD) que depende do dispositivo. 
 
O Virtual Field Device (VFD) contem todos os objetos e descritores de objetos 
que podem ser utilizados por um usuário de comunicação. Todo dispositivo de 
campo geralmente tem duas VFDs: 
• Uma FFD para blocos de função 
• Uma Management Information Base (MIB) que retrata aplicações de 
gerenciamento de rede e do sistema. 
Toda aplicação de controle consiste de blocos de função interconectados. Blocos 
são conectados através de objetos de ligação (linking objects) da VFD de blocos 
de função. Um objeto de ligação irá conectar dois blocos de função no mesmo 
instrumento ou um bloco de função para uma VCR para produtor ou consumidor. 
 
 
 
Figura 26: Dispositivo de campo virtual e seus dicionários de objetos 
 
C o m u n i c a ç ã o e s c a l o n a d a 
 
A comunicação escalonada é usada para transferir dados cíclicos de malhas de 
controle entre os blocos de função. O LAS possui uma lista com os tempos para 
transmissão de todos os blocos de todos os dispositivos que necessitam ser 
transmitidos ciclicamente. 
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Quando chega a hora de um dispositivo enviar um buffer o LAS envia uma 
mensagem do tipo Compel Data (CD) para o dispositivo. Ao receber o CD o 
dispositivo publica ou broadcasts o dado para todos os dispositivos no 
barramento. Todo dispositivo que estiver configurado para receber o dado é 
chamado de assinante ou consumidor. O LAS reserva um tráfego exclusivo para 
realizar as comunicações escalonadas. 
 
C o m u n i c a ç ã o n ã o e s c a l o n a d a 
 
Todos os dispositivos do barramento têm a chance de transmitir informações não 
escalonadas entre os ciclos de transmissão de mensagens cíclicas. 
O LAS garante uma permissão para um dispositivo usar o barramento emitindo 
uma mensagem do tipo PT (Pass Token) para o dispositivo. Quando o dispositivo 
trecebe o token ele tem o direito de usar o barramento até terminar ou até o tempo 
máximo de manutenção do token ter sido alcançado. 
 
A operação do LAS 
 
O LAS realiza ciclicamente as seguintes operações: 
 
 
Figura 27: Ciclo de atividades do LAS [Hightech Multimidia] 
 
A programação de CD contem uma lista de atividades que estão programadas para 
serem executadas ciclicamente. Na hora especificada o LAS envia uma mensagem 
CD (Compel Data) para um buffer de dados em um dispositivo FF. O dispositivo 
publica a mensagem. Esta atividade tem prioridade máxima. Todas as demais 
atividades acontecem entre este tipo de transferências. O LAS passa a enviar PTs 
para todos os nodos na Live List. O dispositivo que responder corretamente a 
mensagens PT continua na Live List. Se o dispositivo ao receber o token não 
transmitir uma mensagem ou devolver o token por três vezes consecutivas, será 
tirado da Live List. Depois o LAS deve enviar mensagem PN (Probe Node) a pelo 
menos um nodo fora da Live List. Toda vez que o LAS altera a Live List ele 
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realiza o broadcast das alterações na Live List para que todos os nodos possam ter 
uma cópia atualizada da Live List. 
A mensagem TD (Time Distribution) é enviada periodicamente a todos os nodos. 
Virtual Communication Relationships (VCR) 
 
A comunicação escalonada e não escalonada é uma função da camada DLL (Data 
Link Layer). A camada FAS (Fieldbus Access Sub layer) utiliza estas funções para 
proporcionar um serviço à camada FMS (Fieldbus Message Specification). 
Estes serviços são descritos por VCRs (Virtual Communication Relationship), 
relações virtuais de comunicação. 
 
O VCR é como uma abreviatura de acesso, uma pequena estrutura que resume um 
conjunto maior de dados pré armazenados. 
 
As principais VCRs são: 
 
C o m u n i c a ç ã o c l i e n t e - s e r v i d o r : 
 
Utilizada para comunicação enfileirada, não escalonada, iniciada pelo usuário, um 
para um, entre dispositivos no fieldbus. 
 
Enfileirada implica que as mensagens são enviadas na ordem fornecida para 
transmissão, respeitada suas prioridades, sem sobresescrita das mensagens 
anteriores. Quando um dispositivo recebe um token ele coloca uma mensagem no 
barramento. Ele é dito cliente da comunicação e o destino da mensagem é o 
servidor. Quando o servidor recebe o token do LAS ele responde à pergunta 
recebida. 
 
Exemplos: Mudança de set point pelo operador, sintonia de malhas e parâmetros, 
reconhecimento de alarmes e download e upload do dispositivo. 
 
A Figura 28 mostra um exemplo de mecanismo cliente servidor implementado 
com comunicação não escalonada: 
 
 
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Figura 28: Mecanismo cliente – servidor 
 
O mecanismo pode ser sumarizado como: 
1. O Cliente necessita de dado do servidor 
2. O Cliente coloca uma mensagem Data Transfer Request na fila. 
3. Cliente recebe o token do LAS. 
4. Cliente envia Data TransferConfirmed Request para o Servidor. 
5. O Servidor coloca dado solicitado na fila de mensagem. 
6. Servidor recebe token do LAS. 
7. Servidor envia Data Transfer Confirmed Response para o Cliente. 
8. Cliente recebe e decodifica dado solicitado. 
9. LAS continua a cuidar de outras comunicações do barramento. 
 
 
D i s t r i b u i ç ã o d e R e l a t ó r i o ( R e p o r t D i s t r i b u t i o n o r S o u r c e 
a n d S i n k ) 
 
Utilizada para comunicação enfileirada, não escalonada, iniciada pelo usuário, um 
para muitos, entre dispositivos no fieldbus. 
 
Quando um dispositivo com um evento ou relatório de tendência recebe o token 
do LAS, ele envia a mensagem para um grupo de endereços representado pelo 
VCR. Dispositivos interessados em receberem a mensagem identificada pelo VCR 
irão receber o evento ou relatório. 
 
Exemplo: Envio de eventos e alarmes (non solicited messages) para estações de 
supervisão. 
 
 
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Figura 29: Distribuição de relatório 
 
P r o d u t o r - C o n s u m i d o r 
 
É utilizado para comunicação buferizada de um para muitos. Bufferizado quer 
dizer que apenas a última versão da informação é mantida. O dado mais recente 
sobreescreve o dado anterior. 
 
Quando um dispositivo recebe a mensagem CD do LAS, ele transmite uma 
mensagem. Este dispositivo é chamado de produtor. Todos os dispositivos 
interessados no dado irão recebe-lo. Estes dispositivos são os assinantes ou 
consumidores. 
 
A mensagem Cd pode ser escalonada no LAS ou enviada aos assinantes de forma 
não escalonada. Um atributo do VCR irá determinar qual dos dois mecanismos 
serão utilizados. 
 
Exemplo: 
É utilizado para publicar de forma escalonada e cíclica os valores das PVs e MVs 
das malhas de controle para os instrumentos e para as estações de operação. 
 
 
 
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24
 
 
Figura 30: Mecanismo produtor-consumidor 
 
 
 
Figura 31: Sumário dos serviços da FAS 
 
 
 
Cliente Servidor 
 
Distribuição de Report 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
25
 
Produtor Consumidor 
 
Figura 32: Sumário de tipos de comunicação FF 
 
Vantagens da rede H1 sobre Profibus-PA 
São vantagens da rede H1 sobre a rede Profibus-PA: 
• A rede FF-H1 possibilita o auto reconhecimento do instrumento instalado a 
quente possibilitando uma operação plug and play. 
• Na rede FF_H1 o controle é realizado no instrumento mudando a estratégia de 
controle para FCS (Field Control System). 
• Na rede FF-H1 o acesso aos dados de E/S é determinístico no tempo. 
• A rede FF-H1 permite configurar o dispositivo remotamente sem o uso de dip-
switches. 
• A rede FF-H1 permite o envio de diagnóstico e mensagens de status pelo 
instrumento. 
• A rede FF-H1 implementa o conceito de produtor-consumidor que além de 
diminuir os requisitos de banda promovem uma total transparência de dados 
entre as diversas camadas do sistema de controle. 
• A rede FF_H1 permite que o instrumento armazene dados de tendência 
histórica, que depois são transferidos para o mestre. 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
26
Performance 
 
Peluso em [Peluso 2002] mostrou uma estatística de desempenho dos principiais 
blocos de controle. Não necessariamente as funções de malha PID precisam ser 
executadas de forma distribuída na instrumentação. Elas podem ser executadas 
também um nível acima como em um SDCD tradicional. 
 
