Guia de Instalação Rede Profibus

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PROFIBUS 
DP 
 
 
 
 
 
GUIA DE INSTALAÇÃO 
 
 
 
CABLAGEM E 
 MONTAGEM 
 
 
 
 
 
 
 
 
VERSÃO 1.0 
 
ABRIL DE 2009 
 Guia de Instalação Profbus DP – Versão 1.0 – Abril de 2009 
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Autor: Eng. André Luis Biscaro 
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ÍNDICE 
1. VISÃO GERAL ....................................................................................................................... 3 
1.1. PROFIBUS .............................................................................................................................. 3 
1.2. ESTAÇÕES PROFIBUS SIEMENS .......................................................................................... 3 
1.3. MEIOS DE TRANSMISSÃO ..................................................................................................... 3 
1.4. EIA PADRÃO RS-485........................................................................................................... 3 
1.5. TAXA DE TRANSMISSÃO ....................................................................................................... 4 
1.6. PROPRIEDADES DE TRANSMISSÃO DA RS-485: ................................................................ 4 
1.7. CABO LAN ............................................................................................................................ 4 
1.8. CONEXÃO DOS NODOS......................................................................................................... 4 
2. CABO PADRÃO FC (6XV1 830-0EH10) ........................................................................... 4 
3. INSTALAÇÃO DA REDE PROFIBUS ............................................................................... 5 
3.1. CABOS DE COBRE ................................................................................................................ 5 
3.2. DISTÂNCIA ENTRE CABOS.................................................................................................... 5 
3.3. CABOS PASSANDO DENTRO DOS ARMÁRIOS..................................................................... 6 
3.4. CABOS PASSANDO NO INTERIOR DA EDIFICAÇÃO ............................................................. 7 
3.5. CABOS PROFIBUS REDUNDANTES....................................................................................... 8 
4. CUIDADOS A SEREM TOMADOS .................................................................................... 8 
4.1. ESMAGAMENTO..................................................................................................................... 8 
4.2. TORÇÃO................................................................................................................................. 8 
4.3. MANTENDO O RAIO DE CURVATURA .................................................................................... 9 
4.4. EVITE BORDAS AFIADAS ....................................................................................................... 9 
5. ATERRAMENTO ................................................................................................................... 9 
5.1. CONEXÃO DA BLINDAGEM A TERRA. ................................................................................. 10 
6. MONTAGEM DOS CONECTORES.................................................................................. 12 
6.1. CONEXÃO DOS CONECTORES 9 -PINOS SUB-D ............................................................... 12 
6.2. USANDO A FERRAMENTA DE CONEXÃO RÁPIDA ............................................................... 12 
6.3. CONEXÃO DIRETA NA ESTAÇÃO PROFIBUS .................................................................. 19 
6.4. RECOMENDAÇÕES ADICIONAIS .......................................................................................... 21 
7. TERMINAÇÃO DA REDE PROFIBUS ............................................................................ 21 
7.1. TERMINADOR PROFIBUS .................................................................................................... 23 
8. REPETIDOR PROFIBUS RS-485..................................................................................... 23 
8. REFERÊNCIAS: .................................................................................................................. 27 
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1. VISÃO GERAL 
1.1. Profibus 
Rede de comunicação para o chão de fábrica de acordo com a EN 50170-1-2. 
 
1.2. Estações Profibus Siemens 
 
 
Figura 1 – Estações Profibus Siemens 
 
1.3. Meios de Transmissão 
Meios de transmissão das redes Profibus: 
• Cabo blindado de par trançado (impedância de 150 ohms) 
• Cabos de fibra-óptica 
• Sem-fio (tecnologia infravermelha) 
Os vários tipos podem ser usados independentes ou se necessário combinados. 
 
1.4. EIA Padrão RS-485 
A técnica de transmissão RS-485 corresponde aos dados de transmissão balanceados 
como especificado na EIA Padrão RS-485 /4/. Esta técnica de transmissão é 
obrigatória em redes Profibus padrão EN 50170 para transmissão em cabos blindados 
de par trançado. 
O barramento de cabos usa um terminador nas duas pontas com uma impedância 
característica. 
Cada barramento com terminadores é conhecido como segmento. 
Cada nodo é adicionado ao barramento via conector de barramento (máximo de 32 
nodos por segmento). 
Os segmentos são conectados uns aos outros via repetidores. 
O comprimento máximo do segmento depende dos seguintes fatores: 
_ Taxa de transmissão; 
_ Tipo de cabo usado 
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1.5. Taxa de Transmissão 
Quando operando em RS-485, o usuário pode optar pelas taxas de transmissão 
abaixo: 
9.6 Kbps, 19.2 Kbps, 45.45 Kbps, 93.75 Kbps, 187.5 Kbps, 500 Kbps, 1.5 Mbps, 
3 Mbps, 6 Mbps or 12 Mbps 
 
