diferença_rede Profibus PA e FF

Prévia do material em texto

Redes Fieldbus: Foundation Fieldbus X Profibus PA 
DEBORAH VIEIRA DE ALENCAR MAIA 
 
UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
PPgEE – Programa de Pós Graduação em Engenharia Elétrica 
Campus Universitário - Lagoa Nova - Natal-RN - 59072-970 
deborah_maia@yahoo.com.br 
 
Abstract. This article destines to make a comparative degree between two nets for industrial automation. The 
nets in question are Foundation Fieldbus and Profibus PA.But before this comparative degree a general view 
regarding both is given, approaching its main characteristics. And at a second moment are shown a table with 
characteristics of each one. 
 
Resumo. Este artigo destina-se a fazer um comparativo entre duas redes para automação industrial. As redes 
em questão são Foundation Fieldbus e Profibus PA. Mas antes deste comparativo é dada uma visão geral a 
respeito de ambas, abordando suas principais características. E num segundo momento é mostrada uma tabela 
com características de cada uma. 
 
Palavra-chave: Redes para automação industrial, Foundation Fieldbus, Profibus PA. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A instalação e manutenção de sistemas de 
controle tradicionais implicam em altos custos 
principalmente quando se deseja ampliar uma 
aplicação onde são requeridos além dos custos de 
projeto e equipamento, custos com cabeamento 
destes equipamentos à unidade central de controle. 
De forma a minimizar estes custos e 
aumentar a operacionalidade de uma aplicação 
introduziu-se o conceito de rede para interligar os 
vários equipamentos de uma aplicação. A utilização 
de redes em aplicações industriais prevê um 
significativo avanço nas seguintes áreas: 
· Custos de instalação; 
· Procedimentos de manutenção; 
· Opções de upgrades; 
· Informação de controle de qualidade. 
A opção pela implementação de sistemas 
de controle baseados em redes, requer um estudo 
para determinar qual o tipo de rede que possui as 
maiores vantagens de implementação ao usuário 
final, que deve buscar uma plataforma de aplicação 
compatível com o maior número de equipamentos 
possíveis. 
As redes industriais são padronizadas sobre 
3 níveis de hierarquias, cada qual responsável pela 
conexão de diferentes tipos de equipamentos com 
suas próprias características de informação. 
O nível mais alto, nível de informação da 
rede, é destinado a um computador central que 
processa o escalonamento da produção da planta e 
permite operações de monitoramento estatístico da 
planta sendo implementado, geralmente, por 
softwares gerenciais (MIS). O padrão Ethernet 
operando com o protocolo TCP/IP é o mais 
comumente utilizado neste nível. 
O nível intermediário, nível de controle da 
rede, é a rede central localizada na planta 
incorporando PLCs, DCSc e PCs. A informação 
deve trafegar neste nível em tempo real para 
garantir a atualização dos dados nos softwares que 
realizam a supervisão da aplicação. 
O nível mais baixo, nível de controle 
discreto, se refere geralmente às ligações físicas da 
rede ou o nível de I/O. Este nível de rede conecta os 
equipamentos de baixo nível entre as partes físicas e 
de controle. Neste nível encontram-se os sensores 
discretos, contadores e blocos de I/O. 
Assim, classificam-se as redes quanto ao 
tipo de rede de equipamento e os dados que ela 
transporta como: 
· rede Sensorbus - dados no formato de 
bits; 
· rede Devicebus - dados no formato de 
bytes; 
· rede Fieldbus - dados no formato de 
pacotes de mensagens. 
As redes Fieldbus interligam os 
equipamentos de I/O mais inteligentes e podem 
cobrir distâncias maiores. Os equipamentos 
acoplados à rede possuem inteligência para 
desempenhar funções específicas de controle tais 
como loops PID, controle de fluxo de informações e 
processos. Os tempos de transferência podem ser 
longos, mas a rede deve ser capaz de comunicar-se 
por vários tipos de dados (discreto, analógico, 
parâmetros, programas e informações do usuário). 
Exemplos de redes Fieldbus incluem IEC/ISA 
SP50, Foundation Fieldbus, Profibus PA e HART. 
Redes Fieldbus surgiram quando se 
verificou que apenas automatizar as máquinas de 
uma linha de produção não era suficiente para 
garantir uma alta qualidade e produção. O conceito 
“Fieldbus” compartilha a idéia da descentralização 
da inteligência, ou seja, a informação não está 
apenas armazenada num único membro do processo 
como, por exemplo, o “PC Manager”, mas 
distribuída em uma rede desde o chão de fábrica até 
os níveis mais superiores da gerência. 
 