 
 
 
Figura 33: Tempos de Performance típicos segundo [Peluso 2002] 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
27
Integração com rede HSE 
 
A rede H1 possui certas limitações. O número de instrumentos na rede não pode 
crescer muito estando limitado pelos recursos de faixa exigidos por cada 
instrumento. É normal que apenas 5 ou 7 instrumentos sejam colocados em um 
mesmo segmento. Para interligar diversos segmentos FF-H1 a solução ideal é o 
uso da rede HSE operando na velocidade de 100 Mpbs. 
A rede HSE é compatível com os protocolos da rede H1, permitindo o 
intertravamento de instrumentos localizados em diferentes segmentos de rede. 
Além disso permite a interligação de dispositivos que requerem grande 
capacidade de rede como CLPs e computadores host e instrumentos 
especializados que necessitam transferir grandes blocos de dados como 
espectrofotômetros. 
A rede HSE evita a existência de diversos níveis de hierarquia reduzindo qualquer 
configuração a dois níveis apenas. 
 
 
 
Figura 34: Integração entre redes HSE e H1 [Hightech Multimidia] 
 
Além de servir de gateway entre a rede HSE e a rede H1 os device links realizam 
outra função importante: eles podem ter pontos de I/O locais para permitir a 
interligação de sinais discretos oferecendo uma boa solução para aplicações de 
natureza híbrida. Outros device links possuem interfaces para outros protocolos 
como o Modbus para facilitar a interligação de inversores de freqüência e outros 
tipos de dispositivos inteligentes orientados a byte. 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
28
 
 
 
Figura 35: Linking Device HSE (Smar DFI302) com capacidade de I/O local e 
com interface Modbus. 
 
Existem blocos de I/O remotos que podem ser ligados na rede H1 para um 
pequeno número de sinais de entrada e saída como o Smar DC302 I/O Block. 
 
 
Figura 36: Bloco de I/O Smar DC302 
Recentemente foram introduzidos no padrão H1 blocos de função múltiplos 
capazes de manipular até oito variáveis digitais e analógicas. São os blocos MAI, 
MAO, MDI, MDO. Todas as oito variáveis podem ser lidas ou escritas nestes 
blocos em uma transação única. A funcionalidade MVC (Multi Variable 
Container) também introduzida recentemente, permite acessar todas as variáveis 
de diferentes blocos de um mesmo dispositivo em uma transação única, 
diminuindo o número de comunicações para ler variáveis de instrumentos 
complexos. 
Existem também gateways para sinais Hart, permitindo a ligação em daisy chain 
de até quatro gateways totalizando 32 canais Hart. Os instrumentos Hart são 
visíveis na rede H1 como se fossem instrumentos H1 só que com as limitações 
impostas pela tecnologia HART. Exemplo de gateway Hart-FF-H1 é o Smar 
HI302. 
 
Figura 37: Gateway Hart-Fieldbus 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
29
Para mapear os instrumentos em uma rede estrangeira para a rede FF-H1 pode-se 
utilizar os blocos flexíveis FFB. A lógica do FFB é definida pelo usuário. O FFB 
irá permitir também que uma ferramenta de configuração FF default possa ser 
utilizada para configurar os parâmetros da rede estrangeira. 
 
E x e m p l o – D F I 3 0 2 - S u b s i s t e m a d e I / O F i e l d b u s 
 
Cada módulo DFI302 permite a conexão de até quatro redes H1 a uma rede HSE. 
Desta forma este dispositivo funciona como um linking device. Ele também opera 
como uma bridge entre diferentes canais H1, permitindo a comunicação entre 
instrumentos localizados em segmentos diferentes. Ele também opera como um 
gateway permitindo a conexão de dispositivos estrangeiros através dos protocolos 
Modbus RTU e Modbus TCP/IP às redes FF-HSE e FF-H1. Cada módulo pode 
gerenciar uma rede Modbus completa. O DFI302 pode operar como master ou 
slave da rede. Como mestre de uma rede Modbus o DFI302 permite a conexão de 
sistemas legado ao sistema 302. Como escravo ele possibilita conectar um sistema 
fieldbus Smar a um SDCD mais antigo que não suporta o padrão FF. 
O FDI302 pode funcionar como LAS para quatro redes H1 diferentes. Ele também 
pode fazer o papel de uma RTU de SDCD executando 37 blocos de função FF 
diferentes, com cerca de 100 blocos por módulo, o que é útil quando não se quer 
realizar as funções de controle no instrumento e mante-las centralizadas como nosSDCDs antigos. 
 
Este dispositivo também permite o uso de cartões de I/O convencional para a 
programação de sistemas híbridos onde a função de intertravamento discreto é 
importante. Tanto entradas analógicas 4..20 mA são disponíveis entradas 
discretas, e de pulso. Para implementar esta função o DFI302 oferece Blocos de 
função flexívies (FFB). Para programar a lógica existe uma linguagem textual e 
está sendo desenvolvido um módulo em ladder. Desta forma ele desempenha a 
função de um CLP. 
 
Dois FDI302 podem ser colocados em paralelo para assegurar dois canais 
redundantes para a sala de controle e LAS redundantes para as redes H1. 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
30
Device Descriptor (DD) 
A Device Description é uma descrição textual do dispositivo de campo produzida 
pelo fabricante do instrumento para uso dos sistemas host. A definição é feita para 
os protocolos HART, Profibus e Foundation Fieldbus, utilizando uma linguagem 
universal denominada DDL – Device Descriptor Language. Esta linguagem é 
normalizada através da norma IEC 61 804 partes 1 e 2 Function Block Application 
and EDDL e CENELEC 50391 – Network Oriented Application Harmonization 
Electronic Device Description Language. O texto fonte é denominado DD Source. 
Este texto pode ser convertido para uma notação mais compacta denominada DD 
binário por um software denominado tokenizer. 
 
Figura 38: DD source de DD binary 
 
A descrição do equipamento é interpretada por um software no computador host 
que traduz todas as informações numa linguagem mais amigável. Este software é 
denominado serviço de descrição de dispositivo ou DDS (Device Descriptor 
Services). O DD independe do sistema operacional utilizado pelo sistema de 
controle. 
Já está sendo desenvolvida uma padronização suplementar com o nome de EDDL 
(Electronic Device Description Language) com o objetivo de tornar a 
apresentação dos dados do DD mais atraentes e compatível com os padrões da 
Web. 
 
