Palestra de Automação

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FIRST IN FIELDBUS
smar
TREINAMENTO FIELDBUS FOUNDATION
Plataforma de Automação
COMO IMPLEMENTAR PROJETOS COM FIELDBUS FOUNDATION
Smar - Departamento de Engenharia de Aplicações
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TREINAMENTO FIELDBUS FOUNDATION
CAPÍTULO 1
Introdução
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TREINAMENTO FIELDBUS FOUNDATION
	A instalação e manutenção de sistemas de controle tradicionais implicam em altos custos: custos de projetos, equipamentos, bandejamento e cabeamento.]
	De forma a minimizar estes custos e aumentar a operacionalidade, introduziu-se o conceito de rede em aplicações industriais.
	A utilização de redes prevê um significativo avanço nas seguintes áreas: Custos de instalação, procedimentos de manutenção, opções de upgrades e melhora na qualidade da informação.
	A opção pelo tipo de rede a ser utilizada pelo usuário, requer um estudo para determinar qual tipo que possui as maiores vantagens.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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TREINAMENTO FIELDBUS FOUNDATION
	Surge daí a opção pelas arquiteturas de sistemas abertos que, ao contrário das arquiteturas de sistemas proprietários onde apenas um fabricante lança produtos compatíveis com a sua rede.
	As redes abertas possuem organizações de usuários que podem fornecer informações e possibilitar trocas de experiências.
	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.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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Hierarquia de Rede Industrial
Rede
Industrial
LAN
Rede
Fieldbus
Automação de escritório
	 Computadores grandes (Mainframes) 
	 Gerenciamento
Automação & Sistemas de supervisão
	 DCSs, PLCs, PCs
	 SCADA, Sistemas Supervisórios
Instrumentação & Controle
	 Transmissores, Controladores
	 Válvulas & Atuadores
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 Tipo de
Dispositivo
Tipo de
Controle
TIPOS DE CONTROLE E DISPOSITIVO
Controle
de Processo
Controle
Lógico
Low-end
bit
Midrange
byte
High-end
block
Dispositivos Simples 		Dispositivos Complexos
Sensorbus
	 Seriplex
	 ASI
	 INTERBUSLoop
Devicebus
	 Device Net
	 SDS
	 Profibus DP
	 LONWorks
	 INTERBUS-S
Fieldbus
	 IEC/ISA SP50
	 Fieldbus Foundation
	 Profibus PA
	 HART
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Analógico
SLCs, Controle de temper.
Controle de Válvulas
DCSs
Sensor de Processo
PCs, PLCs
Interfaces de Operação
Drivers
Controle de Movimento
Chaves, Sensores, Válvulas
Push buttons
Fieldbus
Sensorbus
Devicebus
GRUPOS DE DISPOSITIVOS
 
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	Fieldbus tem comunicação bidirecional, digital multi-drop entre dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão. 
	Então, Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN - Local Area Network) para dispositivos de campo.
Fieldbus
Automação 
e
Sistemas de Supervisão
P
L
F
Processo
TECNOLOGIA FOUNDATION FIELDBUS
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1940 1960 1980 2000
Tecnologia
Dominante
Time
CONCEPÇÃO FIELDBUS
Pneumático
Analógico
Digital
Fieldbus é no momento a transição tecnológica
na automação industrial. 
Fieldbus
Fieldbus
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NECESSIDADE DE PERFORMACE
EVOLUÇÃO DOS TRANSMISSORES
TECNOLOGIA SMART ( 1983 )
COMUNICAÇÃO ENTRE DISPOSITIVOS ( H.H.T. )
PROTOCOLO HÍBRIDO ( HART ) 
SUPER DISPOSITIVO SMART ( PID, DIAG, STATUS, ...)
