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PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO PROFIBUS PARA REDES DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAIS Jaime Silva Arcanjo Projeto de Graduação apresentado ao Corpo Docente do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do t́ıtulo de Engenheiro Eletricista. Orientador: Marcos Vicente de Brito Moreira Rio de Janeiro Abril de 2016 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO PROFIBUS PARA REDES DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAIS Jaime Silva Arcanjo PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA. Examinado por: Prof. Marcos Vicente de Brito Moreira, D.Sc. Prof. Lilian Kawakami Carvalho, D.Sc. Prof. Felipe Gomes de Oliveira Cabral, M.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL ABRIL DE 2016 Arcanjo, Jaime Silva protocolo de comunicação PROFIBUS para redes de automação e sistemas de controle industriais / Jaime Silva Arcanjo. – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2016. XI, 55 p.: il.; 29, 7cm. Orientador: Marcos Vicente de Brito Moreira Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/ Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. Referências Bibliográficas: p. 52 – 52. 1. Automação. 2. PROFIBUS. 3. CLP. I. Moreira, Marcos Vicente de Brito. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Elétrica. III. protocolo de comunicação PROFIBUS para redes de automação e sistemas de controle industriais. iii “A paciência e a perseverança têm o efeito mágico de fazer as dificuldades desaparecerem e os obstáculos sumirem”- John Quincy Adams iv Agradecimentos Gostaria de, primeiramente, agradecer aos verdadeiros heróis, meus pais, pois, sem eles, não teria conseguido. Luis Filipe de Souza Silva e Katia Denise de Sousa Arcanjo, agradeço de coração e alma por todas as oportunidades, ensinamentos e carinho. Obrigado por acreditarem em mim e por sempre me guiarem no caminho da honestidade e do conhecimento. Se sou quem sou, é graças a vocês. Agradeço também aos grandes amigos que essa vida me deu e que, muitas vezes, até sem saberem, me ajudavam a trilhar essa jornada que foi o curso de engenharia. Obrigado Bruno, Renan e Rodrigo. Obrigado também Gustavo, Paulo, Pedro e todo o pessoal da elétrica que fizeram dos meus dias de aula, dias mais divertidos e dos momentos de dificuldade, momentos de aprendizagem. Agradeço à minha namorada, Carla Icazati, por aturar meus dias de mau-humor e noites mal dormidas. Seu carinho e atenção foram essenciais. Por fim, mas não menos importante, agradeço à UFRJ e à Escola Politécnica. Agradeço ao meu orientador e professor, Marcos Moreira, pela oportunidade deste trabalho que muito me ensinou. v Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO PROFIBUS PARA REDES DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAIS Jaime Silva Arcanjo Abril/2016 Orientador: Marcos Vicente de Brito Moreira Departamento: Engenharia Elétrica Apresenta-se nesse trabalho conhecimentos sobre o protocolo de comunicação PROFIBUS para redes de automação e sistemas de controle industriais. Este traba- lho tem por finalidade a implementação uma rede PROFIBUS, utilizando controla- dores lógicos programáveis. Para tal, são apresentadas as caracteŕısticas e operação de uma rede PROFIBUS, conceitos básicos sobre controladores e uma detalhada ex- plicação de como configurar e instalar uma rede PROFIBUS. Uma rede PROFIBUS foi implementada e testada no Laboratório de Controle e Automação (LCA), na Universidade Federal do Rio de Janeiro, validando o funcionamento do protocolo. vi Abstract of Graduation Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Electrical Engineer PROFIBUS COMMUNICATION PROTOCOL FOR INDUSTRIAL AUTOMATION NETWORKS AND CONTROL SYSTEMS Jaime Silva Arcanjo April/2016 Advisor: Marcos Vicente de Brito Moreira Department: Electrical Engineering This work presents the PROFIBUS communication protocol for industrial au- tomation networks and control systems. The purpose of this work is to implement a PROFIBUS network using programmable logic controllers. To this end, this work presents the characteristics and operation of PROFIBUS networks, basic concepts of controllers and a detailed explanation of how to configure and install a PROFIBUS network. A PROFIBUS network has been implemented and tested at the Con- trol and Automation Laboratory, from the Federal University of Rio de Janeiro, validating the operation of the protocol. vii Sumário Lista de Figuras x 1 Introdução 1 1.1 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 Introdução ao Fieldbus e ao PROFIBUS 3 2.1 História do PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Famı́lia PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2.1 PROFINET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.2 A Hierarquia dos Sistemas de Controle . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 O Modelo OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.1 Camada 1 - A Camada F́ısica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.2 Camada 2 - A Camada de Enlace . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3.3 Camada 7 - A camada de Aplicação . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 Caracteŕısticas de Redes PROFIBUS 11 3.1 Tipos de Dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2 Redes e Segmentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3 Endereçamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.4 Taxa de Transmissão de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 PROFIBUS-DP 15 4.1 Entendendo o PROFIBUS-DP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.2 Operação da Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.2.1 Passagem de Token . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.3 Programação para CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.4 Configuração de Rede e Arquivos GSD . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.4.1 Arquivos GSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.5 Inicialização da Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.6 Troca de Dados e Mecanismo de Proteção . . . . . . . . . . . . . . . 22 viii 4.6.1 Watchdog Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 5 Configurando e Instalando uma Rede PROFIBUS-DP 24 5.1 CLP e Consistência na Transmissão de Dados . . . . . . . . . . . . . 25 5.1.1 CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.1.2 Consistência na Transmissão de Dados . . . . . . . . . . . . . 26 5.2 Módulos de Comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.3 Conector e cabo RS485 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.3.1 Segmentação RS485 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.3.2 Conectores Industriais para RS485 . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.4 Criando um Novo Projeto no TIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.5 Adicionando Dispositivos ao Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.5.1 Adicionando um Controlador . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.5.2 Adicionando Módulo de Comunicação ao Controlador . . . . . 33 5.6 Configurando uma rede PROFIBUS-DP . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.6.1Configuração de Rede da Topologia 1 . . . . . . . . . . . . . . 35 5.6.2 Configuração de Rede da Topologia 2 . . . . . . . . . . . . . . 44 5.6.3 Configuração de Rede da Topologia 3 . . . . . . . . . . . . . . 44 5.7 Testando a rede PROFIBUS DP Configurada . . . . . . . . . . . . . 45 5.7.1 Forçando valores de sáıda no escravo a partir de comandos realizados no mestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.7.2 Utilizando um bit de entrada do escravo para acionar um bit de sáıda do mestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.8 Implementando a rede PROFIBUS DP Configurada em um Sistema de Automação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.8.1 Configuração do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.8.2 Funcionamento do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.8.3 Resultados da Implementação . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6 Conclusão 51 Referências Bibliográficas 52 A Lógica Ladder Realizada no Sistema de Automação 53 A.1 Programa do Controlador Mestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 A.2 Programa do Controlador Escravo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 A.3 Programa do Controlador Escravo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 ix Lista de Figuras 2.1 Hierarquia dos sistemas de controle e o uso das tecnologias PROFI- BUS e Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Ethernet caminhando para os ńıveis mais baixos da hierarquia com o PROFINET fornecendo capacidade de controle . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 O modelo OSI do PROFIBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1 Elementos utilizados nos segmentos de rede PROFIBUS . . . . . . . . 12 3.2 Conceito de uma única rede PROFIBUS com diversos segmentos . . . 13 4.1 Modelo de instalação centralizado (sem rede de campo) . . . . . . . . 16 4.2 Modelo de instalação descentralizado (com PROFIBUS-DP) . . . . . 16 4.3 Modelo de instalação h́ıbrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.4 Modelo de instalação com redundância . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.5 Comunicação ćıclica de um sistema com mestre classe 1 único . . . . 