54524-Rede ASi e Profibus Ver05

Gerência de Gestão Educacional Coordenadoria de Automação Industrial

Rede ASi e Profibus

Vitória – Fevereiro de 2008

Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 2

REDES INDUSTRIAIS Rede ASi em CLP Siemens

Rede Profibus em CLP Siemens

5ªEDIÇÃO – FEV/08 (Edição provisória ainda em revisão)

Prof. Guilherme Vicente Curcio


SUMÁRIO:

Rede ASi ........................................................................................... 04 Família de CLP’s Siemens Simatic S7 ........................................... 24 Rede ASi no Simatic S7 (O software STEP 7) ............................... 28 Rede Profibus .................................................................................. 57 Rede Profibus no Simatic S7 ......................................................... 82


Rede ASi


INTRODUÇÃO A REDE AS-Interface:

Quem deseja automatizar um processo, necessita de sensores e atuadores – isso é inevitável. Seja num centro de logística, onde sensores óticos controlam a posição de um pacote sobre esteiras. Seja em uma máquina de engarrafamento, onde o nível de líquido é controlado. Ou mesmo, em uma usina onde barras têm que ser cortadas no lugar correto: os sensores são os olhos e ouvidos do comando e controle de processos, e estão presentes em todas as partes da instalação.

O sinal de encoders ou de outros sensores de campo foram por muito tempo coletados segundo padrões antigos: cada um dos sensores e atuadores eram instalados diretamente aos altos níveis de automação, fazendo com que surgissem complexas ramificações de cabos ligados diretamente aos painéis de comando. A tecnologia BUS – padronizada em nível de campo, comando e gerenciamento – em meados dos anos 90, instalou-se também no mundo dos sensores e atuadores binários, com a introdução da AS-Interface.

Um padrão geral foi instaurado: robusto e flexível o suficiente para suprir todas as exigências de um Bus de dados industrial, mas ao mesmo tempo especialmente elaborado para também atender as necessidades dos níveis de comando "inferiores". Com a AS-Interface, os "olhos e ouvidos" da produção finalmente entraram na onda da nova tecnologia de comunicação industrial.

Atualmente não existe um forte concorrente para a AS-Interface e com o apoio de uma organização internacionalmente forte, assim como de

fabricantes mundialmente reconhecidos. A AS-Interface continuará dominando o mercado também no futuro.

A AS-Interface é um sistema com o qual podemos conectar módulos juntos ao processo (sensores, atuadores e painéis de operação), conectados ao nível mais baixo de uma planta qualquer ("chão de fábrica"). Na área de automação, esta é,

sem sombra de dúvidas, a solução mais simples e barata.

Este informativo se dirige tanto a interessados como a usuários da AS-Interface. Permite adquirir os conhecimentos mínimos e necessários sobre a tecnologia AS-Interface, de forma rápida e fácil.

Antigamente cada um dos sensores no campo tinha que ser conectado com

o CLP (cablagem paralela). Hoje em dia, os sensores e atuadores são conectados uns com os outros e o comando simplesmente através de um cabo – o cabo AS-Interface.


AS-Interface – Somente mais um BUS?

A rede AS-Interface existe desde 1994, com a qual sinais analógicos e digitais juntos ao processo e à máquina podem ser transmitidos de forma digital. A ASInterface é ao mesmo tempo uma interface universal entre os níveis mais altos de comando e os simples atuadores e sensores em níveis inferiores ("chão de fábrica"). Tecnologia de bus de campo – Porque utilizar o Bus? O que nos levou ao desenvolvimento da ASInterface?

Não faz muito tempo que a pressão para redução de custos na automação exigiu uma mudança estrutural. O que alavancou esta mudança foram os imensos custos provocados pela instalação dos cabos que tinham que ser usados para a conexão do nível de campo aos equipamentos de automação (normalmente controladores lógicos programáveis), pois cada um dos atuadores ou sensores tinha que ser conectado com o comando central e sua respectiva alimentação. Isso não provocava somente custos altos de montagem, mas também de cablagem, bem como um maior número de falhas e conseqüentemente, menor confiabilidade do sistema.

Em 1997, foi estimado que 36% de todas as falhas e paradas de máquinas ainda eram causadas por falhas na instalação elétrica.

A palavra mágica era (e ainda é) Descentralização – primeiramente na técnica de automação e, um pouco mais tarde, também na técnica de acionamento e de ligação.

O que se quer dizer com isso? Muito simples: A antiga fiação paralela sendo cara (também conhecida por árvore de cabos) foi substituída por um bus de campo serial, ou seja, um cabo de dois condutores, com o qual todos os integrantes da automação podem ser conectados.

Comparação de custos entre a técnica convencional e a técnica AS-Interface para uma máquina fresadora


As vantagens de custo são bastante significativas. Desta forma, se economiza segundo um estudo da Universidade Técnica de Munique, mais de 25% nos custos de instalação em uma fresadora, ao usar a AS-Interface. Mesmo que os custos dos módulos ASInterface inicialmente sejam mais altos, é muito comum que no geral tenha-se economias na ordem de 15% a 30%.

Comunicação industrial A montagem de um sistema de automação complexo parece à primeira vista até mesmo para experts algo bastante complicado:

Vários equipamentos de comando trabalham conectados juntos com as mais diferentes redes de dados e protocolos.

Por isso, se tornou comum dividir os níveis de comando segundo hierarquias determinadas. Elas se diferenciam com relação ao tempo de atuação, grau de proteção, do tipo de dados a serem transmitidos e muito mais.

Para o entendimento das tarefas da ASInterface e da sua posição dentro da hierarquia de comando na comunicação industrial, explicaremos aqui de forma resumida as características básicas dos diferentes níveis.

Os diferentes níveis na comunicação industrial


Nível de gerenciamento: No nível mais alto, o nível de gerenciamento, computadores são conectados uns com os outros no nível de comando. Às vezes até fábricas inteiras umas com as outras, ou computadores principais com computadores que comandam toda a produção.

O volume de dados é da ordem de megabyte e a transferência dos dados, em geral, não precisa acontecer em tempo real.

O meio de transmissão é, por exemplo, a rede Ethernet.

Nível de produção e processo: No nível de produção e processo, o PROFIBUS (Process Fieldbus) já está consagrado. Com uma velocidade de transmissão de até 12 Mbit/s no seu tipo DP, ele é perfeito para as mais altas exigências na técnica de automação.

Agora existe o PROFIBUS como PROFIBUS-PA também para a técnica de gerenciamento de processo. As complementações em processo contínuo e acíclico, adicionadas em 1999, fazem dele a partir de agora ideal também para utilização em processos de fabricação típicos de Motion Control.

Nível de atuadores/sensores: O nível de atuadores/sensores é o nível mais baixo no campo. Atuadores e sensores binários são conectados no nível de campo e de processo. Uma grande parte dos equipamentos enviam ou necessitam de sinais binários (por ex. BERO, contatores, partida de motor, válvulas magnéticas, conjunto de válvulas pneumáticas, etc.). A quantidade de dados necessária é mínima. A velocidade de transmissão de dados, porém, é muito alta. Exatamente aqui está a área de atuação da AS-Interface.

A AS-Interface se consagrou, desde a sua introdução no mercado, com mais de um milhão de pontos de controle. Esta rede já provou ser também a solução perfeita para as tarefas ligadas a automação de campo, com quase nenhuma concorrência devido ao seu baixo custo, a sua facilidade de instalação e sua robustez.

AS-Interface - A solução perfeita: Antes que se começasse a desenvolver um sistema de bus para o nível de campo mais baixo que deveria ser aberto e independente de fabricante (como as redes Ethernet e PROFIBUS), tinha-se que resolver um problema bastante simples: os componentes que por um lado deveriam ser conectados no sistema bus, por outro lado eram advindos dos mais diferentes fabricantes, estes não estavam necessariamente em condições de funcionar sem problemas uns com os outros e com o sistema.

Associação Internacional AS-Interface Para se compatibilizar os componentes, 11 fabricantes de renome do ramo de sensores/atuadores se uniram em 1990 em um consórcio.

O Projeto AS-Interface de antes tornou-se agora a Associação AS-Interface que tem como objetivos a padronização internacional, o desenvolvimento contínuo do sistema, assim como a certificação dos produtos para a rede AS-Interface. O usuário reconhece os produtos testados e certificados através do logotipo "sombreado" (acima) e através de um número de teste ligado a este logotipo.


O que se espera da AS-Interface No nível de comando mais baixo esta rede interliga sensores, contatores, chaves de partida, sinalizadores, botões, entre outros, sendo que a quantidade de informações transmitidas se limitam a poucos bits. Para esta tarefa de interligação, os sistemas de transmissão de dados existentes antigamente, ou eram sobre-dimensionados ou simplesmente não podiam ser utilizados. Eles utilizavam condutores muito caros ou inadequados para a aplicação direta em campo (por exemplo: cabos de fibra de vidro, blindado ou inflexível) e a quantidade de dados era grande demais. Os protocolos de dados não comportavam ou a parte eletrônica do comando era muito complexa para que cada sensor binário pudesse se tornar participante do bus, já que o número deles poderia e pode ser enorme em grandes plantas industriais automáticas ou semi-automáticas.

Além disso, a montagem e a colocação em funcionamento deveriam ser efetuadas da forma mais simples possível e sem formação especial para tal. Os custos de instalação deveriam ser baixos e a quantidade de dados a ser transmitida deveria ser suficiente.

Resumindo: a AS-Interface deve ser capaz de conectar sensores e atuadores e ligá-los aos níveis de comando mais altos. Tudo isto de forma simples, barata e de acordo com as normas industriais padronizadas.

O resultado técnico obtido é excelente. A AS-Interface preenche as exigências de forma perfeita – e isto tanto no uso direto em campo (IP65 /IP67) quanto dentro de painéis (IP20), além de poder ser aplicada em ambientes com temperaturas de –25°C até +85°C.

Não importa se há poeira, umidade ou temperaturas extremas – com o grau de proteção IP67 a AS-Interface está bem equipada.


Sistema com um único mestre A concepção da AS-Interface é a de um sistema com um único mestre e com varredura cíclica. Traduzindo, significa que há somente um módulo de comando (mestre) dentro da rede ASInterface que consulta os dados de todos os outros participantes (escravos) em espaços de tempo exatamente definidos (varredura).

Pequenas quantidades de dados A AS-Interface está otimizada com relação à quantidade de dados que corresponde exatamente às exigências do nível de campo mais baixo. Os telegramas de dados têm uma estrutura definida e um comprimento pré-determinado. Em um ciclo são intercambiados no total até quatro bits de dados úteis na direção de entrada e quatro na de saída entre um escravo e o mestre.

Exigências de tempo real O tempo máximo de ciclo, isto é, o tempo que o mestre pode necessitar, até que o primeiro participante seja novamente consultado. Na AS-Interface esse tempo é de no máximo 5ms em um sistema com sua capacidade total, e portanto com até 31 escravos-padrão. Em um sistema AS-Interface totalmente otimizado, segundo a especificação completa 2.1, o tempo máximo do ciclo é de 10ms com 62 escravos. Estes tempos atendem, na maioria dos sistemas de comando, às "exigências de tempo real". O processo de consulta é determinístico, isto é, o mestre pode "confiar" que ele vai ter à sua disposição dentro de um determinado intervalo de tempo os dados atuais de cada participante ligado à rede AS-Interface.

Configuração mínima de uma rede AS-Interface


Transmissão de dados No caso dos cabos utilizados, tratam-se de cabos de dois condutores sem blindagem e sem condutor PE, que transmitem os dados e a energia auxiliar ao mesmo tempo (para os sensores). O protocolo inteligente é construído de tal forma que o sistema seja extremamente sensível à danos. Por este motivo pode-se abdicar totalmente de blindagem. O cabo perfilado amarelo tornou-se característico para a AS-Interface que através de um sistema de contato inovador (técnica "vampiro") permite uma montagem simples e eficiente. Uma rede AS-Interface pode também ser montada com um cabo redondo padrão, mas por motivos econômicos, o condutor perfilado é seguramente a melhor opção. Topologia de rede A rede AS-Interface pode ser montada como instalações elétricas usuais. Por ser robusta não há nenhuma restrição quanto a estrutura (topologia de rede). Os módulos AS-Interface podem ser instalados em forma linear, estrela, árvore ou anel.

Em um sistema padrão AS-Interface pode-se conectar no máximo 31 escravos sendo que cada escravo pode ter até quatro entradas e quatro saídas (no total até 124 bits de entrada e 124 de saída). Em um sistema AS-Interface segundo a especificação avançada 2.1 pode-se conectar até 62 escravos A/B. Estes têm no máximo quatro entradas e três saídas (isto é, até 248 bits para entradas e 186 para saídas dentro de

um sistema AS-Interface).

Cada sensor inteligente com chips de AS-Interface integrados recebem um endereço-escravo próprio e se comportam frente ao mestre como escravos "normais".

As configurações possíveis de uma rede AS-Interface são: linear, estrela ou árvore. A configuração em anel também é possível.


AS-Interface e seus componentes principais O componente mais importante de todo o sistema AS-Interface é tão pequeno que cabe facilmente sobre uma unha, mas sem ele a AS-Interface muito provavelmente nunca teria alcançado a sua importância atual – estamos falando do chip escravo da AS-Interface. Escravo Escravos são, no fundo,módulos de E/S descentralizados do controlador programável (CLP).

O escravo AS-Interface reconhece os bits de dados enviados pelo mestre e envia de volta os seus próprios. Em um módulo AS-Interface padrão pode-se pendurar, e cada vez, até quatro sensores e quatro atuadores binários. Fala-se de um escravo inteligente quando o chip do AS-Interface está integrado no sensor ou atuador. Os custos da parte eletrônica são muito baixos.

Escravos AS-Interface existem tanto em módulos digitais, analógicos e pneumáticos, como também em componentes inteligentes, como por exemplo: partidas de motores, sinalizadores coluna ou botoeiras. Com os módulos pneumáticos pode-se comandar cilindros pneumáticos simples ou de ação dupla. Isto não economiza somente em cablagem, mas também em canaletas!

Chave de partida descentralizada para motores CC: sem problema quando se utiliza um módulo de partida CC ASInterface

Escravo ASi

Bloco de válvulas penumáticas, escravo ASi


Mestre O Mestre da AS-Interface forma uma conexão com redes superiores. Ele organiza através de atividade própria o trânsito de dados no cabo AS-Interface e os disponibiliza se necessário a um sistema bus num nível superior, como por exemplo o PROFIBUS (veja também os Gateways).

Paralelamente à consulta dos sinais, o mestre transmite também parâmetros a cada um dos participantes, controla a rede continuamente e realiza diagnósticos. Ao contrário de sistemas bus complexos, a AS-Interface é quase completamente capaz de se auto configurar. O usuário não precisa configurar nada, como por exemplo: direito à entrada, taxa de dados, tipo de telegrama, etc. O mestre executa automaticamente todas as funções que são necessárias para o funcionamento correto da ASInterface. Além disso, ele possibilita o auto-diagnóstico do sistema. Ele reconhece as falhas em qualquer ponto da rede, indica o tipo de falha e pode ainda determinar em que escravo ocorreu o problema.

Gateway Dentro de estruturas de automação mais complexas, a AS-Interface pode também ser conectada a um bus de campo superior, como por exemplo: PROFIBUS-DP. Para tal, é necessário um Gateway (DP/AS-i Link) que serve como mestre da AS-Interface apesar de no bus de campo superior (PROFIBUS- DP) atuar como escravo. A ASInterface torna-se então uma emissária de sinais binários para cada um dos sistemas de bus de campo superior.

Exemplo de um mestre da AS-Interface: SIMATIC S7-300

Mesmo os comandos completos da família SIMATIC C7 podem atuar como mestres na AS-Interface


Cabo O cabo amarelo e perfilado, padrão da AS-Interface, tornou-se um tipo de marca registrada. Ele possui uma seção geometricamente determinada e transmite ao mesmo tempo dados e energia auxiliar para os sensores. Para os atuadores é necessária uma tensão auxiliar alimentada adicionalmente (24VCC). Para se poder utilizar a mesma técnica de instalação para os atuadores, foram especificados cabos com as mesmas características, mas de outra cor. Desta forma, o cabo para a energia auxiliar 24VCC é um cabo perfilado preto.

O isolamento dos condutores é composto normalmente por uma borracha (EPDM). Para aplicações com exigências maiores podem se utilizar cabos com outras composições químicas como: TPE perfilado (elastômero termoplástico) ou PUR perfilado (poliuretano). Como condutor de transmissão podem ser utilizados também cabos redondos com sistema de condução duplo sem condutor PE.

Uma blindagem do condutor não é necessária em função da técnica de transmissão empregada.

Cabo Profiled Proteção contra polaridades inversas Cabo rubber Self sealing Versões resistentes ao óleo: PUR (Polyurethane) : resistente a óleos lubrificantes TPE (Special-PVC) : resistente a gás, óleo e a petróleo Disponível em: Amarelo: (Dados e potência 30 V DC) Preto: (Potência auxiliar 24 V DC) Vermelho: (Potência auxiliar até 230 V AC)

- +

10 mm

4 mm


Fonte de Alimentação A alimentação de energia para a rede AS-Interface disponibiliza uma tensão de 29,5 até 31,6VCC que tem que corresponder às normas IEC para “baixas tensões com isolação segura” (PELV). A separação segura em circuitos de energia PELV oferece uma fonte projetada segundo a norma IEC 742-1 que também é suficiente para exigências quanto à resistência contra curto circuito permanente e contra a sobrecarga.

Graças ao desacoplamento dos dados na fonte AS-Interface pode-se transmitir tanto dados como também energia. Para isso os dados são modulados em corrente contínua pela AS-Interface em forma de impulsos com modulação de pulso alternada (APM). Cada ramo da AS-Interface necessita da sua própria fonte. Saídas são alimentadas normalmente através de cabos AS-Interface pretos. Para isso é necessária uma fonte padrão com 24VCC segundo especificação PELV (condutor de proteção aterrado).

