Unidade 2 PARTE 7

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COMPUTAÇÃO INDUSTRIAL II 
Unidade 2: Redes Industriais 
Parte 7 
FOUNDATION FIELDBUS 
• Segue o padrão IEC 61158; 
 
• Idealizada inicialmente para atuar tipicamente no controle de 
processos contínuos tais como os da indústria química, indústria de 
celulose etc. 
 
• Estende-se para atender também a processos discretos. 
 
FOUNDATION FIELDBUS 
• Foundation é uma rede de comunicação digital bi-direcional entre 
instrumentos no chão de fabrica bem como com o sistema de 
surpervisão e controle. 
 
• Foundation e essencialmente uma Local Area Network (LAN) para 
instrumentos de campo. 
 
 
FOUNDATION FIELDBUS 
• Controle distribuído: o controle está nos instrumentos de campo. 
 
 
FOUNDATION FIELDBUS 
• LAN completamente digital. 
 
• Comunicação bidirecional. 
 
• Interconecta dispositivos no 
campo: atuadores, sensores, 
controladores. 
 
• Requer somente um barramento 
para múltiplos dispositivos. 
 
• Dispositivos inteligentes. 
FOUNDATION FIELDBUS 
• Diagnóstico de Monitoração e Falha dos Dispositivos 
 
– Informações sobre a habilidade do dispositivo em medir e controlar o 
processo, além de diagnósticos de falha, podem estar disponíveis. 
 
• Tipos de diagnóstico: 
 
– Diagnósticos básicos: são as falhas que podem ser observadas por todos os 
dispositivos do processo. Esses diagnósticos ajudam a determinar problemas 
comuns do dispositivo e do caminho de comunicação. 
 
– Diagnósticos avançados: incluem informações completas sobre o dispositivo, 
de forma que seu status possa ser determinado sem removê-lo do processo. 
FOUNDATION FIELDBUS 
• Alimentação de Dispositivos de Campo 
 
– Os dispositivos podem ser alimentados através do barramento ou localmente, 
dependendo do projeto. 
 
• Topologia de Rede 
 
– As topologias de rede mais utilizadas são estrela, barramento ou combinação 
das duas. 
– Os componentes podem ser conectados em várias topologias. 
FF: Endereçamento 
• Cada nó deve possuir um endereço único. 
 
• Cada dispositivo deve possuir um tag de endereço físico único e seu 
correspondente endereço de rede. 
 
• O tag é associado ao dispositivo no comissionamento e, para a 
maioria dos dispositivos, continua na memória quando o dispositivo 
é desconectado. 
 
• Os números de nós podem variar de 0 a 255. 
FF: Endereçamento 
• Cada fabricante associa os números de nó de forma única. 
 
• Os nós alocados na rede Foundation Fieldbus devem estar de 
acordo com a seguinte numeração: 
 
– 0-15 reservados 
– 16-247 disponíveis para dispositivos permanentes. 
– 248-251 disponíveis para dispositivos sem endereço permanente, como, por 
exemplo, novos dispositivos. 
– 252-255 disponíveis para dispositivos temporários, como, por exemplo, 
handheld. 
FF: Camada Física 
• Padrão International Electrotechnical Commission (IEC) e 
International Society of Measurement and Control (ISA). 
 
• Utiliza o código Manchester 
FF: Código Manchester 
• Nível alto: 
– Primeira metade do tempo de bit em nível alto e segunda metade do tempo 
de bit em nível baixo; 
• Nível baixo: 
– Primeira metade do tempo de bit em nível baixo e segunda metade do tempo 
de bit em nível alto. 
 
FF: Conexão 
 
FOUNDATION FIELDBUS 
• O acesso ao meio é feito através 
de um escalonador centralizado 
e determinístico: Link Active 
Scheduler (LAS). 
• Dispositivos Básicos: 
– Não têm capacidade de suportar o 
LAS. 
• Link Master 
– Dispositivos capazes de suportar o 
LAS. 
• Bridges (pontes) 
– São utilizadas para interconectar 
barramentos fieldbuses 
FF: LAS 
• O LAS tem uma lista de tempo de transmissão para todos os 
bufferes de dados em todos os dispositivos que necessitam de 
transmissão cíclica. 
 
• Quando é o tempo de um dispositivo transmitir, o LAS envia uma 
mensagem Compel Data (CD) para ele. 
 
• Após receber a CD, o dispositivo faz um broadcasts do seu buffer 
para todos os dispositivos conectados no barramento fieldbus. 
 
