Aula Profibus

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REDES INDUSTRIAIS 1
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PROCESS FIELD BUSFAMÍLIA PROFIBUS
PROFIBUS é um padrão aberto de fieldbus para um largo campo de aplicações
em automação da manufatura, predial e processo. A independência de
fabricante e abertura são garantidas pelo padrão PROFIBUS EN 50170. Com
PROFIBUS, dispositivos de fabricantes diferentes podem se comunicar sem
adaptações especiais de interface.
PROFIBUS-DP (Periferia Descentralizada “Descentralized Peripheria”)
Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo, esta versão de
PROFIBUS é projetada especialmente para comunicação entre sistemas de
controle de automação e I/O distribuído em nível de dispositivo, usa tecnologia
de transmissão RS485, uma das versões do protocolo de comunicação DP e um
ou mais perfil(s) de aplicação típico de automação de manufatura, como
Sistemas de Identidade ou Robôs/(NC). O PROFIBUS-DP está disponível em três
versões funcionais balanceadas, o DP-V0, DP-V1 e DP-V2.
PROFIBUS-PA (“Process Automation”)
O PROFIBUS-PA é projetado especialmente para automação de processo. Permite
sensores e acionadores serem ligados em uma linha comum de bus regular em
áreas intrinsecamente seguras. O PROFIBUS-PA permite comunicação de dados e
alimentação sobre o bus usando tipicamente tecnologia de transmissão MBP-IS
(de 2 fios de acordo com a Norma Internacional IEC 61158-2), o protocolo de
comunicações versão DP-V1 e o perfil de aplicação Dispositivos PA
CP
Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Nível de
Planta
Ciclo 
< 1000 ms
Nível de 
Controle
Ciclo 
< 100 ms
Nível de 
Campo
Ciclo 
< 10 ms
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PROCESS FIELD BUSDISPOSITIVOS PROFIBUS
Módulos de I/O
com capacidade pa-
ra vários pontos di-
gitais ou analógi-
cos.
Drivers para mo-
tores.
I.H.M.
Terminais de vál-
vulas
Gateway para ou-
tras redes
MESTRE
PROFIBUS
ESCRAVO 
PROFIBUS
CONECTOR 
PROFIBUS
CARACTERÍSTICAS PROFIBUS
PROFIBUS-DP usa camadas “layers” 1, 2 e interface do usuário. As camadas
“Layers” 3 a 7 não são definidos. Esta arquitetura facilitada assegura
transmissão de dados eficiente e rápida. O Direct Data Link Mapper (DDLM)
proporciona a interface do usuário acesso fácil a camada 2. Tecnologia RS 485
de transmissão ou fibra ótico estão disponível para transmissão.
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PROCESS FIELD BUSCARACTERÍSTICAS PROFIBUS
A primeira versão do
PROFIBUS/DP, desig-
nada DP-V0, do tipo
Mestre-Escravo permi-
tia somente comunica-
ção cíclica entre mestre
e escravo.
A versão DP-V1, ofe-
rece troca de dados
acíclica entre mestre e
escravo.
A versão posterior, DP-
V2, prevê comunicação
direta entre escravos
DP-V0 provê as funcionalidades básicas do DP, incluindo troca cíclica de
dados, assim como diagnóstico de estações, diagnóstico de módulos e
diagnóstico de canais específicos.
DP-V1 contém solicitações para automação de processos, em particular
comunicação de dados acíclica para parametrização, operação, visualização e
manipulação de alarmes de dispositivos de campo inteligentes, paralelo à
comunicação cíclica de usuário. Isto permite acesso on-line para estações
usando ferramentas de engenharia.
DP-V2 contém solicitações para as demandas da tecnologia drive. Devido às
funcionalidades adicionais , como modo escravo isochronus, e comunicação
escravo para escravo (DXB, troca de dados por difusão de informação) etc., o
DP-V2 pode também ser implementado como um barramento drive para
controlar seqüências rápidas de movimento em eixos de direção..
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PROCESS FIELD BUS
As várias partes da IEC 61158 definem além de outras coisas, os diversos
serviços e protocolos de comunicação entre estações que são consideradas
como um conjunto total disponível, a partir do qual uma seleção específica
(subconjunto) é feita para barramentos de campo específicos.
O fato pelo qual uma extensa gama de diferentes sistemas de barramentos de
campo está disponível no mercado, é reconhecido na IEC 61158 pela
definição de 10 “tipos de protocolos para barramentos de campo” com a
designação Tipo 1 a Tipo 10.