Também existem fontes dentro das quais tanto a tensão AS-Interface como a tensão contínua padrão podem ser utilizadas em um só produto.

Fonte AS-Interface da série SIRIUS NET.


Partes complementares para extensão da rede A AS-Interface funciona sem repetidores até um comprimento de 100m, e com repetidores até 300m. Repetidores Caso o equipamento exija mais de 100 m, pode-se complementar a fonte por exemplo com repetidores para cada 100m adicionais até no máximo 300m. O repetidor trabalha como amplificador. Os escravos podem ser conectados a quaisquer segmentos AS-Interface. Cada segmento necessita uma fonte separada. Adicionalmente, o repetidor separa ambos segmentos galvanicamente um do outro, sendo que a seletividade aumenta em caso de curto circuito. Extensores O cabo AS-Interface pode ser prolongado com um extensor. Mas no caso de sua utilização não podem ser ligados escravos na primeira parte do ramo. Por isso, os extensores só são recomendados quando por exemplo uma distância maior entre o equipamento e o painel de comando tem que ser superada.

O comprimento máximo é de 100m por segmento AS-Interface. Este comprimento de rede pode ser aumentado através de extensores e/ou repetidores para até 3 segmentos.


AS-Interface - Técnica de conexão Técnica de conexão "vampiro" Os cabos perfilados podem ser ligados com os conectores dos escravos em qualquer lugar de maneira surpreendentemente fácil e segura. A responsável por isso é a técnica de conexão "vampiro", também chamada de piercing. É assim que funciona: Os "dentes" de contato perfuram a borracha do cabo e estabelecem contato seguro com os condutores de cobre. Se, no caso de retirada de um escravo, os dentes são retirados, os buracos se fecham devido a capacidade auto-regeneradora do cabo, de em cada um dos pontos reativar o isolamento (no caso dos cabos de borracha EPDM).

Em função da geometria do cabo, uma troca de pólos na instalação está praticamente fora de cogitação e por isso mesmo, não há uma capa blindada.

Técnica modular A técnica modular é uma característica típica da tecnologia AS-Interface. Assim, utilizam-se escravos que são compostos de duas partes: de uma placa de montagem como base e de uma parte superior, o módulo propriamente dito. Entre eles é colocado o cabo, como em um "sanduíche".

Os módulos contém a eletrônica da ASInterface, bem como as suas funcionalidades e a possibilidade de conexão para sensores e atuadores. Há módulos dos mais diferentes tipos, e com as mais diversas funções.

Mais fácil impossível: Técnica de conexão "vampiro".

Cabos são simplesmente colocados sobre a base. Aqui a base de um módulo K45.


AS-Interface na prática A AS-Interface não tem se comprovado somente como o padrão industrial para conexões de equipamentos binários simples.Também o tão propagado "fácil utilização sem know-how especial de bus" não é exagero. Pelo contrário: A superioridade da ASInterface está na sua simplicidade. Checklist Para aquele que vai começar a utilizar a AS-Interface vai aqui um checklist com 10 pontos que tornarão o passo para o mundo AS-Interface ainda mais fácil:

1. Quantas entradas e saídas são necessárias?

Com o número das entradas e das saídas em toda a instalação, calcula-se o número de pontos de rede AS-Interface necessários.

2. Quanta energia necessitam os I/Os distribuídos?

A quantidade total de energia dos módulos necessários define a escolha da fonte AS-Interface. Como as fontes de rede não podem ser ligadas paralelamente, em que se usar uma fonte de rede dimensionada para a energia total necessária.

3. São necessários cabos especiais?

A princípio não é possível combinar cabos perfilados e cabos redondos. As condições ambientes determinam se são necessários cabos de borracha, TPE ou PUR. Em todo caso, para comprimentos de cabos maiores que 100m tem que ser usados repetidores ou extensores.

4. A classificação do endereço está correta?

Para se ter uma boa visão geral, deve-se sempre, preparar um desenho que deixe claro quais endereços estão direcionados a quais escravos, pois um endereçamento duplo pode eventualmente não ser reconhecido pelo Mestre como erro.

5. Quais módulos pertencem a quais endereços?

Os módulos e também os escravos que foram endereçados devem ser todos marcados cuidadosamente.

6. Quando são montados os módulos?

Só se as regras 4 e 5 foram levadas em consideração. O cabo em si pode ser colocado como desejar.

7. Como se configura o todo?

A configuração é simplesmente reconhecida enquanto o perfil da ASInterface registra cada escravo no mestre. Isso normalmente acontece automaticamente, mas pode acontecer também manualmente através de software de controle.

8. Os escravos foram detectados?

Primeiramente tem-se que verificar se o mestre detectou todos os seus escravos. Somente depois disto pode-se comutar para funcionamento protegido e o CLP para RUN.

9. Como se testa?

Testes de entrada e saída são realizados semelhantes aos do CLP. Isto significa que os sensores são ativados no local e checados pelo CLP.

10. Como se colocam todos os equipamentos em funcionamento?

Pode-se desenvolver o software de comando convencional ou utilizar um software já pronto. Neste último caso, a classificação simbólica terá que ser, eventualmente, adaptada.


Configurando Configurar significa no caso da ASInterface somente que seja feita uma lista de escravos especificados e em seguida armazenada no mestre. Geralmente a configuração acontece através do mestre. Isto significa que o mestre reconhece automaticamente a configuração da rede (Informações para aplicações especiais, pode ser feita também no CLP). Na configuração são determinados o endereço do escravo e o tipo do escravo (código ID), a configuração de entrada e saída (código de I/O – Entrada/ Saída) e os parâmetros (no caso de sensores inteligentes), caso haja. Com esta lista, o mestre controla se a configuração desejada é a mesma que a realizada. Para se fazer isto, os escravos precisam ser endereçados antes. Endereçamento de cada participante (escravo) Os endereços de todos os escravos participantes têm que ser programados antes do funcionamento da rede ASInterface. Isto pode acontecer off-line através de um aparelho de endereçamento, on-line pelo mestre do sistema da AS-Interface ou após a montagem através de uma caixa de endereçamento integrada. Os endereços em si são os valores de 1 até 31 (ou de 1A até 31A e 1B até 31B no caso da especificação AS-Interface 2.1). Um escravo novo, ainda não endereçado, tem o endereço 0. Ele também é reconhecido pelo mestre como novo e como escravo ainda não endereçado e, neste estado, ainda não estará integrado na comunicação normal dentro da rede AS-Interface. A classificação dos endereços não é rígida. Isto é, é totalmente indiferente se o escravo com o endereço 21 seguido do escravo com endereço 28, inicia as fileiras ou se dá ao primeiro escravo o endereço 1 – a seqüência não é relevante.


Parametrização Normalmente os escravos não necessitam ser parametrizados, exceto escravos inteligentes. A especificação de cada escravo informa se ele tem que ser parametrizado e quais funções têm os parâmetros. Enquanto o endereço de um escravo em funcionamento normal nunca se modifica, os parâmetros podem se modificar. Por este motivo, diferencia-se também os parâmetros fixos dos alteráveis. Parâmetros fixos são determinados somente uma vez e depois no comissionamento. Um exemplo para isto é o módulo de entrada analógico que é ajustado através de um parâmetro em uma faixa de energia de 0 a 20 mA ou de 4 até 20 mA. Os parâmetros em si são bits dos quais 4 estão à disposição de cada módulo e que são colocados em 0 ou 1. Eles são transmitidos aos escravos ao ligar o sistema.

Operação Assim que o sistema AS-Interface estiver completo, isto é, todos os componentes estiverem montados, os escravos endereçados e eventualmente parametrizados e o comissionamento encerrado, pode-se dar a partida ("start up"): o sistema é transferido para o funcionamento normal e o mestre trabalha no modo protegido. Somente são ativados os escravos que foram configurados. Escravos não configurados, por exemplo aqueles que foram instalados adicionalmente, provocam somente um aviso de falha. Para recebê-los e incluí-los no sistema de comunicação, tem-se somente que trocar para o modo de configuração. E lá, a função "configuração de escravos" executa de forma simples a recepção dos "novos" escravos. Tanto no "start up" quanto durante o funcionamento normal, o sistema é controlado ininterruptamente. Os dados necessários para isso como por exemplo, tensão, modo, configuração errônea, etc. são disponibilizados ao comando superior pelo mestre da ASInterface, por exemplo, em forma de um diagnóstico. Dez dicas valiosas para a montagem Para que não dê nada errado, deve-se observar na montagem as dez dicas seguintes:

Dica 1 – Fonte

A AS-Interface não pode de modo algum ser aterrada!

Por isso não se deve utilizar uma fonte normal, mas somente fontes da ASInterface (PELV) com separador de dados e conectar com "Terra (GND)" da massa do equipamento.

Dica 2 – Extensão da rede

O cabo AS-Interface não pode ser instalado sem repetidor/extensor por mais de 100m – levando-se em conta todos os ramais até os pontos de ligação! No caso da rede ser extendida, deve-se atentar para o seguinte:

Com Extensor:

• comprimento do condutor entre o extensor e o mestre deve ser no máximo 100m.

• não conectar nenhum escravo e/ou fonte AS-Interface entre o mestre e o extensor.

• os condutores “+”e “–” não podem ser trocados.

Com Repetidor:

• pode-se ligar até dois repetidores em série – com isso o comprimento do condutor será de no máximo 300m (isto é, 3 segmentos com no máximo 100m).

• junto a cada repetidor tem que se conectar uma fonte da AS-Interface.

• após um repetidor não se pode ligar uma extensão, em casos normais.


Dica 3 – Escravos

Cada endereço de escravo só pode aparecer uma vez. Para isso, utilize somente endereços de 1 até 31 e de 1A até 31B da técnica A/B (especificação 2.1).

Observe: módulos que contêm o chip SAP 4.0 (vide instruções de funcionamento), podem ser reendereçados no máximo 15 vezes. Após este número, eles conservam o último endereço.

Dica 4 – Energia auxiliar complementar

Se os escravos têm que ser alimentados com energia auxiliar complementar, então vale o seguinte:

• no caso de 24VCC deve-se utilizar uma fonte PELV e, se possível, o cabo de energia auxiliar perfilado preto

• no caso de 230VCA deve-se utilizar, se possível, o cabo de energia auxiliar perfilado vermelho.

Dica 5 – Colocação do cabo

Na colocação da AS-Interface, observe o seguinte:

• se possível, sempre utilizar no cabo amarelo perfilado: Marrom ( + ) e Azul ( – ).

• apesar da comunicação através do cabo AS-Interface ser insensível a interferências eletromagnéticas (EMC), ele deve ser colocado separado dos cabos de potência – e isto também no painel de comando!

• cada ramificação da AS-Interface necessita de seu próprio cabo – os cabos da AS-Interface não podem ser colocados com outros cabos.

• mas se forem utilizadas canaletas (por exemplo no painel de comando) então, deve-se colocar o cabo AS-Interface sempre separado, em outra canaleta, distinta dos fios de comando convencionais.

Dica 6 – Montagem de acordo com EMC

Todas indutâncias, por exemplo: bobinas de contatores, de relés, válvulas, freios devem ser ligadas com supressores tipo diodos, varistores ou RC’s.

No uso de inversores de freqüência utilize sempre filtro de rede, filtro de saída e condutores blindados.

Dica 7 – Alimentação de sensor e atuador

Sensores e atuadores têm que ser alimentados diretamente a partir da entrada ou saída correspondente do escravo. Os cabos AS-Interface devem ser mantidos separados dos cabos de energia e o mais curto possível. Isto significa que os módulos escravos deveriam estar o mais próximo possível dos sensores ou atuadores.

Dica 8 – Instalação do inversor de freqüência

• observe atentamente as diretrizes de instalação no manual de instruções.

• conecte cabos blindados (por exemplo entre o filtro e o inversor de freqüência e entre o inversor de freqüência e o motor) diretamente em ambos os lados (antes e depois do inversor) de forma espaçosa com a massa do equipamento (e com suficiente seção – no mínimo 4 mm2).

• conecte todas as partes metálicas com a massa do equipamento.

Dica 9 – Extensão no sistema 2.1

O funcionamento de escravos A/B e de "novos" escravos analógicos só é possível com o mestre da especificação 2.1.

Dica 10 – Status / Diagnóstico

ara uma busca de falhas rápida, os bits de status e diagnósticos devem ser analisados no CLP.


O que fazer se algo der errado? Um sistema por melhor e mais simples que seja pode apresentar falhas.

Existem também com relação a ASInterface falhas típicas que normalmente podem ser reconhecidas facilmente e do mesmo modo podem ser corrigidas. A única falha que a AS-Interface não reconhece é a paralisação de um sensor ou atuador binário conectado a um módulo.

Um escravo defeituoso é simplesmente trocado por um novo escravo.

Uma ruptura do cabo AS-Interface tem como conseqüência a paralisação de escravos. Pela definição de sua posição pode-se localizar a ruptura do cabo com precisão, pois os escravos que estão atrás deste local do ponto de vista do mestre não são mais alcançáveis.

No caso de um curto circuito, existirá sempre o perigo que as conseqüências para o sistema sejam bastante negativas. Por isso o mestre reconhece o curto no bit APF (AS-Interface-Power-Fail) e o comunica imediatamente.Todos os escravos passam para o estado "fora de atividade", isto significa para os atuadores, que não se tem mais energia.

AS-Interface e segurança

Nos componentes importantes para a segurança em uma automação da produção, como por exemplo em interruptores de emergência, feixes de luz, contatos de portas de proteção, entre outros, não se pode correr riscos. A função de segurança ininterrupta de todos os sensores e atuadores e respostas confiáveis em milésimos de segundos têm prioridade máxima, para proteger funcionários e equipamentos. Por muito tempo isto tinha como conseqüência, em sistemas de automação, gastos muito altos, pois atuadores e sensores importantes para segurança eram instalados utilizando-se cablagem paralela.

Segurança no trabalho Com os componentes de "Segurança no trabalho", a AS-Interface preenche também as condições para um bus de segurança. Dados de entrada e saída digitais seguros e normais podem ser transmitidos juntos em um cabo ASInterface. Como funciona o sistema – pode ser realmente seguro? Adicionalmente aos componentes conhecidos da AS-Interface (mestre, escravos, fonte, ...) temos um monitor de segurança e escravos seguros que funcionam na mesma rede AS-Interface.

O mestre trata os escravos de segurança como todos os outros escravos e os conecta como escravos convencionais na rede.


O protocolo de transmissão e o cabo AS-Interface padrão são tão robustos que servem para telegramas dirigidos à segurança. A segurança necessária é alcançada através da transmissão de sinais adicionais entre os escravos seguros e o monitor de segurança. O monitor de segurança "espera" de cada escravo de segurança um telegrama de 4 bits que se modifica continuamente de acordo com um algoritmo definido. Se o telegrama esperado não chega ao escravo de segurança por causa de uma falha ou se um escravo de segurança envia continuamente o telegrama reservado para casos de emergência 0-0-0-0, o monitor de segurança desliga após no máximo 45ms (= tempo total de reação) as saídas voltadas à segurança. O equipamento para de funcionar e um alarme é enviado ao mestre. O sistema trabalha de modo tão confiável que pode ser utilizado em aplicações até da categoria de segurança 4 de acordo com a EN 954-1 e está certificado pelos institutos especializados em segurança TÜV e BIA.

Segurança no trabalho: O monitor de segurança e escravos de segurança fazem da AS-Interface também um bus de segurança.


FAMÍLIA DE CLP’s SIEMENS SIMATIC S7 A família SIMATIC representa não somente uma linha de CLP’s, e sim toda uma linha de produtos de AUTOMAÇÃO TOTALMENTE INTEGRADA. Os controladores lógicos programáveis da família SIMATIC S7 podem ser divididos em: Micro PLC (S7-200), pequeno médio porte (S7-300) e médio / grande porte (S7-400). SIMATIC S7-300 É o pequeno e totalmente modular CLP da família SIMATIC S7. CARACTERISTICAS:

• Diversas CPU’s com diferentes capacidades. • Extensivo espectro de módulos. • Pode ser expandido em até 32 módulos. • Módulos integrados em barramento backplane. • Pode ser ligado em rede com interface multi-point (MPI), PROFIBUS e industrial

Ethernet. • Conexão central com PC acessa todos os módulos (FM e CP). Sem regras para

alocação das placas. • Configuração e parametrização via software STEP 7.

O STEP7 Softwares STEP 7 é o software para elaboração de programa, roda nos sistemas DOS e Windows. O STEP7 é a ferramenta de automação da família S7. Através dela configura-se e parametriza-se todo o hardware edita-se o programa, testa e faz-se o carregamento e procura de defeitos, além de toda a documentação necessária. Com o auxilio de pacotes opcionais pode se ainda configurar redes locais, utilizar linguagens de alto nível ou orientada a tecnologia. Pré-requisitos para a instalação do STEP7: Processador Hard drive (disponível) RAM Interface Monitor Mouse Sistema operacional CD-ROM

Pentium 200 MHz 400 MB >= 32 MB, 128 MB recomendado MPI ou cabo PC / MPI SVGA, VGA, EGA ou TIGA Sim Windows 9.x / NT Sim

Um microcomputador PC compatível que atenda aos pré-requisitos acima, pode ser utilizado sem restrições. Para a comunicação com o CLP é necessário uma interface MPI (multipoint interface) ou um cabo de conversão PC / MPI (para ser ligado à interface serial).