18 4.6 Comunicação ćıclica com passagem de token para sistema de dois mestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.7 CLP com funcionalidade de mestre PROFIBUS DP classe 1 - Figura retirada de [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.8 Ilustração de configuração utilizando arquivos GSD . . . . . . . . . . 21 4.9 Ilustração das etapas de verificação realizadas pelo dispositivo mestre 23 5.1 Controlador siemens com CPU modelo 1214C AC/DC/RLY e módulos de comunicação CM 1245-5 e CM 1243-5 . . . . . . . . . . . 24 5.2 Cabo e conectores utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.3 Estrutura de funcionamento de um CLP. . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5.4 Estrutura de funcionamento de um ciclo de varredura. . . . . . . . . . 26 5.5 Ilustração para o exemplo prático de consistência de dados - Imagem retirada de [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.6 Ilustração de posśıvel topologia de rede utilizando PROFIBUS DP com transmissão RS485 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5.7 Comprimento máximo de um segmento RS485 . . . . . . . . . . . . . 29 5.8 Uso correto dos conectores PROFIBUS RS485 - figura retirada de [1]. 31 x 5.9 Uso de terminações para isolar uma seção da rede - figura retirada de [1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.10 Criando um novo projeto no TIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.11 Acessando a área de trabalho do novo projeto. . . . . . . . . . . . . . 32 5.12 Adicionando um controlador ao projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.13 Controlador adicionado ao projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.14 Adicionando um módulo de comunicação a um controlador no projeto 34 5.15 Tela de visualização e botões de navegação do TIA . . . . . . . . . . 36 5.16 Guia de configuração para dispositivo selecionado no TIA . . . . . . . 37 5.17 Configuração de rede do Mestre1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.18 Continuação da configuração de rede do Mestre1 . . . . . . . . . . . . 38 5.19 Guia de configuração da interface PROFIBUS do Escravo1 . . . . . . 39 5.20 Configuração de rede do Escravo1 - parte 1 . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.21 Configuração de rede do Escravo1 - parte 2 . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.22 Configuração de rede do Escravo1 - parte 3 . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.23 Configuração de rede do Escravo1 - parte 4 . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.24 Visualização da Topologia 1 de rede configurada no TIA . . . . . . . 42 5.25 Guia de configuração para os parâmetros de rede . . . . . . . . . . . 43 5.26 Configuração dos parâmetros de rede da rede PROFIBUS DP . . . . 43 5.27 Configuração de rede do Escravo2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.28 Visualização da Topologia 2 de rede configurada no TIA . . . . . . . 46 5.29 Configuração de rede do Mestre2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.30 Mudanças na configuração de rede do Escarvo2 . . . . . . . . . . . . 47 5.31 Visualização da Topologia 3 de rede configurada no TIA . . . . . . . 47 5.32 Áreas de transferência configuradas na Topologia 1 de rede . . . . . . 48 5.33 Operação da esteira transportadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.34 Visão geral do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 A.1 Programa do Controlador Mestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 A.2 Programa do Controlador Escravo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 A.3 Programa do Controlador Escravo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 xi Caṕıtulo 1 Introdução 1.1 Motivação Desde os primórdios, a humanidade sempre buscou diferentes maneiras de realizar suas tarefas, tornando-as cada vez mais eficazes. Em outras palavras, o ser hu- mano busca otimizar seus esforços e maximizar sua produtividade. Isso é facilmente percebido quando se olha para a evolução do setor industrial. Atualmente nos deparamos com um cenário onde a tecnologia domina o ambiente industrial. Toda ou quase toda etapa de uma linha de produção é realizada de maneira automática. A automação industrial é a responsável por esta realidade. Mas sempre existem desafios a serem superados e soluções a serem arquitetadas. O avanço da tecnologia não para e as indústrias encontram um mercado cada vez mais competitivo. Dentro deste contexto surgiram as comunicações em rede, para dar mais robustez, grau de controle/monitoramento e velocidade às linhas de produção. A experiência mostra que o uso da tecnologia de rede de campo pode economizar consideravelmente os custos de instalação, configuração e manutenção da fiação em relação à tecnologia convencional. Nas redes de campo, apenas um par de fios é necessário para transmitir as informações que podem variar entre dados de entrada ou sáıda, parâmetros, diagnósticos, programas ou alimentação para os dispositivos de campo. Normatizado pelo padrão Europeu EN 50170, o PROFIBUS (acrônimo de Pro- cess Field Bus) será o assunto abordado neste trabalho. PROFIBUS é uma rede de campo de padrão aberto amplamente aceita e apoiada por fornecedores de uma gama diversa de equipamentos, ferramentas e serviços. Suas caracteŕısticas padro- nizadas abrangem diferentes campos de aplicações, como: manufatura, controle de processo e automação predial. 1 1.2 Objetivo O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um material didático sobre redes PROFIBUS. O trabalho contém os conhecimentos necessários para que se entenda o funcionamento do protocolo de comunicaçãoPROFIBUS, conhecimentos básicos de controladores e implementação de uma pequena arquitetura de rede demonstrando o funcionamento da comunicação. Para a implementação de uma rede PROFIBUS são utilizados Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) da fabricante Siemens. A rede é desenvolvida de forma que os CLPs possam se comunicar entre si e realizar as tarefas desejadas. Este trabalho servirá de apoio para futuros estudos, nos quais a configuração de uma rede de automação é necessária, e servirá também de material didático para o Laboratório de Controle e Automação (LCA) da Universidade Federal do Rio de Janeiro 1.3 Estrutura Este trabalho está dividido da seguinte maneira. No Caṕıtulo 2 será apresentada uma introdução às redes de campo e ao PROFIBUS. O caṕıtulo 3 aborda as carac- teŕısticas de redes PROFIBUS. O caṕıtulo 4 apresenta e detalha a comunicação em PROFIBUS DP. No caṕıtulo 5 é explicado como configurar e instalar uma rede PRO- FIBUS DP utilizando controladores e software da fabricante Siemens. Por último, o caṕıtulo 6 apresenta a conclusão do trabalho. 2 Caṕıtulo 2 Introdução ao Fieldbus e ao PROFIBUS Fieldbus é uma tecnologia de comunicação em rede desenvolvida para automação e sistemas de controle. Existem diversos fieldbusses, porém os mais importantes estão especificados no padrão internacional fieldbus IEC 61158[1]. Fieldbus é uma rede de comunicação digital que possibilita comunicação de duas vias para dispositivos de campo, isto é, dispositivos instalados em fábricas ou plantas que são controlados ou automáticos. Por ser uma rede, o fieldbus pode ser usado para a comunicação com diversos dispositivos utilizando um único cabo. A comunicação é sempre de duas vias, ou seja, um dispositivo é capaz não só de informar seu valor de processo, mas também de receber informações de ajuste ou parâmetros, por exemplo. Os dispositivos também são capazes de reportar diagnósticos e outras informações de manutenção no mesmo fieldbus. A complexidade das informações trocadas pode variar desde um simples sinal liga/desliga até pacotes de dados com informações de analisadores de processo. Todos podem ser combinados no mesmo cabo fieldbus [1]. As principais vantagens em se utilizar uma rede fieldbus no lugar de cabeamento individual para cada dispositivo, são: • Redução na quantidade de cabo utilizada para instalação, tornando o projeto menos custoso além de economizar espaço e diminuir o peso nas eletrocalhas. • O número de conexões é drasticamente reduzido. Essa é uma consideração im- portante uma vez que conexões são sempre posśıveis pontos de falha (devido a corrosão, umidade, etc.). Quanto menor o número de conexões, mais confiável o sistema tende a ser. • Por ser posśıvel transmitir dados extensivamente, os dispositivos podem apre- sentar alto ńıvel de inteligência, gerando diagnósticos, ajustes e parâmetros 3 que podem ser acessados na própria rede. Isso reduz consideravelmente o tempo de comissionamento e de partida de um equipamento. • É relativamente fácil realizar a expansão ou modificação de um sistema field- bus. Não é necessário se preocupar em ter conexões reservas e a rede pode ser simplesmente expandida, ou dispositivos podem ser movidos, sem a necessi- dade de realizar um novo cabeamento. Apesar de redes fieldbus apresentarem diversas vantagens, existem algumas des- vantagens ao usa-las e sua comunicação digital em alta velocidade. Cabos fieldbus são muito mais senśıveis a falhas de instalação do que a fiação tradicional. O cabo deve possuir as caracteŕısticas corretas e ser instalado corretamente, caso contrário ele poderá não funcionar. Pior do que isso, os problemas que ocorrem pode ser dif́ıceis de se diagnosticar sem as ferramentas e treinamento corretos. As falhas são, muitas vezes, intermitentes e, os dispositivos que mostram os erros frequentemente não são a origem da falha. Dispositivos que possuem uma falha muitas vezes podem funcionar perfeitamente, ao passo que outros dispositivos, sem falhas, podem parar de funcionar. 