O PROFIBUS é o Tipo 3.
CARACTERÍSTICAS PROFIBUS
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PROCESS FIELD BUSCARACTERÍSTICAS PROFIBUS
PROFIBUS PA é ideal para automação de processos, tipicamente
com tecnologia de transmissão MBP-IS, o protocolo de
comunicações versão DP-V1 e o perfil de aplicação Dispositivos PA.
Controle de Movimento com PROFIBUS é ideal para tecnologia de
controle de direção usando a tecnologia de transmissão RS485, o
protocolo de comunicação versão DP-V2 e o perfil de aplicação
PROFIdrive.
PROFIsafe é ideal para aplicações de segurança relevante (uso
universal para quase todas as indústrias), usando tecnologia de
transmissão RS485 ou MPB-IS, uma das versões DP disponíveis para
comunicação e perfil de aplicação PROFIsafe.
Do ponto de vista do usuário, o PROFIBUS se apresenta na forma
de uma aplicação. Cada ênfase principal, resulta de uma
combinação de elementos modulares dos grupos “tecnologia de
transmissão”, “protocolos de comunicação” e “perfis de aplicação”.
Os exemplos seguintes explicam este princípio, usando as versões
PROFIBUS mais conhecidas.
PROFIBUS DP é muito usado para automação da manufatura;
usa tecnologia de transmissão RS485, uma das versões do protocolo
de comunicação DP e um ou mais perfis de aplicação típico de
automação manufatura, como Sistemas de Identidade ou
Robôs/(NC).
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PROCESS FIELD BUSTRANSMISSÃO RS485 PROFIBUS/DP
As especificações de comprimento de cabo na tabela acima são
baseadas em um cabo Tipo-A com o seguintes parâmetros:
• Impedância: 135 a 165 Ohms.
• Capacidade: < 30 pf/m.
• Loop resistance: 110 Ohms/km.
• Wire gauge: 0.64mm.
• Área do condutor: > 0.34mm².
TOPOLOGIA Barramento linear, terminação de barramento ativa 
em ambas extremidades. Troncos são permitidos 
somente para baud rates <= 1.5 Mbit/s 
MIDIA Cabo par trançado blindado. Shield pode ser 
omitido, dependendo das condições 
eletromagnéticas do ambiente (EMC). 
NÚMERO DE 
ESTAÇÕES 
32 estações em cada segmento sem repetidores, 
até 127 estações com repetidores 
CONECTORES Preferencialmente DB-9 
 
Baud rate (Kbit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000 
Distância/segmento (m) 1200 1200 1200 1000 400 200 100 
 
• Todos dispositivos são ligados numa estrutura de barramento.
• Até 32 estações (mestres ou escravos) podem ser ligado em um
segmento. O barramento é terminado por um terminador ativo no
começo e fim de cada segmento. Para assegurar uma operação livre
de erros, ambas terminações do bus sempre devem ser
energizadas.
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PROCESS FIELD BUS
Transmissão MBP (IEC 61158-2) para PA
Esta tecnologia de transmissão vem de encontro aos requisitos das
indústrias químicas e petroquímicas. Permite segurança intrínseca e
que os dispositivos de campo sejam energizados pelo barramento.
Esta tecnologia é um protocolo bit-sincronizado com transmissão
contínua de corrente. Freqüentemente é referido como H1. A
transmissão é baseada nos seguintes princípios:
•Cada segmento tem só uma fonte de alimentação.
•Nenhuma alimentação é fornecida ao bus quando uma estação está
enviando.
•Cada dispositivo de campo consome uma corrente básica constante
quando em estado de repouso.
•Os dispositivos de campo agem como consumidores passivos de
corrente (sink).
•A terminação passiva de linha é executada em ambos fins da linha
principal de bus.
•Redes linear, árvore e estrela são permitidas.
•Segmentos redundantes do barramento podem ser projetados.
TRANSMISSÃO MBP IEC61158-2
TRANSMISSÃO DE DADOS Digital, sincronizado a bit, código Manchester. 
VELOCIDADE 31.25 Kbit/s, modo tensão. 
CABO Par trançado (shielded/unshielded). 
ALIMENTAÇÃO REMOTA Opcional via linha de dados. 
PROTEÇÃOÀ EXPLOSÃO Possível segurança intrínseca ou não. 
TOPOLOGIA Linha ou árvore, ou combinadas. 