INSTALAÇÃO DO STEP7 Como todo aplicativo Windows, o software deve ser instalado via a função “Adicionar/Remover Programas” do Windows, que executara o programa SETUP do STEP7. Durante a instalação do STEP7, deve se integrar drives para a comunicação com o CLP (cabo ou cartão) e para F-EPROM’s. Pode-se também mudar as definições padrões de interrupção e endereços se necessário. As seguintes opções podem ser setadas durante a instalação do STEP7:

• Escopo da instalação (normal, mínima, definida pelo usuário). • Língua. • Definição por interface PG / PC. • Opções de EPROM.

O software STEP7 é provido com uma proteção contra copia e pode ser operada em somente um terminal de programação por vez. O software não pode ser usado até ser autorizado pelo disquete de autorização. Esse disquete transfere uma autorização para o hard disk depois que a instalação do software foi concluída. Antes de utilizar o software em outro terminal de programação é necessário executar a transferência de autorização. Leia o conteúdo do arquivo README.TXT no disk de autorização. Sem seguir estas instruções existe risco que a autorização seja irrecuperavelmente perdida. Selecionando idioma de programação: Antes de o bloco ser aberto para edição dos mnemônicos, a linguagem para o editor de programas deve ser selecionada. Podem se selecionas entre os mnemônicos IEC (Internacional / Inglês) ou SIMATIC (Alemão). Selecionando: Ative o comando de menus “Opções Customize”


Selecione a pasta de linguagem. Selecione a linguagem desejada.

• SIMATIC = Alemão; • IEC = Internacional (Inglês).

Importante: Existem duas seleções independentes.

• Língua do editor = seleciona o idioma da ferramenta STEP7 (Inglês / Alemão / Espanhol / Italiano / Francês).

• Língua dos mnemônicos = seleciona o idioma que o programa do usuário será escrito (Inglês / Alemão).


INTRODUÇÃO DO HARDWARE S7-300: No S7-300 o endereçamento dos módulos de I/O, CP e FM são slot-orientados, isto é, o seu endereço depende da posição do modulo no trilho. Alguns slots são reservados: PS, CPU e IM. Slot 1: PS – Fonte de alimentação. Obrigatoriamente no primeiro slot. Não é associado nenhum endereço para a fonte de alimentação. Slot 2: CPU – Deverá estar localizada próxima a fonte de alimentação. Não é associado nenhum endereço para a CPU. Slot 3: IM - Para conectar racks de expansão. Não é associado nenhum endereço para o modulo de interface (IM). Até mesmo se a IM não estiver presente, ela deverá ser considerada no esquema de endereçamento do slot. O slot 3 é logicamente reservado pela CPU para a IM . Slot4: – 11: Módulos de sinais. Slot 4 é considerado o primeiro slot para módulos de entradas e saídas (ou CP ou FM) . O slot4 possui um endereçamento para um cartão digital (entrada = I, saída = Q). Endereçamento de I/O digital: O endereçamento das entradas (I) e saídas (Q) digitais começa com o endereço 0 para o modulo de sinal localizado no slot 4. Cada módulo digital ocupa 4 bytes de endereços independentes do número de pontos. Endereçamento de I/O analógico: O endereçamento de entradas e saídas analógicas começa no endereço 256 para o modulo de sinal localizado no slot 4. Cada módulo analógico ocupa 16 bytes de endereço independente do tipo de modulo, sendo que cada canal analógico ocupa 2 bytes de dados. No S7-300 o endereçamento para sinais analógicos começa com 256, sendo, portanto que o primeiro canal no primeiro módulo no primeiro rack irá então ser PIW 256. O ultimo endereço analógico e 766 (para os S7-300). Modo de operação: Chave de seleção manual do modo de operação da CPU. MRES = Reset da memória STOP = O programa não é executado. RUN = O programa é processado, porém o programa não pode ser alterado pelo terminal de programação (processando o programa). RUNP = presente apenas em alguns modelos, permite alterar o programa mesmo quando este está sendo processado, sem a necessidade de passar a CPU para STOP.


Rede ASi no Simatic S7 (O SOFTWARE STEP 7) Iniciando o STEP 7 Menu : Iniciar > Programas > Simatic > SIMATIC Manager Caso abra a tela “Wizard”, desabilite a opção “Display Wizard on starting the SIMATIC Manager” e clique em “Cancel” – Isso fará a com que a tela “Wizard” não abra mais na iniciação do SET 7.

Criando um projeto: File > New Projetc


Com a tela “New” visualizada: No espaço correspondente a “Name” digite o nome do projeto; Ao clicar em “Browse”, escolha o local (diretório) onde deseja criar o projeto, caso contrário o projeto será salvo no diretório informado em “Storage location (path)”. Clique em “Ok”.

Com a tela do SIMATIC Manager aberta: Clique com o botão direito do mouse sobre o nome do projeto criado, escolhendo a opção Insert New Object > SIMATIC 300 Station

Duplo Clique em “SIMATIC 300”


Configurando e Parametrizando: Configurando o hardware: A configuração é executada pela ferramenta “configurador de hardware”, selecionando os módulos utilizados, posicionado-os no “SLOT” respectivo do “trilho/ bastidor”. Para a correta configuração, cada módulo do CLP deverá ser inserido no programa.

Iniciando a parametrização: Duplo clique em “Hardware”.

Menu: “Insert > Hardware Componets”


Duplo clique em “SMATIC 300”

Clique em pasta “Rack 300” Duplo clique em “Rail” Neste ponto é inserido na configuração o trilho que serve de base para a configuração do CLP. Sem este trilho o sistema não permite a configuração do CLP e seus cartões.


Selecione o “SLOT 2” Em Hardware Catalog Selecione a pasta “CPU 300” Clique em “CPU 313C-2DP” Clique Duplo em “6ES7 313-6CE00-0AB0” Neste ponto é inserido na configuração a CPU do CLP Siemens modelo 313C-2DP.

Com a tela “Properties – PROFIBUS interface DP (RO/S7.1): Clique em “OK”


Clique no “SLOT 4” ; Em Hardware Catalog > SIMATIC 300: Clique na pasta “CP-300”; Clique em “AS-Interface” Duplo clique em “CP 343-2 ASI” Neste ponto é inserido na configuração o cartão Máster ASI, modelo CP 343-2 ASI.

Aparecerá no SLOT 4 a seguinte configuração:

Menu: Station > Save and Compile Neste ponto é feita a compilação da configuração do hardware do CLP. Fechar janela referente ao “Hardware”;


Tipos de Blocos de Programa Blocos de Sistema. Funções pré-definidas ou blocos de função integradas ao sistema operacional da CPU. Estes blocos de sistema são chamados de programas do usuário. Blocos do Usuário: São áreas providas para administrar o código e os dados para o seu programa. Baseado nas necessidades do seu processo. Blocos de Organização (OB): Forma a interface entre a CPU e o programa do usuário. Pode-se escrever um programa inteiro no OB1 e deixá-lo processando a cada ciclo. Pode-se porém escrever um programa em diferentes blocos e usar o OB1 para chamar estes blocos quando necessário. Segundo sugestão do fabricante, a forma mais adequada de operação é escrever o programa em blocos de funções (FCn) e utilizar o bloco de organização (OB1) para chamar os blocos de funções: Sendo assim, Bloco OB ira chamar as funções FC1 e FC2. Funções FC: O bloco de funções é onde são inseridas instruções de operação lógica. Criação de Blocos (OB1, FC1, FC2): Na tela ”SIMATIC Manager” Duplo clique em “SIMATIC 300(1)”; Duplo clique em “CPU 313C-2DP”.


Duplo clique em “S7 Program (1)”

Duplo clique em “Blocks”.

Clique com o botão direito em “Blocks” Opção Insert New Object > Function


Com a tela “Properties Function”: Certifique-se que a opção em “Created in Language” é “LAD” (Ladder). Clique em “OK”

Clique com o botão direito em “Blocks” Opção Insert New Object > Function

Com a tela “Properties Function”: Certifique-se que a opção em “Created in Language” é “LAD” (Ladder).


Clique em “OK”

Criando OB1: Na verdade “OB1” sempre será criado automaticamente dentro de “blocks” basta agora configurá-lo. É o gerenciador de FC1 e FC2. Duplo clique em “OB1”.


Com a tela “Properties Organization Block”, escolha “LAD” em “Created in Language” e clique em “OK”.

Duplo clique em “OB1”;

Menu: Insert > Program Elements


Selecionando a linha abaixo de “Network 1” Na janela de “Program Elements” Clique em “FC Blocks” Clique em “FC1”

Menu: Insert > Network

Repita o mesmo procedimento de criação de FC1, agora para “FC2”


Selecionando a linha abaixo de “Network 2” Na janela de “Program Elements” Clique em “FC Blocks” Clique em “FC2”

Esta configuração faz com que o bloco OB1 Chame a execução dos blocos de função FC1 e FC2, nos quais estarão efetivamente os programas. Fechar janela referente ao “OB1”;


Configurando o Bloco de Função FC1 O conteúdo abaixo foi traduzido para o português do manual da Festo Didactic (pág. A-27 a A-36), por isso pode existir alguns problemas de concordância, mas que não prejudicará seu entendimento. Configure a AS-Interface Mestre CP-343-2 pela chave SET no CP 343-2. Prepare o botão de configuração:

• Usando o seletor de modo, troque a CPU para STOP. • Tenha certeza que o Mestre da AS-Interface, o Escravo da AS-Interface e a

Fonte AS-Interface estão conectados à rede AS-Interface. • Tenha certeza da tensão que é fornecida a rede AS-Interface pela Fonte AS-

Interface. • Confira se os endereços AS-Interface dos escravos conectados diferencia de 0.

Leve a alavanca do botão ao modo configuração:

• Confira-se o estado do CP 343-2 está em modo de configuração. Você pode averiguar isto pelo fato que o LED CM (modo de configuração) está acesso. Se não está acesso, você precisa apertar o botão SET para trocar a chave do CP 343-2 para modo de configuração.

• Cheque se o escravo conectado foi reconhecido. • O LED2 deve ser acesso durante a fase, durante a qual não estão acessos os

LEDs 10+, 20+ e B. • Agora ative o botão SET. Isto armazena a configuração da rede de AS-interface

e possibilita o mestre de AS-interface acessar a rede. Informação adicional: Modo de configuração Este modo é fixo no estado de entrega do CP343-2 (o LED CM está acesso). O modo de configuração é usado para comissionar uma rede AS-Interface. Neste modo, o CLP CP343-2 pode trocar dados com quaisquer dos escravos conectado à linha de AS-Interface. Qualquer acréscimo recente de um escravo é reconhecido imediatamente pelo mestre e incorporado na troca de dados cíclica. Modo protegido Você pode trocar para o modo protegido com o botão SET. Neste modo, o CP343-2 troca só dados com esses escravos que foram configurados. Configurado neste contexto significa que os endereços de escravo e dados de configuração armazenados no CP coincidem com os valores dos escravos correspondentes. Determine os endereços de entrada do Slave 1 do módulo de usuário de AS-Interface. Determine os endereços de saída do Slave 1 do módulo de usuário de AS-Interface. Slave 1 é determinado o endereço 2 na AS-Interface. (observar na tabela 1 que o slave 2 lógico corresponderá ao slave 1 no nosso hardware).


Os status das entradas e saídas dos escravos da AS-Interface são armazenados no mestre CP343-2 da AS-Interface. O endereço inicial para este armazenamento é slot-dependente e será levado para uma tabela de configuração de hardware. A área de armazenamento está na área de dados do periférico. O seguinte está reservado neste caso: Para entrada: PIB 256 – PIB 271 Para saída: PQB 256 – PQB 271

Bit number

7 6 5 4 3 2 1 0 CP 343-2 (AREA DE DADOS DO PERIFÉRICO): PIB/PQB D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0

IN4 IN3 IN2 IN1 IN4 IN3 IN2 IN1

OUT4 OUT3 OUT2 OUT1 OUT4 OUT3 OUT2 OUT1

256 Reserved for diagnostics Slave 01

257 Slave 02 Slave 03














271 Slave 30 Slave 31 Tabela 1 : Armazenamento é para os escravos da AS-Interface no mestre CP343-2 AS-Interface. Porém, a reserva seguinte solicita os endereços na área de dados do periférico. Os endereços não podem ser endereços bit por bit, mas só em word ou modo doube word.


Você precisa transferir a área de armazenamento do mestre AS-Interface a uma área livre da tabela imagem na CPU. Você depois pode ler ou escrever na tabela para acesso a esta área de armazenamento em modo bit. Podem ser achadas informações sobre a distribuição da imagem tabela da CPU na tabela de configuração.

Os endereços seguintes são alocados na tabela de imagem: IB 124 - IB 125 (entradas integradas da CPU 313) QB 124 - QB 125 (saídas integradas da CPU 313) Os endereços seguintes não são alocados e estão livremente disponíveis: IB 0 - IB123 QB 0 - QB 123 Projete decisão: O inputs/outputs dos escravos de AS-Interface serão transferidos à área de armazenamento que se inicia na posição 64 da memória do CLP.

Byte address Bit number

Inputs Outputs CP 343-2 7 6 5 4 3 2 1 0

D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0

IN4 IN3 IN2 IN1 IN4 IN3 IN2 IN1 image table IB

image table QB

Área de dados do periférico: PIB/PQB

OUT4. OUT3. OUT2. OUT1. OUT4. OUT3. OUT2. OUT1.

64 64 256 Reserved for diagnostics Slave 01

65 65 257 Slave 02 Slave 03

66 66 258 Slave 04 Slave 05

67 67 259 Slave 06 Slave 07

68 68 260 Slave 08 Slave 09

69 69 261 Slave 10 Slave 11

70 70 262 Slave 12 Slave 13

71 71 263 Slave 14 Slave 15

72 72 264 Slave 16 Slave 17

73 73 265 Slave 18 Slave 19

74 74 266 Slave 20 Slave 21

75 75 267 Slave 22 Slave 23

76 76 268 Slave 24 Slave 25

77 77 269 Slave 26 Slave 27

78 78 270 Slave 28 Slave 29

79 79 271 Slave 30 Slave 31 Área de armazenamento para o escravo AS-Interface para o CP 343-2. O uso de escravo da AS-Interface no projeto é nomeado para a AS-Interface endereço 2 que é identificado pelo IO código 7H. Neste caso, as quatro linhas de transmissão de dados D0 a D3 são usados ambos como entradas e saídas.


IO code D3 D2 D1 D0 7H I/O I/O I/O I/O

O input/output se dirige dos escravos da AS-interface com o endereço de AS-interface 2 escravo 1 é então: Input 1 (IN1): I65.4 Input 2 (IN2): I65.5 Input 3 (IN3): I65.6 Input 4 (IN4): I65.7

Output 1 (OUT1): Q65.4 Output 2 (OUT2): Q65.5 Output 3 (OUT3): Q65.6 Output 4 (OUT4): Q65.7

Como a troca de dados é programada no programa de PLC? A troca de dados entre o mestre da AS-Interface e seus escravos é executada por um subprograma definido em um bloco de função, o qual é chamado de FC1 (FC_AS_i_Master). Para que o dados do escravo da AS-Interface sejam atualizados a cada ciclo de programa, o bloco de função FC1 (FC_AS_i_Master) deve ser chamada no bloco organizacional OB1. A leitura e escrita de acesso aos dados do periférico deve ser efetuada em word ou modo double word a endereços de input/output.

PID256 ID64

PQD256 QD64


Na folha de trabalho com a tabela de endereçamento, devem ser anotados: O endereço do escravo de AS-Interface utilizado. Os endereços de entrada e saída do escravo da AS-Interface no mestre da AS-Interface. Os endereços de entrada e saída do escravo da AS-Interface na tabela de imagem. Os endereços de entrada e saída das entrada e saída que integraram o CPU313. Criando FC1, onde pega os dados de campo, jogando-os para a memória do CPU, devolvendo-os para periféricos. Duplo clique em “FC1”

Selecione “Network 1”

Na janela de “Program Elements” Duplo Clique em “Move”


Move informações vindas do periférico para CPU.

Menu: Insert > Network Selecione “Network 2” Na janela de “Program Elements” Duplo clique em “Move” Move informações processadas na CPU para o Periférico.

No exemplo acima temos apenas dois elementos, mas deve-se colocar todos os elementos necessários para que todos os 31 escravos possíveis de instalação na rede sejam acessados, mesmo que não estejam presentes na rede, lembrando que a troca de dados pode ser feita em Bytes, Word (2 bytes) ou Double Word (4 bytes). Menu: File > Save; Fechar janela referente ao “FC1”;

PIW256 IW64

IW64 PIW256

PQW256 QW64


Editor de Programas (FC2) É exatamente no bloco de função FC2 onde será escrito o programa efetivo que irá fazer o funcionamento do projeto em questão. A seguir é dado um exemplo sem compromisso com funcionalidade. Duplo clique em “FC2” Menu: Insert > Program Elements Utilize contatos abertos, fechados, contadores, comparadores e temporizadores e faça à lógica. Fazendo uso das entras e saídas dos escravos AS-i, para demonstrar o funcionamento da rede AS-i. Caso haja alguma dúvida a cerca do funcionamento de algum elemento abaixo basta selecioná-lo e clicar F1 para obter sua descrição e funcionamento.

Exemplo de aplicação de contatos, temporizadores (parte de uma lógica).


SIMULAÇÃO O programa de controle do CLP Symatic da Siemens possibilita a simulação do funcionamento do mesmo. A seguir são dadas instruções de como proceder para a simulação do funcionamento de um programa. Menu: Options > Simulate Modules

Ou no ícone “Simulation On/Off”


A seguinte tela irá abrir:

Na Tela do Simulador clique em “Insert” para manipular e monitorar entradas e saídas. “Imput Variable” - Manipular as variáveis de entrada; “Output Variable” – Monitor as variáveis de saída; “Timer” – Monitorar os Temporizadores; “Counter” – Monitorar os Contadores; Deixe o simulador aberto e volte à tela do “SIMATIC Manager” Selecione SIMATIC 300(1) e clique em “Download” ou menu : PLC > Download


Volte na tela do Simulador e Clique em “Run”, para começar a simulação e observar se mudam os estados de entrada observando o resultado esperado na saída. Caso queira acompanhar o funcionamento via lógica ladder, volte à tela “SIMATIC Manager” e Selecione em “Blocks” FC2, abrindo a programação Ladder existente em FC2, para monitorar, menu Debug > Monitor ou no ícone “Monitor”.