• Qualquer dispositivos configurado para receber o dado é chamado 
de "subscriber”. Os enviadores são chamados de “publisher”. 
FF: Comunicação Programada 
FF: Comunicação Programada 
FF: Comunicação não programada 
• Todos os dispositivos têm chance de transmitir mensagens não 
cíclicas entre transmissões de mensagens cíclicas 
FF: Blocos 
• Aplicações de controle são estruturadas através de blocos 
funcionais. 
 
• Blocos-padrão: 
– AI (Analog Input) e DI (Discrete Input) para sensores; 
– AO (Analog Output) e DO (Discrete Output) para atuadores. 
– Blocos de controle como PID (Proportional, Integral and Derivative); 
– Blocos de cálculo como o ARTH (Arithmetic). 
FF: Estrutura dos Blocos 
• Os blocos funcionais possuem entradas e saídas e alguns 
parâmetros internos padronizados 
• Somente entradas podem ser ligadas a saídas (do mesmo tipo) 
• A implementação do bloco é livre 
• Os blocos possuem modos de operação para facilitar simulações e 
aumentar a segurança 
FF: Estrutura dos Blocos 
• As ligações entre blocos funcionais são implementadas por 
comunicações periódicas (determinísticas); 
 
• A alteração de parâmetros internos de um bloco são através de 
comunicações esporádicas, seguindo certas prioridades; 
 
• A execução dos blocos é cíclica, iniciando-se em instantes precisos 
de um cronograma; 
FF: Estrutura dos Blocos 
• Os blocos são “programas” executados na memória dos dispositivos 
 
• Desaparece a figura clássica do CLP 
 
• Os configuradores dos sistemas de controle normalmente são 
gráficos e mostram figuras representando os blocos e suas ligações 
 
• Os blocos de entrada e saída (AI,AO) implementam funções 
tradicionais de condicionamento de sinais 
FF: Estrutura dos Blocos 
• Os blocos transdutores implementam particularidades relativas ao 
instrumento 
 
• Os blocos de recursos físicos fornecem informações genéricas sobre 
o instrumento tais como, seu número de série, fabricante, tipo de 
instrumento, quantidade de memória,blocos disponíveis etc 
FF: Estrutura dos Blocos 
 
FF: Exemplo de controle 
 
FOUNDATION FIELDBUS 
• Apresenta dois tipos de aplicações: 
 
– H1: possui taxa de transmissão de 31,25 Kbits/s e interconecta dispositivos de 
campo: sensores e atuadores. 
 
– HSE (High Speed Ethernet) trabalha a 100 Mbits/s e fornece integração de 
controladores de alta velocidade (como exemplo CLPs), subsistemas H1 (via 
dispositivo de acoplamento), servidores e estações de trabalho." 
FF: Estrutura 
• Uma rede FF é composta por diversos barramentos H1, conectados 
entre si através de bridges ou Linking Devices FF, que por sua vez 
conectam as redes H1 ao backbone HSE. 
FF: H1 
• Cada H1 comporta até 12 equipamentos de campo alimentados 
pelo próprio barramento e outros 20 equipamentos não 
alimentados pelo barramento, cada qual com um endereço lógico 
único na rede (1 byte). 
 
• Em termos práticos o número total de equipamentos não deve 
ultrapassar 16, pois o tráfego na rede tende a se tornar muito alto. 
 
• Em áreas classificadas, por exemplo, são apenas quatro 
equipamentos, devido às barreiras de segurança intrínseca. 
 
FF: H1 
• O comprimento da fiação pode chegar a 1900 m, sendo que até 
quatro repetidores podem ser usados, atingindo 7600 m. 
 
• A alimentação e a comunicação se dão pelo mesmo par, 
necessitando de no mínimo 9 V no terminal do equipamento. 
 
FF: Cabo 
• Cabo Fieldbus 100 Ω 
• Tensão 300V 
• Cabo Tipo A-2 com blindagem eletrostática 
• Utilizado como padrãopara transmissão de dados na velocidade de 
31,25kBp/s 
FF: H1 
• Uma codificação Manchester é usada, produzindo um sinal com 
valor médio nulo (sem componentes DC. ) 
– Formação de frames (caracteres especiais para start delimiter e end 
delimiter); 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Formações de diferentes topologias físicas (barramento, estrela); 
– Garantia que o dado e o clock cheguem ao mesmo tempo (sinal serial 
síncrono). 
FF: HSE 
• Interconecta barramentos H1 com a rede administrativa, servindo 
como backbone. 
 
• Permite acesso às informações do chão de fábrica pelos níveis mais 
altos de decisão na empresa 
 
• Emprega solução ethernet, com componentes largamente 
comercializados 
 
• Prevê a implementação de equipamentos de campo ligados 
diretamente ao barramento HSE