//====================== 
// File Header 
//====================== 
[File Header] 
Description = "Capability File of LD 292" 
FileType = "CapabilitiesFile" 
FileDate = 1999,10,05 //05,October,1999 
 
//====================== 
// Device Header 
//====================== 
[Device Header] 
 
[Device VFD 1] //Management VFD 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
31
VendorName = "SMAR" 
ModelName = "LD292" 
Revision= "1.2" 
DeviceName = "Pressure Transmitter" 
DeviceClass = BASIC 
CommGroup = 3 
CommClass = Class31+Class32 
CommSubClass = RolePub+RoleSub 
 
[Device VFD 2] //FB VFD 
VendorName = "SMAR" 
ModelName = "LD292" 
Revision= "1.2" 
DeviceName = "Pressure Transmitter" 
MANUFAC_ID = 0x000292 
DEV_TYPE = 0x0001 
DEV_REV = 3 
DD_REV = 2 
DD_RESOURCE = " " 
 
//====================== 
// FM section 
//====================== 
//[FM] 
//VersionOd = // Not specifeid , block instatiation will change it 
 
//====================== 
// NM section 
//====================== 
[NM OD Directory] 
DirectoryRevisionNumber = 2 
NumberOfDirectoryObjects = 1 
TotalNumberOfDirectoryEntries = 9 
DirIndexFirstCompositeListReference = 8 
NumberOfCompositeListReference = 1 
StackMgtOdIndex = 500 
NumberOfObjectsInStackManagement = 1 
 
// Smar require this keyword 
NumberOfPorts = 1 //Omar 
 
//====================== 
//Physical Layer 
//====================== 
MediumAndDataRatesSupported = WIRE_MEDIUM+VOLTAGE_MODE+SPEED_31KBS 
IecVersion = 0x0001 //31.25 half duplex 
PowerMode = BUS_POWERED 
InterfaceMode = HALF_DUPLEX 
LoopBackMode = LB_DISABLED 
PowerRequired = 12 // in milliamps 
 
Figura 39: Estrato do Capability File do instrumento Smar LD 292 
(acompanha o DD). 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
32
 
 
Field Device Tool - FDT 
 
FDT é uma especificação que permite que qualquer dispositivo, seja ele um 
instrumento, ou um equipamento de rede intermediário possa ser acessado por um 
host independente do protocolo utilizado. O que se deseja é acessar toda a 
informação disponível nos dispositivos de campo inteligentes sejam eles em 
tecnologia FF, Profibus ou Hart para fins de configuração, engenharia, operação, 
monitoração, calibração, manutenção e diagnóstico. 
Todos estes processos passarão a ser independentes de dispositivo. 
Uma parte importante deste esquema são os chamados DTMs (Device Type 
Manager) que são componentes ActiveX (COM/DCOM) cuja finalidade é 
funcionar como um drive para um determinado modelo de dispositivo. 
 
 
Figura 40: Conceito geral FDT/DTM 
 
DTMs podem ser encarados como fazendo parte dos dispositivos. Eles são criados 
pelo fornecedor do equipamento encapsulando todas as estruturas de dados e 
procedimentos necessários para a interação host-dispositivo. DTMs propiciam 
todos os diálogos num formato user-friendly para a interação com o operador. 
Este conceito foi inicialmente criado pela ABB e abraçado pela Organização 
Profibus, que é quem oferece hoje a padronização para o mercado. O padrão FDT 
utiliza XML e cada interface do componente apresenta uma certa funcionalidade 
como por exemplo configuração ou visualização de valores medidos. O DTM de 
um equipamento pode ir evoluindo durante todo o tempo da sua via útil. Se novas 
funcionalidades são adicionadas, nova interfaces são definidas. 
Tanto os instrumentos como os equipamentos de comunicação intermediários 
possuem DTMs. Todos os equipamentos pertencentes a uma arquitetura 
necessitam de uma DTM para serem visualizados. 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
33
 
Figura 41: Exemplo de DTM 
 
 
Figura 42: Hierarquização física e lógica possibilitada pela tecnologia DTM 
[Mata 2003] 
 
Figura 43: Visualizando e configurando o instrumento na estação de engenharia 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
34
Asset Management 
 
A função de gerenciamento de ativos visa gerenciar os itens patrimoniais 
(equipamentos de processo) através do monitoramento contínuo proporcionado 
pela instrumentação inteligente. Os instrumentos hoje possuem uma refinada 
capacidade de diagnóstico de seu próprio funcionamento e do funcionamento do 
processo. 
O objetivo final é a busca de uma manutenção proativa onde todas as informações 
referentes à disponibilidade dos equipamentos de processo estejam sendo 
coletadas e analisadas em busca de uma otimização operacional. 
Só esta possibilidade já justificaria a troca da instrumentação convencional pela 
instrumentação FF. 
 
As principais funções de um SW de gerenciamento de ativos são: 
• Identificação, calibração, configuração e diagnóstico dos instrumentos. 
• Obtenção de assinaturas dos dispositivos de campo e acompanhamento da 
variação dos parâmetros com o tempo antecipando o acontecimento de falhas. 
• Obtenção de estatísticas sobre o funcionamento dos ativos incluindo número 
de operações, medidas de performance, disponibilidade, etc. 
• Diagnóstico de malhas de controle 
• Cálculo da variabilidade de itens de controle 
• Detecção de linhas bloqueadas, e outras anomalias. 
 
 
 
Figura 44: Blocos de diagnóstico FF visualizados pelo AMS da Emerson 
Um bom exemplo de determinação de assinaturas é a função gráfico de histerese 
do Asset View da Smar. Um dos ensaios excursiona a válvula de fechada para 
aberta e vice versa e registra a posição atual em função do set point. Pela análise 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
35
do gráfico pode ser ter uma indicação da existência de banda morta ou de alta 
fricção. Outro ensaio traça a pressão do atuador necessária para colocar a válvula 
na posição desejada. Da comparação da operação padrão com a operação corrente 
pode-se detectar um agarramento ou escape dear. 
 
Estas funções extrapolam as capacidades de diagnóstico descritas nas DDs (device 
descriptors) dos instrumentos e só podem ser atingidas com SWs especiais. 
 
 
 
Figura 45: Assinatura de uma válvula de controle (Asset View – Smar) 
 
 
Figura 46: Tela de diagnósticos do Asset View da Smar 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
36
Outra função interessante é a determinação da resposta ao degrau. Neste teste o 
set point é variado em degraus e o valor da posição do atuador é registrado. 
Analisando este gráfico poderemos determinar o tempo morto, a velocidade da 
resposta, overshooting e settling time (amortecimento) 
 
 
 
Figura 47: Tela de resumo de utilização de ativos da Emerson 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
37
Exercícios 
 
1) São benefícios da rede FF (marque tudo que se aplica): 
 
( ) É uma rede aberta, determinística, distribuída no campo, para 
controle de processo. 
( ) Implica em redução do custo de SW e HW. 
( ) Interoperável entre diversos fornecedores de instrumentos. 
( ) Operação plug and play. 
( ) Inteligência distribuída 
( ) Suporte para asset management: auto reconhecimento, alarmes e 
diagnósticos, calibração e sintonia remota, etc, 
( ) Rede escalável. 
( ) Suporta transmissores de múltiplas entradas. 
( ) Produz medidas mais precisas. 
( ) Troca de instrumentos a quente 
( ) Documentação on-line. 
 
2) Visite o site www.smar.com. 
Complete o quadro abaixo: 
 
Dispositivo Descrição Function Blocks Intrumento 
ou Equip de 
rede 
BC302 
 
 
BT302 
 
 
DC302 
 
 
DF47 
 
 
DF48 
 
 
DF52 
 
 
DF53 
 
 
DFI302 
 
 
DT302 
 
 
FDI302 
 
 
FI302 
 
 
FP302 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
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38
FY302 
 
 
FY402 
 
 
IF302 
 
 
JM1 
 
 
LC700 
 
 
LD292 
 
 
LD302 
 
 
PCI 
 
 
PH302 
 
 
SR301 
 
 
TP302 
 
 
TT302 
 
 
 
3) Compare as redes Profibus-PA e Fundation Fieldbus 
 
4) Mostre as vantagens da rede Foundation Fieldbus sobre o protocolo HART 
 
5) Quais são os gateways para a rede HSE hoje existentes no mercado ? 
 