DOWNLOAD PARA PLC

Para efetuarmos o Download para o PLC devemos primeiramente certificamos de que o Adaptador MPI está conectado corretamente ao PLC e na porta deseja do Computador, (Ex: Porta COM1), e que o PLC esteja na ligado e na posição “STOP”. Obs.: Neste momento o software de Simulação “S7-PLCSIM” deve estar fechado, caso contrário o processo de carga acontecerá para o CLP virtual de simulação e não o real. Configurando o Adaptador MPI. Na tela do SIMATIC Manager, Menu : Options > Set PG/PC Interface ...

Na tela Set PG/PC Interface, No campo Interface Parameter

Assigment Used, procure PC Adapter

(MPI), caso não encontre, em Interfaces -

Add/Remove na mesma tela, clique em

Select...


Na tela “Installing/Unistalling Interfaces”

Selecione “PC Adapter” depois “Install - >” e para fechar clique em “Close”.

]

Na tela Set PG/PC Interface, no campo Interface Parameter Assigment Used, selecione PC Adapter (MPI), em seguida “Properties...” Certifique-se dos parâmetros abaixo:

Configura parâmetros de comunicação da rede com o Adaptador MPI.

Configura e seleciona a porta local do computador que esta conectado no Adaptador MPI e velocidade de comunicação da porta COM utilizada.

Clique em “OK” para finalizar a configuração.


Na tela do “SIMATIC Manager” Selecione SIMATIC 300(1) e clique em “Download” ou menu : PLC > Download

Acione a chave “Run” do PLC. Acione as entradas conforme previsto no projeto e observe as saídas. Caso queira acompanhar o funcionamento via lógica ladder, na tela “SIMATIC Manager” e selecione em “Blocks” FC2, abrindo a programação Ladder existente em FC2, para monitorar, menu Debug > Monitor ou no ícone “Monitor”.

Offline: Não há comunicação entre PLC e o SIMATIC, clique novamente em Monitor ou certifique-se que o PLC está ligado e os cabos do adaptador MPI estão ligados corretamente. STOP: O PLC está na posição STOP RUN: O PLC está na posição RUN.


DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS:

Unidade de conexão para 24 V digital sinaliza de sensor e atuadores a uma rede de AS-interface. A unidade contém 2 slaves cada com 4 I/Os digitais que são telegrafados a um 24-pin IEEE 488-compliant system connector (SysLink). Conexão com uma unidade de conexão universal (Order no. 162231) permite sensor e atuadores com 4mm safety sockets ser usado.

• Number of slaves: 2 • Inputs: 8 • Outputs: 8 • AS-i connection: 4 x M12 sockets • Digital connection: SysLink connector

(IEEE 488)

AS-Interface I/O connection unit

Cabo de conexão AS-interface entre Marter, Power supply e Slaves. Cada cabo tem um conector M12 AS-i em cada final. Uma conexão adicional é provida, enquanto permitindo conexão de um escravo adicional que usa isolamento perfurando.

AS-Interface cable

Fonte de tensão para componentes de AS-interface.

• Input voltage: 115/230 V AC • Output voltage: 30 V DC • Output current: 2.4 A • AS-i connection: 2 x M12 sockets

.

AS-Interface power supply

• Input voltage: 230/115 V AC (47 - 63 Hz) • Output voltage: 24 V DC, short-circuit-proof • Output current: max. 4.5 A • Dimensions: 115 x 155 x 200 mm

.

Tabletop power supply unit


Adaptador MPI para comunicação PLC / SIMATIC S7. Com cabo RS232 ou cabo USB para Win 2000/XP.

PC adapter

VEEP®2

Cabo para conectar os I/O’s (SysLink) ao EasyPort.

I/O data cable with SysLink connectors (IEEE 488) on both ends, crossover

A unidade de conexão universal conecta toda 4 mm safety plugs with the 24-pin system connector as per IEEE 488 (SysLink). Se torna uma interface universal entre unidades com conectores de 4 mm e dispositivos equipados com conectores de SysLink como por IEEE488: • Conexão para um I/O terminal de uma estação de MPS® por

um cabo de I/O com conectores de SysLink a ambos os finais • Inputs: 3 safety sockets each for 8 three-wire sensors • Outputs: 2 safety sockets each for 8 actuators Connections:

4 mm safety sockets for 24 V DC, SysLink connector (IEEE488)

• I/O status display: Via LED Via LED

Universal connection unit, digital (SysLink)

O S7 EduTrainer® Compact é equipado com a versão compacta das séries do S7-300, o S7-313C com integrado digital e análogo introduz e produções ou o S7-313C-2DP com contribuições digitais integradas e produções como também Profibus-DP ou o S7-314C-2DP com integrado digital e análogo introduz e produções como também Profibus-DP..

• 2 SysLink sockets to IEEE 488 each for 8 digital inputs/outputs • 15-pin Sub-D connector for analogue inputs/outputs (if module

present)

• 4 mm safety sockets for 24 V operating voltage (external power supply unit required)

• MPI interface or additional Profibus-DP interface for CPU S7-313C-2DP/S7-314C-2DP

• AS-interface connection socket (reserved for ASi)

• EMERGENCY-OFF function

SIMATIC S7 EduTrainer® Compact


DIAGRAMA DE MONTAGEM:


Rede PROFIBUS


REDE PROFIBUS: O PROFIBUS é um padrão aberto de rede de comunicação industrial, utilizado em um amplo espectro de aplicações em automação da manufatura, de processos e predial. Sua total independência de fabricantes e sua padronização são garantidas pelas normas EN50170 e EN50254. Com o PROFIBUS, dispositivos de diferentes fabricantes podem comunicar-se sem a necessidade de qualquer adaptação na interface.

O PROFIBUS pode ser usado tanto em aplicações com transmissão de dados em alta velocidade como em tarefas complexas e extensas de comunicação.

Através de seu contínuo esforço de desenvolvimento tecnológico, o PROFIBUS é o sistema de comunicação industrial mais bem preparado para o futuro. A Organização de Usuários PROFIBUS está atualmente trabalhando na implementação de conceitos universais para integração vertical baseada em TCP/IP.

PROFIBUS oferece diferente protocolos de comunicação (Communication Profile): DP e FMS.

De acordo com a aplicação, pode-se utilizar como meio de transmissão (Physical Profile) qualquer um dos seguintes padrões: RS-485, IEC 61158-2 ou Fibra Ótica.

O Perfil da Aplicação (Aplication Profile) define as opções do protocolo e da tecnologia de transmissão requerida nas respectivas áreas de aplicação e para os vários tipos de dispositivos. Estes perfis também definem o comportamento do dispositivo.

PERFIL DE COMUNICAÇÃO (COMMUNICATION PROFILE)

O perfil de comunicação PROFIBUS define como os dados serão transmitidos serialmente através do meio de comunicação.

PROFIBUS-DP - Periferia Descentralizada (Decentralized Periphery)

O DP é o perfil mais freqüentemente utilizado. Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicação entre sistemas de controle de automação e seus respectivos I/O’s distribuídos a nível de dispositivo. O PROFIBUS-DP pode ser usado para substituir a transmissão de sinal em 24 V em sistemas de automação de manufatura assim como para a transmissão de sinais de 4 a 20 mA ou HART em sistemas de automação de processo.

PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)

O PROFIBUS-FMS é o perfil de comunicação universal para tarefas de comunicação complexas. FMS oferece muitas funções sofisticadas de comunicação entre dispositivos inteligentes. No futuro, com o uso do TCP/IP no nível de célula, o FMS terá um papel menos significativo.

PERFIL FÍSICO (PHYSICAL PROFILE)

A aplicação de um sistema de comunicação industrial é amplamente influenciada pela escolha do meio de transmissão disponível. Assim sendo, aos requisitos de uso genérico, tais como alta confiabilidade de transmissão, grandes distâncias a serem cobertas e alta velocidade de transmissão, soma-se as exigências específicas da área automação de processos tais como operação em área classificada, transmissão de dados e


alimentação no mesmo meio físico, etc. Partindo-se do princípio de que não é possível atender a todos estes requisitos com um único meio de transmissão, existem atualmente três tipos físicos de comunicação disponíveis no PROFIBUS:

- RS-485 para uso universal, em especial em sistemas de automação da manufatura;

- IEC 61158-2 para aplicações em sistemas de automação em controle de processo;

- Fibra Ótica para aplicações em sistemas que demandam grande imunidade à interferências e grandes distâncias.

Atualmente, estão sendo feitos desenvolvimentos para uso de componentes comerciais de 10 e 100 Mbit/s como camada física para PROFIBUS.

Links e acopladores são disponíveis para acoplamento entre os vários meios de transmissão. Enquanto o termo Acoplador (Couplers) aplica-se à dispositivos que implementam o protocolo somente no que se refere ao meio físico de transmissão, o termo Link se aplica aos dispositivos inteligentes que oferecem maiores opções na operação entre subredes.

PERFIL DE APLICAÇÃO (APLICATION PROFILE)

O perfil de Aplicação descreve a interação do protocolo de comunicação com o meio de transmissão que está sendo utilizado, além de definir o comportamento do dispositivo durante a comunicação. O mais importante perfil de aplicação PROFIBUS é, atualmente, o perfil PA, que define os parâmetros e blocos de função para dispositivos de automação de processo, tais como transmissores, válvulas e posicionadores.

Existem ainda alguns outros perfis disponíveis, tais como: Acionamentos (Drives), Interface Homem Máquina e Encoders, etc. os quais definem a comunicação e o comportamento destes equipamentos de uma maneira independente do fabricante.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS O PROFIBUS especifica as características técnica e funcionais de um sistema de comunicação industrial, através do qual dispositivos digitais podem se interconectar, desde do nível de campo até o nível de células.

O PROFIBUS é um sistema multi-mestre e permite a operação conjunta de diversos sistemas de automação, engenharia ou visualização, com seus respectivos dispositivos periféricos (por ex. I/O’s). O PROFIBUS diferencia seus dispositivos entre mestres e escravos.

Dispositivos mestres determinam a comunicação de dados no barramento. Um mestre pode enviar mensagens, sem uma requisição externa, sempre que possuir o direito de acesso ao barramento (o token).

Os mestres também são chamados de estações ativas no protocolo PROFIBUS.

Os dispositivos escravos são dispositivos remotos (de periferia), tais como módulos de I/O, válvulas, acionamentos de velocidade variável e transdutores. Eles não têm direito de acesso ao barramento e só podem enviar mensagens ao mestre ou reconhecer mensagens recebidas quando solicitados. Os escravos também são chamados estações passivas. Já que para executar estas funções de comunicação somente um pequena parte do protocolo se faz necessária, sua implementação é particularmente econômica.

ARQUITETURA DO PROTOCOLO

O PROFIBUS é baseado em padrões reconhecidos internacionalmente, sendo sua arquitetura de protocolo orientada ao modelo de referência OSI (Open System Interconnection) conforme o padrão internacional ISO 7498. Neste modelo, a camada 1 (nível físico) define as características físicas de transmissão, a camada 2 (data link layer) define o protocolo de acesso ao meio e a camada 7 (application layer) define as funções de aplicação. A arquitetura do protocolo PROFIBUS é mostrado na figura 4.

O PROFIBUS-DP usa somente as camadas 1 e 2, bem como a interface do usuário. As camadas 3 a 7 nãosão utilizadas. Esta arquitetura simplificada assegura uma transmissão de dados eficiente e rápida. O DirectData Link Mapper (DDLM) proporciona à interface do usuário acesso fácil à camada 2. As funções de aplicação disponíveis ao usuário, assim como o comportamento dos dispositivos e do sistemas dos vários tipos de dispositivos DP, são especificados na Interface do Usuário. No PROFIBUS-FMS as camadas 1, 2 e 7 são de especial importância. A camada de aplicação é composta do FMS (Fieldbus Message Specification) e do LLI (Lower Layer Interface). O FMS define uma ampla seleção de serviços de comunicação mestre-mestre ou mestre-escravo. O LLI define a representação destes serviços FMS no protocolo de transmissão de dados.


MEIO DE TRANSMISSÃO RS-485

O padrão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais freqüentemente encontrada no PROFIBUS. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão aliada à uma instalação simples e barata são necessárias. Um par trançado de cobre blindado (shieldado) com um único par condutor é o suficiente neste caso.

A tecnologia de transmissão RS 485 é muito fácil de manusear. O uso de par trançado não requer nenhum conhecimento ou habilidade especial. A topologia por sua vez permite a adição e remoção de estações, bem como uma colocação em funcionamento do tipo passo-a-passo, sem afetar outras estações.

Expansões futuras, portanto, podem ser implementadas sem afetar as estações já em operação.

Taxas de transmissão entre 9.6 kbit/sec e 12 Mbit/sec podem ser selecionadas, porém uma única taxa de transmissão é selecionada para todos dispositivos no barramento, quando o sistema é inicializado.

Instruções de instalação para o RS-485

Todos os dispositivos são ligados à uma estrutura de tipo barramento linear. Até 32 estações (mestres ou escravos) podem ser conectados à um único segmento. O barramento é terminado por um terminador ativo do barramento no início e fim de cada segmento (Veja Figura 5). Para assegurar uma operação livre de erros, ambas as terminações do barramento devem estar sempre ativas. Normalmente estes terminadores encontram-se nos próprios conectores de barramento ou nos dispositivos de campo, acessíveis através de uma dip-switch. No caso em que mais que 32 estações necessitem ser conectadas ou no caso que a distância total entre as estações ultrapasse um determinado limite, devem ser utilizados repetidores (repeaters) para se interconectar diferentes segmentos do barramento.

O comprimento máximo do cabo depende da velocidade de transmissão (Veja Tabela 2). As especificações de comprimento de cabo na Tabela 2, são baseadas em cabo Tipo-A, com o seguintes parâmetros:

- Impedância: 135 a 165 Ohms

- Capacidade: < 30 pf/m

- Resistência: 110 Ohms/km

- Medida do cabo: 0.64mm

- Área do condutor: > 0.34mm²


Os cabos PROFIBUS são oferecidos por vários fabricantes. Uma característica particular é o sistema deconexão rápida. O uso de cabos do tipo B, ao contrário do que anteriormente divulgado, não é mais recomendado.

Durante a instalação, observe atentamente a polaridade dos sinais de dados (A e B). O uso da blindagem é absolutamente essencial para se obter alta imunidade contra interferências eletromagnéticas. A blindagem por sua vez deve ser conectada ao sistema de aterramento em ambos os lados através de bornes de aterramento adequados. Adicionalmente recomenda-se que os cabos de comunicação sejam mantidos separados dos cabos de alta voltagem. O uso de cabos de derivação deve ser evitados para taxas de transmissão acima de 1,5Mbits/s. Os conectores disponíveis no mercado hoje permitem que o cabo do barramento entre/saia diretamente no conector, permitindo assim que um dispositivo seja conectado/desconectado da rede sem interromper a comunicação.

Nota-se que quando problemas ocorrem em uma rede PROFIBUS, cerca de 90% dos casos são provocados por incorreta ligação e/ou instalação. Estes problemas podem ser facilmente solucionados com o uso de equipamentos de teste, os quais detectam falhas nas conexões.

Para a conexão em locais com grau de proteção IP20, utiliza-se conectores tipo DB9 (9 pinos). A definição da pinagem e esquema de ligação é mostrada na figura 5.

Já no caso de grau de proteção IP65/76, existem 3 alternativas para a conexão:

- Conector circular M12 (IEC 947-5-2)

- Conector HAN-BRID, conforme recomendação DESINA

- Conector híbrido SIEMENS


MEIO DE TRANSMISSÃO IEC-61158-2

Transmissão síncrona em conformidade à norma IEC 61158-2, com uma taxa de transmissão definida em 21,25 Kbuts/s, veio atender aos requisitos das indústrias químicas e petroquímicas. Permite, além de segurança intrínseca, que os dispositivos de campo sejam energizados pelo próprio barramento. Assim, o PROFIBUS pode ser utilizado em áreas classificadas. As opções e limites do PROFIBUS com tecnologia de transmissão IEC61158-2 para uso em áreas potencialmente explosivas são definidas pelo modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). O modelo FISCO foi desenvolvido pelo instituto alemão PTB - Physikalisch Technische Bundesanstalt (Instituto Tecnológico de Física) e é hoje internacionalmente reconhecida como o modelo básico para barramentos em áreas classificadas.

A transmissão é baseada no seguintes princípios, e é freqüentemente referida como H1

- cada segmento possui somente uma fonte de energia, a fonte de alimentação;

- alimentação não é fornecida ao bus enquanto uma estação está enviando

- os dispositivos de campo consomem uma corrente básica constante quando em estado de repouso

- os dispositivos de campo agem como consumidores passivos de corrente (sink)

- uma terminação passiva de linha é necessária, em ambos fins da linha principal do barramento

- topologia linear, árvore e estrela são permitidas.

No caso da modulação, supõe-se que uma corrente básica de pelo menos 10 mA consumida por cada dispositivo no barramento. Através da energização do barramento, esta corrente alimenta os dispositivos de campo. Os sinais de comunicação são então gerados pelo dispositivo que os envia, por modulação de + /- 9 mA, sobre a corrente básica.