2.1 História do PROFIBUS PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) é um padrão fieldbus amplamente aceito e supor- tado por uma indústria que fornece uma vasta gama de equipamentos, ferramentas e assistência. PROFIBUS foi introduzido em 1989 como norma alemã DIN 19245 e foi desenvolvido com financiamento do governo alemão, envolvendo 12 empresas e 5 instituições acadêmicas[1]. Em 1993, o PROFIBUS foi adotado como norma européia EN 50170 e em 2000 foi incorporado no IEC 61158, o padrão internacional fieldbus [1]. 2.2 Famı́lia PROFIBUS O PROFIBUS possui uma famı́lia de soluções compat́ıveis, cada uma desenvolvida para uma determinada gama de aplicações e funcionalidades, apresentadas a seguir [1]. • PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): Esta foi a forma original de PROFIBUS desenvolvido pelo grupo de trabalho alemão. O FMS fornece comunicação sofisticada e de multi-função destinada a ńıvel de célula ou ńıvel do controlador. Proporciona grande flexibilidade na transmissão de dados estruturados. Infelizmente, o FMS é bastante complexo e caro de se 4 implementar. Assim, depois de alguns anos de experiência e uma nova es- pecificação simplificada, mas melhorada, foi desenvolvido o PROFIBUS DP. Atualmente FMS não é mais suportado pela PROFIBUS International. • PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery): O PROFIBUS DP foi de- senvolvido a partir da tecnologia básica FMS para ser uma comunicação de baixo custo, simples, e de alta velocidade a ńıvel de campo. A especificação DP foi pensada para atender as exigências das indústrias de automação e con- trole e é uma das tecnologias dominantes no cenário de automação industrial, sistemas de controle e monitoramento. • PROFIBUS-PA (Process Automation): PROFIBUS PA foi desenvolvido em meados dos anos 1990, especificamente para a indústria de processo para substituir a transmissão 4-20 mA. A transmissão 4-20 mA permite trafegar alimentação e dados (dois núcleos) em um único cabo. De maneira semelhante, o PROFIBUS PA também fornece alimentação e dados através de um único cabo. O PROFIBUS PA utiliza transmissão e fiação diferentes do PROFIBUS DP, mas as mensagens são idênticas. Dessa maneira, o protocolo PROFIBUS PA pode ser utilizado em conjunto com o protocolo PROFIBUS DP (e também FMS se desejado). Mesmo com suas particularidades, todas as três versões podem funcionar em con- junto. O PROFIBUS DP e o PROFIBUS FMS ainda compartilham o mesmo sistema de transmissão elétrico, baseado em RS485, um padrão internacional usado por di- ferentes fieldbusses e algumas outras aplicações de comunicação. O PROFIBUS PA utiliza um sistema de transmissão elétrico diferente, chamado de Manchester Bus Powered (MBP). As diferentes versões (DP e PA) tornam o PROFIBUS aplicável a uma grande gama de aplicações da indústria envolvendo tanto automação de manufatura quanto controle de processos. Dentre elas estão: • Automação industrial simples de alta velocidade; • Controle de drives e motores; • Aplicações em controle de processos; • Sistemas de proteção funcionais (alarmes e intertravamentos); • Controle de Servos de alta velocidade (robótica). 5 2.2.1 PROFINET O protocolo de comunicação PROFINET (Process Field Net) pode ser citado como mais um membro desta famı́lia PROFIBUS, estabelecendo comunicação industrial através do meio Ethernet. PROFINET é completamente baseado no padrão Ethernet (IEEE802.3) que opera a 100Mbit/s por meio de cabo de cobre ou cabos de fibra ótica. PROFINET é um sistema de Ethernet moderno que utiliza exclusivamente switches e operações full duplex (transmissão de dados simultâneas em ambos os sentidos de comunicação) de forma a eliminar por completo qualquer problema de colisãode dados. O PROFINET utiliza os padrões existentes na tecnologia da informação (IT) como Internet Protocol (IP), TCP, etc, mas com a exceção de ser determińıstico. Determińıstico significa que o tempo de comunicação em um sistema PROFINET é previśıvel (assim como é no PROFIBUS). Na realidade, PROFINET é capaz de ter desempenho similar ao PROFIBUS DP, com alta sincronia de tempo na comunicação entre os dispositivos. PROFINET não é PROFIBUS em Ethernet. Ele tem sua própria codificação. Entretanto, o PROFINET foi criado para incorporar todos os requisitos da au- tomação e sistemas de controle. Além disso, PROFINET é totalmente compat́ıvel com PROFIBUS e a integração é simples e padronizada. No futuro, é capaz que o PROFINET adentre grande parte do mercado que hoje é ocupado pelo PROFIBUS DP [1]. 2.2.2 A Hierarquia dos Sistemas de Controle O PROFIBUS se encaixa na hierarquia dos sistemas de controle desde o ńıvel de campo até o ńıvel de controle. Por usar protocolos padrões de IT (TCP/IP), o Ethernet é mais utilizado nos ńıveis mais altos para implementar comunicação de Sistemas Supervisórios de Controle e Aquisição de Dados (SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition System) ou funções de engenharia como ajustar con- troles e programar dispositivos. O PROFIBUS FMS foi originalmente criado para atuar neste ńıvel, mas já foi quase universalmente substitúıdo pelo padrão Ethernet. O padrão Ethernet caminha agora para os ńıveis mais baixos da hierarquia e é cada vez mais usado no ńıvel de controle e até mesmo no ńıvel de campo. O PROFINET fornece as funcionalidades necessárias para realizar essas funções via Ethernet. Muitos equipamentos que estão dispońıveis em PROFIBUS DP agora também estão dispońıveis com Interface PROFINET[1]. As figuras 2.1 e 2.2 ilustram a hierarquia dos sistemas de controle. 6 Figura 2.1: Hierarquia dos sistemas de controle e o uso das tecnologias PROFIBUS e Ethernet Figura 2.2: Ethernet caminhando para os ńıveis mais baixos da hierarquia com o PROFINET fornecendo capacidade de controle 7 2.3 O Modelo OSI A Organização Internacional ISO (International Standards Organization) utiliza o modelo OSI (Open System Interconnection) para orientar sistemas de comunicação padronizados. O modelo OSI divide a comunicação em 7 ńıveis, ou camadas (layers), cada uma com funções e serviços bem definidos [3]. A seguir são descritas as sete camadas do modelo OSI. 1 - Camada F́ısica (Physical Layer): Define como é feita a transmissão dos bits no meio f́ısico pelo qual o dispositivo se interliga a outros. 2 - Camada de Enlace (Data Link Layer): Gerencia a camada f́ısica de forma que o processamento dos dados por esta se apresente como livre de erros para a camada de rede. 3 - Camada de Rede (Network Layer): Controla a operação da comunicação entre os equipamentos no que se refere à rota que os dados devem seguir, a fim de atingir o seu destino ,ou seja, o roteamento de informações. 4- Camada de Transporte (Transport Layer): Efetua o controle de fluxo origem-destino entre os programas das aplicações, isto é, é responsável pela correta transmissão dos dados entre os programas. 5 - Camada de Sessão (Session Layer): Gerencia o controle de fluxo entre os equipamentos, o tipo de comunicação (half ou full duplex, por exemplo) e autenticação para estabelecimento de sessão. 6 - Camada de Apresentação (Presentation Layer): Cuida do formato (sintaxe e semântica) das informações transmitidas, fornecendo, se necessário, conversões de formato. 7 - Camada de Aplicação (Application Layer): Nela residem todos os pro- tocolos próprios das aplicações (por exemplo: cópia de arquivos, etc.). O PROFIBUS é um protocolo orientado ao modelo OSI, mas assim como todos os outros sistemas fieldbus, ele utiliza apenas as camadas 1, 2 e 7 (figura 2.3). 2.3.1 Camada 1 - A Camada F́ısica A camada f́ısica do protocolo PROFIBUS possui três especificações diferentes. PRO- FIBUS DP e FMS utilizam cabeamento RS485, que é bastante utilizado por outros padrões de comunicação. O PROFIBUS PA utiliza um padrão diferente, chamado Manchester Bus Powered (MBP) definido na norma IEC 61158-2 permindo a ali- mentação trafegar simultaneamente com os dados no cabo de rede [1]. 8 RS485 O RS485 foi desenvolvido em 1960 pela TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Alliance). O RS485 é usado por diversos sistemas de comunicação e fieldbus para prover uma comunicação rápida, simples, e robusta através de um par trançado e blindado de cabos de cobre. O RS485 permite até 32 estações ou dispositivos conectados a um mesmo cabo. Esse único cabo contendo os dispositivos é chamado de “segmento”. Fibra Ótica (FO) PROFIBUS DP e FMS podem também utilizar comunicação em fibra ótica, onde sinais (luz) trafegam através de fibras de plástico ou de vidro. A comunicação por fibra ótica garante alta velocidade, mesmo para grandes distâncias, livre de interferência e com isolação elétrica dos dispositivos. MBP (H1) Transmissões Manchester Bus Powered (MBP) são utilizadas pelo PROFIBUS PA. Transmissões MBP utilizam par trançado e blindado de cabos permitindo até 32 estações por segmento. Entretanto, MBP utiliza um cabo diferente do RS485. Con- fundir esses cabos é um problema comum quando se utiliza PROFIBUS, ocasionando falha de comunicação. O cabeamento MBP permite alimentação e troca de dados simultaneamente. 2.3.2 Camada 2 - A Camada de Enlace A camada de enlace do PROFIBUS é chamada de Fieldbus Data Link (FDL). Ela é comum a todas as versões de PROFIBUS e é por esta razão que todas elas podem operar em paralelo em uma mesma rede [1]. 