1.6. Propriedades de Transmissão da RS-485: 
 
A RS-485 - técnica de transmissão em Profibus, tem as seguintes características 
físicas: 
 
 
Tabela 1 – Características físicas da técnica de transmissão RS-485 
 
1.7. Cabo LAN 
O meio de transmissão usado é o cabo SIMATIC NET PROFIBUS. As informações 
técnicas aqui explicadas são em alguns tópicos aplicáveis somente quando as redes 
são implementadas com estes cabos e com os componentes SIMATIC NET 
PROFIBUS. 
 
1.8. Conexão dos Nodos 
Os nodos são conectados aos cabos LAN via conectores de barramento ou 
repetidores RS-485. 
 
2. CABO PADRÃO FC (6XV1 830-0EH10) 
 
Figura 2 – Estrutura do cabo padrão FC 
 
O cabo LAN com o código 6XV1 830-0EH10 é chamado de Conexão Rápida, padrão 
de cabo LAN para as redes SIMATIC NET PROFIBUS. Ele atende os requisitos da EN 
50170, cabo tipo A, com condutores rígidos de cobre. A combinação de par trançado, 
capa blindada e malha blindada faz este cabo particularmente conveniente para 
ambientes industriais sujeitos a interferência eletromagnética. Este cabo possui 
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certificação UL. A estrutura deste cabo permite o uso da ferramenta decapadora 
rápida de cabos. 
 
3. INSTALAÇÃO DA REDE PROFIBUS 
3.1. Cabos de Cobre 
Indústrias em geral contém cabos que carregam altas correntes e tensão. Cabos 
Profibus correndo paralelo com tais cabos podem sofrer interferência e ocasionar erros 
na transmissão de dados. Interferências podem ser reduzidas separando os cabos 
Profibus das fontes de interferência e também minimizando o comprimento dos cabos 
que correm em paralelo. 
 
3.2. Distância entre Cabos 
A tabela 2 mostra a mínima distânciaentre cabos Profibus e outros cabos de acordo 
com a EN 50174-2. A tabela também lista duas variantes com metal isolando os 
segmentos. Foi assumido que uma partição de metal tem o mesmo efeito que um cabo 
blindado. 
Em geral, quanto maior a distância entre os cabos e menor a distância que eles 
correm em paralelo, menor o risco de interferência. 
 
Figura 3 – Distância entre cabos 
 
 
 
Tabela 2: Mínima distância entre cabos (de acordo com a EN 50174) 
 
 
 
 
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3.3. Cabos Passando Dentro dos Armários 
• As mínimas distâncias entre cabos listadas na tabela 2 devem ser levadas em 
consideração mesmo para cabos correndo dentro de armários (de acordo com a EN 
50174). 
 
• Quando cabos obrigatoriamente devem ser cruzados utilizar ângulo de 90 graus. 
 
 
 
 
• Se o espaçamento é insuficiente para manter a distância exigida, os cabos devem 
ser passados separados através de calhas metálicas. Cada calha deve levar cabos da 
mesma categoria. Estas calhas podem ser colocadas diretamente uma ao lado da 
outra. 
 
 
• Estas calhas devem ser parafusadas nas paredes do painel a cada 50 cm. Certificar 
que uma grande área bem condutora foi criada na fixação. Se o armário for pintado 
deve ser usada porca dentada ou a tinta na região de contato da porca deve ser 
removida. 
 
 
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Aterrar a blindagem de todos os cabos que entram no painel no ponto de entrada. 
Conectar a malha à terra do painel com a maior área de superfície possível. Para 
proteger os cabos de serem danificados por stress mecânico os cabos devem ser 
presos na parte de baixo e de cima. 
 
 
 
3.4. Cabos Passando no Interior da Edificação 
Se somente uma eletrocalha de metal está disponível para os cabos de todas as 
categorias, a distância de acordo com a tabela 2 deve ser seguida. Se isto não for 
possível devido a espaço, as diferentes categorias de cabos devem ser separadas 
usando separadores. Os separadores devem ser bem aterrados a eletrocalha 
utilizando uma grande área de superfície. 
 
 
 
• Manter uma distância mínima de 30cm dos cabos de alimentação de tensão até 
1000V, ao menos que outros regulamentos especifiquem uma distância maior. 
 