Para se operar uma rede PROFIBUS em área classificada é necessário que todos os componentes utilizados na área classificada sejam aprovados e certificados de acordo com o modelo FISCO e IEC 61158-2 por organismos


certificadores autorizadas tais como PTB, BVS (Alemanha), UL, FM (EUA). Setodos os componentes utilizados forem certificados e se as regras para seleção da fonte de alimentação, comprimento de cabo e terminadores forem observadas, então nenhum tipo de aprovação adicional do sistema será requerida para o comissionamento da rede PROFIBUS.

Instruções de instalação para o IEC-61158

Na sala de controle normalmente estão localizados o sistema de controle de processo, bem como dispositivos de monitoração e operação interconectados através do padrão RS485. No campo, acopladores (couplers) ou links adaptam os sinais do segmento RS485 aos sinais do segmento IEC 61158-2. Eles também fornecem a corrente para alimentação remota dos dispositivos de campo. A fonte de alimentação limita a corrente e tensão no segmento IEC 61158-2.

Acopladores de segmento, os Couplers, são conversores de sinal que adaptam os sinais RS-485 ao nível do sinal IEC 61158-2. Do ponto de vista do protocolo os acopladores são transparentes. Se acopladores de segmento são utilizados, a velocidade do segmento RS-485 ficará limitada em no máximo 93,75 Kbit/s.

Links, por sua vez, possuem sua própria inteligência intrínseca. Eles tornam todos os dispositivos conectados ao segmento IEC 61158-2 em um único dispositivo escravo no segmento RS-485. Neste caso não existe limitação de velocidade no segmento RS-485 o que significa que é possível implementar redes rápidas, por exemplo, para funções de controle, incluindo dispositivos de campo conectados em IEC 61158- 2.

Na rede PROFIBUS-PA são possíveis estruturas tanto de árvore como linha, ou uma combinação dos dois.

Veja Figura 7. A combinação geralmente otimiza o comprimento do bus e permite a adaptação de um sistema eventualmente existente.

Em um estrutura linear, as estações são conectadas ao cabo principal através de conectores do tipo T. A estrutura em árvore pode ser comparada à técnica clássica de instalação em campo. O cabo multivias pode ser substituído pelo par trançado do barramento. O painel de distribuição continua a ser utilizado para a conexão dos dispositivos de campo e para a instalação dos terminadores de barramento. Quando uma estrutura em árvore é utilizada, todos os dispositivos de campo conectados ao segmento de rede são interligados em paralelo ao distribuidor.


Independente da topologia utilizada, o comprimento da derivação da ligação deverá ser considerado no cálculo do comprimento total do segmento. Uma derivação não deve ultrapassar 30m em aplicações intrinsecamente seguras.

Um par de fios blindados é utilizado como meio de transmissão (veja fig 7). Ambas as terminações do cabo principal do barramento devem ser equipados com um terminador passivo de linha, que consiste num elemento RC em série com R=100 Ohms e C=1 µF. Tanto os couplers quanto os links possuem o terminador de barramento integrados. Uma ligação com a polaridade invertida no barramento não afetará o correto funcionamento do mesmo, já que os dispositivos de campo são equipados com sistemas automáticos de detecção de polaridade.

O número de estações que pode ser conectado à um segmento é limitado a 32. Este número pode ser ainda mais reduzido em função do tipo de classe de proteção à explosão. Em redes intrinsecamente seguras, tanto a tensão máxima quanto a corrente máxima de alimentação são especificadas dentro de limites claramente definidos. Observe que mesmo nos casos que a segurança intrínseca não é utilizada, a potência da fonte de alimentação é limitada.

De modo geral, para determinar o comprimento máximo da linha, calcula-se a corrente consumida pelos dispositivos de campo, seleciona-se uma unidade de alimentação, conforme tabela 5, e determina-se o comprimento de linha para o tipo de cabo selecionado conforme tabela 6. A corrente necessária é obtida da soma das correntes básicas dos dispositivos de campo do segmento selecionado, somada à uma reserva de corrente de 9 mA por segmento, destinado para a operação do FDE (Equipamento de desconexão por falha). O FDE evita que dispositivos defeituosos bloqueiem o barramento permanentemente.

A conexão em um barramento intrinsecamente seguro de dispositivos auto-alimentados pelo barramento e dispositivos alimentados externamente é possível, se os dispositivos alimentados externamente forem equipados com isolamento apropriado de acordo com EN 50 020. Deve ser considerada entretanto, no cálculo da corrente total, a corrente que o dispositivo com alimentação externa consome do barramento.

MEIO DE TRANSMISSÃO COM FIBRA ÓTICA

Fibra ótica pode ser utilizada pelo PROFIBUS para aplicações em ambientes com alta interferência electromagnética ou mesmo com o objetivo de aumentar o comprimento máximo com taxas de transmissão elevadas. Vários tipos de fibra estão disponíveis, com diferentes características, tais como, distância máxima, preço e aplicação. Para uma rápida descrição, consulte tabela 7.

Os segmentos PROFIBUS que utilizam fibra normalmente são em estrela ou em anel. Alguns fabricantes de componentes para fibra ótica permitem o uso de links redundantes com meios físico alternativo, cuja transferência é automática quando ocorre uma falha.


Diversos fabricantes oferecem conectores especiais com conversor integrado de sinais RS485 para fibra ótica e vice-versa. Isto proporciona um método muito simples de troca entre transmissão RS 485 e fibra ótica dentro de um sistema.

PROTOCOLO DE ACESSO AO MEIO PROFIBUS

Os perfis de comunicação PROFIBUS (Communication Profiles) usam um protocolo uniforme de acesso ao meio. Este protocolo é implementado pela camada 2 do modelo de referência da OSI. Isto inclui também a segurança de dados e a manipulação do protocolos de transmissão e mensagens.

No PROFIBUS a camada 2 é chamada Fieldbus Data Link (FDL). O Controle de Acesso ao meio (MAC) especifica o procedimento quando uma estação tem a permissão para transmitir dados. O MAC deve assegurar que uma única estação tem direito de transmitir dados em um determinado momento. O protocolo do PROFIBUS foi projetado para atender os dois requisitos básicos do Controle de Acesso ao Meio:

- Durante a comunicação entre sistemas complexos de automação (mestres), deve ser assegurado que cada uma destas estações detém tempo suficiente para executar suas tarefas de comunicação dentro de um intervalo definido e preciso de tempo.

- Por outro lado, a transmissão cíclica de dados em tempo real deverá ser implementada tão rápida e simples quanto possível para a comunicação entre um controlador programável complexo e seus próprios dispositivos de I/O’s (escravos).

Portanto, o protocolo PROFIBUS de acesso ao barramento (Figura 8) inclui o procedimento de passagem do Token, que é utilizado pelas estações ativas da rede (mestres) para comunicar-se uns com os outros, e o procedimento de mestre-escravo que é usado por estações ativas para se comunicarem com as estações passivas (escravos).

O procedimento de passagem do Token garante que o direito de acesso ao barramento (o token) é designado a cada mestre dentro de um intervalo preciso de tempo. A mensagem de Token, um telegrama especial para passar direitos de acesso de um mestre ao próximo mestre, deve ser distribuída no anel lógico de Token pelo menos uma vez a todos mestres dentro de um intervalo de tempo máximo denominado tempo de rotação do Token. No PROFIBUS o procedimento de passagem de Token somente é utilizado na comunicação entre estações ativas (mestres).

O procedimento mestre-escravo permite ao mestre que no momento possui o Token acessar seus próprios escravos. O mestre pode enviar mensagens aos escravos ou ler mensagens dos escravos. Este método de acesso permite as seguintes configurações de sistema:


- sistema puro mestre-escravo - sistema puro mestre-mestre (com passagem de token) - uma combinação dos dois A figura 8 mostra uma configuração PROFIBUS com três estações ativas (mestres) e sete estações passivas (escravos). Os três mestres formam um anel lógico de Token. No momento que uma estação ativa recebe o telegrama de Token passa a executar seu papel de mestre durante um determinado período de tempo. Durante este tempo, pode comunicar-se com todas estações escravas num relacionamento de comunicação de mestre-escravo e com todas estações mestres num relacionamento mestre-mestre de comunicação.

Um anel de Token é a corrente organizacional de estações ativas que forma um anel lógico baseado em seus endereços de estação. Neste anel, o Token (direito de acesso a rede) é passado de um mestre ao próximo numa ordem especificada (endereços crescentes).

Na fase de inicialização do sistema, a tarefa do controle de acesso (MAC) das estações ativas é captar esta designação lógica e estabelecer o anel de Token. Na fase operacional, estações ativas defeituosas ou fora de operação são removidas do anel e novas estações ativas podem ser adicionadas ao anel. Além disto, o controle de acesso assegura que o Token seja passado de um mestre ao próximo em ordem crescente de endereços. O tempo de retenção do Token por um mestre depende do tempo de rotação de Token configurado. A detecção de defeitos no meio de transmissão ou no receptor, assim como detecção de erros de endereçamento (por ex.: endereços duplicados) ou na passagem do token (por ex.: múltiplos ou tokens ou perda do token) são funções do Controle de Acesso ao Meio (MAC) do PROFIBUS.

Outra tarefa importante de camada 2 é a segurança de dados. A camada 2 do PROFIBUS formata frames que asseguram a alta integridade de dados. Todos os telegramas têm Hamming Distance HD=4, alcançada através do uso de telegramas especiais delimitadores de início/fim, bit de paridade e byte de check, conforme norma IEC 870-5-1.

A camada 2 do PROFIBUS opera num modo denominado “sem conexão”. Além de transmissão de dados ponto-a-ponto, proporciona também comunicações do tipo multi-ponto (Broadcast e Multicast).

Comunicação Broadcast significa que uma estação ativa envia uma mensagem sem confirmação a todos outras estações (mestres e escravos).

Comunicação Multicast significa que uma estação ativa envia uma mensagem sem confirmação a um grupo de estações pré-determinadas (mestres e escravos).

Cada perfil de comunicação PROFIBUS utiliza um subset específico dos servi ços da camada 2 (veja tabela 8). Os serviços são acionados por camadas mais elevadas via pontos de acesso de serviço (SAP’s). No PROFIBUS-FMS estes pontos de acesso de serviço são utilizados para endereçar os relacionamentos lógicos de comunicação. No PROFIBUS-DP a cada função definida é associado um ponto de acesso de serviço. Vários pontos de acesso de serviço podem ser usados simultaneamente por todas estações passivas e ativas. Uma distinção é feita entre fonte (SSAP – Source) e destino dos pontos de acesso de serviço (DSAP - Destiny).

PERFIL DE COMUNICAÇÃO DP O PROFIBUS-DP foi projetado para comunicação de dados em alta velocidade no nível de dispositivo. Os controladores centrais (por exemplo:, PLCs/PCs) comunicam com seus dispositivos de campo distribuídos: (I/O’s), acionamentos (drivers), válvulas, etc., via um link serial de alta velocidade.

A maior parte desta comunicação de dados com os dispositivos distribuídos é feita de uma maneira cíclica.

As funções necessárias para estas comunicações são especificadas pelas funções básicas do ROFIBUSDP, conforme EN 50 170. Além da execução destas funções cíclicas, funções de comunicação são cíclicas estão disponíveis especialmente para dispositivos de campo inteligentes, permitindo assim configuração, diagnóstico e


manipulação de alarmes. Estas novas funções não cíclicas são definidas na diretriz PROFIBUS No. 2.042 e são descritos no capítulo Funções DP Estendidas.

FUNÇÕES BÁSICAS

O controlador central (mestre) lê ciclicamente a informação de entrada dos escravos e escreve também ciclicamente a informação de saída nos escravos. O tempo de ciclo do bus é geralmente mais curto que o tempo de ciclo do programa do PLC, que em muitas aplicações é em torno de 10 ms. Além da transmissão cíclica de dados de usuário, PROFIBUS-DP proporciona funções poderosas de diagnóstico e configuração.

A comunicação de dados é controlada por funções de monitoração tanto no mestre, como no escravo.

A tabela 9 proporciona um resumo das funções básicas do PROFIBUS-DP.

Tecnologia de transmissão

RS-485 (par trançado cabo de dois fio) ou Fibra Ótica

Baudrate: 9.6 kbit/sec a 12 Mbit/sec

Acesso ao Bus

Procedimento de passagem de token entre mestres e procedimento de mestre-escravo para escravos

Possível sistemas mono-mestre ou multi-mestre

Dispositivos mestre e escravo, máximo de 126 estações em um barramento de comunicação

Comunicação

Peer-to-peer (transmissão de dados de usuário) ou Multicast (comandos de controle)

Transmissão de dados do usuário mestre-escravo cíclica e transmissão de dados não cíclica mestremestre

Modos de Operação

Operate: Transmissão cíclica de entrada e saída de dados

Clear: Entradas são lidas, e saídas são mantidas em estado seguro.

Stop: Transmissão de dados só é possível em mestre-mestre

Sincronização

Comandos de controle permitem sincronização de entradas e saídas

Sync mode: Saídas são sincronizadas

Freeze mode (modo de congelamento): Entradas são sincronizadas.

Funcionalidade

Transmissão de dados cíclica entre mestre DP e escravo(s) DP

Ativação ou desativação dinâmica de escravos individualmente

Verificação da configuração do escravo DP

Poderosas funções de diagnóstico, 3 níveis hierárquicos de mensagens de diagnósticos

Sincronização de entradas e/ou saídas

Designação de endereços para escravos DP via o barramento

Configuração de mestre DP (DPM1) sobre o bus

Máximo de 246 bytes de entrada e saída por escravo DP

Funções de segurança e proteção

Todas mensagens são transmitidas com Hamming distance HD=4

Watchdog timer no escravo DP

Proteção de acesso para I/O dos escravos DP

Monitoração da transmissão de dados com temporizador configurável pelo Mestre

Tipos de dispositivos

Class-2 DP master (DPM2) : programação/configuração/DP diagnóstico de dispositivos

Class-1 DP master (DPM1) : controlador programável central tais como PLCs, PCs, etc.

DP slave: dispositivo com I/O binário ou analógico, drivers, válvulas, etc.

Tabela 9: Funções básicas do PROFIBUS-DP

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS


Somente uma alta velocidade de transferência de dados não é um critério suficiente para o sucesso de um sistema de comunicação de dados. Instalação e manutenção simples, uma boa capacidade de diagnóstico e uma de transmissão de dados segura e livre de erros são também importantes para o usuário. O PROFIBUS-DP representa a combinação ótima destas características.

VELOCIDADE

O PROFIBUS-DP requer aproximadamente 1 ms a 12 Mbit/sec para a transmissão de 512 bits de dados de entrada e 512 bits de dados de saída distribuídos em 32 estações. A figura 7 mostra o tempo típico de transmissão do PROFIBUS-DP em função do número de estações e da velocidade de transmissão. O significativo aumento da velocidade em comparação com o PROFIBUS-FMS deve-se principalmente ao uso do serviço SRD (Envia e Recebe Dados) da camada 2 para transmissão de entrada/saída de dados num único ciclo de mensagem.

FUNÇÕES DE DIAGNÓSTICO

As várias funções de diagnósticos do PROFIBUS-DP permitem a rápida localização de falhas. As mensagens de diagnósticos são transmitidas ao barramento e coletadas no mestre. Estas mensagens são divididas em três níveis:

Diagnósticos de Estação: estas mensagens ocupam-se com o estado operacional geral da estação (por exemplo: alta temperatura ou baixa tensão).

Diagnósticos de Módulo: estas mensagens indicam que existe uma falha em um I/O específico (por ex.: o bit 7 do módulo de saída) de uma estação.

Diagnósticos de Canal: estas mensagens indicam um erro em um bit de I/O (por ex.: curto-circuito na saída 7).

CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA E TIPOS DE DISPOSITIVOS

O PROFIBUS DP permite sistemas mono e multi-mestre oferecendo um alto grau de flexibilidade na configuração do sistema. Até 126 dispositivos (mestres ou escravos) podem ser ligados a um barramento.

Sua configuração consiste na definição do número de estações, dos endereços das estações e de seus I/O’s, do formato dos dados de I/O, do formato das mensagens de diagnóstico e os parâmetros de barramento. Cada sistema de PROFIBUS-DP pode conter três tipos de dispositivos diferentes:

Classe-1 DP MASTER é um controlador central que troca informação com as estações descentralizadas (por ex.: DP slaves) dentro de um ciclo de mensagem especificado. Dispositivos mestres típicos incluem controladores programáveis (PLCs) e PC ou sistemas VME.

Classe-2 DP MASTER são terminais de engenharia, programadores, dispositivos de configurações ou painéis de operação. São utilizados durante o comissionamento para configuração do sistema DP e também para a manutenção e diagnóstico do barramento e/ou de seus dispositivos.

Um DP SLAVE é um dispositivo periférico (dispositivos de I/O, drivers, IHM, válvulas, etc.) que coleta informações de entrada e enviam informações de saída ao controlador . Pode haver dispositivos que possuem somente informações de entrada e outros com somente informações de saída A quantidade de informação de I/O depende do tipo de dispositivo. Um máximo de 246 bytes de entrada e 246 bytes de saída são permitidos.


Em sistemas mono-master somente um mestre é ativo no barramento durante a fase de operação da rede. A figura10 mostra a configuração de um sistema mono-master. O PLC é o controlador central, sendo os DP-escravos distribuídos conectados à ele via o barramento. Sistemas Mono-master possuem tempo de ciclo curtíssimo.

Em configurações multi-master vários mestres são ligados a um único barramento. Estes mestres são sub-sistemas independentes, cada um consistindo em um mestre DPM1 e seus respectivos escravos DP, opcionalmente com dispositivos de configuração e diagnóstico adicionais. A imagem de entrada e saída dos escravos de DP podem ser lidas por todo os mestres DP. Entretanto, somente um único mestre DP (por ex.:o DPM1 designado durante configuração) poderá escrever em uma saída. Naturalmente sistemas multimestres possuem um tempo de ciclo mais longo que sistemas Mono-Mestre.