6) Marque Verdadeiro ou Falso: 
 
( ) A diminuição da quantidade de hardware proporcionada pelo padrão 
FF implica em maior confiabilidade destes sistemas. 
( ) O cabo FF-H1 pode ser conectado independente de sua polaridade. 
( ) A rede física é a mesma tanto no padrão FF-H1 como no Profibus-
PA. 
( ) Um instrumento FF pode ser configurado via rede enquanto no 
padrão Profibus-PA a configuração é local via dip switches. 
( ) Quando um mestre FF (LAS) sai do ar a rede continua a operar, 
executando as estratégias de controle estabelecidas entre os 
instrumentos. 
( ) Um instrumento FF pode ser inserido a quente. 
( ) A comunicação na rede FF-H1 é bidirecional. 
( ) Dois instrumentos localizados em segmentos de rede H1 diferentes 
cujos link devices estejam interligados via uma rede HSE podem 
formar uma malha. 
( ) Dispositivos fieldbus podem ser configurados on-line e off-line. 
( ) Todo segmento FF-H1 possui um LAS. 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
39
( ) Podem existir dois LAS por segmento. 
( ) FF suporta transmissão cíclica e acíclica de dados. 
( ) FF suporta serviços com confirmação e sem confirmação. 
( ) FF suporta serviços baseados em conexão e sem conexão. 
( ) Uma comunicação produtor consumidor pode ser escalonada ou não 
escalonada. 
( ) O DFI 302 opera como uma bridge permitindo a comunicação entre 
diferentes segmentos H1 conectados. 
( ) O fornecedor de instrumentação deve fornecer um DD para os 
principais sistemas operacionais utilizados: Linux, WNT, Windows 
2000, etc. 
( ) DTMs são componentes COM que utilizam mensagens no formato 
XML. 
 
7) Baseado na figura abaixo explique a evolução da localização das funções de 
controle desde o controle DDC (Digital Direct Control) até o FCS (Field 
Control System) passando pelos DCS (Digital Control Systems). 
 
 
Figura 48: Evolução das topologias de controle [Berge 2002] 
 
8) Estude as malhas de controle abaixo e explique: qual é a malha primária e a 
malha secundária ? Quais são os set points, PV e MV de cada malha ? 
Quantos e quais blocos de controle serão necessários para implementar as 
malhas em cascata ? 
 
 
Figura 49: Controle em cascata [Peluso 2003] 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
40
 
9) São vantagens da rede FF sobre a comunicação 4..20 mA. Marque tudo o que 
se aplicar: 
 
( ) FF-H1 permite interligar diversos instrumentos em um único 
segmento de rede. 
( ) Na rede FF-H1 A comunicação entre o mestre e o instrumento é 
bidirecional. 
( ) FF-H1 permite alimentar os instrumentos (9-32VDC) diretamente 
pelo cabo de dados. 
( ) FF-H1 permite a comunicação entre dois instrumentos de campo. 
( ) FF-H1 permite comunicar em um único para de fios mais de um 
valor de dado por instrumento o que é muito útil em dispositivos de 
múltiplas entradas e saídas. 
( ) FF-H1 possibilita ler diagnósticos dos instrumentos 
( ) FF-H1 possibilita calibrar o instrumento remotamente 
( ) FF-H1 possibilita setar parâmetros dos instrumentos 
( ) FF-H1 possibilita reconhecer os instrumentos assim que são 
plugados na rede. 
 
10) Marque as necessidades de cada dispositivo abaixo por uma rede de sensores 
(S), rede de dispositivos (D), rede FF-H1 (H1) ou rede FF-HSE (HSE): 
 
( ) PLC 
( ) Válvula solenóide 
( ) Servidor Scada 
( ) Célula fotoelétrica 
( ) Contactor 
( ) Sensor de proximidade 
( ) Inversor de freqüência 
( ) Espectrômetro 
( ) Transmissor de nível, temperatura, pressão, etc. 
( ) Relé de proteção 
( ) Push Buttons 
( ) Medidor de energia 
( ) Válvula de controle 
 
11) Sobre a comunicação exemplificada na figura abaixo podemos afirmar: 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
41
( ) Trata-se de uma comunicação escalonada. 
( ) Esta comunicação é cíclica. 
( ) Esta comunicação utiliza o mecanismo produtor consumidor. 
( ) Esta comunicação é desencadeada quando o LAS envia a mensagem 
CD para o bloco AI. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
42
Bibliografia 
 
[Berge 2002] Jonas Berge, Fieldbuses for Process Control: Engineering, 
Operation and Maintenance, ISA – The Instrument, Systems 
and Automation Society, 2002 
[Berge 2002b] Jonas Berge, Using Foundation Fieldbus in Hybrid and Batch 
Applications, Foundation Fieldbus End User Council 
Australia Inc., 2002 
[Berge 2003c] Jonas Berge, Addressing the benefits and FAQs of Fieldbus 
based FCS architecture, ISA 98. 
[Emerson 2002] Fieldbus technical overview, 
www.emersonprocess.com/home/library/fieldbus/techover/ 
[Fayad 2003] Claudio Aun Fayad, Pedro Anisio Biondo, Reliability with 
Foundation Fiedbus, InTech Março 2003 
[FF 2002] Foundation Fieldbus – Technical Overview; 
www.fieldbus.org. 
[Franco 98] Lucia Regina Horta Rodrigues Franco / Victor Marinescu. 
Buses Actualización. Editorial Control S.R.L, 1998. 
[Mata 2003] Rogério Souza da Mata, Introdução à tecnologia FDT/DTM, 
InTech Brasil, Março, 2003. 
[Neto 2003] Eugênio da Silva Neto, Peter Berrie, Raimond Sommer, FDT 
– Field Device Tool, InTech Março 2003 
[Peluso 2002] Marcos Peluso, Advances in Field Devices Diagnostics, 
Emerson, 2002 
[Peluso 2003] Marcos Peluso, EDDTL ou Como o Sistema sabe o que os 
instrumentos de campo estão querendo dizer?, InTech Brasil, 
Março 2003 
[Pereira 2002] Ian Verhappen, Augusto Pereira. Foundation Fieldbus: A 
Pocket Guide, ISA – The Instrument, Systems and 
Automation Society, 2002 
Sites a serem visitados 
 
www.smar.com.br Smar 
www.emersonprocess.com Emerson 
www.fieldbus.org Foundation Fieldbus 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Profibus 
Process Fieldbus 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 
R3 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
2 
Profibus 
Introdução: 
Profibus é hoje um dos standards de rede mais empregados no mundo. Esta 
rede foi concebida a partir de 1987 em uma iniciativa conjunta de fabricantes, 
usuários e do governo alemão. A rede está padronizada através da norma DIN 
19245 incorporada na norma europea Cenelec EN 50170. 
 
 
 
Figura 1 - Aplicações da rede Profibus 
 
A rede Profibus é na verdade uma família de três redes ou communication 
profiles no jargão Profibus. 
 
P r o f i b u s D P ( D i s t r i b u t e d P e r i p h e r a l s ) 
 
Esta rede é especializada na comunicação entre sistemas de automação e 
periféricos distribuídos. 
 
P r o f i b u s F M S ( F i e l d b u s M e s s a g e S p e c i f i c a t i o n ) 
 
É uma rede de grande capacidade para comunicação de dispositivos 
inteligentes tais como computadores, CLPs ou outros sistemas inteligentes que 
impõem alta demanda de transmissão de dados. FMS vem perdendo espaço 
para a rede Ethernet TCP/IP. 
 
P r o f i b u s P A ( P r o c e s s A u t o m a t i o n ) 
 
-PA -DP 
FMS 
Nível de 
fábrica 
Tempo de 
ciclo < 
1000ms 
 
Nível de 
célula 
Tempo de 
ciclo < 
100ms 
 
Nível de 
campo 
Tempo de 
ciclo < 
10ms 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
3 
É uma rede para a interligação de instrumentos analógicos de campo tais como 
transmissores de pressão, vazão, temperatura, etc. Esta rede possui uma grande 
fatia do mercado de barramentos de campo geralmente chamados de fieldbus. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 - Profibus e faixa de aplicação das redes de campo 
 
Características gerais: 
 
Profibus é uma rede multimestres. A especificação fieldbus distingue dois tipos 
de dispositivos: 
 
Dispositivos Mestre: 
Um mestre é capaz de enviar mensagens independente de solicitações externas 
quando tiver a posse do token. São também chamados de estações ativas. 
 
Dispositivos Escravos: 
Não possuem direito de acesso ao barramento e podem apenas confirmar o 
recebimento de mensagens ou responder a uma mensagem enviada por um 
mestre. São também chamadas de estações passivas. Sua implementação é mais 
simples e barata que a dos mestres. 
 