2. VISÃO GERAL DA FOUNDATION 
FIELDBUS 
O Fieldbus é um sistema de comunicação 
digital, serial e bidirecional, que interconecta 
equipamentos de medição e controle tais como 
controladores, sensores e atuadores. Na hierarquia 
dos níveis de rede, o Fieldbus é considerado como o 
gerenciador de uma LAN constituída de 
instrumentos usados em controle de processo e 
aplicações de automação. O Fieldbus constitui o 
nível mais próximo ao processo dentro da estrutura 
de comunicações industriais. Ele está baseado em 
processadores simples e utiliza protocolo mínimo 
para gerenciar o enlace entre eles, com capacidade 
de distribuição de controle. 
Ao contrário dos protocolos de rede 
proprietários, o Fieldbus não pertence à nenhuma 
empresa, ou é regulado por um único organismo ou 
nação. 
 O protocolo Fieldbus foi desenvolvido 
baseado no padrão ISO/OSI embora não contenha 
todos os seus níveis. Pode-se em primeira análise 
dividi-lo em nível físico (“Physical Layer” - que 
trata das técnicas de interligação dos instrumentos) 
e níveis de software (“Communication Stack”) que 
tratam da comunicação digital entre os 
equipamentos. 
A transmissão física é feita com corrente 
de 10 mA a 31,25 kbit/s com carga equivalente a 50 
ohm. 
O Fieldbus Foundation definiu um padrão 
para Aplicações de Usuário baseados em blocos. Os 
blocos descrevem características do dispositivo 
Fieldbus como nome, fabricante e número serial. 
Os parâmetros de entrada e saída (I/O) das FB 
podem ser acessados através da rede. A execução 
de cada função é precisamente agendada. Em uma 
simples aplicação, existem muitas funções de bloco. 
As funções de bloco podem ser executadas, 
precisamente, em certos intervalos de tempo e 
proporcionar a correta operação do sistema de 
controle. 
Com a interoperabilidade, um dispositivo 
Fieldbus pode ser substituído por um dispositivo 
similar com maior funcionalidade de um outro 
fornecedor na mesma rede do Fieldbus, mantendo 
as características originais. Isto permite aos 
usuários mesclar dispositivos de campo e sistemas 
de vários fornecedores. Dispositivos individuais 
Fieldbus podem também transmitir e receber a 
informação de multivariáveis, comunicando-se 
diretamente um com o outro sobre o barramento 
Fieldbus, permitindo que novos dispositivos sejam 
adicionados ao barramento sem interromper o 
controle. 
A tecnologia Fieldbus ajuda as plantas a 
manter as exigências de segurança, cada vez mais 
restritas. Fornecendo operadores com notificação e 
aviso antecipados de circunstâncias perigosas 
pendentes e atuais, o Fieldbus permite a ação 
corretiva antes de uma parada não planejada. As 
potencialidades de diagnóstico ampliadas da planta 
reduzem também a necessidade do acesso freqüente 
às áreas perigosas, minimizando assim os riscos do 
pessoal no campo. 
Exemplos de uso de redes Fieldbus 
controle de temperatura, vazão e pressão de uma 
coluna de fracionamento. 
Nota: Não confundir! 
Fieldbus Foundation - É uma fundação formada 
por empresas de automação de controle de 
processos e manufatura para desenvolver um 
fieldbus simples, aberto, internacional e 
interoperável. É baseado nas normas IEC e ISA. 
Foundation Fieldbus - É uma rede local (LAN) 
para instrumentos, usada em automação de 
processos e manufatura, com capacidade para 
distribuir as aplicações de controle através da rede. 
 
3. VISÃO GERAL DA PROFIBUS 
O Profibus é um padrão aberto de rede de 
comunicação industrial, utilizado em um amplo 
espectro de aplicações em automaçãoda 
manufatura, de processos e predial. Sua total 
independência de fabricantes e sua padronização 
são garantidas pelas normas EN50170 e EN50254. 
Com o Profibus, dispositivos de diferentes 
fabricantes podem comunicar-se sem a necessidade 
de qualquer adaptação na interface. 
O Profibus pode ser usado tanto em 
aplicações com transmissão de dados em alta 
velocidade como em tarefas complexas e extensas 
de comunicação. 
O padrão Profibus subdivide-se em três 
famílias: Profibus-FMS, Profibus-DP e Profibus-
PA. A primeira família está situada no segundo 
nível da pirâmide, já as outras duas estão voltadas 
para o Fieldbus. 
A Rede Profibus PA é a solução Profibus 
para a automação de processo. A Rede Profibus PA 
conecta os sistemas de automação e os sistemas de 
controle do processo com os instrumentos e 
atuadores do campo tais como, transmissores de 
pressão, temperatura e nível do líquido. 
A Rede Profibus PA permite, por meio de 
um par de condutores, medir, controlar assim como 
alimentar os barramento com energia e segurança 
intrínseca os instrumentos de campo. Com o 
Profibus PA, é possível para o usuário executar 
serviços de manutenção conectar ou desconectar 
dispositivos durante a operação, mesmo em áreas 
com risco de explosão. O Profibus PA tem sido 
desenvolvido em cooperação com os usuários da 
indústria de processo (NAMUR) e preenche os 
requisitos especiais colocados nas aplicações neste 
campo. 
O Profibus PA possui uma característica 
interessante que é a transmissão intrínseca segura, o 
que faz do PA uma ótima opção para ambientes 
classificados, ou seja, ambientes onde existe o 
perigo de explosão caso ocorra uma faísca elétrica 
devido a atmosfera estar possivelmente carregada 
com alguma substância explosiva, como por 
exemplo numa petroquímica. 
 