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3.5. Cabos Profibus redundantes 
Passar os cabos de Profibus redundantes em eletrocalhas separadas para evitar 
danos em ambos os cabos devido a uma única causa. 
 
Fig.4: Passagem de cabos Profibus redundante 
 
4. CUIDADOS A SEREM TOMADOS 
4.1. Esmagamento 
• Não esmage o cabo Profibus, pisando ou conduzindo equipamentos sobre ele. 
• Evite stress excessivo ou pressão sobre os cabos Profibus, esmagando ou 
beliscando de alguma maneira o cabo. 
 
 
4.2. Torção 
• Torções com o tempo conduzem a deterioração das características elétricas e 
performance EMC no cabo. Se torções não puderem ser evitadas cabos Profibus a 
prova de torção devem ser utilizados. 
 
 
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4.3. Mantendo o raio de curvatura 
• Sempre manter o raio de curvatura permissível. Raios de curvatura abaixo do mínimo 
podem causar danos ao cabo Profibus e mudar suas propriedades elétricas. O raio de 
curvatura mínimo pode ser encontrado no catálogo do fabricante. 
 
 
• Para uma simples curvatura, o raio tipicamente não deveria ser menor que 10 vezes 
o diâmetro do cabo. Se repetidos movimentos são executados durante serviço um 
maior raio de curvatura é requerido (tipicamente aproximadamente 20 vezes o 
diâmetro do cabo). 
 
4.4. Evite bordas afiadas 
• Bordas afiadas podem causar danos aos cabos Profibus. Proteja as bordas das 
eletrocalhas no final e nas curvas com proteções. 
 
 
 
 
 
5. ATERRAMENTO 
Se por exemplo, um terminal do barramento é montado em um trilho DIN (veja figura 
4), a blindagem faz uma grande área de contato com o trilho via uma mola interna. 
Para conectar a blindagem do cabo com a terra local, uma distância mais curta 
possível entre o trilho DIN e o terra local é conveniente. 
 
 
 
 
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Figura 5 – Maneiras de instalar o terra ao terminal de barramento 
 
Nota: 
A barra de aterramento e o terra local devem ser ligados através de um condutor de 
cobre maior ou igual a 6mm² e o mais curto possível 
 
5.1. Conexão da blindagem a terra. 
Diversas opções são disponíveis para estabelecer uma grande área de conexão entre 
a blindagem e a terra. A figura 5 mostra algumas técnicas de aterramento. 
 
 
Figura 5 – Técnicas para conectar a malha de blindagem do cabo a terra 
 
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• Somente remover a capa de isolação onde requerido para aterramento. O cabo de 
Profibus fica fragilizado na região onde a capa de proteção foi removida. 
 
 
 
 
• Certificar de que danos não foram ocasionados a malha de blindagem no momento 
da decapagem do cabo Profibus. 
 
 
• Não use o conector de aterramento da malha de blindagem como uma presilha anti-
tensionadora, pois isto pode reduzir a afetividade do aterramento e pode causar danos 
a blindagem do cabo. 
 
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• Para proteger o cabo Profibus de danos nestas condições, grampos de fixação de 
mesmo diâmetro do cabo podem ser usados em ambos os lados do aterramento. 
 
 
 
 
6. MONTAGEM DOS CONECTORES 
Diversos tipos de conectores estão disponíveis para conectar os cabos de Profibus as 
estações Profibus. 
O conector 9-pinos Sub-D é usado na parte interna dos painéis. Na parte externa dos 
painéis o M-12 ou o conector híbrido pode ser usado. As estações de Profibus 
determinam o tipo de conector que deve ser usado. Diferentes conectores requerem 
diferentes técnicas de montagem. 
 
6.1. Conexão dos Conectores 9 -Pinos Sub-D 
O conector 9-pinos Sub-D é adequado para uso na parte interna do painel (IP20). Os 
cabos Profibus normalmente entram e saem do conector e por esta razão os 
conectores possuem duas entradas de cabos, cada uma com um borne, os bornes são 
normalmente identificados com as letras “A” e “B” ou com as cores “verde” e 
“vermelha”. Estes bornes são conectados aos dois fios de dados do cabo Profibus. O 
esquema de cores deve ser usado consistentemente dentro de um segmento e nunca 
deve ser invertido. É recomendado o seguinte padrão: 
Borne A: Fio verde 
Borne B: Fio vermelho 
 
6.2. Usando a ferramenta de conexão rápida 
Segue abaixo os passos requeridos para montagem dos conectores 9-pinos Sub-D: 
 
 
 
