Unidade 2 PARTE 6

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COMPUTAÇÃO INDUSTRIAL II 
Unidade 2: Redes Industriais 
Parte 6 
PROFIBUS 
• Padrão aberto de rede de comunicação industrial, utilizado em um 
amplo espectro de aplicações em automação da manufatura, de 
processos e predial; 
 
• Norma IEC61784; 
 
• Independência de fabricantes e sua padronização são garantidas 
pelas normas EN50170 e EN50254; 
 
• Destaca-se por atuar nos diversos níveis do processo industrial: 
ambiente de fábrica, processo e gerência; 
 
PROFIBUS 
• Dispositivos de diferentes fabricantes podem comunicar-se sem a 
necessidade de qualquer adaptação na interface; 
 
• Pode ser usado tanto em aplicações com transmissão de dados em 
alta velocidade como em tarefas complexas e extensas de 
comunicação; 
 
• Os meios de transmissão mais usuais são o RS485, RS485-IS, MBP e 
a Fibra Ótica; 
 
• Oferece diferentes protocolos de comunicação (DP, FMS, PA, etc.) 
 
 
 
 
 
 
 
PROFIBUS 
PROFIBUS: Versões 
• ProfiNet (Profibus for Ethernet) 
 
– Comunicação entre CLP’s e PC’s usando Ethernet TCP/IP 
 
• Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) 
 
– Comunicação entre CLPs e PCs 
 
• Profibus DP (Decentralized Peripherals) 
 
– Para automação industrial. 
– Comunicação com drives, dispositivos E/S, transdutores, analisadores, etc. 
 
PROFIBUS: Versões 
• Profibus PA (Process Automation) 
 
– Para automação de processos. 
– Comunicação com transmissores de pressão, nível, vazão e temperatura e 
válvulas de controle. 
 
• PROFISafe: 
 
– Para sistemas relacionados a segurança 
 
• PROFIDrive: 
 
– Para sistemas relacionados a controle de movimento. 
 
 
PROFIBUS 
• PROFIBUS DP ou PA: 
 
– No nível de campo, 
– A transmissão de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto 
alarmes, parâmetros e diagnósticos são transmitidos somente quando 
necessário, de maneira acíclica. 
 
• PROFIBUS FMS e PROFINet. 
 
– No nível de célula, os controladores programáveis, como os CLPs e os PCs, 
comunicam-se entre si, requerendo, dessa maneira, que grandes pacotes de 
dados sejam transferidas em inúmeras e poderosas funções de comunicação. 
 
PROFIBUS DP 
• Solução de alta velocidade (high-speed). 
 
• Otimizado para comunicações entre os sistemas de automações e 
equipamentos descentralizados. 
 
• Voltada para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos 
dispositivos de I/O distribuídos. 
 
• É utilizada em substituição aos sistemas convencionais 4 a 20 mA, 
HART ou em transmissão com 24 Volts. 
 
• Utiliza-se do meio físico RS-485 ou fibra ótica. 
PROFIBUS DP 
• Requer menos de 2 ms para a transmissão de 1 kbyte de entrada e 
saída e é amplamente utilizada em controles com tempo crítico. 
 
• Essa variante está disponível em três versões: 
– DP-V0 (1993); 
– DP-V1 (1997); 
– DP-V2 (2002). 
 
• A origem de cada versão aconteceu de acordo com o avanço 
tecnológico e a demanda das aplicações exigidas ao longo do 
tempo. 
PROFIBUS DP – V0 
• O DP-V0 provê funcionalidades básicas do DP, incluindo a troca de 
dados cíclicos entre estações, módulos e canais e diagnósticos. 
 
• Nesta versão um mestre DP lê e escreve ciclicamente em seus 
escravos e normalmente com tempo de ciclos em torno de 10 ms, 
dependendo da taxa de comunicação, que pode variar de 9600 
kbit/s a 12 Mbits/s. 
 
• Utiliza-se do meio físico RS485 ou fibra ótica, onde pode chegar a 
distancias de até 80 Km (Fibra Sintética). 
 
• Funções de diagnósticos facilitam a localização de falhas e são 
transmitidas ciclicamente. 
 
PROFIBUS DP – V0 
• Profibus DP suporta a implementação mono-mestre e multi-
mestres, onde um máximo de 126 equipamentos podem estar 
conectados ao barramento e cada escravo pode enviar ou receber 
até 244 bytes de dados. 
 
• Assegura a cada estação envolvida nas trocas de dados cíclico um 
tempo suficiente para a execução de sua tarefa de comunicação 
dentro de um intervalo de tempo definido. 
 
• Para isto, utiliza-se do procedimento de passagem de “token”, 
usado por estações mestres do barramento ao comunicar-se entre 
si e o procedimento mestre-escravo para a comunicação com as 
estações escravas. 
PROFIBUS DP – V0 
• A mensagem de “token” (um frame especial para a passagem de 
direito de acesso de um mestre para outro) deve circular, sendo 
uma vez para cada mestre dentro de um tempo máximo definido de 
rotação (que é configurável). 
 
