Aula Profibus

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REDES INDUSTRIAIS
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FAMÍLIA 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 
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DISPOSITIVOS 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
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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CARACTERÍSTICAS 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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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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CARACTERÍSTICAS 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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TRANSMISSÃO 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.
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.
		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
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 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.
		PROTEÇÃO À 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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PROTOCOLO 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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VELOCIDADE
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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DISPOSITIVOS 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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PERFIS 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:
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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ENDEREÇAMENTO
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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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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Couplers:
ELEMENTOS DA REDE PROFIBUS
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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
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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
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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ENDEREÇAMENTO DO SISTEMA PROFIBUS/PA 
 
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Topologia: Estrela 
Topologia: Barramento 
Topologia: Ponto a Ponto 
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INSTALAÇÃO - REGRAS 
 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.
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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 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).
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Terminadores
INSTALAÇÃO - REGRAS 
Cabeamento nos equipamentos
Barreira de segurança intrínseca
Link e Coupler
Fonte
Non Ex
O tronco e os spurs têm os shields interligados e aterrados no negativo da fonte de alimentação.
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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
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