2.3.3 Camada 7 - A camada de Aplicação A camada de aplicação define as funções, serviços e conteúdo de mensagens das co- municações PROFIBUS. Existem duas especificações diferentes: a Fieldbus Message Specification, usada apenas pelo PROFIBUS FMS e a DP Specification, usada pelo PROFIBUS DP e PA. Dessa forma, apesar de poderem compartilhar uma mesma rede e até mesmo um mesmo cabo, um dispositivo PROFIBUS DP nunca poderá se comunicar com um dispositivo PROFIBUS FMS devido às diferentes camadas de aplicação que possuem. Em contrapartida, um dispositivo PROFIBUS PA pode se comunicar com um dispositivo PROFIBUS DP, apesar de utilizarem cabos diferentes [1]. 9 Figura 2.3: O modelo OSI do PROFIBUS Várias extensões foram adicionadas à camada de aplicação DP Specification para fornecer funções adicionais. Essas extensões foram realizadas de maneira compat́ıvel, e, portanto, dispositivos que não suportam estas extensões podem se comunicar livremente com os que suportam. O DPV0 é o protocolo básico que define a comunicação ćıclica, diagnóstico e etc. O DPV1 é uma extensão para comunicações aćıclicas, alarmes e manipulação de estado. As funções DPV1 são geralmente utilizadas em dispositivos de maior complexidade como drives e instrumentos de processo. O DPV2 é uma extensão de funções adicionais para o uso de sistemas de servo-mecanismo de alta velocidade e sistemas funcionais de segurança. Todos os dispositivos PROFIBUS suportam as funções DPV0, sendo que as extensões DPV1 e DPV2 são opcionais. Entretanto, a extensão DPV1 é mandatória para todos os dispositivos PROFIBUS PA. 10 Caṕıtulo 3 Caracteŕısticas de Redes PROFIBUS Qualquer equipamento que possua interface PROFIBUSU é um dispositivo PRO- FIBUS. Dispositivos PROFIBUS podem incluir uma vasta gama de equipamentos eletrônicos como sensores, atuadores, Controladores Lógicos Programáveis (CLP), válvulas, interfaces homem-máquina (IHM), etc. As unidades de E/S remo- tas também estão entre os dispositivos PROFIBUS. Uma unidade de E/S (En- trada/Sáıda) remota com interface PROFIBUS permite conectar dispositivos seminterface PROFIBUS à rede. 3.1 Tipos de Dispositivos Os dispositivos em uma rede PROFIBUS podem ser mestres ou escravos. Mes- tres são responsáveis por controlar a comunicação na rede enquanto os escravos so- mente respondem às solicitações dos mestres. Mestres são também conhecidos como estações ativas e escravos como estações passivas. Os mestres são ainda divididos em duas classes: • Mestre Classe 1: Mantém permanente comunicação ćıclica realizando troca de dados com os escravos a ele associados. São exemplos os CLP’s. • Mestre Classe 2: São opcionais, usados somente quando requisitados, rea- lizando comunicação aćıclica. Mais utilizados para propósito de operação ou monitoramento do sistema. São exemplos estações de engenharia ou ferramen- tas de diagnóstico. • Escravo: Dispositivos passivos que coletam informação de entrada e atuam sobre o processo com as informações de sáıda. Há dispositivos que possuem 11 somente entrada, somente sáıda ou uma combinação dos dois. São exemplos E/S remotas, transmissores, sensores, atuadores, válvulas, drives, etc. É importante observar que, em uma rede PROFIBUS, estações mestre podem requisitar informações de dispositivos escravos enquanto os dispositivos escravos somente podem responder às mensagens de seu mestre. Assim sendo, mestres detêm o controle da comunicação. Uma rede pode ter uma ou mais estações mestre, sendo que cada mestre pode se comunicar com diversos escravos. Um escravo pode estar associado a um único mestre classe 1, então realiza troca de dados apensas com esse mestre. Mestres classe 2 podem se comunicar com qualquer dispositivo na rede mesmo se for um escravo associado a um mestre classe 1 (comunicar não significa trocar dados, mas sim que é posśıvel acessar/ajustar os parâmetros do dispositivo.). Não se associam escravos a dispositivos mestre classe 2. Não existe prioridade em uma rede PROFIBUS. Nenhum mestre é mais impor- tante que outro assim como nenhum escravo é mais importante que outro. A rede, quando bem configurada, garante que todos os dispositivos conseguem se comunicar sem que bloqueiem outros dispositivos. 3.2 Redes e Segmentos Em uma única rede PROFIBUS podem ser conectados até 126 dispositivos. Entre- tanto, as limitações do RS485 e do MBP implicam em um máximo de 32 dispositivos por segmento. Os segmentos são formados utilizando-se repetidores, links de fibra ótica ou acopladores. Esses equipamentos, apresentados na figura 3.1, permitem comunicação de duas vias com isolamento elétrico [1]. Figura 3.1: Elementos utilizados nos segmentos de rede PROFIBUS Dispositivos em uma rede PROFIBUS são capazes de trocar informações mesmo que pertençam a segmentos diferentes, separados por um repetidor, acoplador ou link de fibra ótica. Cada segmento RS485 é estabelecido de forma linear, sem derivações, de maneira que o cabo de rede passe por todos os dispositivos, formando uma configuração chamada de daisy-chain, como mostra a figura 3.2. Os segmentos MBP podem ser 12 Figura 3.2: Conceito de uma única rede PROFIBUS com diversos segmentos realizados de forma mais flex́ıvel, utilizando entroncamentos do tipo “T”para criar os barramentos. 3.3 Endereçamento Em uma rede, a cada dispositivo PROFIBUS ou estação, é dado um endereço de rede a partir do qual a comunicação é dirigida. O endereço de rede de cada estação é definido pelo usuário. Existem 128 endereços de rede dispońıveis para os dispositivos (numerados de 0 a 127). No entanto, o endereço 127 é reservado para mensagens de broadcast (estação ativa envia mensagens sem resposta para todas as outras estações) e assim não pode ser usado para nenhum dispositivo. O endereço 126 também não pode ser usado, pois é reservado para dispositivos cujo endereço é definido através do barramento. Os 126 endereços restantes (de 0 a 125) são então os dispońıveis para dispositivos PROFIBUS. 3.4 Taxa de Transmissão de Dados A rede PROFIBUS opera em uma determinada taxa de transmissão (também cha- mado bit rate ou baud rate). As taxas padrões de transmissão PROFIBUS DP são [1]: • 9,6; 19,2; 45,45; 93,75; 187,5 e 500 Kbit/s; • 1,5; 3,0; 6,0 e 12,0 Mbit/s. 13 A maioria dos dispositivos DP modernos suporta todas as taxas de dados, e ainda detectam e se ajustam automaticamente à velocidade da rede. Muito raramente a taxa de dados precisa ser definida nas opções do próprio dispositivo. Já as redes PROFIBUS PA sempre operam a uma taxa fixa de 31,25 Kbit/s. Note que, como essa opção não existe para PROFIBUS DP, os dispositivos PROFIBUS PA sempre estarão operando em velocidade diferente dos dispositivos PROFIBUS DP. 14 Caṕıtulo 4 PROFIBUS-DP A partir de agora esse trabalho se limitará ao escopo do protocolo PROFIBUS-DP, pois além de ser o mais utilizado na automação industrial, a atividade prática em laboratório será realizada utilizando esta modalidade de PROFIBUS. O PROFIBUS PA compartilha o mesmo protocolo básico do PROFIBUS DP, portanto todas as funções de comunicação apresentadas neste caṕıtulo também se aplicam ao PROFIBUS PA. O PROFIBUS DP é projetado para a rápida comunicação de dados entre dispo- sitivos. A aplicação t́ıpica do PROFIBUS DP é a comunicação entre controladores e seus dispositivos de E/S remotos. Comunicações entre esses dispositivos é feita de forma ćıclica e as configurações necessárias para essas comunicações são suportadas pelas funções básicas do PROFIBUS DP, em concordância com a norma EN 50170. 4.1 Entendendo o PROFIBUS-DP Antes de mais nada, é interessante entender melhor o que de fato ocorre quando se implementa uma rede com protocolo PROFIBUS-DP. Já vimos que “DP”corresponde a Decentralized Peripherals (Periferias Descentralizadas), mas o que de fato ele descentraliza? Suponha que existam diversos sensores no campo e que deseja-se conectar aos módulos de E/S de um CLP (controlador lógico programável), que está localizado a uma distância considerável, na sala de controle. Para isso, precisa-se conectar cada um dos equipamentos ao CLP com cabos individuais, o que resulta em um grande número de cabos em paralelo com comprimento considerável (figura 4.1), o que certamente onera o custo de instalação do sistema. Nessa configuração, os módulos de E/S estão situados ao lado do CPU (Unidade de Processamento Central) do CLP, na sala de controle. Para aplicar o PROFIBUS- DP, move-se os módulos de E/S para o campo de forma que eles fiquem próximos aos sensores. Para que estes módulos de E/S não fiquem expostos, utiliza-se um 15 Figura 4.1: Modelo de instalação centralizado (sem rede de campo) envólucro (enclosure). Uma vez próximos, realizam-se as conexões entre sensores e módulos de E/S. Para permitir troca de dados entre os módulos de E/S e o controlador na sala de controle, se instala um módulo de comunicação PROFIBUS DP, junto aos módulos de E/S para que se possa utilizar as funções PROFIBUS DP, juntamente com o RS485, para transmitir todos os dados. A nova disposição é ilustrada na Figura 4.2. Figura 4.2: Modelo de instalação descentralizado (com PROFIBUS-DP) Comparando as figuras 4.1 e 4.2, nota-se que ao introduzir uma rede entre o controlador e seus módulos de E/S, descentralizou-se os módulos de E/S. Por essa 16 razão, módulos de E/S que desempenham esta função são conhecidos como E/S remotas (remote I/O’s). Ao utilizar o PROFIBUS-DP, no lugar de conectar cada sensor, atuador ou outro equipamento individualmente ao controlador, pode-se instalar E/S remotas próximas ao campo e então transferir os dados para a área de controle usando um único cabo RS 485. Isso reduz consideravelmente o custo de cabeamento e instalação do sistema e ainda, uma vez que a transmissão de dados se dá de forma digital, o rúıdo industrial (interferências eletromagnéticas,etc.) causa menor impacto na transferência de dados, o que