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NECESSIDADE DE UM PROTOCOLO
TOTALMENTE DIGITAL
FIELDBUS
FCS
FIELD COMMUNICATION SYSTEM
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Comparação entre o DCS e o FCS
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LAN
DCS
CAMPO
DPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102
4 - 20 mA
I/O
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REDE DE MICROS (LAN)
SISTEMA
SUPERVISÓRIO
FIELDBUS
CAMPO
DPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102
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CUSTO REDUZIDO DE FIAÇÃO E INSTALAÇÃO
B.S.I.
B.S.I.
DCS
FCS
FIELDBUS
4 a 20 mA
Barreira de
Segurança
Intrínseca
B.S.I.
B.S.I.
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AUMENTO NO FLUXO DE INFORMAÇÕES
2.unknown
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DISTRIBUIÇÃO DA INTELIGÊNCIA
DCS
FCS
SISTEMA TRADICIONAL
FIELDBUS
FIELDBUS
CONTROLE NO CAMPO
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EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS
	Fieldbus é o mais novo salto na evolução dos sistemas.
1960			1980			2000
Tecnologia
Dominante
Tempo
DCS
DDC
FCS
PLC
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FCS - SISTEMA DE CONTROLE DE CAMPO
	O salto lógico não melhora o familiar DCS
	Ainda mais distribuição das funções de controle
	Ainda mais equipamentos digitais de campo
Substituição Completa dos DCS !!!
DDC
DCS
FCS
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HIERARQUIA BÁSICA
DCS
4-20 mA
Fontes
Cartões de Controle
Cartões de Entrada
Cartões de Saída
Fusível
I/O
Terminador
Cartões
Fieldbus
FCS
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BENEFÍCIOS DO FIELDBUS
VISÃO EXTENDIDA DO PROCESSO
DCS
FCS
4 a 20 mA
Fieldbus
Fieldbus
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Diagnósticos
	Status de parâmetros de processo On-line na IHM ou MMI
	Qualidade
	Limite
	Detalhe de diagnosticos com ferramentas de engenharia
	Falha do sensor
	Falha na Saída
	Falha de Memoria
	Erro de Configuração
	Erro de Comunicação
	Acesso para análise de parâmetros externos
	Posição da válvula e tempo de percurso da válvula usado para detecção da ação stick-slip.
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QUALIDADE E VISÃO REAL DOS DADOS
VALOR
UNIDADE
STATUS
ALARME
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Status
	Um software pode ser usado para investigar detalhes do status ruins.
	Good		Normal
	Bad		E.g. sensor failure
	Uncertain	E.g. out of calibrated range
	Providencia automaticamente a ação de “failsafe” na saída dos “devices” com falha de sensor ou de comunicação etc..
	Assegura inicialização em cascata ( tranferência para bumpless) e anti-reset-windup e muitas outras funções.
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COMUNICAÇÃO
BIDIRECIONAL
DPT + PID FCV TT PT 
ESTAÇÃO DE
OPERAÇÃO
ESTAÇÃO DE
MANUTENÇÃO
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BENEFÍCIOS DO FIELDBUS
MAIOR INFORMAÇÃO DO PROCESSO
 ONTEM
 HOJE
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TOLERÂNCIA DE FALHA
	Redundância de fontes Fieldbus.
	Redundância da estação de operação.
	Interface independente da CPU para LAS, bridge e blocos.
	Distribuição de equipamentos em várias redes com poucos loops.
	Emloops críticos pode ter redes individuais
	Falha do Sensor, device ou comunicação provoca uma ação de “failsafe” na saída dos “devices”.
	Número de módulos e componentes (CPU, cartão de entradas ou saídas) é reduzido, minimizando probabilidade de falhas.
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EFEITOS DE FALHAS
	Uma falha em uma estação de operação não afeta a outra. No caso de falha em uma estação o sistema pode ser operado por outra.
	Uma falha de conexão ou remoção de um “device” no campo não afeta outro.
	O controle continua na ausência do mestre.
	A substituição da fonte é automática e não afeta o sistema.
	Falha em qualquer equipamento Fieldbus não resulta na perda do controle ou na vizualização da operação exceto com relação aos loops ou I/O do mesmo equipamento Fieldbus.