1. Como segurar a ferramenta decapadora na mão direita; 
 
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2. Medir o comprimento do cabo a ser decapado no modelo impresso na ferramentade acordo com o tipo de conector. Marcar o tamanho usando como auxílio o dedo 
polegar da mão esquerda; 
 
 
 
3. Inserir o cabo medido no setor de decapagem da ferramenta; 
 
 
 
 
4. Travar o cabo através da trava laranja com o polegar direito da mão direita; 
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5. Girar a ferramenta quatro vezes na direção da seta se o encapsulamento for de 
PVC ou oito vezes se for PUR ou PE; 
 
 
 
 
 
6. Manter a ferramenta fechada e removê-la pelo final do cabo. Se o corte estiver 
falhando substituir as lâminas; 
 
 
 
 
7. A capa permanece na ferramenta. Após abrir a ferramenta as capas podem ser 
removidas; 
 
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8. Remover a camada protetora dos fios; 
 
 
 
 
9. Aparência do conector: A1, B1 = entrada do cabo / A2, B2 = saída do cabo; 
Chave do resistor de fim de linha; 
 
 
 
 
 
10. Desparafusar a presilha anti-tensionadora; 
 
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11. Girar para fora a presilha anti-tensionadora; 
 
 
 
 
 
12. Levantar o borne; 
 
 
 
 
 
13. Encaixar os fios do cabo de entrada dentro do borne identificado como A1, B1 
(lembrar de manter consistência nas cores); 
 
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14. Pressionar para baixo o borne firmemente; 
 
 
 
 
15. Se o conector for instalado no meio do segmento, deve ser usado um cabo no 
borne de saída identificado como A2, B2; 
 
 
 
 
16. Pressionar o borne para baixo firmemente; 
 
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17. Voltar à presilha anti-tensionadora para a posição inicial; 
 
 
 
18. Parafusar o parafuso da presilha anti-tensionadora; 
 
 
 
 
19. Quando o conector for usado no meio do segmento, colocar a chave do resistor de 
fim de linha em “OFF”; 
 
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20. Quando o conector for usado no final de um segmento, coloque a chave do resistor 
de fim de linha em “ON”. 
 
6.3. Conexão Direta na Estação PROFIBUS 
Algumas estações de Profibus possuem conexão direta para o cabo de Profibus. Os 
métodos de conexão usados são similires para todas as estações, os desenhos dos 
equipamentos diferem enormemente, para obter maiores detalhes sempre consulte o 
manual do fabricante do equipamento. As seguintes instruções são para instalações 
típicas. 
 
• Decapar o cabo de Profibus e certificar que as dimensões da decapagem são 
compatíveis com a do dispositivo; 
 
 
 
• Inserir os fios nos contatos abertos de acordo com a padronização (A = verde, B = 
vermelho). 
 
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• Usar uma chave de fenda de tamanho apropriado para parafusar os fios ao borne 
(observar o torque). 
 
 
 
 
• Certificar que uma boa conexão seja feita entre a blindagem do cabo e o aterramento 
do equipamento. 
 
 
 
 
• Instale firmemente a presilha anti-tensionadora. 
 
 
 
 
• Feche a estação Profibus. 
 
 
 
 
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6.4. Recomendações adicionais 
 
• Não toque os contatos dos terminais do conector. 
 
 
• Não aplique força excessiva ao conectar o conector. 
 
 
• Verifique os pinos do conector e em caso de avarias substitua o conector. 
 
 
• Fixe o conector apertando os parafusos depois de feita a conexão, eles fazem parte 
do sistema anti-tensionamento e evitam mal-contato na conexão. 
 
 
 
7. TERMINAÇÃO DA REDE PROFIBUS 
 
Para um bom funcionamento do sinal de transmissão é necessário que resistores de 
fim de linha sejam adicionados. Na Profibus RS485 o fim de linha do segmento 
consiste da combinação de três resistores. 
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Fins de linha estão disponíveis nas seguintes formas: 
• Fins de linha dentro dos conectores; 
• Fins de linha dentro de dispositivos Profibus 
 
Os resistores de fim de linha são construídos dentro de dispositivos Profibus ou dentro 
de conectores Profibus e podem ser facilmente chaveados para “ON” ou “OFF”, por 
este motivo, certifique de que apenas os pontos de início e fim do segmento estão em 
“ON”. Qualquer ponto adicional que esteja em “ON” pode causar falhas de 
comunicação da rede Profibus. 
Em conectores 9-pinos Sub-D a chave de fim de linha tem uma segunda função que é 
isolar o cabo de saída do conector, isto é essencial, no entanto, em pontos onde o 
conector está situado no final do segmento apenas um cabo entra neste conector, se a 
entrada incorreta for usada inadvertidamente, nem o dispositivo de Profibus nem o 
resistor de fim de linha serão conectados ao segmento. A maioria dos conectores 
identifica os pontos de entrada e saída do cabo com setas. 
 