• No PROFIBUS o procedimento de passagem do “token” é usado 
somente para comunicações entre estações complexas (mestres). 
 
• O procedimento mestre-escravo possibilita ao mestre que esteja 
ativo (o que possui o “token”), acesse os seus escravos (através dos 
serviços de leitura e escrita). 
 
 
PROFIBUS: Dispositivos 
• Mestre DP de classe 1 (DPM1): 
– É um controlador principal que troca informações ciclicamente com os 
escravos. 
– Tipicamente PCs industriais e PLCs. 
• Mestre DP de classe 2 (DPM2): 
– Configuração, avaliação e parametrização de dispositivos escravos; 
– Utilizados durante o comissionamento e para procedimentos de manutenção 
e diagnóstico; 
– Tipicamente estações de trabalho. 
• Escravo: 
– Dispositivos passivos; 
– Tipicamente transmissores e atuadores industriais; 
– Integração relativamente fácil (versão DP-V0 100% integrada em 
PROFIBUS: Dispositivos 
PROFIBUS DP – V1 
• Provê funcionalidades mais avançadas do DP, principalmente em 
termos de automação de processos, em particular a comunicação 
de dados acíclicos utilizada na parametrização, operação, 
visualização, supervisão dos equipamentos de campo em conjunto 
com a comunicação cíclica. 
 
• A comunicação acíclica é executada em paralelo à comunicação 
cíclica, porém com prioridade inferior. 
 
• O mestre classe 1 detém o token ao comunicar-se com seus 
escravos e no final do seu tempo de domínio do token, disponibiliza 
o mesmo ao mestre classe 2. O mestre classe 1 também pode 
executar troca de dados acíclicos com os seus escravos. 
 
PROFIBUS DP – V1 
• As funções DP estendidas possibilitam funções acíclicas de leitura e 
escrita e reconhecimento de interrupção que podem ser 
executadas paralelamente e independentes da transmissão cíclica 
de dados. 
 
• Isto permite que o usuário faça acessos acíclicos dos parâmetros 
(via mestre classe 2) e que valores de medida de um escravo 
possam ser acessados por estações de supervisão e de diagnóstico. 
 
 
PROFIBUS DP – V2 
• Provê funcionalidades mais sofisticadas, principalmente em termos 
de tecnologia de drives e sistemas de segurança, assim como 
comunicação entre escravos; 
 
• A comunicação escravo-escravo elimina o sobrecarga de dados no 
mestre do sistema, sendo que um escravo pode publicar eventos e 
a resposta do escravo pode ser direcionada aos demais escravos 
que agem registrando interesse em eventos específicos. Isto pode 
reduzir em até 90% o tempo de resposta. 
 
• Sincronização de clock entre mestres e escravos, dando um maior 
controle no gerenciamento de mensagens no barramento, onde 
este gerenciamento tem a função real-time controlando tempos e 
sincronizando estações. 
 
PROFIBUS FMS 
• Provê ao usuário uma ampla seleção de funções quando 
comparado com as outras variantes. 
 
• É a solução de padrão de comunicação universal que pode ser 
usada para resolver tarefas complexas de comunicação entre CLPs e 
PCs. 
 
• Essa variante suporta a comunicação entre sistemas de automação, 
assim como a troca de dados entre equipamentos inteligentes, e é 
geralmente utilizada em nível de controle. 
 
• Recentemente vem sendo substituída por aplicações em Ethernet.PROFIBUS PA 
• Atende os requisitos da automação de processos, onde se tem a 
conexão de sistemas de automação e sistemas de controle de 
processo com equipamentos de campo, tais como: transmissores 
de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. 
 
• Vantagens funcionais: 
– transmissão de informações confiáveis, 
– tratamento de status das variáveis, 
– sistema de segurança em caso de falha, 
– equipamentos com capacidades de autodiagnose, 
– rangeabilidade dos equipamentos, 
– alta resolução nas medições, 
– integração com controle discreto em alta velocidade, 
– aplicações em qualquer segmento, etc.. 
PROFIBUS PA 
• O PROFIBUS PA foi desenvolvido em cooperação com os usuários da 
Indústria de Controle e Processo (NAMUR), satisfazendo as 
exigências especiais dessa área de aplicação: 
 
– O perfil original da aplicação para a automação do processo e 
interoperabilidade dos equipamentos de campo dos diferentes fabricantes. 
– Adição e remoção de estações de barramentos mesmo em áreas 
intrinsecamente seguras sem influência para outras estações. 
– Uma comunicação transparente através dos acopladores do segmento entre o 
barramento de automação do processo PROFIBUS PA e do barramento de 
automação industrial PROFIBUS-DP. 
– Alimentação e transmissão de dados sobre o mesmo par de fios baseado na 
tecnologia IEC 61158-2. 
– Uso em áreas potencialmente explosivas com blindagem explosiva tipo 
“intrinsecamente segura” ou “sem segurança intrínseca”. 
 