torna a comunicação entre a área de controle e o campo mais robusta. Existem, contudo, algumas desvantagens ao usar uma rede PROFIBUS-DP. Por exemplo, ao transmitir todos os dados por um único cabo, se esse cabo for danificado ou se esse link cair, será perdida a comunicação com todos os dispositivos de campo. Para prevenir esses problemas é posśıvel utilizar uma rede h́ıbrida, o que significa ligar os equipamentos com maior grau de importância diretamente ao controlador e os demais na rede PROFIBUS DP. Desta maneira, mesmo que qualquer mau funcionamento ocorra na transmissão da rede, os dados dos equipamentos mais importantes ainda estarão acesśıveis, como ilustrado na figura 4.3. Outra forma de contornar esse problema é utilizar uma redundância de rede. Nesse caso, utilizam- se dois cabos de rede RS485 para conectar as E/S remotas ao controlador. Nessa configuração, se o cabo principal falhar, a transmissão de dados poderá ocorrer pelo cabo reserva, como mostrado na figura 4.4. Figura 4.3: Modelo de instalação h́ıbrido 17 Figura 4.4: Modelo de instalação com redundância 4.2 Operação da Rede Durante a operação, o mestre classe 1 realiza comunicação ćıclica com todos os escravos a ele associados. O mestre manda uma mensagem de requisição ao primeiro escravo, que a responde. A mensagem de requisição contém dados de sáıda para o escravo e a mensagem de resposta contém valores de entrada do escravo. Depois de receber a resposta, o mestre manda uma mensagem de requisição para o próximo escravo e assim por diante. Quando o último escravo responder, o mestre reinicia o ciclo, voltando ao primeiro escravo. A figura 4.5 ilustra essa lógica de comunicação. Figura 4.5: Comunicação ćıclica de um sistema com mestre classe 1 único 4.2.1 Passagem de Token É posśıvel existir mais de um mestre em uma mesma rede. A “passagem de token”é um procedimento usado para evitar que mais de um mestre se comunique ao mesmo 18 tempo, evitando assim situações de conflito. Um token é uma mensagem especial que só circula entre os mestres e que carrega a permissão de acesso à rede. Para exemplificar, observe a figura 4.6. O primeiro mestre inicialmente detém o token e, então, consegue realizar a comunicação ćıclica com os escravos associados a ele. Assim que seu último escravo responder, ele deve passar o token adiante na rede para que o segundo mestre, ao recebê-lo, possa realizar comunicação ćıclica com os escravos associados a ele. Enquanto o segundo mestre detiver o token, o primeiro deve permanecer parado, isto é, ele não deve mandar nenhuma mensagem de re- quisição. Quando o último escravo do segundo mestre respondê-lo, ele deve então repassar o token ao primeiro mestre para que o ciclo de troca de informações possa continuar. A figura 4.6 ilustra essa lógica de comunicação. Figura 4.6: Comunicação ćıclica com passagem de token para sistema de dois mestres 4.3 Programação para CLP Um CLP costuma possuir módulos de E/S locais e é normalmente programado em uma das cinco linguages definidas na norma IEC 61131-3, como Diagrama Ladder ou SFC. Um programa geralmente realiza a leitura dos cartões de entrada e utiliza esses dados de entrada para calcular os dados de sáıda que, por fim, são escritos nos cartões de sáıda. Quando um CLP incorpora a função mestre em uma rede PROFIBUS, em que os cartões de E/S locais não estão mais presentes, a comunicação passa a acontecer por meio de um chip PROFIBUS mestre que comunica os dados de E/S de uma área de memória compartilhada do CLP para os escavos que estão associados a ele na rede. O programa do usuário passa a ler e escrever dados em uma área de memória compartilhada da mesma forma que um programa tradicional lê e escreve dados em 19 um cartão de E/S. A diferença é que no CLP desempenhando função mestre DP, a memória de E/S é compartilhada por meio de um chip PROFIBUS mestre. Em determinado momento, o chip acessa os dados de sáıda destinados a um escravo, na memória compartilhada do mestre, e os insere em um telegrama endereçado que é então enviado pela rede. O escravo com o endereço correto lê o telegrama e extrai o os dados de sáıda, para serem então escritos em suas sáıdas f́ısicas. De maneira análoga, as entradas do escravo são lidas e inseridas em um telegrama endereçado que é enviado de volta ao mestre. Ao receber o telegrama, o mestre extrai os dados e armazena na área de entrada correta, dentro da memória compartilhada. Este procedimento está ilustrado na figura 4.7 Figura 4.7: CLP com funcionalidade de mestre PROFIBUS DP classe 1 - Figura retirada de [1] . Os chips mestre e escravo que realizam este trabalho não requerem nenhuma programação. Isto é, todas as funções são automaticamente carregadas quando em operação. 4.4 Configuração de Rede e Arquivos GSD Mesmo que um mestre PROFIBUS opere sem nenhuma programação adicional ne- cessária, antes de qualquer sistema PROFIBUS poder operar, ele deve ser configu- rado. Em outras palavras, o mestre classe 1 deve estar ciente dos escravos associados a ele e das caracteŕısticas desses escravos como, por exemplo, endereço de rede deste escravo, quantidade de E/S, etc. A configuração é normalmente realizada através de ferramenta de software pro- prietário para a estação PROFIBUS mestre. Isso significa que um CLP de um fabri- 20 cante em particular requer uma ferramenta de configuração deste mesmo fabricante. Um CLP de um diferente fornecedor certamente necessitará de uma ferramenta de configuração diferente. Essas ferramentas de configuração são tipicamente softwares que podem ser instalados em computadores ou laptops. 4.4.1 Arquivos GSD Os arquivos GSD (General Station Description), ou arquivos de configuração, pos- suem as informações de configuração necessárias de cada dispositivo que será conec- tado ao sistema PROFIBUS. Os GSDs são lidos pela ferramenta de configuração para fornecer informações detalhadas sobre os dispositivos que serão utilizados na rede. O arquivo GSD permite uma configuração Plug and Play do PROFIBUS, dispen- sando o trabalho de consulta a manuais técnicos, e ainda torna simples a integração de dispositivos de diferentes fornecedores em qualquer sistema (figura 4.8). Figura 4.8: Ilustração de configuração utilizando arquivos GSD Todos os fornecedores de equipamentos PROFIBUS disponibilizam arquivos GSD. A cada dispositivo PROFIBUS é dado um único número que identifica o tipo de dispositivo e fornece uma rápida verificação de que a sua configuração na rede está correta. O arquivo GSD é espećıfico para um número de identificação. Por- tanto, sabendo o número de identificação do dispositivo, facilmente identifica-se seu arquivo GSD. Os arquivos GSD contêm toda informação necessária para realizar a configuração do equipamento em particular, incluindo tempo de barramento, taxas de comunicação suportadas, quantidade de E/S, opções que podem ser ajustadas pelo usuário e até o significado das mensagens de diagnóstico que o dispositivo pode vir a gerar se ocorrer algum problema. A configuração passa a ser o processo de se- lecionar os arquivos GSD corretos, ajustar os endereços de rede corretos e selecionar 21 as opções adequadas. 4.5 Inicialização da Rede Após realizar a configuração da rede, o dispositivo mestre pode ser colocado em modo de operação, aonde ele começará a trocar dados com os escravos configurados. Entretanto, para garantir que a configuração realizada é válida, o mestre realiza uma série de verificações antes de entrar no modo de operação e começar a trocar dados com os escravos. São elas: 1. Primeiramente, o mestre verifica se o escravo está presente no barramento e se este escravo nãoestá sendo controlado por nenhum outro mestre, utilizando uma requisição de diagnóstico. O escravo, se endereçado corretamente, vai responder com uma resposta de diagnóstico. O mestre então saberá que este escravo apresenta endereço correto. 2. Em seguida, o mestre verifica se dispositivo é do tipo correto através do número de identificação e ajustando os parâmetros desse dispositivo. Isso é feito uti- lizando um telegrama “Set Parameters”. 3. O mestre verifica agora se as E/S alocadas estão presentes no escravo. Isso é feito utilizando um telegrama “Check Configuration”. 4. Uma segunda requisição de diagnóstico é enviada ao escravo para checar se o “Set Parameters”e o “Check Configuration”ocorreram corretamente. 5. Finalmente, o escravo entra em operação (Data Exchange) se e somente se todas as verificações ocorreram sem nenhum tipo de erro. Essas cinco etapas estão ilustradas na figura 4.9. 4.6 Troca de Dados e Mecanismo de Proteção Durante a troca ćıclica de dados o mestre checa continuamente se o escravo está res- pondendo de forma correta por meio da verificação das mensagens de resposta desse escravo. Se um escravo falhar, o mestre realiza uma nova tentativa imediatamente. Se a nova tentativa também falhar, o mestre indicará uma falha de barramento (Bus Fault), o que geralmente leva o CLP a acender o LED vermelho, indicando erro. Quando uma falha de barramento é identificada, o mestre tenta estabelecer troca de dados novamente, passando por todo o procedimento de inicialização como visto na seção anterior. 22 Figura 4.9: Ilustração das etapas de verificação realizadas pelo dispositivo mestre Além disso, cada escravo está constantemente verificando se seu mestre está operacional por meio das mensagens de requisição que recebem dele. Se um escravo detectar um problema, ele automaticamente entra no estado de falha segura (fail safe), ou seja, o escravo coloca suas sáıdas em estado seguro (tipicamente, em estado desligado). 