4. COMPARATIVO ENTRE AS 
REDES 
Neste ponto do artigo é feito um 
comparativo entre as redes explicitadas acima, 
Foundation Fieldbus e Profibus PA. Aqui serão 
abordados aspectos como características físicas das 
redes como distância, topologia, velocidade; 
características de performance como tempo de 
ciclo, protocolos de acesso ao meio físico; 
confiabilidade, etc. 
 Fieldbus Profibus 
Topologia Multidrop com 
dispositivos 
alimentados pelo 
barramento 
Linha, estrela e 
anel 
Meio Físico Par trançado Par trançado ou 
fibra 
Nº. Máximo 
de 
dispositivos 
240/segmento, 
65000 segmentos 
127 nodos 
Distância 
máxima 
1900 m @ 31,25 
Kbps 
500 m @ 2,5 Mbps 
24 Km (fibra) 
Velocidade 
da rede 
31,25 Kbps, 1Mbps 
e 2,5 Mbps 
31,25 Kbps 
Método de 
comunicação 
Cliente/servidor, 
notificação de 
evento e 
Publisher/subscriber 
Mestre/escravo, 
ponto a ponto 
Tamanho do 
pacote de 
dados 
16,6 M 
objetos/dispositivos 
244 bytes 
Método de 
arbitragem 
Escalonador 
deterministico 
centralizdo, backup 
múltiplo 
Passagem de 
token 
Checagem de 
erro 
CRC 16 bits HD4 CRC 
Diagnósticos Diagnóstico remoto 
e monitoração de 
rede 
Diagnóstico da 
estação, 
módulos e 
cabais 
Tempo de 
ciclo 256 
discretas 16 
nodos com 16 
I/Os 
100 ms @ 
31,25Kbps 
< 1 ms @ 2,5 Mbps 
Depende da 
configuração 
Tempo de 
ciclo 128 
analógicas 16 
nodos com 8 
I/Os 
600 ms @ 31,25 
Kbps 
< 8 ms @ 2,5 Mbps 
Depende da 
configuração 
Transferência 
de bloco de 
128 bytes 1 
nodo 
36 ms @ 31,25 
Kbps 
< 8 ms @ 2,5 Mbps 
Não disponível 
Tabela 1. Comparativo Fondation Fieldbus X 
Profibus PA 
 
5. CONCLUSÃO 
A tecnologia da informação tem sido 
determinante no desenvolvimento da 
tecnologia da automação, alterou hierarquias e 
estruturas no ambiente dos escritórios e chegou 
ao ambiente industrial nos seus mais diversos 
setores, desde as indústrias de processo e 
manufatura até prédios e sistemas logísticos. A 
capacidade de comunicação entre dispositivos e 
o uso de mecanismos padronizados, abertos e 
transparentes são componentes indispensáveis 
do conceito de automação de hoje. A 
comunicação vem se expandindo rapidamente 
no sentido horizontal nos níveis inferiores 
(field level), assim como no sentido vertical 
integrando todos os níveis hierárquicos. 
Então, pelas razões acima explicitadas 
fica provado e comprovado que qualquer dos 
tipos de rede Fieldbus escolhida para a 
implementação do projeto será, sem dúvida 
alguma, uma ótima escolha para a 
automatização da empresa. Viu-se pelo 
comparativo feito que ambas as redes tem 
características próprias e suprem as 
necessidades de diversos ambientes. Sendo 
assim, “mãos à obra!”. 
6. REFERÊNCIA 
1. Profibus Brasil. http://www.profibus.org.br 
(Jun. 2003) 
2. 
http://www.edwilson.brturbo.com/dissertacao.p
df (Jun. 2003) 
3. Componentes para Redes Industriais. 
http://www.conexel.com.br/weidmuller/Weidm
ullerCorporate_arquivos/Catalogo%208%20%
20-
%20Componentes%20para%20Redes%20Indu
striais.pdf (Jun. 2003) 
4. Arquiteturas de sistemas de automação – 
Uma introdução. 
http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/Do
wnload/DownloadFiles/Arquitetura.pdf (Jun. 
2003)