COMPORTAMENTO DO SISTEMA

A especificação do PROFIBUS DP inclui uma detalhada descrição do comportamento do sistema para garantir a intercambiabilidade dos dispositivos. O comportamento de sistema é determinado principalmente pelo estado de operação do DPM1.

DPM1 pode ser controlado localmente ou via o bus pelo dispositivo de configuração. Há três estados principais:

STOP: neste estado, nenhuma transmissão de dado entre o DPM1 e os escravos DP ocorre.

CLEAR: neste estado, o DPM1 lê a informação de entrada dos escravos DP e retém as saídas no estado de segurança.

OPERATE: neste estado, o DPM1 está na fase de transferência de dados. Numa comunicação cíclica de dados, as entradas dos escravos DP são lidas, e as saídas são escritas nos escravos DP.

O DPM1 envia ciclicamente, em um intervalo de tempo determinado e configurável, seu estado atual à todos os escravos DP associados através do comando denominado Multicast.

Já a reação do sistema à um erro durante a fase de transferência de dados para o DPM1 (por ex.: falha de um escravo DP) é determinado pelo parâmetro de configuração auto-clear. Se este parâmetro está ativo (=1), o DPM1 altera todas as saídas do escravo DP defeituoso para um estado seguro, assim que tenha detectado que este escravo não está respondendo suas requisições. O DPM1 muda então para o estado CLEAR. No outro caso, isto é, se este parâmetro não está ativo (=0), o DPM1 permanece no estado OPERATE mesmo quando uma falha ocorre, e o usuário então deve programar a reação do sistema, por exemplo, através do software aplicativo.

TRANSMISSÃO CÍCLICA DE DADOS ENTRE O DPM1 E OS ESCRAVOS DP

A transmissão de dados entre o DPM1 e os escravos DP associados a ele é executado automaticamente pelo DPM1 em uma ordem definida, que repete-se. Quando configurando o sistema, o usuário especifica a associação de um escravo DP ao DPM1 e quais escravos DP serão incluídos ou excluídos da transmissão cíclica de dados do usuário.

A transmissão de dados entre o DPM1 e os escravos DP é dividida em três fases: parametrização, configuração e transferência de dados. Durante as fases de configuração e parametrização de um Escravo- DP, sua configuração real é comparada com a configuração projetada no DPM1. Somente se corresponderem é que o Escravo-DP passará para a fase de transmissão de dados. Assim, todos os parâmetros de configuração, tais como tipo de dispositivo, formato e comprimento de dados, número de entradas e saídas, etc. devem


corresponder à configuração real. Estes testes proporcionam ao usuário uma proteção confiável contra erros de parametrização. Além da transmissão de dados, que é executada automaticamente pelo DPM1, uma nova parametrização pode ser enviada à um Escravo-DP sempre que necessário.

MODO SYNC E FREEZE

Além da transferência de dados com as estações associadas, executada automaticamente pelo DPM1, o mestre pode enviar também comandos de controle a um único escravo, para um grupo de escravos ou todos escravos simultaneamente. Estes comandos são transmitidos como comandos Multicast. Eles possibilitam o uso dos modos sync e freeze para a sincronização de eventos nos escravos de DP.

Os escravos iniciam o modo sincronizado (sync) quando recebem um comando sync de seu mestre. Assim, as saídas de todos escravos endereçados são congeladas em seus estados atuais. Durante as transmissões de dados subsequentes os dados de saída são armazenados nos escravos, mas os estados de saída (física) do escravo permanecem inalterados. Os dados armazenados de saída não são enviados às saídas até que o próximo comando de sync seja recebido. O modo de Sync é concluído com o comando de unsync.

De modo semelhante, o comando de controle de congelamento (freeze) força os escravos endereçados a assumirem o modo freeze. Neste modo de operação os estados das entradas são congelados com o valor atual. Os dados de entrada não são atualizados novamente até que o mestre envie o próximo comando de freeze. O modo freeze é concluído com o comando de unfreeze.

MECANISMOS DE PROTEÇÃO

A segurança e confiabilidade se faz necessário para proporcionar ao PROFIBUS-DP funções eficientes de proteção contra erros de parametrização ou erros do equipamento de transmissão. Para se obter isto, um mecanismo de monitoração de tempo está implementado tanto no mestre DP quanto nos escravos DP. O intervalo de tempo é especificado durante configuração.

No Mestre-DP:

O DPM1 monitora a transmissão de dados dos escravos com o Data_Control_Timer. Um temporizador de controle independente para cada escravo. Este temporizador expira quando a correta transmissão de dados não ocorre dentro do intervalo de monitoração. O usuário é informado quando isto acontece. Se a reação automática de erro (Auto_Clear = True) estiver habilitada, o DPM1 sai do estado OPERATE, altera as saídas de todos escravos endereçado para o estado de segurança (fail-safe) e muda o seu estado para CLEAR.

No Escravo-DP

O escravo usa o controle de watchdog para detectar falhas do mestre ou na linha de transmissão. Se nenhuma comunicação com o mestre ocorre dentro do intervalo de controle de watchdog, o escravo automaticamente muda suas saídas para o estado de segurança (fail-safe). Adicionalmente, proteção de acesso é requerida para as entradas e saídas dos escravos DP que operam em sistemas multi-mestres. Isto assegura que o direito de acesso só pode ser executado pelo mestre autorizado. Para todos outros mestres, os escravos oferecem uma imagem de suas entradas e saídas que podem ser lidas de qualquer mestre, sem direito de acesso.

FUNÇÕES ESTENDIDAS DO PROFIBUS DP

As funções estendidas do PROFIBUS-DP torna-o possível transmitir funções acíclicas de leitura e escrita, bem como alarmes entre mestre e escravos, independente da comunicação cíclica de dados. Isto permite, por exemplo, a utilização de um Terminal de Engenharia (DPM2) para a otimização dos parâmetros de um dispositivo (escravo) ou para se obter o valor do status de um dispositivo, sem perturbar a operação do sistema.


Com estas funções estendidas, o PROFIBUS-DP atende os requisitos de dispositivos complexos que freqüentemente têm que ser parametrizados durante a operação da rede. Hoje em dia, as funções estendidas do PROFIBUS-DP são principalmente utilizadas na operação online dos dispositivos de campo em PROFIBUS-PA através de Terminais de Engenharia. A transmissão dos dados acíclicos é executada com uma baixa prioridade, paralelamente a transferência cíclica de dados. O mestre requer algum tempo adicional para executar os serviços de comunicação acíclico. Para permitir isto, a ferramenta de parametrização normalmente aumenta o tempo de circulação do token o suficiente para dar ao mestre a chance de executar não somente as comunicações cíclica de dados mas também tarefas acíclicas.

Estas funções são opcionais, porém compatíveis com as funções básicas do PROFIBUS-DP. Dispositivos existentes que não necessitam ou não queiram utilizar estas novas funções continuam a ser utilizados, já que estas funções são complementares às funções básica existentes. As extensões do PROFIBUS-DP são especificadas na diretriz técnica de PROFIBUS No. 2.082.

ENDEREÇAMENTO COM SLOT E INDEX

Ao se endereçar os dados no PROFIBUS supõe-se que os escravos estejam montados como um bloco físico, ou que possam ser estruturados internamente em unidades de função lógicas, chamados de módulos. Este modelo também é usado nas funções básicas do PROFIBUS-DP para transmissão cíclica de dados, onde cada módulo tem um número constante de bytes de entrada e/ou saída que são transmitidos, sempre em uma mesma posição no telegrama de dados do usuário. O procedimento de endereçamento é baseado em identificadores que caracterizam o tipo do módulo, tal como entrada, saída ou uma combinação de ambos. Todo identificadores juntos resultam na configuração do escravo, que também é verificada pelo DPM1 quando o sistema inicializa.

Os serviços acíclicos também são baseados neste modelo. Todos blocos de dados habilitados para acessos e leitura e escrita também são considerados pertencentes aos módulos. Estes blocos podem ser endereçados por um número de slot (ranhura) e ïndex (índice). O número de slot endereça o módulo, e o index endereça o bloco de dados pertencente à um módulo. Cada bloco de dados pode ter um tamanho de até 244 bytes, ver Fig. 12. Com dispositivos modulares, o número de slot é designado aos módulos.

Iniciando com 1, os módulos são numerados consecutivamente em ordem crescente. O slot número 0 é atribuído ao próprio dispositivo. Dispositivos compactos são tratados como uma unidade de módulo virtual.

Usando a especificação de comprimento na requisição de leitura e escrita, é também possível ler ou escrever partes de um bloco de dados. Se acesso aos blocos de dados for bem sucedido, o escravo responde a leitura ou escrita positivamente. Se o acesso não for bem sucedido, o escravo dá uma resposta negativa com a qual é possível identificar o erro ou problema.

TRANSMISSÃO ACÍCLICA DE DADOS ENTRE UM DPM1 E OS ESCRAVOS

As seguintes funções são disponíveis para comunicação acíclica de dados entre um mestre (DPM1) e os escravos.


MSAC1_Read: o mestre lê um bloco de dados de um escravo.

MSAC1_Write: o mestre escreve um bloco de dados de um escravo.

MSAC1_Alarm: transmissão de um alarme do escravo para o mestre. A confirmação de um alarme é explicitamente reconhecida pelo mestre. Somente após o reconhecimento ter sido recebido, é que o escravo capaz de enviar uma nova mensagem de alarme. Isto significa, que um alarme nunca pode ser sobrescrito.

MSAC1_Alarm_Acknowledge: o mestre envia um mensagem de reconhecimento para o escravo que enviou um alarme.

MSAC1_Status: transmissão de uma mensagem de estado do escravo para o mestre. Não haverá mensagem de reconhecimento do envio. As mensagens de estado, portanto, podem ser sobrescritas. Os dados são transferidos através de uma conexão. Esta conexão é estabelecida pelo DPM1. Esta função só pode ser usada por um mestre que tem também parametrizado e configurado o escravo em questão.

TRANSMISSÃO ACÍCLICA DE DADOS ENTRE UM DPM2 E ESCRAVOS

As seguintes funções são disponíveis para comunicação acíclica de dados entre um Terminal de Engenharia (DPM2) e escravos.

MSAC2_Initiate e MSAC_Abort: estabelece e encerra uma conexão para comunicação de dados acíclicos entre um DPM2 e um escravo.

MSAC2_Read: o mestre lê um bloco de dados de um escravo.

MSAC2_Write: o mestre escreve um bloco de dados de um escravo.

MSAC2_Data_Transport: com este serviço, o mestre pode escrever dados aciclicamente em um escravo e se necessário, também ler dados de um escravo no mesmo ciclo de serviço. O significado dos dados é específico da aplicação e definido nos perfis.

A conexão é denominada MSAC_2 e é estabelecida antes do início da comunicação de dados acíclica pelo DPM2 através do serviço MSAC2_Initiate. Após isto, a conexão está liberada para os serviços:

MSAC2_Write, MSAC2_Read e MSAC2_Data_Transport. Quando uma conexão não é mais necessária, ela é desconectada pelo mestre através do serviço MSAC2_Abort. É possível para um mestre manter várias conexões ativas ao mesmo tempo. O número de conexões que pode ser mantida ativa ao mesmo tempo é limitada pelos recursos disponíveis nos escravos e varia em função do tipo de dispositivo.

A transmissão de dados acíclica é efetuada numa seqüência predefinida, que será descrita à seguir, com a ajuda do serviço MSAC2_Read.

Primeiro o mestre envia uma requisição MSAC2_Read para o escravo; nesta requisição os dados necessários são endereçados usando número de slot e index. Após esta requisição ser recebida, o escravo tem a oportunidade de produzir os dados solicitados. O mestre então envia telegramas regulares para coletar os dados solicitados dos escravos. O escravo responde aos telegramas do mestre com um breve reconhecimento sem dados, até ele ter processado os dados. A próxima requisição do mestre é então respondida com uma resposta MSAC2_Read, com a qual os dados são transmitidos ao mestre. A transmissão de dados é monitorada por tempo.

O intervalo de monitoração é especificado com o serviço DDLM_Initiate quando a conexão é estabelecida. Se o monitor de conexão detecta uma falha, automaticamente a conexão é desfeita tanto no mestre quanto no escravo. A conexão poderá ser estabelecida novamente ou utilizada por um outro parceiro. São reservados para as conexões MSAC2_C2 os pontos de acesso 40 a 48 nos escravos e 50 no DPM2.

PERFIL DE COMUNICAÇÃO FMS O perfil de comunicação FMS foi projetado para a comunicação no nível de células. Neste nível, controladores programáveis (CLP’s ou PC’s) comunicam-se uns com outros. Nesta área de aplicação, mais importante que um sistema com tempos de reação rápida é um sistema com uma diversidade grande de funções disponíveis.

A camada de aplicação (7) do FMS é composta das seguintes partes:

- FMS: Fieldbus Message Specification e

- LLI: Lower Layer Interface

O modelo de comunicação PROFIBUS FMS possibilita que aplicações distribuídas sejam unificadas em um processo comum através do uso de relacionamentos de comunicação. A parte da aplicação situada no


dispositivo de campo que pode ser acessada via comunicação é denominada de dispositivo virtual de campo (VFD – virtual field device). A figura 13 mostra a relação entre um dispositivo real e virtual. Neste exemplo somente determinadas variáveis (isto é, número de unidades, taxa de falhas e paradas) são parte do dispositivo de campo virtual e podem ser acessadas via uma relação de comunicação. As variáveis “valor desejado” (setpoint) e “receita” (recipe) não estão disponíveis neste caso.

Todos os objetos de comunicação de um dispositivo FMS são registrado em um dicionário de objetos (OD). O dicionário contém descrição, estrutura e tipo de dados, assim como a associação entre os endereços internos do dispositivo do objeto de comunicação e sua denominação no barramento (índice/nome).

Objetos de comunicação estática são registradas no dicionário de objetos estáticos. São configurados um única vez e não podem ser modificados durante a operação. FMS reconhece cinco tipos de objetos de comunicação.

- variáveis simples

- matriz (array): série de simples variáveis do mesmo tipo

- registro (record): série de variáveis simples de diferentes tipos

- domínio (domain)

- evento (event message)

Objetos de comunicação dinâmica são registrados na seção dinâmica do dicionário de objetos. Estes podem ser modificados durante a operação.

Endereçamento lógico é o método preferido de endereçamento de objetos. O acesso é realizado com um endereço curto (índice) que é um número inteiro sem sinal. Cada objeto possui um único índice. Opcionalmente pode-se endereçar os objetos pelo nome.

Objetos de comunicação podem também ser protegidos do acesso não autorizado através da proteção de acesso, ou os serviços de acesso é que podem ser restringidos (por ex. somente leitura)

FMS SERVICES

Os serviços FMS são um subset dos serviços MMS ((MMS = Manufacturing Message Specification, ISSO 9506), que foram otimizados para aplicações de barramentos e que foram então estendidos por funções para a administração dos objetos de comunicação e gerenciamento de redes. A figura 14 provê uma visão geral dos serviços PROFIBUS disponíveis.

Serviços confirmados podem somente ser utilizadas para relação de comunicação orientada à conexão. A execução do serviço é mostrada na figura 15.

Serviços não confirmados podem também ser utilizados em relações de comunicação sem conexão (broadcats e multicast). Podem ser transmitidos em alta ou baixa prioridade.

Os serviços FMS estão divididos nos seguintes grupos:

• Serviços gerenciamento do contexto para estabelecer ou encerrar conexões lógicas


• Serviços de acesso à variáveis utilizados para acessar variáveis, registros, matrizes ou lista de variáveis.

• Serviços de gerenciamento do domínio utilizados para transmitir grande quantidades de memória. Os dados devem ser divididos em segmentos pelo usuário.

• Serviços gerenciamento de chamada de programas utilizados para controle de programas.

• Serviços de gerenciamento de eventos utilizados para transmitir mensagens de alarme. Estas mensagens são enviadas como transmissões mutlicast ou broadcast.

• Serviços VFD Support utilizados para identificação e status. Podem ser enviados espontaneamente quando requisitado por um dispositivo como transmissão multicast ou brioadcast.

• Serviços de gerenciamento OD utilizados para acessos de leitura e escrita ao dicionário de objetos. Lower Layer Interface (LLI).

O mapeamento das camadas 7 a 2 é gerenciada pela LLI. Tarefas incluem controle de fluxo e monitoração da conexão. O usuário comunica-se com outros processos através de canal lógico denominado de associação de comunicação. O LLI provê vários tipos de associação de comunicação para a execução do FMS e serviços de gerenciamento. As associações de comunicação tem diferentes capacidades de conexão isto é, monitoração, transmissão e demandas dos parceiros de comunicação) Associações de comunicação orientada à conexão representam uma conexão lógica ponto-a-ponto entre dois processos de aplicação. A conexão deve primeiro ser estabelecida com um serviço Initiate antes que possa ser utilizado para transmissão de dados. Após tenha sido estabelecida com sucesso, a conexão é protegida contra acesso não autorizado e fica disponível para a transmissão de dados. Quando a conexão não é mais necessária, ela pode ser desconectada através do serviço Abort. O LLI possibilita a monitoração controlada por tempo para associações de comunicação orientados à conexão.

Os atributos da conexão “aberta” e “definida” são outra importante característica de uma associação de comunicação orientada à conexão.

Nas conexões definidas o parceiro da comunicação é especificado durante a configuração. Em conexões abertas o parceiro da comunicação não especificado até a fase de estabelecimento da conexão.

Associações de comunicação sem conexão possibilitam a um dispositivo se comunicar simultaneamente com diversas estações utilizando serviços não confirmados. Em associações de comunicação broadcast, um serviço FMS não confirmado é simultaneamente enviado para todas as outras estações. Em relacionamentos de comunicação multicast, um serviço FMS não confirmado é simultaneamente enviados para um predefinido grupo de estações.