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DRIVER
A / B
DRIVER
A / C
?
STANDARD
FIELDBUS
INTERFACE
MANUFACTURER
B
MANUFACTURER
C
MANUFACTURER
D
MANUFACTURER
D
MANUFACTURER
B
MANUFACTURER
C
FIELDBUS = SISTEMA ABERTO
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O que é Fieldbus Foundation?
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FIELDBUS FOUNDATION
É UMA ASSOCIAÇÃO COM MAIS DE 100
COMPANHIAS O QUE GERA UM
TOTAL DE MAIS DE 90% DAS EMPRESAS
DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
DE PROCESSOS DO MUNDO
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LISTA DE EMPRESAS 
ABB Ltd.
Allen-Bradley Co., Inc.
Apparatebau Hundsbach
Automation Research Institue of 
Ministry of Metallurgical Industry
Bailey Controls
Bailey Japan
Beamex
Beldon Wire and Cable
Bently Nevada Corporation
Borst Automation
BP Oil - Alliance Refinery
Bray International, Inc.
Brooks Instrument
Caltex Services
Chevron Research and Technology Co.
Chiyoda Corporation
Danfoss A/S
digi table thielen
DKK Corporation
DuPont Engineering Co.
EMCO
Endress + Hauser GmbH + Co.
Exxon Research & Engineering Co.
Fieldbus International (FINT)
Fisher Controls International, Inc.
Fisher-Rosemount Systems Inc.
Fraunhofer Institute IITB
Fuji Electric Co., Ltd.
GATX Terminals
Glaxo Incorporated
Groupe Schneider
GSC Precision Controls Division of DA-Tech
Hartmann & Braun AG
Hitachi
Honeywell Inc.
Instituto de Investigaciones Electricas 
Johnson Yokogawa Corp.
K.K. Codix
K-Patents
Keystone Controls
Kimray
Knick Elektronische Meßgeräte GmbH & Co.
Koso Service Co., Ltd.
KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG
Kurihara Kogyo Co., Ltd.
M-System Co., Ltd.
Magnetrol International, Inc.
Masoneilan-Dresser Industries
Measurement Technology, Ltd. (MTL)
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Rosemount Inc.
Saab Tank Control
Servomex
Shell Oil Company
SHIMADZU CORPORATION
SHIP STAR Associates, Inc.
Siebe ECD
Siemens Industrial Automation, Inc.
Simrad Albatross
SMAR
Softing
SRC NIITEPLOPRIBOR
StoneL Corporation
The Foxboro Company
Tokyo Keiso Co., Ltd.
Toshiba Corporation 
Valmet Automation Inc.
VALTEK International
VEGA Grieshaber
Vinson Supply
WorldFIP Europe
Yamaha Corporation
Yamatake-Honeywell Co., Ltd.
Yokogawa Electric Corporation
Mettler-Toledo
Micro Motion, Inc.
Milltronics, Ltd.
Mitsubishi Electric Corporation 
Monsanto Company
Motoyama Eng. Works, Ltd.
Nagano Keiki Seisakusho Ltd.
National Instruments Corp.
NEC Corporation
Neles-Jamesbury
NEMA
Niigata Masoneilan Co., Ltd.
Ohkura Electric Co., Ltd.
Oval Engineering Co., Ltd.
Pacific Avionics Corporation
Pepperl + Fuchs
PMV, Palmstiernas Instruments AB
Politecnico di Torino-Dai
Presys Instrumentos E Sistemas Ltda.
R. Stahl Schältgeraete GmbH & Co.
Ramsey Technology, Inc.
Relcom Inc.
Ronan Engineering Company
Rosemount Analytical Inc.