4.6.1 Watchdog Timer Todo escravo PROFIBUS possui um Watchdog Timer que permite a verificação de inatividade de seu mestre. O Watchdog Timer ou temporizador cão-de-guarda é um dos parâmetros ajustados pelos mestre durante a partida. O temporizador cão- de-guarda faz uma contagem regressiva desde o valor configurado até o valor zero, mas é “resetado”toda vez que o escravo recebe uma mensagem livre de erros do seu mestre. No entanto, se ele não receber mensagens de seu mestre dentro do tempo de cão-de-guarda, o escravo entra no estado de falha segura, colocando suas sáıdas em modo seguro. Os escravos geralmente também possuem um indicador de erro Bus Fault que acende em vermelho quando o escravo não está em comunicação, ou quando o tempo de cão-de-guarda expira. 23 Caṕıtulo 5 Configurando e Instalando uma Rede PROFIBUS-DP Neste caṕıtulo será apresentado um tutorial para a configuração e instalação de uma rede PROFIBUS-DP. Para tal, utilizaremos equipamentos da fabricante Siemens e o software TIA (Totally Integrated Automation). O TIA é o software proprietário da Siemens e servirá como nossa ferramenta de configuração de rede. Para a instalação e implementação da rede PROFIBUS DP serão utilizados os seguintes controladores e módulos de comunicação Siemens (figura 5.1): • Controladores de modelo 1214C AC/DC/RLY ; • Módulo de comunicação CM-1245-5 PROFIBUS DP-SLAVE ; • Módulo de comunicação CM 1243-5 PROFIBUS DP-MASTER. Figura 5.1: Controlador siemens com CPU modelo 1214C AC/DC/RLY e módulos de comunicação CM 1245-5 e CM 1243-5 São utilizados também os seguintes cabos e conectores, também da fabricante Siemens (figura 5.2): 24 • Cabo de tecnologia RS485, modelo 6XV1830-0EN20. • Conectores Industriais para RS845, modelo 6ES7972-0BA52-0XA0. Figura 5.2: Cabo e conectores utilizados 5.1 CLP e Consistência na Transmissão de Dados 5.1.1 CLP Um Controlador Lógico Programável, ou CLP, segundo [4], é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente ins- truções e para implementar funções espećıficas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e sáıdas, vários tipos de máquinas ou processos O funcionamento de um CLP consiste, basicamente, na realização de ciclos de varredura. Esses ciclos repetem-se constantemente durante seu funcionamento. Po- demos dividi-los em três etapas: (i) Leitura do registro de entrada e formação de uma imagem de processo (Process Image); (ii) Execução do programa do usuário; (iii) Atualização do registro de sáıda. 25 Nessa última etapa é também realizada a atualização de outras variáveis que representam resultados aritméticos, resultados de contagem e temporizadores utili- zados na programação. Uma vez conclúıda a terceira etapa, a varredura volta à primeira etapa, onde um novo ciclo se inicia. A figura 5.3 ilustra de modo genérico a estrutura de funciona- mento de um CLP e a figura 5.4 ilustra um ciclo de varredura. Figura 5.3: Estrutura de funcionamento de um CLP. Figura 5.4: Estrutura de funcionamento de um ciclo de varredura. 5.1.2 Consistência na Transmissão de Dados Segundo [2], uma área de dados que não pode ser alterada simultaneamente por processos concorrentes é dita uma área de dados consistente. Se uma área de dados em uso é maior que a área de dados consistente permitida, então ela corre o risco de ser totalmente corrompida. Um dado é dito consistente se não há mudança nem atualizações durante seu processo de transferência. Geralmente dados consistentes dizem respeito a um único conteúdo que descreve um processo em um tempo espećıfico. Para melhor entendimento deste conceito, um exemplo prático é apresentado na figura 5.5, retirado da literatura de suporte ao consumidor da empresa Siemens. 26 Figura 5.5: Ilustração para o exemplo prático de consistência de dados - Imagem retirada de [2] . A figura 5.5 ilustra pacotes com um código de identificação que são escaneados ao longo de uma esteira. O scanner está alimentando o CPU com esses dados via comunicação PROFIBUS. O código de identificação desses pacotes é composto de 8 bytes. A transferência de dados NÃO É CONSISTENTE e ocorre em 2 etapas, de 4 bytes cada uma. Se o segundo pacote for escaneado durante a transferência da primeira etapa de 4 bytes, quando a segunda etapa ocorrer ela conterá 4 bytes do segundo pacote e não do primeiro. Nesse caso, os dados no CPU vão então conter 4 bytes do primeiro pacote e 4 bytes do segundo e, portanto, estão corrompidos. Para solucionar esse problema, é necessário garantir que 8 bytes sejam transferidos em uma só etapa, sendo necessário consistência de transmissão total de 8 bytes. Assim, pode-se concluir que quando existe qualquer tipo de comunicação ćıclica é interessante garantir a consistência na transmissão de dados a fim de garantir a concordância entre os dados transmitidos e as tarefas a serem executadas. Deve-se sempre atentar à consistência na transmissão ao se configurar comunicações como a vista no exemplo da figura 5.5. 5.2 Módulos de Comunicação Atualmente, existem diversos protocolos para comunicação em rede. É comum que um controlador possua originalmente uma interface de rede, mas, obviamente, ele 27 não possuirá todas as existentes. O usuário pode adquirir um controlador que tenha a(s) interface(s) desejada(s) ou então optar por adquirir, separadamente, módulos de comunicação. Um módulo de comunicação nada mais é que uma extensão para o controlador, ou seja, é um hardware com interface para a rede desejada, que, uma vez conectado ao controlador, é capaz de acessar suas propriedades e reproduzi-las na comunicação da rede em que vai operar. Para a implementação da rede PROFIBUSDP foi necessário a aquisição e uti- lização de módulos de comunicação PROFIBUS DP, uma vez que os controladores não possuem tal interface. 5.3 Conector e cabo RS485 Para a montagem da rede PROFIBUS DP, foram utilizados cabos de tecnologia RS485 e conectores industriais de conexão rápida. Para realizar as conexões entre os dispositivos foi levado em consideração as limitações da tecnologia RS485 e as recomendações de instalação para PROFIBUS-DP, explicadas ao longo desta seção. 5.3.1 Segmentação RS485 Como já explicado na seção 2.3.1 deste trabalho, o meio f́ısico de transmissão da rede PROFIBUS-DP utiliza tecnologia RS485 (par trançado e blindado de cabos de cobre). Foi explicado também, na seção 3.2, que a conexão dos dispositivos deve ser realizada em topologia linear, sem derivações, formando uma configuração do tipo daisy-chain, onde pode-se ter até 32 dispositivos por segmento, e um máximo de 126 no total da rede. O número máximo de 32 dispositivos por segmento é devido às limitações da transmissão RS485. As limitações são superadas quando dividimos a rede em seg- mentos eletricamente isolados de 32 dispositivos cada, que se comunicam através de repetidores, acopladores ou links de fibra ótica. Cada segmento é então, um cabo condutor separado (e eletricamente isolado em suas terminações). Assim, só é posśıvel ter uma rede com mais de 32 dispositivos se forem criados novos segmentos. Uma observação a ser feita é que por isolarem eletricamente os segmentos, os repetidores, acopladores ou links de fibra ótica necessitam alimentação. Sempre que houver terminação de barramento (bus termination), uma alimentação se faz necessária. A figura 5.6 ilustra uma topologia de rede PROFIBUS-DP. 28 Figura 5.6: Ilustração de posśıvel topologia de rede utilizando PROFIBUS DP com transmissão RS485 Comprimento do Segmento Segmentos de RS485 podem ter até 1.0 Km de comprimento, porém, isso só se aplica para velocidades baixas de transmissão de dados. Quando se aumenta a velocidade de transmissão de dados, o comprimento máximo permitido é reduzido consideravelmente, como mostra a figura 5.7 [1] Figura 5.7: Comprimento máximo de um segmento RS485 29 Limite de Repetidores RS485 O padrão de transmissão RS485 diz que um máximo de 9 repetidores pode ser usado entre qualquer estação mestre e escravo. Entretanto, muitos repetidores mo- dernos apresentam tempo de atraso considerável, o que diminui este limite para um máximo de 4 repetidores, isto é, 5 segmentos. Repetidores antigos possúıam um si- nal de controle de direção que alternava a direção da transmissão (o que requeria um cabo adicional). A maioria dos repetidores modernos automaticamente detectam a direção da transmissão e se adaptam ao sentido correto. Porém, isso introduz um pequeno atraso adicional restringindo então em 4 o número de repetidores modernos em uma linha. Isso implica em um máximo de 5 segmentos em linha de um mestre para o escravo mais distante [1]. 5.3.2 Conectores Industriais para RS485 É altamente recomendável que se utilize conectores PROFIBUS especiais ao realizar o cabeamento de uma rede PROFIBUS DP. Esses conectores garantem confiabili- dade na operação, conexão robusta e já incluem funcionalidades, como: • Resistores terminais embutidos que podem ser ligados ou desligados (para realizar terminações); • Conexão rápida e confiável dos cabos de dados e da blindagem; • Conexões para cabos de entrada e para cabos de sáıda; • Indutores especiais embutidos para operações acima de 1.5 Mbit/s; • Isolação do cabo de sáıda quando o resistor terminal estiver ligado. Conectores PROFIBUS modernos normalmente possuem indicações para “cabo de entrada”e “cabo de sáıda”. A diferença entre eles é importante, pois, quando o resistor terminal está ligado, o cabo de sáıda fica isolado, ou seja, nenhuma in- formação passa por ele. Esses resistores terminais são úteis para realizar testes, comissionar a rede e também para manutenção, pois é posśıvel isolar apenas uma seção da rede acionando o resistor terminal desejado. O primeiro e o último conector de um segmento deve usar apenas o cabo de en- trada. Todos os outros conectores devem ter o cabo de entrada conectado ao mestre (ou ao lado do mestre) e o cabo de sáıda conectado aos escravos. Dessa maneira, qualquer terminação pode ser ligada para isolar escravos que estão conectados por cabos de sáıda. A figura 5.8 ilustra a utilização correta dos conectores. A figura 5.9 ilustra uma pequena topologia de rede em que escravos são isolados ao se acionar uma terminação. Repare que isso é posśıvel pois os cabos de entrada e cabos de sáıda foram conectados de maneira correta. 