Todas as associações de um dispositivo FMS são registrados no CRL. EM dispositivos simples, a lista é definida pelo fabricante. No caso de dispositivos complexos, o CRL é configurável pelo usuário. Cada associação de comunicação é endereçado por uma designação abreviada, a referência de comunicação (CREF). Do ponto de vista do barramento, uma CREF é definida pelo endereço da estação, ponto de acesso do serviço da camada 2 e LLI. O CRL contém a associação entre o CREF e a camada 2 bem como o endereço LLI. Adicionalmente, o CRL também especifica qual serviços DMS serão suportados, o tamanho dos telegramas, etc. para cada CREF


GERENCIAMENTO DE REDE

Além dos serviços FMS, funções de gerenciamento de rede (Fieldbus MAnagement Layer 7 = FMA7) estão isponíveis. As funções FMA7 são opcionais e permitem uma configuração central. Podem ser iniciadas remota ou localmente.

Gerenciamento de Contexto pode ser utilizado para estabelecer e desconectar um conexão FMA7.

Gerenciamento da Configuração pode ser usada para acessar CRL’s, variáveis, contadores estáticos e parâmetros das camadas 1 /2. Pode também ser usada para identificação e registro das estações do barramento.

Gerenciamento de Falha pode ser usada para indicas falhas/eventos e para reiniciar os dispositivos. Um acesso uniforme para os dispositivos de configuração é obtido através da especificação da conexão de gerenciamento padrão. Uma conexão de gerenciamento padrão deve ser registrada com CREF=1 no CRL para cada dispositivo que suporte serviços FMA7 como um responder

PERFIL DE APLICAÇÃO (APPLICATION PROFILE) Os perfis de aplicação PROFIBUS descrevem o uso dos perfis físico e de comunicação para uma determinada aplicação (automação de processo, automação predial) ou para um certo tipo de dispositivo (encoders, drivers).

AUTOMAÇÃO DE PROCESSO (PA)

O uso do PROFIBUS em dispositivos e aplicações típicas de automação e controle de processos é definido por perfil PA. O perfil pode ser obtido no documento número 3.042 da Associação PROFIBUS. Ele é baseado no perfil de comunicação DP e dependendo do campo de aplicação, os meios de comunicação:

IEC 61158-2, RS-485 ou fibra ótica podem ser usadas. O perfil PA define os parâmetros dos dispositivos e o comportamento de dispositivos típicos, tais como: transmissores de variáveis, posicionadores, etc. independente do fabricante, facilitando assim, a intercambiabilidade do dispositivo e a total independência do fabricante. A descrição das funções e o comportamento dos dispositivos está baseado no internacionalmente reconhecido modelo de Blocos Funcionais (Function Block Model). As definições e opções do perfil de aplicação PA, tornam o PROFIBUS um conveniente substituto para transmissão analógica com 4 a 20 mA ou HART.

O PROFIBUS também permite medir e controlar em malha fechada processos industriais através de um único par de cabos, além de efetuar manutenção e conexão/desconexão de dispositivos durante a operação, até mesmo em áreas perigosas. O perfil PROFIBUS-PA foi desenvolvido em cooperação conjunta com os usuários da indústria de processos (NAMUR) e possui os seguintes requisitos especiais para trabalho nestas áreas de aplicação:

- perfil de aplicação padronizado para automação e controle de processo e intercambiabilidade de dispositivos de campo entre diferentes fabricantes

- inserção e remoção de estações (dispositivos), mesmo em áreas intrinsecamente seguras, sem influenciar outras estações

- alimentação dos dispositivos tipo transmissores, executada via o próprio barramento, conforme o padrão IEC 61158-2.


- possibilidade de uso em áreas potencialmente explosivas com proteções do tipo intrínseca (Eex ia/ib) ou encapsulada (Eex d)

ASPECTOS DA COMUNICAÇÃO

O uso do PROFIBUS em automação e controle de processo pode alcançar uma economia de até 40% em planejamento, cablagem, comissionamento e manutenção, além de oferecer um aumento significante na funcionalidade e segurança do sistema. A figura 17, mostra as diferenças entre as ligações de um sistema convencional (4 a 20 mA) e um sistema baseado em PROFIBUS.

Os dispositivos de campo em áreas classificadas são conectados via PROFIBUS utilizando a tecnologia IEC 61158-2, permitindo a transmissão de dados em conjunto com a alimentação do dispositivo, através de um único par de fios. A interface da área não-classificada, onde o PROFIBUS utiliza RS-485, é realizada por um acoplador ou um link . Diferente da fiação convencional, onde um fio individual é usado para cada sinal a ser ligado do ponto de medição ao módulo de E/S do sistema digital de controle (DCS), com o PROFIBUS os dados de vários dispositivos são transmitidos através de um único cabo. Enquanto uma alimentação separada (em caso de instalação à prova de explosão) para cada sinal na ligação convencional é necessária, o acoplador ou link de segmento realiza esta função em comum para muitos dispositivos em uma rede PROFIBUS. Dependendo dos requisitos da área classificada e do consumo de energia dos dispositivos, de 9 (Eex ia/ib) até 32 (não Ex) transmissores podem ser conectados em um acoplador/link de segmento. Isto economiza não somente na ligação, mas também nos módulos de E/S do DCS. Baseado no fato de que vários dispositivos podem ser alimentados em conjunto de uma única fonte de alimentação, ao utilizar PROFIBUS todos os isoladores e barreiras podem ser eliminados.

Os valores e o estado dos dispositivos de campo PA são transmitidos ciclicamente com alta prioridade entre um DCS (DPM1) e os transmissores usando as rápidas funções básicas do DP. Isto assegura que um valor de medição e seu estado estão sempre atualizados e disponibilizados no sistema de controle (DPM1). Por outro lado, os parâmetros do dispositivo para visualização, operação, manutenção e diagnóstico são transmitidos pelos Terminais de Engenharia (DPM2) com as funções DP acíclicas de baixa prioridade via conexão C2.

ASPECTOS DA APLICAÇÃO

Além de definições relevantes sobre comunicação, o perfil PA também contém definições sobre a aplicação, tais como: tipo de dados e unidades de medida do valor transmitido, assim como o significado da palvra de status que acompanha o valor medido. As especificações para a unidade de medida e o significado dos parâmetros do dispositivo, tais como limites baixo e alto do range de medição são independentes do fabricante.

Para auxiliar no comissionamento é possível ainda a simulação de valores no próprio transmissor.Através da simulação pode-se definir um valor fictício usando uma ferramenta de engenharia, que é então transmitido do transmissor para o sistema de controle, ao invés do valor real da medição, facilitando a simulação de estados críticos de uma planta industrial e auxiliando o pessoal de comissionamento em um processo passo-a-passo.

O comportamento do dispositivo é descrito por variáveis padronizadas com as quais as propriedades dos transmissores são descritas em detalhes. A figura 18 mostra o princípio de um transmissor, descrito no bloco de função Saída Analógica (Analog Input).


O perfil PA consiste de uma folha de dados genérica contendo as definições aplicáveis para todos tipos de dispositivos e uma folha de dados do dispositivo contendo informações específicas para o determinado dispositivo. O perfil é adequado tanto para a descrição de dispositivos com somente uma variável de medida (single variable) quanto para dispositivos multifuncionais com várias variáveis de medida (multivariable).

O atual perfil do PROFIBUS PA (versão 3.0), define a folha de dados do dispositivo para os tipos mais comuns de transmissores:

- Pressão e Pressão diferencial

- Nível, Temperatura e vazão

- Válvulas e posicionadores

- Analisadores

BLOCOS DE FUNÇÃO (FUNCTION BLOCKS) PA

O perfil PA suporta a intercambiabilidade e a interoperabilidade de dispositivos de campo PA de diferentesfabricantes, usando o internacionalmente reconhecido modelo de blocos funcionais que descrevemparâmetros e funções do dispositivo. Os blocos de função representam diferentes funções do usuário, taiscomo entrada analógica ou saída analógica. Além dos blocos de função de aplicação específica, dois blocosde função são disponíveis para características específicas do dispositivo (Physical Block e TransducerBlock). Os parâmetros de entrada e saída dos blocos de função podem ser conectados via barramento eligado as aplicações de controle de processo.

Bloco Físico (Physical Block): contém informações gerais do dispositivo, tais como: nome, fabricante,versão e número de série do dispositivo.

Bloco Transdutor (Transducer Block): contém dados específicos do dispositivo, tipo parâmetros de correção.

Bloco de Entrada Analógica (“Analog Input Block”) – AI: fornece o valor medido pelo sensor, com estado (“status”) e escala (“scaling”).

Bloco de Saída Analógica (“Analog Output Block”) – AO: fornece o valor de saída analógica especificada pelo sistema de controle.

Bloco de Entrada Digital (“Digital Input Block”) – DI: fornece ao sistema de controle o valor da entrada digital.

Bloco de Saída Digital (“Digital Output Block”) – DO: fornece a saída digital com o valor especificado pelo sistema de controle.

Uma aplicação é composta de vários blocos de função. Os blocos de função são integrados nos dispositivos de campo pelo fabricante do dispositivo e podem ser acessados via comunicação, assim como pelo Terminal de Engenharia.


APLICAÇÕES “FAILSAFE”

O perfil PROFISafe (No. Ordem 3.092) define como dispositivos de Falha Segura (botões para parada de emergência, lâmpadas) são conectados a um Controlador Programável via PROFIBUS. Isto significa que as vantagens de um padrão de comunicação industrial aberto tipo PROFIBUS, pode ser também utilizado em áreas especiais onde até agora quase todos dispositivos são conectados convencionalmente.

Durante o desenvolvimento do conceito para transmissão segura de dados via PROFIBUS, o foco não foi somente a redução do gasto com fiação, mas também o grande campo de aplicação nas indústrias de manufatura e processo. Como resultado, dispositivos com perfil PROFISafe podem operar sem restrições e em harmonia com dispositivos padrão utilizando o mesmo meio físico. PROFISafe é baseado no perfil de comunicação do DP e pode ser operado com RS-485, fibra ótica ou IEC 61158-2.

O PROFISafe é uma solução de software de canal simples, que não requer nenhum cabo adicional. Ele leva em conta todos possíveis erros conhecidos que podem ocorrer durante uma comunicação serial (repetição, perda, inserção, seqüência incorreta, atrasos, dados de processo corrompidos e endereçamento errado) e define mecanismos de segurança adicionais estendendo os limites padrão de detecção e de eliminação de erros no protocolo de acesso ao barramento do PROFIBUS.

Por meio de uma inteligente seleção e combinação das medidas disponíveis, tal como numeração consecutiva, monitoração de tempo com reconhecimento, identificação fonte-alvo e controle CRC, assim como o patenteado SIL Monitor, foi possível alcançar a desejada classe de probabilidade de falhas até SIL3 ou AK6, ou categoria 4. Para os fabricantes de dispositivos Failsafe, há um software especial que implementa todas definições do perfil PROFISafe. Um fator relevante são os relatórios positivos que o perfil PROFISafe recebeu dos institutos TÜV e BIA.


AUTOMAÇÃO PREDIAL

Este perfil (No. de Ordem 3.011) é dedicado a um ramo específico e serve como base para muitas solicitações públicas em automação predial. Baseado no Perfil de Comunicação FMS, ele define como controlar, monitorar, regular, operação, manipular alarme e arquivamento de sistemas de automação predial.

PERFIS DE APLICAÇÃO PARA TIPOS DE DISPOSITIVOS ESPECIAIS

Baseado no perfil de comunicação DP, alguns outros perfis são definidos para os seguintes tipos de dispositivos:

Controladores NC/RC (3.052):

Este perfil descreve como robôs de manipulação e montagem são controlados. Cartas de fluxo mostram o movimento e controle de programa dos robôs do ponto de vista do sistema de mais alto nível da automação.

Encoders (3.062):

Este perfil descreve a conexão do DP de encoders de rotação, angulares e lineares com volta única e resolução multi-volta. Duas classes de dispositivos definem funções básicas e adicionais tais como escalonamento, manipulação de alarme e diagnósticos.

Acionamentos de Velocidade Variável (Drives) (3.072):

Este perfil especifica como os acionamentos são parametrizados e como setpoints e valores instantâneos são transmitidos. Isto habilita a intercambiabilidade de acionamentos de diferentes fabricantes. O perfil contém especificações para controle de velocidade e modos de posicionamento, além de especificar as funções básicas do acionamento, deixando liberdade para aplicações específicas e futuros desenvolvimentos.

Interface Homem Máquina (3.082):

Este perfil para Interfaces Homem Máquina (IHM) especifica a conexão destes dispositivos via DP com os componentes de um nível superior no sistema de automação. O perfil usa as funções estendidas DP para comunicação.

DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVOS Dispositivos PROFIBUS possuem diferentes características de funcionalidade (p. ex.: número de I/O’s, funções de diagnósticos) ou de parametrização da comunicação, tais como taxa de transmissão e tempo de monitoração. Estes parâmetros variam individualmente para cada tipo de dispositivo e de fabricante e são normalmente documentados nos manuais técnicos. Apesar disto, a fim de tornar o PROFIBUS um sistema configurável facilmente, tipo Plug and Play, definiu-se um Arquivo de Dados Eletrônicos do Dispositivo (Arquivo GSD), onde estas informações são armazenadas.


Existem as mais diversas ferramentas de configuração para a rede PROFIBUS, contudo, baseado nestes arquivos GSD, é possível configurar mesmo uma rede PROFIBUS complexa, com os mais diversos dispositivos de diferentes fabricantes, de uma maneira simples, rápida e intuitiva.

ARQUIVOS “GSD”

As características de comunicação de um dispositivo PROFIBUS são definidas na forma de uma folha de dados eletrônica do dispositivo (“GSD”). Os arquivos GSD devem ser fornecidos pelo fabricante dos dispositivos.

Os arquivos GSD ampliam a característica de rede aberta, podendo ser carregado durante a configuração, utilizando qualquer ferramenta de configuração, tornando a integração de dispositivos de diversos fabricantes em um sistema PROFIBUS simples e amigável.

Os arquivos GSD fornecem uma descrição clara e precisa das características de um dispositivo em um formato padronizado. Os arquivos GSD são preparados pelo fabricante para cada tipo de dispositivo e oferecido ao usuário na forma de um arquivo. Seu formato padronizado torna possível a utilização automática das suas informações no momento da configuração do sistema.

O arquivo GSD é dividido em três seções:

Especificações gerais

Esta seção contém informações sobre o fabricante e nome do dispositivo, revisão atual de hardware e software, taxas de transmissão suportadas e possibilidades para a definição do intervalo de tempo para monitoração

Especificações relacionadas ao Mestre

Esta seção contém todos parâmetros relacionados ao mestre, tais como: o número de máximo de escravos que podem ser conectados, ou opções de upload e download. Esta seção não existe para dispositivos escravo.

Especificações relacionadas ao Escravo

Esta seção contém toda especificação relacionada ao escravo, tais como: número e tipo de canais de I/O, especificação de informações e textos de diagnósticos nos módulos disponíveis.

Nas seções individuais, os parâmetros são separados por palavras chave. Um distinção é feita entre parâmetros obrigatórios (por ex.: Vendor_Name) e parâmetros opcionais (por ex.: Sync_Mode_supported).

A definição dos grupos de parâmetros permite a seleção de opções. Além disso, arquivos do tipo bitmap com o símbolo dos dispositivos podem ser integrado. O formato do arquivos GSD contém listas (tal como velocidade de comunicação suportada pelo dispositivo) assim como espaços para descrever os tipos de módulos disponíveis em um dispositivo modular.

Na homepage do Associação PROFIBUS está disponível para download um Editor de GSD, a fim de auxiliar fabricantes que estejam desenvolvendo dispositivos PROFIBUS. A especificação dos arquivos GSD e seu formato podem ser encontrados nos Manuais:

- No. 2122: Comunicação DP

- No. 2102: Comunicação FMS

A Associação PROFIBUS mantém uma biblioteca abrangente de arquivos GSD da maioria dos dispositivos PROFIBUS disponíveis no mercado, acessíveis sem custo: http://www.profibus.org

IDENT NUMBER


Todos os escravos e mestres classe tipo-1 devem possuir um número de identificação (ID). O mestre compara o número de identificação dos dispositivos conectados com o número de identificação especificado e gravado pela ferramenta de configuração do sistema. A transferência de dados do usuário não é inicializada até que os corretos tipos de dispositivos com as corretas estações tenham sido conectados no barramento. Isto oferece um alto grau de segurança contra erros de configuração.

Fabricantes de dispositivos devem solicitar a Organização de Usuários PROFIBUS um número de identificação para cada tipo de dispositivo. A organização se responsabiliza também pela administração dos número de identificação (ID).

Uma faixa especial de números de identificação foi reservado para dispositivos PROFIBUS PA: 9700(h) – 977F(h), que pode ser usada por todos os dispositivos que atendam exatamente as definições do perfil PA versão 3.0 ou superior. A definição destes ID’s gerais aumentam a intercambiabilidade dos dispositivos PA.

A seleção do número de identificação a ser usado pelo dispositivo deve ser feita de acordo com o tipo e número de blocos de função disponível. O número de identificação 9760(h) é reservado para dispositivos de campo PA com vários e diferentes tipos de blocos de função (dispositivos multivariáveis).

DESCRIÇÃO ELETRÔNICA DO DISPOSITIVO (EDD)

A descrição eletrônica do dispositivo (EDD) traça as propriedades de um dispositivo PROFIBUS. A linguagem pode ser usada universalmente e permite descrições independente do fabricante tanto para dispositivos simples (sensores e atuadores) quanto para sistemas complexos. A descrição eletrônica do dispositivo (EDD) é fornecida pelo fabricante do dispositivo em formato eletrônico para cada dispositivo. Os arquivos EDD são lidos pelas ferramentas de configuração simplificando assim o comissionamento e a manutenção do sistema PROFIBUS. Por um lado, os arquivos EDD descrevem as variáveis e a função de um dispositivo e por outro contém elementos para operação e visualização. Para uma completa especificação dos arquivos EDD, veja o documento No. 2152 do PROFIBUS.