LISTA DE EMPRESAS 
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 FIELDBUS
MODELO OSI
CAMADA DE APLICAÇÃO
PRESENTATION LAYER
CAMADA DE SESSÃO
CAMADA DE TRANSPORTE
CAMADA DE REDE
MODELO FIELDBUS
CAMADA
USUÁRIO
FIELDBUS ESPECIF. DE MENSAGEM
SUBCAMADA DE ACESSO FIELDBUS
CAMADA DE LINK DE DADOS
CAMADA FÍSICA
“STACK” DE
COMUNICAÇÃO
CAMADA
USUÁRIO
CAMADA FÍSICA
CAMADA FÍSICA
CAMADA DE LINK DE DADOS
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MEIO FÍSICO
APLICAÇÃO
FÍSICO
LINK DE
DADOS
G
E
R
E
N
C
I
A
M
E
N
T
O
R
E
D
E
MENSAGEM:
- LINGUAGEM COMUM
- LEITURA & COMPREENÇÃO
PAPEL:
- DESTINO/REMETENTE
- MENSAGEM
TRANSPORTE DA 
MENSAGEM
CAIXA POSTAL:
- ENVELOPE 
- ENDEREÇO
ENVELOPE:
- ENDEREÇO
- SELO
- MENSAGEM NO PAPEL
- LOCALIZAÇÃO DE INFORMAÇÃO
 CRÍTICA 
USUÁRIO
TAG TIC 101
TEMPERATURA DO REATOR
PV = 242 GRAUS C
6.unknown
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FIELDBUS
	
	Barramento energizado
(dispositivo de campo alimentado pelo barramento de comunicação)
	Barramento não energizado 
(dispositivo de campo com alimentação separada do barramento de comunicação)
7
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CAMADA DE
APLICAÇÕES
“STACK” DE
COMUNICAÇÃO 
CAMADA FÍSICA
Fieldbus 
Tempo
Voltage
Fieldbus
 Mensagens
MODO DO SINAL EM VOLTAGEM
8.unknown
10.unknown
12.unknown
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Tronco
Caixa de
Junção
Ramos
Tamanho do cabo = Tamanho do tronco + Tamanho de todos os ramos
Tamanho máximo = 1900 metros com cabo “Tipo A”
EQUIPAMENTO NA
SALA DE CONTROLE
FOUNDATION TECNOLOGIA
31.25 kbit/s FIELDBUS 
COMMUNICATION
“STACK”
USER
LAYER
PHYSICAL LAYER
14.unknown
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Capítulo 2
Detalhando um projeto FF
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�
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INSTALAÇÃO TÍPICA
FONTE
PS302
+
_
IMPEDÂNCIA
PSI302
TERMINADOR
TERMINADOR
PT
PT
FY
FT
TT
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CAMADA FÍSICA
A DISTÂNCIA PODE SER INCREMENTADA COM REPETIDORES
NO MÁXIMO = 4 REPETIDORES
REP1 REP2 REP3 REP4
1.900 M 1.900 M 1.900 M 1.900 M
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PLANTA NÍVEL HSE
BRIDGE
CAIXA DE
JUNÇÃO
Fieldbus Topologia
NÍVEL H1
FIM -FIM
LINHA COM RAMOS
PONTO A PONTO
ÁRVORE
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CAMADA FÍSICA
31.25 KBPS
TOPOLOGIA EM ÁRVORE
FONTE
FIELDBUS
TERMINADOR
TERMINADOR
CAIXA DE
JUNÇÃO
NÍVEL
XMTR
NÍVEL
XMTR
VÁLVULA
VAZÃO
XMTR
100W
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Capítulo 3
Configuração dos Instrumentos
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CAMADA FÍSICA
COMMUNICATION
“STACK”
Transducer
Block
Function
Block
Resource
Block
FIELDBUS
Blocos
APLICAÇÃO DE USUÁRIO - BLOCOS
TECNOLOGIA FOUNDATION
COMMUNICATION
“STACK”
CAMADA 
USUÁRIO
CAMADA FÍSICA
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ALGORITHM
Example:
PID
ENTRADAS
SAÍDAS
 Alarmes			 Status
Parametros de Controle
(Manual, Auto, Kp, Tr, etc.)