30 Figura 5.8: Uso correto dos conectores PROFIBUS RS485 - figura retirada de [1]. Figura 5.9: Uso de terminações para isolar uma seção da rede - figura retirada de [1]. 5.4 Criando um Novo Projeto no TIA Para nosso projeto vamos utilizar a versão 13 do TIA. Ao inicializar o TIA, uma tela inicial mostra a opção Create new project. Clique sobre a mesma para criar um novo projeto. Após escolher o nome do projeto e o diretório onde ele será salvo, clique em Create. A figura 5.10 ilustra este procedi- mento. Uma vez criado o projeto, uma nova tela com diversas opções aparece. Para ir direto para a área de trabalho do projeto clique em Open the projetc view, na parte inferior da tela, como mostrado na figura 5.11 5.5 Adicionando Dispositivos ao Projeto Uma vez na área de trabalho do TIA, deve-se adicionar ao projeto os controladores que serão utilizados. 31 Figura 5.10: Criando um novo projeto no TIA. Figura 5.11: Acessando a área de trabalho do novo projeto. 5.5.1 Adicionando um Controlador Vamos agora adicionar ao projeto o exato modelo de controlador que será utilizado, o 1214C AC/DC/RLY. Veremos que, dentro dessa categoria, existem ainda três modelos, sendo que deve ser escolhido para o exemplo, o modelo 6ES7 214-1BE30- 0XB0. Para adicionar um novo dispositivo clique em Add new device. Essa opção fica localizada na guia Project Tree, coluna mais à esquerda da tela. Uma nova janela aparecerá. Clique no ı́cone Controllers. Dentre as opções dispońıveis, selecione, na seguinte ordem: SIMATIC S7-1200>CPU>CPU 1214C AC/DC/Rly>6ES7 214- 32 1BE30-0XB0. (figura 5.12) Atente para o campo destacado em amarelo na figura 5.12. Ele representa a versão de firmware de seu controlador. A versão de firmware instalada em nossos controladores é a V2.2, assim como a sugerida pelo TIA. Assim, não é necessário realizar alteração neste campo, mas é importante conferir esta informação, para evitar erros de compatibilidade na hora de realizar o download do projeto para dentro do controlador. Clique em OK para finalizar a adição do controlador. Figura 5.12: Adicionando um controlador ao projeto Após adicionado, a imagem 5.13 deve aparecer para o usuário. Repare que uma nova pasta referente a este controlador é adicionada na guia Project tree. Dentro desta pasta estão as funções de configuração para este controlador. 5.5.2 Adicionando Módulo de Comunicação ao Controlador Precisamos agora adicionar o módulo de comunicação PROFIBUS DP ao controla- dor do projeto. Existem dois módulos de comunicação PROFIBUS DP sendo um para a função mestre e outro para a função escravo. Existe apenas um modelo de módulo de comunicação para a função mestre, e também apenas um modelo para a função escravo. Para adicionar um módulo de comunicação a seu controlador, abra a pasta re- ferente a ele na guia Project tree. Clique sobre Device Configuration. Na janela 33 Figura 5.13: Controlador adicionado ao projeto de visualização podemos ver o desenho do controlador em um rack e, na coluna mais à direita da tela, uma guia chamada Hardware catalog. Nestaguia, selecione, na seguinte ordem, as opções: Communication modules>PROFIBUS. Aı́ estão os módulos de comunicação que iremos utilizar. O CM-1242-5 é o módulo escravo e o CM-1243-5 é o módulo mestre. Para finalizar, basta clicar sobre o módulo desejado duas vezes ou arrastá-lo com o cursor para o desenho do rack com o controlador. A figura 5.14 ilustra esse procedimento Figura 5.14: Adicionando um módulo de comunicação a um controlador no projeto 34 5.6 Configurando uma rede PROFIBUS-DP A próxima etapa é realizar em nosso projeto uma topologia de rede PROFIBUS DP e ajustar as configurações necessárias. Foram propostas para este trabalho três topologias diferentes, a fim de estudar as principais configurações posśıveis de um barramento PROFIBUS DP. As topologias propostas são: • Topologia 1: 2 dispositivos. Um único mestre e um único escravo. Essa é a topologia mais simples posśıvel utilizando uma rede PROFIBUS DP; • Topologia 2: 3 dispositivos, sendo um mestre e dois escravos; • Topologia 3: 4 dispositivos, sendo dois mestres e dois escravos, em que cada mestre tem um único escravo associado a ele. A ideia é começar pela configuração de rede da topologia 1. Um vez configurada, adiciona-se um outro controlador (e módulo de comunicação) e expande-se a rede, para que ela se transforme na topologia 2. Em seguida realiza-se a configuração de rede da topologia 2. Uma vez configurada adiciona-se o último controlador expan- dindo a rede uma última vez para chegar à topologia 3. Finalmente, realiza-se a configuração de rede da topologia 3. Ao seguir esta lógica não se perde configurações já realizadas, apenas é necessário realizar novas configurações de novos dispositivos adicionados e mudanças de confi- gurações de dispositivos já existentes. 5.6.1 Configuração de Rede da Topologia 1 Para essa atividade, devemos adicionar dois controladores e módulos de comunicação como explicado na seção 5.5. Como nessa topologia teremos um mestre e um escravo, adicione um módulo de comunicação mestre a um dos controladores e ao outro, um módulo de comunicação escravo. Para que fique mais organizado, pode-se renomear os controladores para Mestre1 e Escravo1. Na figura 5.15 é posśıvel ver o resultado dessa primeira etapa. Repare que quando temos mais de um equipamento em nosso projeto no TIA, surge na tela de visualização uma barra de rolagem, onde pode-se escolher que equipamento deseja-se visualizar. Observe também que nessa mesma tela existem 3 abas: Device View, Network View e Topology View. Esses itens serão úteis para navegar pelo projeto durante a configuração de rede. Eles estão destacados na figura 5.15. 35 Figura 5.15: Tela de visualização e botões de navegação do TIA Mestre1 Vamos começar a configuração de rede pelo controlador Mestre1 (dispositivos mestre, com o módulo de comunicação CM1243-5 PROFIBUS DP MASTER). Dentro de Device View selecione a opção da barra de rolagem para visualizar o Mestre1. No desenho do rack aparecem o controlador (Mestre1) e o seu módulo de comunicação (CM-1243-5). Clique duas vezes sobre o módulo de comunicação e veja uma nova guia surgir na parte inferior da tela de visualização. Essa nova guia é uma guia de configuração para o dispositivo selecionado, no caso, o CM-1243-5. Ela possui quatro abas: General, IO tags, System constants e Texts. Abaixo da aba General existe a opção DP interface, e é nela que nossa configuração de rede se inicia (figura 5.16). Em General, podemos dar um nome a esta interface DP e fazer alguns co- mentários, se desejável. O nome “M1”foi designado a esta interface neste exemplo. Adiante, em PROFIBUS adress, existem dois campos: O Interface networked with e Parameters. O primeiro, permite configurar a que rede esta interface DP que está sendo configurada vai se conectar. O segundo nos mostra os parâmetros da rede a qual essa interface DP está conectada. No momento, ainda não há nenhuma rede e esta interface não está conectada a nada. Para criar uma rede, deve-se clicar em Add new subnet. Automaticamente o TIA cria uma rede com o nome PROFIBUS - 1, e os parâmetros dessa interface DP são preenchidos, como mostra a figura 5.17. Repare que dos três valores de parâmetros, apenas o valor Adress, que corresponde ao endereço de rede desta interface DP, pode ser alterado. Isso acontece porque os outros dois valores, Highest adress e Transmission speed são valores de parâmetro 36 Figura 5.16: Guia de configuração para dispositivo selecionado no TIA para toda a rede, ou seja, são valores que serão iguais para todos os dispositivos conectados a essa mesma rede criada (a PROFIBUS 1). Mais a frente veremos como realizar as mudanças nos parâmetros da rede. Quanto ao endereço de rede, foi permanecido o valor sugerido 2 para este exemplo. Figura 5.17: Configuração de rede do Mestre1 Dando sequência, no campo Operating mode existe uma única função, já seleci- 37 onada, DP master. Isso porque este módulo de comunicação só pode exercer esta função. Mantenha a configuração e continue para o último item (figura 5.18). O último campo, Hardware identifier, também não é configurável, sendo um nu- mero elegido pelo TIA para identificar este equipamento internamente. Esse campo existe somente para sabermos que, se este número de hardware aparecer em algum diagnóstico do software, ele corresponde a esta interface. Figura 5.18: Continuação da configuração de rede do Mestre1 Com isso chegamos ao fim das configurações de rede no Mestre1. Escravo1 Vamos realizar agora a configuração de rede do Escravo1. Veremos que a confi- guração é similar à configuração já realizada no Mestre1. Em Device view escolha visualizar o Escravo1 e clique duas vezes sobre o módulo de comunicação CM1245. A configuração ocorre dentro da aba General, no campo DP interface, assim como no Mestre1. Observe que na figura 5.19 existem duas diferenças entre esta interface e a interface mestre já configurada. Primeiro, existe um campo a mais, chamado SYNC/FREEZE. SYNC e FREEZE são funções especiais que permitem realizar troca de dados de maneira sincronizada. Além de não ser o escopo de nossa ati- vidade, essas funções não são suportadas pelo modelo de controlador que estamos utilizando, o que torna essa configuração imposśıvel. Vamos então ignorar este campo de configuração. A outra diferença é que dentro de Operating Mode existe um campo chamado I-slave communication. Este sim é muito importante e sua configuração é essencial. Começando pelo campo General, damos o nome de “E1”a esta interface. Em PROFIBUS address, selecionamos na barra de rolagem a rede já criada PROFI- BUS 1 e observamos os parâmetros de rede serem preenchidos. O endereço de rede sugerido foi o de número 3. Vamos mantê-lo, como mostra a figura 5.20. 