 
 
Faixa de Aplicação de Redes 
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Discreto Processo 
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FI
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Aplicações 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
4 
Características do nível físico: 
 
Existem atualmente três physical profiles que definem os métodos de 
transmissão disponíveis para o Profibus: 
 
? RS-485 para aplicações gerais da automação da manufatura. 
? IEC 1158-2 para uso na automação de processos 
? Fibra ótica para maior imunidade a ruído e maiores distâncias 
 
Existem pesquisas para se usar o Profibus sobre uma rede Ethernet 10Mbps ou 
100 Mbps. 
 
 
 
Figura 3 - Arquitetura dos protocolos Profibus 
 
O protocolo DP utiliza as camadas 1 e 2 e a camada de usuário. Esta 
arquitetura otimizada assegura uma transmissão de dados eficiente e rápida. A 
suite FMS possui apenas as camadas 1, 2 e 7. A camada 7 corresponde ao 
Fieldbus Message Specification (FMS). 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
5 
 
Profibus PA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 - Topologia da rede Profibus PA 
 
A rede Fieldbus PA é uma rede para interligar válvulas, transmissores de 
pressão diferencial, etc., portanto geralmente dispositivos escravos. A 
alimentação dos dispositivos pode se dar pela própria rede. Caso se deseje 
interligar esta rede de baixa velocidade a uma rede de alta velocidade (DP) ou a 
um CLP, deve-se utilizar um acoplador. 
 
O protocolo é muito simples, o que facilita a interoperabilidade. 
 
A distribuição do controle depende sempre de um mestre externo. O mestre 
deve ler as PVs dos transmissores, executar os algoritmos de controle e definir 
a abertura da válvula de controle. 
 
A Profibus PA permite ligar 32 dispositivos por segmento sem segurança 
intrínseca (IS) ou até 9 dispositivos com segurança intrínseca (Eex ia/ib). 
 
Os dispositivos podem ser conectados e desconectados para manutenção com a 
rede em operação, mesmo quando operando em áreas classificadas. 
 
 
 
Master C1 
Slaves 
PA 
Coupler 
PID 
PV 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
6 
Acoplador DP para PA 
 
 
 
 
Conector Ts 
 
 
 
 
Caixa de Junção 
 
Conector T 
 
 
Terminador 
 
Conector 
 
 
Figura 5 - Conectores Profibus PA 
 
I E C 1 1 5 8 - 2 
A rede Profibus-PA obedece o padrão IEC 1158-2 que utiliza como meio de 
transmissão um par trançado blindado, e apresenta a velocidade de 31.25 kbit/s. 
Este padrão de nível físico é o mesmo da rede H1 da Foundation Fieldbus. 
Ele permite alimentar os dispositivos diretamente, usando o barramento de dois 
fios e apresenta segurança intrínseca. Esta rede pode ser usada em áreas 
classificadas e atende ao modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) 
definido pelo Federal Physical Technical Institute da Alemanha. 
 
Os princípios fundamentais são: 
? Cada segmento deve ter uma única fonte de potência: a fonte de 
alimentação. 
? Nenhuma potência é alimentada no barramento quando a estação está 
enviando dados. 
? Cada dispositivo de campo consume uma potência fixa conhecida em 
regime. 
? Os dispositivos de campo funcionam como consumidores passivos de 
corrente. 
? A terminação passiva de linha é realizada nos dois extremos da linha. 
? Topologias linear, árvore e estrela são permitidas. 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
7 
O consumo de corrente em regime permanente é de 10 mA. O nó que envia 
dados deve sobrepor uma modulação de +/- 9 mA à corrente básica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 - Nível de sinal na rede Profibus -PA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 - Alimentação dos instrumentos de campo 
 
 
DCS/PLC 
PROFIBUS-PA 
31.25 kbit/s ? 100 
? F 1 
Par trançado, blindado 
comprimento total 
 max. 1.900 m 
(Tipo de proteção: [EEx ib], 
explosion group: IIC) 
? 10 mA ? 10 mA 
? 10 mA 
? 10 mA 
? 10 mA 
24 V 
Alimentação de inst. De campo: 
área Ex: max. 10 
área não Ex: max. 40 
Spur 
max. 30 m 
DP/PA Link 
PROFIBUS-DP 
+ 
< 120 mA 
??x 
Bits 1 0 1 1 0 
 
 
19 mA 
 
 
 
 
 
 
IB = 10 mA 
 
 
 
 
 
 
1mA 
 1 Bit Manchester Code t 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
8 
Topologias: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8 - Topologia da rede Profibus 
 
 Profibus-PA & FF (H1) 
Daisy Chain a <= 1900m 
Bus b <=30..120m 
T-plug IP66 dependendo do número de derivações 
Tree Caixa de Junção 
b <=30 .. 120m 
 
Em aplicações de segurança intrínseca uma drop line (stub ou spur em inglês, 
ou spur em alemão) não pode ser maior que 30m. 
 
Para se determinar o comprimento máximo da linha, uma série de fatores 
devem ser analisados, mas uma regra básica seria calcular a potência necessária 
a cada dispositivo a ser conectado e a classificação da área de processo. As 
tabelas 1 e 2 são usadas para este cálculo. 
 
Tipo Aplicação Tensão de 
alimentação 
Corrente 
máximada 
fonte 
Potência 
máxima 
Número de 
estações 
típico 
I Eex ia/ib IIC 13.5 V 110 mA 1.8 W 9 
II EEX ib IIC 13.5 V 110 mA 1.8 W 9 
III Eex ib IIB 13.5 V 250 mA 4.2 W 22 
IV Não intrinsecamente 
seguro 
24 V 250 mA 12 W 32 
 
Tabela 1: Fontes de alimentação padrão para transmissão IEC 1158-2 
 
 
 
T 
 
 
 
P F 
 
 
 
T 
 
 
 
P F 
 
 
 
T 
 
 
 
P F 
Estrutura em Linha 
(Daisy chain) 
Linha com derivações 
lineares 1) 
Estrutura em árvore 1) 
b 
b 
T 
T 
T 
a 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
9 
A tabela acima supõe que cada dispositivo irá consumir no máximo 10 mA. 
 
Fonte de alimentação Tipo I Tipo II Tipo 
III 
Tipo 
IV 
Tipo 
IV 
Tipo 
IV 
Tensão de alimentação V 13.5 13.5 13.5 24 24 24 
Necessidade de potência mA <=110 <=110 <=250 <=110 <=250 <=500 
Comprimento total do 
cabo q=0.8 mm2 
m <= 900 <=900 <=400 <=1900 <=1300 <=650 
Comprimento total do 
cabo q=1.5 mm2 
m <=1000 <=1500 <=500 <=1900 <=1900 <=1900 
 
Tabela 2 - Comprimento máximo do cabo para transmissão IEC 1158-2 
 
Blocos de funções PA 
 
O profile PA suporta a intercambialidade e interoperabilidade de dispositivos 
de campo PA de diferentes fornecedores. 
As funções parâmetros de cada dispositivo são descritas através modelo de 
blocos de função. Os parâmetros de entrada e saída dos blocos de função são 
utilizados diretamente pelas aplicações. 
 
