Redes Industriais Fieldbus

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Redes Industriais
Fieldbus
Equipe
. Alisson Robledo
. Dimas Carvalho
. Ícaro Hagge
. Marcelo Vergne
. Rodrigo Sodré
. Vinicius Ferrari
. Rafael Cardoso
Sumário
1. Introdução
2. Histórico
3. Modelos
4. Principais características
5. Vantagens e desvantagens
6. Conclusão
Introdução
O Fieldbus é um sistema de comunicação digital 
bidirecional que interliga equipamentos inteligentes de 
campo com sistema de controle ou equipamentos 
localizados na sala de controle.
Histórico
 Evolução da comunicação industrial até a chegada do FieldBus
● Década de 40: sinais de pressão da ordem de 3 a 15 psi para o monitoramento 
de dispositivos de controle;
● Década de 60: utilização de um padrão com sinal de 4 a 20 mA para 
instrumentação;
Vantagens na transição de sinais pneumáticos para elétricos
Redução de ruído, maior facilidade de implantação e manutenção, aumento da 
confiabilidade, etc.
Histórico
● Década de 70: desenvolvimento de processos digitais, uso de computadores 
para monitorar e controlar instrumentos a partir de um ponto;
○ Necessidade de padronização dos instrumentos e os métodos de controle;
● Década de 80: sensores inteligentes e sistemas microcontrolados. 
Confiabilidade, rapidez e baixo custo.
Histórico
 Movimentação nos forums internacionais para criação de um padrão
 
● ISA, (Instrument Society ofAmerica)
● IEC (International Electrotechnical Commission)
● Profibus (German national standard)
● FIP (French national standard)
● Criação do IEC/ISA SP50 Fieldbus - criação e especificação de normas e padrões para 
instrumentação.
Histórico
● 1994 - Junção das líderes mundiais do mercado de soluções de 
interligação de instrumentos de campo.
● ISP (Interoperable Systems Project);
● WorldFIP (Factory Instrumentation Protocol);
● Fundação da Fieldbus Foundation (F).
Modelos
1. Profibus
● Especifica características técnicas e funcionais
● Controladores digitais descentralizados podem ser interligados do 
nível de campo ao nível de célula
2. Foundation
● Utilização em plantas industriais, químicas e automotivas
● Substituir o padrão de 4- 20mA
● FOUNDATION Fieldbus H1 - (Mais comum)
● HSE (High-speed Ethernet) - Energia elétrica por PoE (Power over 
Ethernet)
Principais Características
1. Componentes
2. Montagem e Instalação
3. Normas de Segurança
4. Sistema de Proteção e Funcionamento do Sistema
5. Defeitos comuns e Manutenção
Componentes
1. Fisico
A rede Fieldbus apresenta um sistema de comunicação serial do tipo two-way 
totalmente digital que interconecta equipamentos de campo como sensores, 
atuadores e controladores.
Consiste em uma LAN, para instrumentos utilizados tanto em automação de 
processos quanto em automação de manufaturas com capacidade de distribuição 
de controle através da rede.
Os sinais são codificados através do uso do código Manchester. O sinal é 
chamado de serial síncrono uma vez que a informação do clock encontra-se 
embutida na cadeia de dados serial. O receptor do sinal interpreta uma transição 
positiva como “0” lógico e uma transição negativa como “1” lógico.
Componentes
2. Software
2.1. Enlace
Garante a transmissão da mensagem, de forma íntegra, ao destinatário correto. 
Também é feito um controle de utilização da rede e roteamento de mensagens, 
definindo quem pode transmitir e quando.
Geralmente há a presença de um buffer de mensagens, de forma que um produtor 
coloca sua mensagem nesse buffer, e as outras estações podem acessar os dados. 
Tal modo de operação permite um tipo de broadcasting.
As redes industriais geralmente devem suportar aplicações com tempos críticos, de 
forma que o scheduler coordena o tempo de cada transação, bem como obedece a 
ordens de prioridade para cada emissor/receptor de mensagens.
Componentes
2. Software
2.2. Aplicação
É definida a sintaxe das mensagens, bem como o modo de transmissão de cada 
mensagem (cíclica, imediata, apenas uma vez, ou somente quando requisitada). 
Também faz o monitoramento contínuo do barramento, de maneira a detectar 
falhas, adição de novos elementos ou ainda a remoção de outros. Essas atividades 
são necessárias devido à criticidade das operações.
Componentes
2. Software
2.3. Usuário
Define a maneira pela qual pode ser feito o acesso a informações dentro de 
equipamentos Fieldbus, e de que maneira pode-se distribuir as informações para 
outros instrumentos da rede.
Faz uso de blocos funcionais, padrão na implementação da estratégia de controle. 
Esses blocos executam as funções inerentes a cada processo e tarefas 
fundamentais, como: aquisição de dados, controle (PID, principalmente), atuação, 
cálculos, etc.
Montagem e instalação
Importantes aspectos para a instalação de um projeto fieldbus:
● Determinar as distâncias máximas permitidas entre os equipamentos.
● A determinação dos melhores pontos para instalação dos equipamentos.
● Número máximo de equipamentos ligados à uma mesma rede .
● A topologia utilizada na implementação dos equipamentos.
● Elementos que constituirão a rede fieldbus conjuntamente com os 
equipamentos.
● Utilização de barreiras de segurança intrínseca e redundância dos 
equipamentos
Montagem e instalação
Possibilidades de topologias
1- Topologia de barramento com Spurs: Utiliza-se um barramento único onde 
equipamentos ou barramentos secundários (spurs) são conectados 
diretamente a ele. Pode-se ter ainda vários equipamentos diferentes em cada 
spur.