38 Figura 5.19: Guia de configuração da interface PROFIBUS do Escravo1 Figura 5.20: Configuração de rede do Escravo1 - parte 1 Como não vamos configurar o campo SYNC/FREEZE e nem o campo Hardware Identifier (porque não é configurável, como já explicado), só nos resta configurar o Operating mode. Em Operating Mode vemos que só existe a opção DP SLAVE e que 39 ela já está selecionada. Logo abaixo existe a opção Assigned DP Master e é neste campo da configuração que associamos essa interface escravo a um mestre. Como só há um mestre na rede PROFIBUS 1 (o Mestre1), na barra de rolagem aparecerá apenas esta opção. Selecione-a, como mostra a figura 5.21. Figura 5.21: Configuração de rede do Escravo1 - parte 2 Ainda dentro de Operating mode, existe o I-slave communication. Esse campo exibe uma tabela nomeada Transfer areas (áreas de transferência). A área de trans- ferência é uma faixa de endereço lógico destinada à troca de informações entre os dispositivosmestre e escravo. É necessário então criar áreas de transferências para que haja troca de dados entre esses dispositivos. A taxa mı́nima de transferência é de um byte, ou seja, um dispositivo, seja ele mestre ou escravo, estará sempre enviando ou recebendo, no mı́nimo, um byte de informação. Ao tentar configurar uma área de transferência percebe-se que ela tem um fluxo de dados que pode ser do mestre para o escravo, ou do escravo para o mestre, mas nunca nos dois sentidos. Se quisermos, por exemplo, enviar um byte do mestre para o escravo, precisamos criar uma área de transferência para tal, e para enviar 1 byte do escravo para o mestre, precisamos criar uma outra área de transferência. A tabela de áreas de transferência e o TIA nos ajudam na criação de áreas de transferência. Na primeira célula da coluna transfer area existe uma opção destacada em azul, add new. Clicando duas vezes sobre essa opção, uma área de transferência qualquer é criada, como mostra a figura 5.22. Vamos interpretar então o que acontece nessa área de transferência que foi criada automaticamente. Da maneira como está, essa área de transferência possui o nome Tansfer area 1. Ela trafega um byte do mestre para o escravo. Esse byte ocupará o endereço de sáıda Q2 do dispositivo mestre e o endereço de entrada I2 no dispositivo escravo. Então, qualquer valor que seja atribúıdo ao endereço Q2 no programa do mestre será transmitido ao escravo e será atribúıdo ao endereço I2 do escravo. Uma vez entendido como funcionam as áreas de transferência, vamos criar as nossas. Vamos criar duas áreas de transferências, uma para transferir um byte de informação do mestre para o escravo e outra para transmitir um byte de informação do escravo para o mestre. As áreas criadas são mostradas na figura 5.23. Observações: (i) Os endereços estipulados para a área de transferência não 40 Figura 5.22: Configuração de rede do Escravo1 - parte 3 Figura 5.23: Configuração de rede do Escravo1 - parte 4 podem estar sendo destinados para outras tarefas no controlador como, por exemplo, para seus cartões de entrada/sáıda. Se tentarmos inserir um endereço já ocupado, o TIA não permitirá e nos informará. (ii) Pelo menos uma área de transferência deve ser configurada na interface escravo, caso contrário não existirá nenhuma troca de dados entre os dispositivos da rede e então o TIA não permitirá, sequer, compilar o projeto. (iii) Na tabela de áreas de transferência, pode-se clicar sobre a seta que mostra o sentido da comunicação para invertê-lo. Obviamente os endereços também mudam, os de entrada por de sáıda e vice-versa. 41 Com isso, chegamos ao fim da configuração de rede do Escravo1 e, consequente- mente, ao fim da configuração de rede da Topologia 1. Para ter uma visão geral dessa topologia, como na figura 5.24, utilize a aba Netwrok view, na tela de visualização. Figura 5.24: Visualização da Topologia 1 de rede configurada no TIA Parâmetros da Rede Observe na figura 5.24 que um barramento PROFIBUS-DP foi criado entre as in- terfaces conectadas. Clicando duas vezes sobre esse barramento, uma guia de con- figuração se abre e é posśıvel configurar os parâmetros de rede (figura 5.25). Em General, é posśıvel alterar nome da rede e o seu s7 subnet ID (código de identificação da rede para o TIA). Em Network Settings pode-se alterar o Endereço PROFIBUS mais alto, a velo- cidade de transmissão e o perfil de PROFIBUS da rede. Pode-se reduzir o endereço máximo PROFIBUS, uma vez que não se utiliza o numero máximo de dispositivos permitidos na rede. O perfil PROFIBUS é o protocolo em que a rede trabalha. Na barra de opção existem as posśıveis opções, mas manteremos DP como o perfil uti- lizado. A velocidade de transmissão pode ser alterada à vontade pelo usuário, mas alguns cuidados devem ser tomados, principalmente no que diz respeito ao compri- mento do cabeamento da rede. Para trabalhar na velocidade máxima, 12 Mbit/s, por exemplo, um segmento de rede não deve ter mais de 100 metros, como já visto na seção 5.3.1 desse caṕıtulo. Para nossa atividade vamos manter a velocidade de 1.5 Mbit/s.(figura 5.26) Em Cable configuration é posśıvel informar ao TIA o número de repetidores que 42 Figura 5.25: Guia de configuração para os parâmetros de rede Figura 5.26: Configuração dos parâmetros de rede da rede PROFIBUS DP se usará na rede e o comprimento dos cabos. No caso de uso de fibra ótica, pode-se também informar o número de links de fibra ótica e comprimento da fibra. O TIA leva essas informações em consideração no cálculo dos parâmetros de barramento PROFIBUS. Em Additional network devices pode-se informar ao programa sobre dispositivos que não estão no projeto mas que serão adicionados ao barramento PROFIBUS posteriormente. Dessa forma o TIA pode calcular os parâmetros de barramento levando em conta também esses dispositivos. Em Bus parameters você pode visualizar e modificar os parâmetros de barra- mento estabelecidos pelo TIA. A única modificação realizada nos parâmetros de rede foi diminuir o número de 43 endereços máximo PROFIBUS para 15, como mostrado na figura 5.26. 5.6.2 Configuração de Rede da Topologia 2 Para realizar a configuração de rede da topologia 2, mais um controlador com módulo de comunicação escravo DP deve ser adicionado ao projeto, de acordo com a seção 5.5. Dê o nome para esse controlador de Escravo2, para manter o projeto organizado. Como a topologia 2 é uma extensão da topologia 1, nos resta apenas conectar esse novo dispositivo escravo à rede já existente, PROFIBUS 1, e configurá-lo. Seguindo a mesma configuração de rede utilizada para o Escravo1, dê o nome “E2 ”à interface do Escravo2, Conecte ele à rede PROFIBUS 1, associe ela ao Mestre1 e crie as áreas de transferência. As configurações devem ficar como as mostradas na figura 5.27. Para ter a visão geral da topologia 2, utilizamos novamente a aba Network view, na tela de visualização (figura 5.28). 5.6.3 Configuração de Rede da Topologia 3 Para terceira e última topologia, precisamos adicionar mais um mestre ao nosso barramento PROFIBUS. Para isso, adicionamos mais um controlador com módulo de comunicação mestre DP, de acordo com a seção 5.5. Renomeie esse controlador para Mestre2, para manter o projeto organizado. A configuração do Mestre2 é muito simples, uma vez que só precisamos ligar ele à rede PROFIBUS 1. Porém, para que o Mestre2 tenha um escravo associado a ele, precisaremos alterar a configuração de associação, no Operting mode, de um dos escravos já configurados. Então, primeiramente configure o novo mestre. Altere o nome de sua interface DP para “M2 ”e conecte-o à rede PROFIBUS 1. As configurações do Mestre2 devem ficar como as mostradas na figura 5.29. Agora, vamos acessar novamente as configurações do Escravo2, e associá-lo ao Mestre2. Atente que, ao mudar a associação de mestre do Escravo2, as áreas de transferência também se alteram. Os endereços destinados para o Escravo2 perma- necem, mas os do novo mestre mudam. Configure novamente as áreas de trans- ferências. As modificações nas configurações de rede do Escravo2 estão mostradas na figura 5.30. Com isso, conclúımos a configuração de rede da topologia 3, em que cada mestre tem um escravo associado a ele. Usando novamente o Network view, vemos todos os equipamentos interligados pelo barramento PROFIBUS. Agora temos dois sistemas mestre e por isso, se colocarmos o cursor em cima do barramento PROFIBUS, vere- mos uma opção para selecionar o sistema desejado e ver que dispositivos participam 44 Figura 5.27: Configuração de rede do Escravo2 desse sistema (figura 5.31). 5.7 Testando a rede PROFIBUS DP Configurada Foram propostas duas atividades para demonstrar o funcionamento
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