Principais blocos de função: 
 
Bloco Físico Contém informações gerais do dispositivo: nome, 
fabricante, versão, número de série. 
Bloco de transdutor Contém dados específicos à aplicação como 
parâmetros de correção. 
AI – Entrada Analógica Valor medido pelo sensor com status e escala. 
AO – Saída Analógica Valor de saída. 
DI – Entrada Digital Entradas digitais. 
DO – Saída Digital Saídas digitais 
 
 
E x e m p l o : P a r â m e t r o s d o b l o c o d e f u n ç ã o A I : 
 
Parâmetro Leitura Escrita Função 
OUT ? Valor corrente da variável medida e status 
PV_SCALE ? ? Escala da PV, valor inferior e superior da 
faixa de medida, unidade de engenharia e 
número de dígitos após o ponto decimal. 
PV_FTIME ? ? Tempo de subida do bloco de função em 
segundos. 
ALARM_HYS ? ? Histerese das funções de alarme como um % 
do range de medida. 
HI_HI_LIM ? ? Limite superior de alarme: se excedido, 
alarme e bit de status vão para 1. 
HI_LIM ? ? Limite superior de aviso: se excedido, aviso 
e bit de status vão para 1. 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
10 
LO_LIM ? ? Limite inferior de aviso: se excedido, aviso e 
bit de status vão para 1. 
LO_LO_LIM ? ? Limite inferior de alarme: se excedido, aviso 
e bit de status vão para 1. 
HI_HI_ALM ? Status do limite superior de alarme com time 
stamp 
HI_ALM ? Status do limite superior de advertência com 
time stamp 
LO_ALM ? Status do limite superior de advertência com 
time stamp 
LO_LO_ALM ? Status do limite inferior de alarme com time 
stamp 
 
 
 
 
Figura 9 - Parâmetros de um instrumento no Profile PA 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
11 
Profibus DP 
 
É uma rede de alta velocidade e multimestres utilizando o padrão RS 485. 
 
Os mestre podem ser de duas categorias: 
Classe 1: são mestres que realizam comunicações cíclicas tais como CLPs. 
Classe 2: São mestres que trabalham com mensagens assíncronas como 
estações de operação e de configuração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10 - Topologia da rede Profibus DP 
 
A rede Profibus DP permite a conexão de até 32 dispositivos por segmento, até 
o máximo de 4 segmentos, através de 3 repetidores. O número máximo de 
nodos deve ser 126. A distância máxima é de 1.2 Km utilizando interface RS-
485. A rede pode ser estendida com repetidores até 15 Km com fibra ótica. 
A rede é terminada por um terminador ativo no começo e fim de cada 
segmento. Ambos os terminadores devem ser alimentados. 
Velocidade da rede: 
 
A velocidade da rede é única e é determinada pelo escravo mais lento. Hoje a 
velocidade máxima da rede Profibus DP é 12 Mbps. A velocidade default é de 
1.5 Mbps. 
 
A velocidade de transmissão irá depender do comprimento do cabo no 
segmento: 
 
Baud rate (kbit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000 
Comprimento do 
segmento (m) 
1200 1200 1200 1000 400 200 100 
 
Ethernet, 
TCP/IP Backbone 
T 
R 
Segment 1 Segment 2 
R 
Coupler 
HMI 
Master 
DPM1 
PNC 
PA 
DP Slave 
DP Slave 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
12 
 
T 
 
Conector 
 
T 
 
Terminador 
 
 
Figura 11: Conectores Profibus -DP 
 
Os dispositivos mais comuns nesta rede são: 
? Computadores 
? Drives AC e DC (acionamentos) 
? Sensores e Atuadores 
? Controladores Programáveis 
? Etc. 
 
T e m p o d e c i c l o 
O tempo de ciclo desta rede é função da velocidade da rede, que por sua vez é 
função da distância máxima e do número de nodos da rede. 
 
 
 
Figura 12 - Performance da rede Profibus DP 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
13 
Topologias: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13 - Topologias para rede Profibus 
 
 Profibus-DP 
Daisy Chain a<= 1200m 
Bus T-Plug IP 40 
b<= 0.2 m 
 
Uso de fibra ótica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14 - Rede Profibus em anel utilizando tecnologia Hirshmann 
 
 
 
 
T 
 
 
 
P F 
 
 
 
T 
 
 
 
P F 
Estrutura em Linha 
(Daisy chain) 
Linha com derivações 
lineares 1) 
b 
T 
T 
a 
O rompimento do cabo causa a degeneração 
da topologia para barramento PROFIBUS 
Cabo de cobre 
Anel ótico redundante Profibus 
? 
Rompimento do cabo 
OZD Profi 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
14 
Fibra ótica pode ser utilizada para aumentar a imunidade ao ruído ou para 
alcançar maiores distâncias. Segmentos Profibus utilizando fibra ótica como 
meio físico devem adotar uma topologia em estrela ou anel. Alguns fabricantes 
oferecem ainda redes redundantes com a troca automática de rota em caso de 
falha. Existem também acopladores entre rede de fibra ótica e RS485, o que 
permite trocar de meio de transmissão sempre que desejado. A Hirschmann 
oferece uma arquitetura de rede em anel utilizando o repetidor OZD Profibus 
[Figura 14]. 
 
O tipo da fibra irá determinar a distância máxima a ser alcançada. 
 
Tipo de fibra Propriedades 
Fibra de vidro multimodo Distâncias médias na faixa de 2-3 km 
Fibra de vidro monomodo Longas distâncias > 15 km 
Fibra sintética Pequenas distâncias > 80 m 
Fibra de PCS/HCS Pequenas distâncias > 500 m 
Protocolo de acesso ao meio 
 
O protocolo de acesso ao meio é implementado pela camada 2, que no caso do 
Profibus é denominado Fieldbus Data Link (FDL). A camada MAC no 
Profibus opera segundo dois princípios básicos: 
 
? Na comunicação entre sistemas de automação complexos (mestres) deve-se 
buscar que cada estação tenha tempo suficiente para realizar suas tarefas de 
comunicação dentro de intervalos de tempo estabelecidos. Para este tipo de 
comunicação é adotado o protocolo token passing. 
 
? Na comunicação cíclica entre um mestre tal como um CLP e seus 
periféricos (escravos), a transmissão deve ser o mais simples e rápida 
possível. Neste tipo de transação utiliza-se o protocolo mestre-escravo. 
 
P r o t o c o l o t o k e n p a s s i n g 
 
O token é passado para cada estação segundo sua posição no anel lógico 
(endereços crescentes) dentro de um tempo bem determinado. O tempo de 
retenção da ficha por cada mestre é determinado pelo tempo de rotação do 
token, que é configurável. 
 
A comunicação em Profibus é independente de conexão, o que permite 
executar uma comunicação broadcast (uma estação envia uma mensagem sem 
reconhecimento para todas as demais, mestres ou escravos) ou multicast(uma 
estação ativa envia uma mensagem sem reconhecimento para um determinado 
grupo de estações (mestre ou escravos). 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
15 
 
Figura 15 - Comunicação token ring e por polling na rede Profibus 
 
Conexão da rede Filedbus PA à rede Fielbus DP. 
 
Existem duas maneiras de se realizar a conexão das duas redes: via acoplador 
de segmento e via DP/PA link. Acopladores são conversores de sinais que 
adaptam os sinais RS-485 para o nível de sinal do IEC 1158-2, não possuem 
endereço de rede e permitem endereçar os dispositivos das sub redes 
diretamente. Sua maior desvantagem é limitar a ve locidade da rede DP a 93.75 
kbps (na verdade em 45.4 kbps para a maioria dos fabricantes, somente 
Pepperl+Fuchs dispunha de solução a 93.75kbps em 2001). Alguns 
fornecedores do mercado limitam esta velocidade para um valor ainda menor. 
Já o link é um equipamento que se conecta na rede DP a 12Mbps e na Profibus 
PA na velocidade nominal da rede H1 (31.25 kbps). O link possui um endereço 
na rede DP e é um dispositivo inteligente. Eles representam todos os 
dispositivos conectados à rede IEC 1158-2 como um único escravo no 
segmento RS-485. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16 - Acoplador DP/PA 
Acoplador 
DP/PA 
PROFIBUS-PA 
31.25 kbit/s 
24 V 
Versão para área não classificada: 
I < 400 mA, 
max. 40 inst. de campo 
J 
24 V 
Versão para área classificada: 
I < 120 mA 
max. 10 inst. de campo 
PROFIBUS-DP up to 93.75 kBit/s 
J 
??x 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17 - DP/PA link 
 
 
 
Figura 18 - Profibus DP sistema monomestre. 
 
Cada dispositivo ligado na rede pode fornecer 246 bytes de dados de entrada e 
246 bytes de dados de saída. 
 