CONCEITO FDT (FIELDBUS DEVICE TOOL)

Dentro dos trabalhos em desenvolvimento, o comitê técnico de “Automação de Processo” da Organização PROFIBUS está atualmente trabalhando no conceito de uma ferramenta de engenharia de sistemas. A Ferramentas de Dispositivos de Campo (FDT) opera baseada na tecnologia Microsoft COM/DCOM, oferecendo uma base independente para acessar todas características de comunicação e aplicação de um dispositivo na configuração, operação e diagnóstico de um grande sistema no futuro. Neste conceito, todos parâmetros e opções de um dispositivo de campo são fornecidos pelo fabricante do dispositivo na forma de um DTM (Device Type Manager). Os arquivos GSD, os quais já existem hoje, e as descrições de dispositivos EDD, são componentes do DTM.


Rede Profibus no Simatic S7:

Objetivo • Esteja familiarizado com os fundamentos de troca de dados em um sistema de fieldbus. • Possa comissionar um sistema de Profibus com Master e um Slave inteligente. • Possa identificar e eliminar as faltas freqüentemente acontecendo durante

comissionamento. Implementação O processo de um controle escolhido pelo aluno que será controlado com ajuda de uma conexão de Profibus-DP e um escravo inteligente (ET200S). Caso o aluno deseje pode integrar a rede AS-interface neste projeto.

Neste projeto, os alunos serão guiados passo por passo. O seguinte é descrito em detalhes: • Como o sistema de Profibus é ser ampliado fisicamente; • Como o hardware no projeto de Profibus será configurado; • Como a conexão de Profibus-DP será estabelecida e será configurada; • Como o projeto inteiro será comissionado.

Passos para ser executado no projeto

• Configure o sistema de Profibus-DP • Crie um projeto de Profibus-DP no software de controle • Defina a configuração de hardware para a CPU 313C-2DP no projeto • Defina a configuração de hardware para o ET 200S no projeto • Configure a rede • Crie o programa de usuário e mesa de símbolos para a CPU 313C-2DP. • Comissione o sistema

Configuração de Hardware Fixe a chave do DIP no ET 200S • Set o Profibus se dirigem (neste caso endereço 3), usando interruptores 1-7. • Pela chave 8, o ET 200S pode ser trocado entre estar de stand-alone e Slave de DP modo (ON: modo Stand-alone, OFF: modo Slave DP).


Endereços dos Dispositivos Endereço Profibus 2 Entradas Locais I124.0 – I125.7

CPU 313C-2DP

Saídas Locais Q124.0 – Q125.7 Endereço Profibus 3

I1.0 – I1.3 I2.0 – I2.3

Entrada

I3.0 – I3.3 Q4.0 – Q4.3 Q6.0 – Q6.3

ET 200S

Saída

Q7.0 – Q7.3

Estabeleça a conexão de Profibus entre a CPU 313C-2DP e o ET 200S.


CONFIGURANDO A REDE PROFIBUS NO SOFTWARE STEP 7 Iniciando o STEP 7 Menu : Iniciar > Programas > Simatic > SIMATIC Manager Caso abra a tela “Wizard”, desabilite a opção “Display Wizard on starting the SIMATIC Manager” e clique em “Cancel” – Isso fará a com que a tela “Wizard” não abra mais na iniciação do SET 7.

Criando um projeto: File > New Projetc


Com a tela “New project” visualizada: No espaço correspondente a “Name” digite o nome do projeto; Ao clicar em “Browse”, escolha o local (diretório) onde deseja criar o projeto, caso contrário o projeto será salvo no diretório informado em “Storage location (path)”. Clique em “Ok”.

Com a tela do SIMATIC Manager aberta: Insira a rede profibus (menu: Insert > Subnet > Profibus)

Inicio da Configuração do Master da Rede Profibus.


Insira a estação Simatic 300 (Menu: Insert > Station > 2 Simatic 300 Station)

Agora renomeie a estação “SIMATIC 300” para “CPU 313C-2DP“ Depois que foi feita a troca do nome selecione CPU 313C-2DP, e entre na configuração de Hardware (duplo clique) da estação CPU313C-2DP.


Abrirá uma nova janela semelhante a essa abaixo;

Insira o Catalogo de Hardware (hardware componets) acesse o Menu: “Insert >Insert Object”


Adicione um RACK, em SIMATIC 300 > RACK-300 > Rail efetue um duplo Clique em Rail ;

Selecione o “SLOT 2” da CPU 313C-2DP (como na figura abaixo) Em SIMATIC 300 > CPU 300 > CPU 313C-2DP > 6ES7 313-6CE00-0AB0 (Clique Duplo)


Uma janela com o nome “Properties – PROFIBUS interface DP (RO/S2.1) abrirá. Verifique se Address está em 2 e em Subnet escolha a PROFIBUS(1) 1,5Mbps e de OK.

Com isso o endereço do Mestre da rede Profibus será 2 e a velocidade de comunicação da rede Profibus é 1.5Mbps. Portanto o endereço 2 já está sendo utilizado e nenhum outro dispositivo poderá ser configurado com o endereço 2.

Depois de apertar OK,a janela deverá estar como mostrado na figura acima. Mostrando uma espécie de rede Profibus. Repare que não há nada conectado alem da estação 313C 2DP.


Adicione um cartão ASi no SLOT 4 do RACK : SIMATIC 300 > CP-300 > AS-Interface > CP 343 2 AS-i (ultima opção)

Mesmo que no projeto não seja utilizado o cartão ASi, ele se faz necessário para o funcionamento adequado da estação. Menu: Station > Save and Compile Fechar janela referente ao “Hardware”;

Fim da configuração do Master (CPU 313C-2DP) da rede Profibus.


Inicio da configuração do Slave (ET200 S) da rede Profibus. Selecione o projeto.

E na janela do SIMATIC Manager adicione outra estação SIMATIC 300: Menu: Insert > Station > SIMATIC 300 station

Se os submenus estiverem desabilitados no meu Insert, é porque há uma estação selecionada, selecione o projeto, e tente novamente. (pode apagar, em cima tem o comando para selecionar o projeto)


Renomeie essa nova estação para ET 200S (Slave). Abra a configuração de hardware da estação ET 200S. (ET 200S > Hardware)

Adicione a estação ET 200S no Hardware componets – PROFIBUS DP > ET 200S > IM151-7 / CPU (não precisa de trilho).

Há diversas CPUs a serem selecionadas. Todas parecem idênticas. Selecione a que tiver o mesmo código mostrado na figura acima. Efetue duplo clique na CPU para adciona-lá. Uma janela com o nome “Properties – PROFIBUS interface DP (RO/S2.1) abrirá. Verifique se Address está em 3 e em Subnet escolha a PROFIBUS(1) 1,5Mbps e de OK .


Como a 313C-2DP, Master, está no endereço 2 escolha o seguinte, 3. A velocidade do barramento deve ser a mesma, 1.5Mbps.


Adicione os cartões existentes na estação na ordem exata:

Dentro da CPU escolhida (ET 200S) há pastas que contem cartões; Slot 4 – Pasta PM (Power Module) - PM-E DC24V - 6ES7 138-4CA00-0AA0

Slot 5, 6, 7 – Pasta DI (Digital input) - 4 DI DC24VST - 6ES7 131-4BD00-0AA0

Slot 8 – Pasta DO (Digital output) - 2 DO DC24V/0.5AST - 6ES7 132-4BB00-0AA0

Slot 9 - Pasta PM (Power Module) - PM-E DC24V - 6ES7 138-4CA00-0AA0

Slot 10, 11 - Pasta DO (Digital output) – 4 DO DC24V/0.5AST - 6ES7 132-4BD00-0AA0

É imprescindível que coloque os cartões na ordem da figura acima ou na ordem que está na CPU 313C 2DP, preste atenção nas características de Tensão e Corrente para não utilizar cartões errados. Compile e Salve. Feche a janela de configuração do Hardware.


Abra a configuração de Hardware da estação 313C 2DP (master);

Conecte, virtualmente, a estação ET 200S na rede Profibus em PROFIBUS DP > Configured Stations > ET200S / CPU

Segure o objeto ET 200S e arraste para a conexão da Profibus. Uma janela com o nome “DP Slave Properties” abrirá. Selecione IM151 / CPU e aperte em “Connect”.


Em “Active Connection” aparecerá a seguinte informação:

Ainda na janela “DP Slave Properties” selecione a guia “Connection” configure as 2 linhas que são mostradas na janela.


Na guia Configuration, há 2 linhas a serem configuradas. Essas linhas são para configurar o Profibus transmissão. No canal transmissão Profibus, o periferico input word PIW 128 será mapeado para PQW 12 na CPU 313C-2DP mestre e vice-versa o PQW 128 do ET 200S para o PIW 12 da CPU 313C-2DP. Fazer assim, entre nos valores seguintes:

Para efetuar essa configuração dê duplo clique na primeira linha faça as modificações necessárias para que esteja igual à figura abaixo.


Configuração linha 1: Configuração linha 2:

Ao fazer as modificações necessárias em cada tela aperte Apply e aperte OK. Na janela “DP Slave Properties” aperte OK. Sua janela deve ficar igual à figura abaixo.

Compile e Salve. Feche a Janela de configuração do Hardware. Pronto! A configuração da rede esta feita! Programando as Estações: Para demonstrar a programação, iremos utilizar o exemplo em que um chave I3.0 (no ET 200S) irá ligar uma saída Q4.0 (também no ET 200S), depois que a lógica for realizada no Master .


ET 200S: Entre no OB1 da estação ET 200S - ET 200S > IM151 / CPU > S7 Program(2) > Blocks > OB1. Dando duplo clique em OB1, abrirá uma nova janela. Esta janela no menu view, selecione LAD (ladder), caso prefira, há também o diagrama de blocos e um outro modo disponível. Escreva o programa desejado conforme exemplo abaixo:

Por fim Salve e feche a janela.


Crie os OB82 E OB86 na estação ET2005. Selecione a pasta Blocks, botão direito do mouse, Insert New Object > Organization Block

A janela abaixo se abrirá. Em ”Name:“coloque OB82

Repita o Procedimento pra OB86. Apenas crie os OB82 e OB86, não é necessário abri-las, são blocos de Diagnóstico.


CPU 313C 2DP: Entre no OB1 da estação CPU 313-2DP- CPU 313-2DP > CPU 313-2DP > S7 Program(2) > Blocks > OB1. Dando duplo clique em OB1, abrirá uma nova janela. Esta janela no menu view, selecione LAD (ladder), caso prefira, há também o diagrama de blocos e um outro modo disponível. Escreva o programa desejado conforme exemplo abaixo:

Por fim Salve e feche a janela. Crie os OB82 E OB86 na estação 313C 2DP Isto resulta no caminho de comunicação seguinte para o sinal:

ET 200S CPU 313C-2DP I3.0 � M13.0 MB13 � PQB128 PQW128 � PQW12 PIB12 � MB12 M12.0 M10.0 PQB12 MB10 PIW128 PIW2 MB11 PIB128 Q4.0 M11.0


Sugestão: Para utilizar a rede AS-i, não esqueça de adicionar o FC1 e FC2 no Master, dúvidas faça uso da Apostila de Configuração da rede AS-interface Utilize contatos abertos, fechados, contadores, comparadores e temporizadores e faça à lógica. Fazendo uso das entras e saídas dos escravos AS-i comunicando com as entradas e saídas do Slave da rede PROFIBUS DP. Montagem do Hardware • Conecte a 313C 2DP à ET 200S pelo cabo da Profibus. • No cabo da Profibus há uma chave On/Off. Coloque em On. • Conecte o cabo cinza, semelhante ao cabo da porta paralela, na ET 200S e na Borneira. • Apenas conecte os dispositivos à fonte (não ligar ainda). • Conecte o cabo de programação à porta serial do computador à estação 313C 2DP. Para efetuarmos o Download para o PLC devemos primeiramente certificamos de que o Adaptador MPI está conectado corretamente ao Slave – ET 200S e na porta deseja do Computador, (Ex: Porta COM1), e que o o ET 200S (Slave)e o CPU 313C-2DP (Master) esteja na ligado e na posição “STOP”. Configurando o Adaptador PROFIBUS Na tela do SIMATIC Manager, Menu : Options > Set PG/PC Interface ...


Na tela Set PG/PC Interface,

No campo Interface Parameter Assigment Used, procure PC Adapter (PROFIBUS), caso não encontre, em Interfaces - Add/ Remove na mesma tela, clique em Select... Na tela Set PG/PC Interface, no campo Interface Parameter Assigment Used, selecione PC Adapter (PROFIBUS), em seguida “Properties...” Certifique-se dos parâmetros abaixo:

Clique em “OK” para finalizar a configuração.


“Download” para as estações apenas pela adptador Profibus Na tela do “SIMATIC Manager” Selecione CPU 313C-2DP e ET 200S juntos, como na figura abaixo, e clique em “Download” ou menu : PLC > Download Depois repita o procedimento com a estação ET 200S.

Acione a chave “Run” do Slave e Master. Acione as entradas conforme previsto no projeto e observe as saídas. Caso queira acompanhar o funcionamento via lógica ladder, na tela “SIMATIC Manager” abra em “Blocks” os blocks que contem programação Ladder monitorar, menu Debug > Monitor ou no ícone “Monitor”.

Offline: Não há comunicação entre PLC e o SIMATIC, clique novamente em Monitor ou certifique-se que o PLC está ligado e os cabos do adaptador estão ligados corretamente. STOP: O PLCs está na posição STOP RUN: O PLCs está na posição RUN. Obs.: Caso não consiga, tente enviar separadamente para cada estação. “Download” para as estações separadamente


• Deixe ambas estações em STOP. • Na ET 200S selecione seu address 3 e passe ele para Stand-Alone. • Ligue ambas estações. • Reset ambas estações, O LED SF da ET 200S deve desligar. • No Simatic Manager selecione a interface MPI (Options – Set PG/PC interface – PC

Adapter(MPI)) • Com o cabo de programação conectada na estação 313C 2DP, selecione no Simatic

Manager a 313C 2DP e de Download. • Terminando o processo de Download da 313C 2DP retire o cabo de programação e conecte

na ET 200S. • Configure a interface PROFIBUS (Options – Set PG/PC interface – PC Adapter(PROFIBUS)

e selecione properties). • Selecione 1.5mbps em Transmission Rate e de Ok nas janelas. • Selecione a ET 200S no Simatic Manager e de Download. • Terminando o Download, tire a estação ET 200S do Stand-Alone. • Inicie a ET 200S passando para RUN e espere estabilizar. • Passe a 313C 2DP para RUN, o SF da ET 200S deverá apagar.


DESCRIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS:

O S7 EduTrainer® ET 200S é um escravo de Profibus-DP inteligente que pode ser conectado a qualquer rede de Profibus-DP. Também pode ser usado como um dispositivo de “stand-alone” ou para “preprocessing” de dados no Profibus-DP como tem um PLC integrado (IM151/CPU) semelhante ao S7-314.

SIMATIC S7 EduTrainer® ET 200S

Cabo de conexão entre Profibus-DP Master e Escravos. Cada cabo tem um conector 9-pinos sun-D em um final e um 9-pinos sun-D connector/socket no outro. Isto permite a extensão da rede de Profibus como também a conexão de programador ou PC adapter a qualquer ponto na rede.

Profibus cable

• Input voltage: 230/115 V AC (47 - 63 Hz) • Output voltage: 24 V DC, short-circuit-proof • Output current: max. 4.5 A • Dimensions: 115 x 155 x 200 mm

.

Tabletop power supply unit

Adaptador MPI para comunicação PLC / SIMATIC S7. Com cabo RS232 ou cabo USB para Win 2000/XP.

PC adapter


VEEP®2

Cabo para conectar os I/O’s (SysLink) ao EasyPort.

I/O data cable with SysLink connectors (IEEE 488) on both ends, crossover

A unidade de conexão universal conecta toda 4 mm safety plugs with the 24-pin system connector as per IEEE 488 (SysLink). Se torna uma interface universal entre unidades com conectores de 4 mm e dispositivos equipados com conectores de SysLink como por IEEE488: • Conexão para um I/O terminal de uma estação de MPS® por

um cabo de I/O com conectores de SysLink a ambos os finais • Inputs: 3 safety sockets each for 8 three-wire sensors • Outputs: 2 safety sockets each for 8 actuators Connections:

4 mm safety sockets for 24 V DC, SysLink connector (IEEE488)

• I/O status display: Via LED Via LED

Universal connection unit, digital (SysLink)

O S7 EduTrainer® Compact é equipado com a versão compacta das séries do S7-300, o S7-313C com integrado digital e análogo introduz e produções ou o S7-313C-2DP com contribuições digitais integradas e produções como também Profibus-DP ou o S7-314C-2DP com integrado digital e análogo introduz e produções como também Profibus-DP..

• 2 SysLink sockets to IEEE 488 each for 8 digital inputs/outputs • 15-pin Sub-D connector for analogue inputs/outputs (if module

present)

• 4 mm safety sockets for 24 V operating voltage (external power supply unit required)

• MPI interface or additional Profibus-DP interface for CPU S7-313C-2DP/S7-314C-2DP

• AS-interface connection socket (reserved for ASi)

• EMERGENCY-OFF function

SIMATIC S7 EduTrainer® Compact


BIBLIOGRAFIA:

• Manual de Programação Básica – Siemens – SIMATIC S7 – ST-7PRO1 • Site: www.festodidatic.com.br. • Documentação rede AS-Interface. • Tudo sobre rede AS-i – Siemens. • Documentação rede Profibus

Documents

54524-Rede ASi e Profibus Ver05