2- Topologia ponto-a-ponto: Tem-se a ligação em série de todos os 
equipamentos utilizados na aplicação. O cabo FIELDBUS é roteado de 
equipamento para equipamento neste seguimento e é interconectado nos 
terminais de cada equipamento FIELDBUS.
Possibilidades de topologias
3- Topologia em árvore: Concentra em acopladores/caixas de campo a ligação 
de vários equipamentos.
Possibilidades de topologias
4- É utilizada quando se conecta diretamente apenas dois equipamentos. Esta 
ligação pode estar inteiramente no campo (um transmissor e uma válvula sem 
nenhum outro equipamento conectado ) ou pode ligar um equipamento de 
campo (um transmissor) ao “Device Host”.
Possibilidades de topologias
5.Topologia mista: Nesta configuração encontra-se as 3 topologias mais 
comumente utilizadas ligadas entre si.
Possibilidades de topologias
Normas de segurança
● Ao elaborar-se projetos para ambientes desse tipo, qualquer projeto que 
seja, normas de segurança devem ser seguidas rigorosamente, de modo a 
evitarem-se riscos a pessoas e equipamentos.
● As normas que regem os sistemas Fieldbus não fogem à regra, e também 
determinam algumas características para garantir a segurança do sistema.
Normas de segurança
A classificação das áreas é baseada no tipo de substâncias presentes, e as 
normas de segurança regem especificações de blindagem, vedação, tipos de 
instrumentos, faiscamento e auto-extinção de chamas.
Sistema de Proteção e Funcionamento do 
Sistema
1. Limitação de Corrente
● Limita o consumo da corrente (40 e 60mA a depender do fabricante)
○ Protege do curto inicial
○ Adicional corrente pode comprometer os instrumentos do mesmo 
segmento
○ Pode sobrecarregar o fornecimento de potência
Exemplo:
considerando:
tensão mínima = 9V
tensão máxima = 32V
Máximo comprimento de cabo = 1900m
Trabalhe com 16 dispositivos de 20mA cada
Resistência de cabo (R/L) = 50Ω/m/laço
Sistema de Proteção e Funcionamento do 
Sistema
Segundo a Lei de Ohm:
V= R/L x i x Lmáx
● Lmáx= 1068m
9V 16 x 20mA 1068m
18V 32 x 20mA 1068m
32V 32 x 10mA 1900m
Sistema de Proteção e Funcionamento do 
Sistema
2. Detector de Curto Circuito
● Dispositivos em curto são removidos do segmento
● No lugar do segmento removido um LED vermelho é acionado
Sistema de Proteção e Funcionamentodo 
Sistema
Exemplo de uma arquitetura de rede Fielbus, onde podemos observar a estação de supervisão, uma placa 
de interface com múltiplos canais, o barramento linear, terminador do barramento ( BT-302 ), fonte de 
alimentação (PS-302), impedância ( PSI-302 ) e diversos instrumentos, inclusive um CLP com placa de 
interface para o barramento.
Diagnóstico de Defeitos Comuns
● Inspeção Visual
○ Curvatura do cabo.
○ Blindagem.
○ Energização de dispositivos.
○ Configuração da velocidade de rede.
○ Endereçamento de rede.
● LEDs
○ LED “Bus Fault”. 
● Uso de Multímetro
○ Curto-circuito (entre linhas e entre linha e blindagem).
○ Inversão.
○ Interrupção (linha ou blindagem).
Diagnóstico de Defeitos Comuns
● Testadores de Barramento
○ Teste do meio físico da rede.
● Osciloscópio
○ Busca de falhas a partir de padrões de sinal da rede.. 
● Telegramas de Diagnóstico
○ Curto-circuito (entre linhas e entre linha e blindagem).
○ Inversão.
○ Interrupção (linha ou blindagem).
● Outras ferramentas de software
○ Software de configuracao
○ Software de monitoramento de rede.
Vantagens e Desvantagens
Podemos destacar como as principais vantagens:
● Redução no custo de fiação: O sistema fieldbus requer menos trabalho 
para instalação e economiza dinheiro devido à redução de material 
necessário para instalação.
● Menor necessidade de manutenção: A baixa complexidade do fieldbus traz 
uma maior segurança, além de possuir a possibilidade de diagnóstico 
online dos dispositivos de campo, no qual problemas podem ser detectados 
antes deles se tornarem sérios.
● Melhor desempenho: Com a tecnologia fieldbus, um instrumento de campo 
pode ser calibrado, inicializado, operado e reparado numa velocidade 
considerável. 
Vantagens e Desvantagens
Podemos destacar como a principal desvantagem:
● O Fieldbus sofre com a falta de um padrão único mundial, dificultando a adaptação 
em campo com vários equipamentos de fabricantes diferentes, afetando as plantas 
industriais, pois a permutação de dispositivos de fabricantes diferentes, mas com 
mesma funcionalidade fica comprometida pela falta de padronização, o que diminui 
a gama de produtos de empresas que podem ser interligáveis.
Conclusão
● Fiedlbus trouxe uma grande melhoria em relação ao sistemas utilizados 
anteriormente (Sinais de pressão, sinais analógicos, protocolos não 
distribuídos).
○ Flexibilidade
○ Confiabilidade
○ Escalabilidade
○ Segurança
● É uma solução compatível com as mais importantes normas de segurança 
da indústria.
Referências Bibliográficas
http://www.automation.com/pdf_articles/fieldbus.pdf
http://www.dca.ufrn.br/~affonso/FTP/DCA447/trabalho2/trabalho2_8.pdf
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAPmEAE/redes-industriais-fieldbus?part=3
http://www.profibus.org.br/metodos+para+diagnosticos+rede+profibus.html
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAZq8AD/tecnologia-fieldbus