Numa arquitetura típica, a rede teria apenas um mestre, como por exemplo, um 
CLP. Numa arquitetura multi mestres, cada mestre pode ler variáveis de cada 
dispositivo escravo, porém cada escravo está dedicado a um mestre 
determinado. Este mestre é responsável pela sua inicialização e configuração. 
Se o mestre de alguns escravos não está presente, então não se consegue 
realizar a leitura das variáveis deste mestre. Apenas um mestre de cada vez 
pode escrever num dispositivo escravo. 
 
 
 
PROFIBUS-PA 
31.25 kbit/s 
DP/PA Link 
(expansão modular , 
módulo central com 
com um máx. de 3 acopladores) 
24 V 
Não-Ex: max. 40 instrumentos de campo 
Ex: max. 3 x 10 inst. de campo 
PROFIBUS-DP up to 12 Mbit/s 
??x 
J 
J 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19 - Rede Profibus - Arquitetura Multimestre 
 
Arquivo de Configuração: GSD – General 
Slave Data 
Profibus definiu uma folha de dados eletrônica denominada GSD que são 
proporcionados pelo fabricante do dispositivo Profibus. O GSD se divide em 
três partes: especificações gerais, informações relacionadas ao mestre (para 
dispositivos mestres), informações relacionadas ao escravo. 
As especificações gerais definem informações do fabricante, velocidade de 
comunicação, pinagem de conectores, etc. 
As especificações do mestre definem o número máximo de escravos permitidos 
e opções de upload e download. 
As especificações do escravo definem os parâmetros do escravo: número e tipo 
de canais de I/O, especificação de textos de diagnósticos, etc. Um editor de 
GSDs está disponível no sítio oficial da rede Profibus. GSDs são visíveis até o 
nível de controle e são usados pelas ferramentas de configuração para 
visualizar os dados do instrumento. 
 
E x e m p l o G S D 
 
;====================================================== 
; GSD File Example E10 
; Modular Slave with header parameters and 
; module related parameters (Example10) 
; 
; With Slot Definition 
;====================================================== 
#Profibus_DP 
; Prm-Text-Def-List 
PrmText=1 
Text(0)= "Bit 0" 
Text(1)= "Bit 1" 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
18 
EndPrmText 
PrmText=2 
Text(0)="BitArea 0" 
Text(1)="BitArea 1" 
Text(2)="BitArea 2" 
Text(3)="BitArea 3" 
EndPrmText 
 
; 
ExtUserPrmData=1 "Header Prm Bit" 
Bit(0) 0 0-1 
Prm_Text_Ref=1 
EndExtUserPrmData 
ExtUserPrmData=2 "Header Prm BitArea" 
BitArea(1-2) 0 0-3 
Prm_Text_Ref=2 
EndExtUserPrmData 
ExtUserPrmData=3 "Header Prm Unsigned 16" 
Unsigned16 2000 0-10000 
EndExtUserPrmData 
ExtUserPrmData=4 "Module rel Prm Bit 1" 
Bit(0) 0 0-1 
Prm_Text_Ref=1 
EndExtUserPrmData 
ExtUserPrmData=5 "Module rel Prm BitArea 1" 
BitArea(1-2) 0 0-3 
Prm_Text_Ref=2 
EndExtUserPrmData 
ExtUserPrmData=6 "Module rel Prm Unsigned 8" 
Unsigned8 6 0-100 
EndExtUserPrmData 
 
;General parameters 
GSD_Revision = 3 
Vendor_Name = "PNO WG GSD" 
Model_Name = "GSD Example E10" 
Revision = "V1.0" 
Ident_Number = 0x0000 
Protocol_Ident = 0 
Station_Type = 0 
FMS_supp = 0 
Hardware_Release= "HW_R" 
Software_Release= "SW_R" 
9.6_supp = 1 
19.2_supp = 1 
45.45_supp = 1 
93.75_supp = 1 
187.5_supp = 1 
500_supp = 1 
1.5M_supp = 1 
3M_supp = 1 
6M_supp = 1 
12M_supp = 1 
MaxTsdr_9.6 = 60 
MaxTsdr_19.2 = 60 
MaxTsdr_45.45 = 250 
MaxTsdr_93.75 = 60 
MaxTsdr_187.5 = 60 
MaxTsdr_500 = 100 
MaxTsdr_1.5M = 150 
MaxTsdr_3M = 250 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
19 
MaxTsdr_6M = 450 
MaxTsdr_12M = 800 
Redundancy = 0 
Repeater_Ctrl_Sig = 2 
24V_Pins = 0 
Implementation_Type = "Implementation" 
Bitmap_Device = "DIB_NamN" 
Bitmap_Diag = "DIB_NamD" 
Bitmap_SF = "DIB_NamS" 
; Slave-Specification: 
Freeze_Mode_supp = 1 
Sync_Mode_supp = 1 
Set_Slave_Add_Supp = 0 
Auto_Baud_supp = 1 
Min_Slave_Intervall = 1 
Fail_Safe = 0 
Max_Diag_Data_Len = 13 
Modul_Offset = 0 
Slave_Family = 3@Sub1@Sub2 
Modular_Station = 1 
Max_Module = 10 
Max_Input_len = 50 
Max_Output_len = 50 
Max_Data_len = 100 
 
 
; UserPrmData: Length and Preset: 
User_Prm_Data_Len = 12 
User_Prm_Data = 
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 
Max_User_Prm_Data_Len= 15 
Ext_User_Prm_Data_Const(0)=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0
x00,0x00,0x00,0x00,0x00 
Ext_User_Prm_Data_Ref(3)=1 
Ext_User_Prm_Data_Ref(3)=2 
Ext_User_Prm_Data_Ref(4)=3 
 
; Module Definition List 
Module="Module1 1 Byte Out" 0x20 
1 
EndModule 
 
Module="Module2 1 Byte In " 0x10 
2 
EndModule 
 
Module="Module3 2 Byte Out" 0x21 
3 
EndModule 
 
Module="Module4 2 Byte In " 0x11 
4 
EndModule 
 
Module="Module5 3 Byte In PRM SKF" 
0x45,0x02,0x05,0x04,0x03,0x02,0x01 
5 
Ext_Module_Prm_Data_Len = 3 
Ext_User_Prm_Data_Const(0) = 0x05,0x00,0x00 
Ext_User_Prm_Data_Ref(1) = 4 
Ext_User_Prm_Data_Ref(1) = 5 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
20 
Ext_User_Prm_Data_Ref(2) = 6 
EndModule 
 
Module="Module6 3 Byte Out PRM SKF" 
0x85,0x02,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a 
6 
Ext_Module_Prm_Data_Len = 3 
Ext_User_Prm_Data_Const(0) = 0x06,0x00,0x00 
Ext_User_Prm_Data_Ref(1) = 6 
Ext_User_Prm_Data_Ref(2) = 4 
Ext_User_Prm_Data_Ref(2) = 5 
EndModule 
 
Module="Module7 Emty" 0x00 
7 
EndModule 
 
 
SlotDefinition 
Slot(1) = "Slot 1" 1 1-3 
Slot(2) = "Slot 2" 2 2-7 
Slot(3) = "Slot 3" 3 3,5,7 
Slot(4) = "Slot 4" 1 1-7 
Slot(5) = "Slot 5" 7 1,2,3,4,5,6,7 
;Attention: The Slots until Max_Module can be configured with 
every module (or not) 
EndSlotDefinition 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
21 
Comparação de custo Profibus x 4..20mA 
 
A rede Profibus tem se mostrado muito efetiva em custo para uma grande gama 
de aplicações. Vamos mostrar um comparativo de custo para um projeto de um 
tanque de fermentaçãoe armazenamento de uma cervejaria extraído de um 
exemplo da Endress Hauser. 
 