 
PROFIBUS PA 
• Benefícios econômicos: 
– instalações (redução de até 40% em alguns casos em relação aos sistemas 
convencionais), 
– custos de manutenção (redução de até 25% em alguns casos em relação aos 
sistemas convencionais), 
– menor tempo de startup, oferece um aumento significativo em funcionalidade 
e segurança. 
 
• Permite a medição e controle por uma linha a dois fios simples. 
• Alimentar os equipamentos de campo em áreas intrinsecamente 
seguras. 
• Manutenção e a conexão/desconexão de equipamentos até mesmo 
durante a operação sem interferir em outras estações em áreas 
potencialmente explosivas. 
 
PROFIBUS: Meios de Transmissão 
• RS485 
– Usado para aplicações que necessitem de altas taxas de transmissão. 
 
• RS485-IS 
– Meio de transmissão a quatro fios para uso em áreas potencialmente 
explosivas. Os níveis de tensão e corrente especificados pelos valores máximos 
de segurança não podem ser ultrapassados. 
 
• MBP (Manchester code, bus powered) 
– Disponível para aplicações na automação de processos que necessitem de 
alimentação através do barramento e segurança intrínseca dos dispositivos. 
 
• Fibra ótica 
– Utilizado em áreas com alta interferência eletromagnética ou onde grandes 
distâncias são necessárias. 
 
PROFIBUS: RS-485 
• Tecnologia de transmissão mais utilizada no PROFIBUS; 
 
• Taxas de 9,6 kBit/s a 12 Mbit/s, selecionável. 
 
• Par trançado com blindagem. 
 
• 32 estações por segmento, máx. 127 estações. 
 
• Distância dependente da taxa de transmissão. 
– 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m. 
 
• Distância expansível até 10Km com o uso de repetidores. 
PROFIBUS: RS-485 
• Normalmente se aplica em áreas envolvendo alta taxa de 
transmissão, instalação simples a um custo baixo. 
 
• A estrutura do barramento permite a adição e remoção de estações 
sem influências em outras estações com expansões posteriores sem 
nenhum efeito em estações que já estão em operação. 
 
• Quando o sistema é configurado, apenas uma única taxa de 
transmissão é selecionada para todos os dispositivos no 
barramento. 
 
PROFIBUS: Manchester 
• A tecnologia de transmissão é síncrona com codificação Manchester 
em 31.25 Kbits/s (modo tensão); 
 
• Definida segundo o IEC 61158-2; 
 
• Elaborada no intuito de satisfazer os requisitos das indústrias 
químicas e petroquímicas: segurança intrínseca e possibilidade de 
alimentar os equipamentos de campo pelo barramento. 
 
• As opções e os limites de trabalho em áreas potencialmente 
explosivas foram definidos segundo o modelo FISCO (Fieldbus 
Intrinsically Safe Concept). 
PROFIBUS: Manchester 
• Topologia 
– Barramento, árvore/estrela, ponto a ponto. 
 
• Alimentação 
– Via barramento ou externa 
 
• Número de equipamentos 
– Máximo: 32(non-Ex) 
– Explosion Group IIC: 9 
– Explosion Group IIB: 23 
 
• Cabeamento Máximo 
– 1900 m, expansível a 10Km com 4 repetidores 
 
PROFIBUS: Fibra Ótica 
• Imunidade a ruídos; 
 
• Interligar áreas onde não há garantia de equipotencialidade. 
 
• Longas distâncias; 
 
• Altas velocidades de transmissão. 
 
• Redundância; 
 
• Usada com conversores óticos (OLM) para conversão para o padrão 
RS-485. 
PROFIBUS: Meios de Transmissão 
• RS485: É o meio 
PROFIBUS: Endereçamento 
• Coupler: 
 
– Conversores de sinal (adaptação do nível RS-485 
para IEC 1158-2, responsável também pela 
alimentação); 
– São transparentes para os mestres (não 
possuem endereço físico no barramento). 
– Atendem aplicações seguras (em atmosferas 
explosivas); 
– Podem ser alimentados até 24 Vdc, 
dependendo do fabricante e da área de 
classificação. 
PROFIBUS: Comunicação 
• Multi-mestre: Lógica token-ring entre os dispositivos mestre 
 
PROFIBUS: Comunicação 
• Mono-mestre: 
 
PROFIBUS: Endereçamento 
• Link: 
 
– Possui “inteligência” intrínseca. 
– Apresenta todos os dispositivos PA como 
um único escravo DP. 
– Possibilita conexão entre redes com 
velocidades bastante distintas (ex: DP com 
12M para PA com 31.25k bps) 
– Possuem endereço físico no barramento. 
– Permitem que sejam acoplados até 5 
couplers, mas limitam o número de 
equipamentos em 30 em um barramento 
“Non-Ex” e 10 em barramento “Ex”. Com 
isso, aumentam a capacidade de 
endereçamento da rede DP. 
PROFIBUS: Topologias 
• Estrela 
 
 
PROFIBUS: Topologias 
• Barramento 
 
 
PROFIBUS: Topologias 
• Ponto a ponto