 
Fim de linha em OFF – Entrada e saída do cabo conectada 
 
 
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Fim de linha em “ON” entrada e saída do cabo desconectada 
 
7.1. Terminador Profibus 
O que é um Terminador Profibus? 
O Terminador Profibus fornece terminação ativa ao segmento de rede. A maior 
vantagem disto é que os nodos do barramento podem ser desligados, removidos ou 
substituídos sem enfraquecer a transferência dos dados da rede. O Terminador 
Profibus pode ser instalado em trilho DIN. 
 
Código 
6ES7 972-0DA00-0AA0 
 
Desenho do terminador Profibus: 
 
 
Desenho do Terminador PROFIBUS 
 
8. REPETIDOR PROFIBUS RS-485 
O que é um Repetidor? 
Um Repetidor RS-485 amplifica o sinal dos dados no cabo Profibus. 
 
Usando o Repetidor RS-485 (6ES7 972-0AA01-0XA0) 
Um Repetidor RS-485 é requerido nas seguintes situações: 
_ Quando há mais de 32 estações (incluindo repetidores) conectadas ao barramento; 
_ Quando há necessidade de segmentos de barramento eletricamente isolados; 
_ Quando o comprimento máximo do cabo é excedido. 
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Regra 
No máximo nove repetidores podem ser colocados em série. 
 
Desenho do Repetidor RS-485: 
 
 
 
Usando Repetidores na Rede 
Repetidores podem ser usados para os seguintes propósitos: 
• Para aumentar o comprimento da rede: Ao adicionar um repetidor a rede, é 
permitido estender a rede por mais 50 metros. Quando dois conectores são 
instalados sem nenhum nodo entre eles a distância entre estes repetidorespode estender ao comprimento máximo dependente do baud rate. Podem ser 
usados nove repetidores em série em uma rede, porém, o comprimento 
máximo da rede não pode ultrapassar a 9600 metros. 
• Para adicionar dispositivos a rede: Cada segmento pode ter no máximo 32 
dispositivos conectados. Usando um repetidor é permitido adicionar outro 
segmento com mais 32 dispositivos a rede. 
• Para isolar diferentes segmentos de rede eletricamente: Isolar a rede 
melhora a qualidade na transmissão devido à separação dos segmentos da 
rede na qual poderiam estar em diferentes potenciais de terra. 
 
Um repetidor conta como um nodo no segmento embora ele não seja endereçado. 
 
 
 
 
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Resistor de terminação On/Off 
A figura 6 mostra a configuração da chave do resistor de terminação. 
 
 
Figura 6 – Configuração da chave do resistor de terminação 
 
 
Segmento 1 e Segmento 2 com terminadores 
A figura 7 mostra como conectar um Repetidor entre dois segmentos: 
 
 
Figura 7 – Conectando dois segmentos ao repetidor 
 
 
Segmento 1 terminado e Segmento 2 passando através do repetidor 
A Figura 8 mostra a conexão entre dois segmentos via repetidor com um segmento 
passando através do repetidor: 
 
 
Figura 8 – Conectando dois segmentos ao repetidor 
 
 
 
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Segmentos 1 e 2 passando através do Repetidor 
A Figura 9 mostra a conexão entre dois segmentos via repetidor com os dois 
segmentos passando através do repetidor: 
 
 
Figura 9 – Conectando dois segmentos ao repetidor 
 
 
A figura 10 mostra uma topologia típica da rede Profibus com 3 segmentos e 2 
repetidores: 
 
 
Figura 10 – Rede Profibus com 3 segmentos e 2 repetidores 
 
 
 
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8. REFERÊNCIAS: 
 
Profibus Installation Guideline for Cabling and Assembly, Version 1.0.6, Order No: 
8.022, PROFIBUS Nutzerorganisation e.V., Karlsruke, Germany 
 
Simatic Net Profibus Network, 6GK1970–5CA20–0AA1, Release 2 
 
Simatic S7-200 Programmable Controller System Manual, 6ES7298-8FA24-8BH0 
 
Profibus DP Guia de Instalação é baseado na seguinte diretiva e padrão: 
EN 50170–1–2: 1996 
General Purpose Field Communication System 
Volume 2: Physical Layer Specification and Service Definition