Profibus-PA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.. 20 mA 
 
 
O r ç a m e n t o 4 . . 2 0 m A 
 
2 pcs External Racks S5-EG 183U 7.100 
20pcs Analogue Input Cards 16AE 20.448 
6pcs Analogue Output Cards 8AA 12.926 
2pcs Cabinets with analogue terminals 11.000 
28.270m Cable LIYCY 4x0,5 (incl. mounting) 97.814 
357x2 Cable connections 9.246 
 Planning (179 sheets) 20.000 
 Mounting 10.710 
 Setup 12.500 
 Total 1 (133%) 201.744 
48pcs Level+Density analogue devices 168.000 
2pcs Planning (60 sheets) 8.000 
 _____________ 
 Total 2 (204%) 381.744 
 
O r ç a m e n t o P r o f i b u s – P A 
 
357pcs Additional costs PA devices 24.656 
357pcs T-Connectors for PA connection 28.560 
8pcs PROFIBUS -DP Interface Cards IM308C 13.520 
20pcs DP/PA Segment Couplers 23.600 
28pcs Profibus Connectors 2.240 
1pcs Cabinet DP/PA Coupler 2.000 
3.940m PROFIBUS -PA cable (incl. mounting) 18.557 
357x2 Cable connections 9.246 
 Planning (29 sheets) 8.000 
 Mounting 10.710 
 Setup 10.000 
 
 Total 1 (100%) 151.089 
 Software Level + Density 36.000 
 
 Total 2 (100%) 187.089 
Central Rack with external 
Rack connection 
 
External Rack with analogue 
Input / Output Cards 
 
 
 
Terminal racks 
Central Rack 
with IM308C 
 
 
 
 
DP/PA Coupler 
 
T-Connectors 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
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Instalação tradicional 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
? 3 racks para CLP Siemens SIMATIC S5 
? 40 cartões para I/O analógico e discreto 
? 2 links de F.O. com níveis superiores 
 
 
Instalação com Profibus PA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
? 1 rack para Simens SIMATIC S5 
? 4 DP Mastercards IM 308 C 
? 2 P+F Acoplador de segmento 
2 links de F.O. 
Figura 20 - Exemplo de modernização com Profibus segundo Endress 
Hauser 
 
Os principais ganhos de se utilizar o Profibus contra o 4..20mA tradicionais 
podem ser resumidos como: 
 
Redução do custo de engenharia através: 
? Redução do número de equipamentos 
? Redução da documentação 
Redução do custo de instalação e comissionamento 
? Redução do custo com cabos (40%), caixas de terminais, bandejamento e 
dutos, gabinetes e espaço na sala elétrica. 
? Fácil modificação, geralmente sem a necessidade de troca de fiação 
? Dispositivos multifuncionais reduzem o número de taps de processo. 
Redução do custo de operação 
? Melhor capacidade de diagnóstico, redução do tempo de parada. 
? Informação disponível em maior quantidade e qualidade facilitando a 
análise do processo e otimização. 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
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Redução do custo de Manutenção: 
Menor número de equipamentos implica em redução da quantidade de falhas. 
Profibus e Ethernet (Profinet) 
 
Existe um esforço em se buscar o acoplamento transparente entre as rede 
Profibus e Ethernet. O que se busca é uma redução dos custos de engenharia e 
a promoção de uma comunicação mais uniforme entre aplicativos de alto nível 
e dispositivos de campo. 
 
Os principais objetivos são: 
 
? Mapear todos os serviços de engenharia do PROFIBUS para TCP/IP, 
incluindo acesso ao status das variáveis de processo, dados de diagnóstico, 
parametrização e a definição de interfaces relevantes de SW com base em 
OPC. O usuário poderá monitorar dispositivos localmente ou remotamente 
através da Ethernet/Internet. 
 
? Roteamento direto de TCP/IP para Profibus. Uma das idéias é se permitir o 
uso de web server em dispositivos de campo. 
 
? Dispositivos de campo complexos serão representados como sistemas 
orientados a objeto distribuídos. 
 
Outro grande objetivo do projeto Profibus é maior suporte para as funções de 
motion control. 
 
 
Figura 21 - Profibus e Ethernet TCP/IP. 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
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Bibliografia 
 
[Franco 98] Lucia Regina Horta Rodrigues Franco / Victor 
Marinescu. Buses Actualización. Editorial Control S.R.L, 
1998. 
[Profibus 99] Profibus Technical description, Profibus Brochure – 
Order No 4002, September 1999. 
[EndressHauser 01] João Guilherme Speck, Seminário Profibus, Process Filed 
Bus e Profibus PA – Comunicação digital, Samson 
Endress + Hauser Ltda., publicado em 
www.profibus.com.br 
[Hirshmann 01] Fiber Interfaces – OZD Family - Hirshmann - 2001 
 
Sites a serem visitados 
 
www.profibus.com.br 
www.profibus.com 
 
 
 
 
 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
25 
Exercícios 
 
1) Compare as redes Foundation Fieldbus e Profibus. 
 
2) Marque Verdadeiro ou Falso: 
 
( ) A rede Profibus é uma rede Mestre-Escravo. 
( ) Ao contrário da Foundation Fieldbus, nesta rede as funções de 
controle estão em um mestre externo e não nos próprios 
instrumentos/válvulas. 
( ) A rede Profibus-DP admite apenas um único mestre na rede. 
( ) Os dispositivos escravos em uma rede Fielbus-DP são geralmente 
dispositivos de I/O. 
( ) Linkers são dispositivos inteligentes enquanto couplers apenas 
acoplam sinais RS485 com IEC 1158-2. 
( ) Fibra óticas de vidro monomodo são a melhor opção para uso da 
rede Profibus em grandes distâncias. 
 
3) Enumere as outras opções de redes digitais para instrumentação. 
 
4) Liste os principais fornecedores de produtos Profibus e seus endereços de 
e-mail: 
 
 
 
 
 
 
 
 
5) Liste 5 produtos Profibus disponíveis no mercado a partir do site de um 
dos fabricantes. 
 
6) Comente sobre a utilidade de se ter web servers em dispositivos de campo. 
Visite o site da Altus e discuta sobre o WebGate – PO 9900 
 
7) Viste o site da revista Embedded systems e liste os fabricantes de web 
servers embedded disponíveis no mercado. 
 
8) Liste três diferenças entre acopladores e link devices na rede Profibus. 
 
9) Examine o data sheet to transmissor de pressão com interface Profibus LD 
303 no site http://www.smar.com/PDFs/Catalogues/LD303.PDF. 
a) Quais são os blocos de função disponíveis neste instrumento ? 
b) Qual a faixa de medição do instrumento ? 
c) Qual a precisão em relação ao fundo de escala ? 
d) O instrumento apresenta indicador local ? De quantos dígitos ? 
e) Que funções este instrumento pode desempenhar ? 
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DeviceNet 
 
 
 
 
 
 
Capítulo
Autor: Constantino Seixas Filho 
UFMG – Departamento de Engenharia Eletrônica 
2
DeviceNet 
Introdução: 
A rede DeviceNet classifica-se como uma rede de dispositivo, sendo utilizada 
para interligação de equipamentos de campo, tais como sensores, atuadores, 
AC/DC drives e CLPs. Esta rede foi desenvolvida pela Allen Bradley sobre o 
protocolo CAN (Controller Area Network) e sua especificação é aberta e 
gerenciada pela DeviceNet Foundation. CAN, por sua vez, foi desenvolvida pela 
empresa Robert Bosh Corp. como uma rede digital para a indústria 
automobilística. 
Hoje existem inúmeros fornecedores de chips CAN: Intel , Motorola, 
Philips/Signetics, NEC, Hitachi e Siemens. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: DeviceNet e faixa de aplicação das redes de campo 
 
A figura 3 ilustra a relação entre CAN e DeviceNet e o stack OSI/ISO: 
 
Aplicação (Nível 7) Nível Aplicação 
Controle de Enlace Lógico 
(LLC) 
 
Enlace de Dados (Nível 2) 
Controle de acesso ao meio 
(MAC) 
Sinalização do nível físico 
 
 Protocolo CAN 
 
Físico (Nível 1) Unidade de Acesso ao Meio 
(MAU) 
 
Meio (Nível 0) Meio de transmissão 
Figura 2: DeviceNet e CAN 
Esta rede possui uma linha tronco de onde derivam as drop lines. 
Faixa de Aplicação de Redes 
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Discreto Processo 
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