No. DE ESTAÇÕES Até 32 estações por segmento, máx. 126. 
REPETIDORES Até 4 repetidores. 
 
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PROCESS FIELD BUSPROTOCOLO DE ACESSO
O PROFIBUS (DP, FMS e PA) usa um protocolo de acesso ao meio
implementado pela camada 2 do modelo de referência ISO/OSI. No
PROFIBUS, a camada 2 é chamada Fieldbus Data Link(FDL).
O Controle de Acesso ao meio (MAC – Media Access Control) deve
assegurar que só uma estação transmita dados ao mesmo tempo.
O protocolo do PROFIBUS foi projetado permitindo dois requisitos para 
o Controle de Acesso ao Meio:
1 - Durante comunicação entre sistemas complexos de automação 
(mestres), deve ser assegurado que cada uma destas estações fica um 
tempo suficiente para executar suas tarefas de comunicação dentro de 
um intervalo precisamente definido de tempo.
2 – A transmissão cíclica de dados em tempo real será implementada 
tão rápida e tão simples quanto possível para comunicação entre um 
controlador programável complexo e seus dispositivos simples 
designados de I/Os (escravos).
Configuração do sistema e tipos de dispositivos
O PROFIBUS-DP permite sistemas Mono-mestre ou Multi-mestres.
Isto proporciona um alto grau de flexibilidade durante configuração 
do sistema. Até 126 dispositivos (mestres ou escravos) podem ser 
ligados a um bus. A descrição da configuração do sistema consiste 
no número de estações, a designação dos endereços de estação e 
de I/O, formato dos dados de I/O, formato das mensagens de 
diagnósticos e os parâmetros de bus usado.
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PROCESS FIELD BUSVELOCIDADE
O PROFIBUS-DP requer aproximadamente 1 ms a 12 Mbit/sec para a
transmissão de 512 bits de dados de entrada e 512 bits de dados de
saída distribuídos em 32 estações.
A figura mostra o tempo típico de transmissão do PROFIBUS-DP em
função do número de estações e da velocidade de transmissão.
As condições do teste da figura foram: Cada escravo com 2 bytes de
entrada e 2 bytes de saída de dados.
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PROCESS FIELD BUSDISPOSITIVOS PROFIBUS
Mestre DP Classe 1 (DPM1)
Mestre DP Classe 1 é um controlador central que troca informação
com as estações decentralizadas (por ex.: ecravos DP) dentro de um
ciclo de mensagem especificado. Dispositivos mestres típicos incluem
controladores programáveis (PLCs) e PC.
Mestre DP Classe 2 (DPM2)
Mestre DP Classe 2 são programadores, dispositivos de configurações
ou painéis de operadores. São usados durante comissionamento para
configuração do sistema DP ou para operação e controle.
Escravo DP
Um Escravo DP é um dispositivo periférico (dispositivos de I/O,
drivers, IHM, válvulas, etc.) que coletam informações de entrada e
enviam informações de saída ao controlador .
A quantidade de informação de I/O depende do tipo de dispositivo.
Um máximo de 246 bytes de entrada e 246 bytes de saída são
permitidos. Em sistemas mono-master somente um master é ativo no
barramento durante a fase de operação da rede. O PLC é o
controlador central. Os DP-slaves distribuídos são ligados ao PLC via
barramento. Sistemas Mono-master possuem tempo de ciclo
curtíssimo.
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PROCESS FIELD BUSPERFIS DE DISPOSITIVOS
• Número de pontos, bytes e palavras
• Nome e codificação dos parâmetros configuráveis
• Mensagens de diagnóstico
• outros
Os arquivos GSD informam para cada escravo:
Ferramenta 
de 
Configuraçã
o
CP
PROFIBUS-DP
Arquivos GSD
Diagnóstico no PROFIBUS/DP
Funções de diagnóstico
As várias funções de diagnósticos do PROFIBUS-DP permitem rápi-
da localização de falhas. As mensagens de diagnósticos são trans-
mitidas sobre o barramento e coletadas no mestre. Estas mensa-
gens são divididas em três níveis:
Diagnósticos relacionados a estação - Estas mensagens preo-
cupam-se com o estado operacional geral do dispositivo inteiro (por 
exemplo: alta temperatura ou baixa voltagem).
 Diagnósticos relacionados a módulo - Estas mensagens 
indicam que uma falha existe num I/O específico (por ex.: módulo de 
saída 8 bits) de um estação.