MODELO DE FUNCTION BLOCK
COMMUNICATION
“STACK”
CAMADA
USUÁRIO
CAMADA FÍSICA
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FUNCTION BLOCKS BÁSICOS
RA
AI
DI
AO
DO
SS
BG
ML
PID
PD
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FIELDBUS CONTROLE CASCATA
BRINCAR COM LEGO
AI
AI
PID
AO
PID
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TRANSMISSOR
FIELDBUS
DISPOSITIVO FIELDBUS 
P/ VÁLVULA
LIGAÇÕES DE ENTRADAS / SAÍDAS
TECNOLOGIA FOUNDATION
AI
OUT
OUT
IN
PID
IN
AO
COMMUNICATION
“STACK”
CAMADA
USUÁRIO
CAMADA FÍSICA
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TREINAMENTO FIELDBUSFOUNDATION
Analog Alarm
Analog Input
Arithmetic
Constant
Density
Input Selector
Characterization
Advanced PID
Integrator
Lead Lag
Output Signal Selector
 and Dynamic Limiter
PID
Set Point Generator
Splitter
Timer / Logic
INSTANCIAÇÃO DE BLOCOS 
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Aplicações com Function block
AI
PID
AO
Básico
PID
AO
PID
AI
AI
Cascata
PID
AO
AI
AI
RA
Relação
PID
AO
PID
AI
AI
AI
Controle de nível de
caldeiras a 3 elementos
Vazão
Água
Nível
Vazão
Vapor
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TREINAMENTO FIELDBUS FOUNDATION
FLEXIBILIDADE DE PROJETO
AI
AI
PID
AO
PID
FT
FY
TT
PID SECUNDÁRIO NO
 TRANSMISSOR DE VAZÃO
AI
AI
PID
AO
PID
TT
FT
PID SECUNDARIO NO
 POSICIONADOR DA VÁVULA
FY
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Tempo de Controle de Ciclo e Schedule
	Para uma configuração típica pode ser facilmente realizado em um tempo de ciclo de 200 ms ou menor.
200 ms
INT
AI
AO
AR
PID
link
background
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Os Device Descriptions são fornecidos para um sistema anfitrião assim o anfitrião pode “interpretar” os dados fornecidos para o equipamento fieldbus.
Device Descriptions adicional
de diversos fabricantes .
PARA UM
SISTEMA
ANFITRIÃO
Standard Device Descriptions da Fieldbus Foundation. 
. . .
Z
Standard
DD
A
FOUNDATION fieldbus Technology
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Valor é lido de um
equipamento fieldbus.
A Descrição do valor é lida de um anfitrião proveniente de um Device Description.
Número de dígitos de precisão
Unidade de Engenharia
Etiqueta do valor
25.50 
Measured_Value
%
Fieldbus
Tecnologia FOUNDATION fieldbus
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TREINAMENTO FIELDBUS FOUNDATION
O Device Descriptions permite operação de equipamentos de diferentes fabricantes na mesma rede fieldbus com somente uma versão de interface de programação.
Device Descriptions
Fieldbus
Equipamento do
fabricante A
DEVICE DESCRIPTION
Equipamento do
fabricante B
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RECURSOS
AI
PID
TEMP
VAZÃO
PARAMETROS
UNIVERSAIS
PARAMETROS
DE BLOCOS
DE FUNÇÕES
PARAMETROS
DE BLOCOS
TRANSDUTORES
PARAMETROS
ESPECIFICOS
DO FABRICANTE
BLOCO DE
RECURSOS
BLOCOS
TRANSDUTORES
BLOCOS DE
FUNÇÕES
DEFINIDOS PELA
ESPECIFICAÇÃO
DA FIELDBUS
FOUNDATION
DEFINIDOS PELO
FABRICANTE
DEVICE DESCRIPTIONS
NUMBER
OF ELEMENTS
MAX. SPUR
LENGTH (m)
25-32
19-24
15-18
13-14
01-12
0
30
60
90
120
BUS TOTAL LENGTH
(TRUNK + SPURS) <1900m