Diagnósticos relacionados a canal - Estas mensagens indicam 
um erro em um bit de I/O (por ex.: curto-circuito na saída 7). 
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PROCESS FIELD BUSENDEREÇAMENTO
O endereçamento dos escravos
PROFIBUS/DP visto pela CPU
será realizado obedecendo a
mesma regra de um I/O local e
os endereços serão atribuídos
conforme os espaços (Bytes)
disponíveis no mapa de
memória.
Alguns dispositivos escravos PROFIBUS/DP serão endereçados
utilizando o mapa de memória para dispositivos analógicos e os
endereços serão atribuídos conforme os espaços (Bytes)
disponíveis no mapa de memória.
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PROCESS FIELD BUS
Mestres: Possui dois tipos de mestres
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
• Classe 1: responsável pelas operações cíclicas 
(leitura/escrita) e controle das malhas abertas e 
fechadas do sistema de controle/automação (PLC).
• Classe 2: responsável pelos acessos acíclicos dos 
parâmetros e funções dos equipamentos PA (estação de 
engenharia ou estação de operação: PDM).
Obs: - os mestres trabalham com o meio físico RS485 
(até 12 Mbits/s quando se tem os link devices ou SK2 da 
P+F).
- os equipamentos de campo são somente escravos.
Couplers:
• São dispositivos utilizados para traduzir as caracterís-
ticas físicas entre o PROFIBUS/DP (RS485) e o 
PROFIBUS/PA (H1:31,25kbits/s)
• São transparentes para os mestres (não possuem 
endereço)
• Atendem aplicações seguras (Ex) e (Non-Ex), definindo 
e limitando o número máximo de equipamentos em cada 
segmento PA.
O número máximo de dispositivos depende da soma das 
suas correntes no segmento e distâncias do cabeamento.
• São alimentados com 24 Vdc. 
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PROCESS FIELD BUS
Couplers:
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
PLC
PROFIBUS DP
DP/PA
COUPLER
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP
45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s
SK2 12Mbit/s
Mestre
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PROCESS FIELD BUS
Links:
• São dispositivos utilizados como escravos da rede 
PROFIBUS DP (RS485) e mestre da rede PROFIBUS PA 
(H1:31,25kbits/s). 
• Permitem taxas de até 12Mbits/s no barramento DP. 
• Permitem que sejam aclopados até 5 couplers, mas 
limitam o número de equipamentos em 30 em um 
barramento “Non-Ex” e 10 em barramento “Ex”. 
• Possuem endereço físico no barramento.
• IM157 - Siemens
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
PLC
PROFIBUS DP
COUPL
ER
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP até 12 Mbit/s
DP/PA LINK
Mestres
Max. 5 DP/PA 
Couplers
por link IM157 
Max. 10 
equipamentos
por link IM157 - Ex
Max. 30 equipamentos
por link IM157 - Non-Ex
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PROCESS FIELD BUS
Terminadores:
• Shunt do sinal de corrente: o sinal de comunicação é 
transmitido como corrente mas recebido como tensão. O 
terminador faz esta conversão.Um sinal de 750 a 1000 mV 
estará presente na rede de comunicação.
• Proteção contra reflexão do sinal de comunicação: deve 
ser colocado nas duas terminações do barramento, um no 
final e outro geralmente no coupler.
• Terminador : um resistor de 100 Ohms em série com um 
capacitor de 1 uF.
• BT302 - Smar
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
BT302 Bus terminator
Qual Cabo Utilizar ?
Tipo de Cabo: Par trançado 1x2, 2x2 ou 1x4 com shield
Impedância: 35 a 165 Ohm nas frequências de 3 a 20 MHz
Capacitância do Cabo: Menor que 30 pF por metro
Diâmetro do Cabo: maior que 0.34 mm2 ( AWG 22 )
PROFIBUS - PA
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PROCESS FIELD BUSENDEREÇAMENTO DO SISTEMA 
PROFIBUS/PA 
PLC
PROFIBUS DP
DP/PA
COUPLER
PROFIBUS-PA31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP
45.45 kbit/s ou 93.75 kbit/s
Mestre
432
1
PLC
PROFIBUS DP
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Escravos
24V 24V
PROFIBUS-DP
até 12 Mbit/s
DP/PA LINK
Max. 30 equipamentos
por link IM157 - Non-Ex
Max. 10 equipamentos
por link IM157 - Ex
Mestres
Max. 5 DP/PA Couplers
por link IM157 
232
1
2 3
11
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PROCESS FIELD BUSTopologia: Estrela 
Trunk
Spur
Terminator
PLC
PROFIBUS PA
PROFIBUS DP
DP/PA LINK
COUPLER
Topologia: Barramento Trunk
Spur
Terminator
PLC
PROFIBUS PAPROFIBUS DP
DP/PA LINK
COUPLER
Topologia: Ponto a Ponto 
Terminator
PLC PROFIBUS 
PA
PROFIBUS DP
DP/PA LINK
COUPLER
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PROCESS FIELD BUSINSTALAÇÃO - REGRAS 
Terminator
PROFIBUS PA
DP/PA LINK
COUPLER
PLC
PROFIBUS
DP
700 m 30 m 30 m
2m
2m
30 m
30 m
8m
Terminator
840 mTotal
2 mSpur 6
2 mSpur 5
2 mSpur 4
2 mSpur 3
2 mSpur 2
2 mSpur 1
30 mTronco
8 mTronco
30 mTronco
30 mTronco
30 mTronco
700 mTronco
O comprimento máximo do segmento é a so-
matória dos comprimentos dos troncos e 
spurs, sendo que comprimentos menores que 
1m não são considerados spurs.
30 m
1m
1m
1m
1m
4 
equipamentos
60 m
30 m
1m
1m
1m
3 
equipamentos
90 m
60 m
30 m
1m
1m
2 
equipamentos
120 m
90 m
60 m
30 m
1m
1 
equipamento
1-12
13-14
15-18
19-24
25-32
Número de 
spurs
Na topologia em árvore recomenda-se centralizar a junction 
box de tal forma a otimizar o comprimento dos spurs.
Deve-se atentar quando se faz o uso da topologia em árvo-
re, já que cada derivação é um braço e este deve respeitar o 
comprimento máximo de um spur e ainda, deve-se respeitar 
o número máximo permitido de spurs.
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PROCESS FIELD BUS
Parte do cabeamento onde não se tem shield ou onde o par 
de cabos não é trançado deve ter comprimento menor que 
2% do comprimento máximo ou 8m.
Para áreas intrinsecamente seguras o comprimento máximo 
de um spur deve ser de 30m.
Se um spur tiver ultrapassando 120m, recomenda-se mover o 
terminador de tal forma que este spur possa fazer parte do 
tronco principal.
Isolar sinal fieldbus de fontes de ruídos, como cabos de 
força, motores, inversores de frequência. Colocá-los em guias 
e calhas separadas.
INSTALAÇÃO - REGRAS 
Se houver a necessidade de múltiplos terras devido a exposi-
ção intensiva a ruídos, o aterramento capacitivo é recomen-
dado, pois somente as altas frequências são aterradas.
Somente um ponto do shield deve ser aterrado e 
preferencial-mente no negativo da fonte de alimentação.
Quando repetidores são utilizados, para cada segmento 
abaixo do repetidor deve ser colocado um terminador.
As melhores condições do acondicionamento dos sinais quan-
to à imunidade a ruídos é conseguida com o uso de cabos com 
shield o qual deve cobrir pelo menos 90% do L max. O uso 
alternativo de conduítes metálicos também é recomen-dado, 
desde que cuidados extras são tomados no aterramento.
Nunca aterrar o shield na carcaça do equipamento.
Recomenda-se o uso de `Spur Guards` para a proteção 
contra curto-circuitos em segmentos críticos(RELCOM).
REDES INDUSTRIAIS 21
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PROCESS FIELD BUS
Link e Coupler intrinsecamente seguroFonte
Terminadores
INSTALAÇÃO - REGRAS 
Cabeamento nos equipamentos
Barreira de segurança intrínseca
Link e CouplerFonte
Non 
Ex
O tronco e os spurs têm os shields interligados e aterrados no 
negativo da fonte de alimentação.
REDES INDUSTRIAIS 22
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PROCESS FIELD BUS
Instalação: Caixa de Junção JM1 
INSTALAÇÃO - REGRAS 
O que devemos ter em uma rede PROFIBUS-PA ?
Interface para alojamento em microcomputador,
PROFIBUS-DP - Mestre Classe 2 (CP5611, CP5511)
Módulo configurador PROFIBUS-PA (Simatic PDM) 
Coupler ou Link + Coupler
Controlador Lógico Programável Mestre Classe 1
Terminadores
Devices PROFIBUS-PA