ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais...O Profibus é um dos protocolos que fazem parte do grupo dos “fieldbuses” abertos e independentes de fornecedores (não-proprietários),

ENGENHARIA ELÉTRICA

Redes Industriais

Segurança intrínseca

Rede AS-i com componentes de segurança e componentes comuns


Redes Industriais

• É todo local sujeito à probabilidade da existência ou formação

de misturas explosivas pela presença de gases, vapores,

poeiras ou fibras combustíveis misturadas com o ar (ou com

O2).

• Atmosfera explosiva é a mistura com o ar, de substâncias

inflamáveis na forma de gases, vapores, névoas, poeiras ou

fibras na qual após a ignição, a combustão se propaga através

da mistura remanescente.

Áreas classificadas


Redes Industriais

Segmentos sujeitos a riscos de explosões:

Por gases e vapores inflamáveis:

• Indústria química;

• Aterros sanitários e engenharia civil;

• Tratamento de águas residuais;

• Empresas de pintura;

• Empresas de distribuição de gás. • Agricultura;

• Indústria farmacêutica;

• Refinarias;

Por poeiras e fibras combustíveis:



Redes Industriais


Zona 0 Local com ocorrência de mistura inflamável/explosiva contínua

Zona 1 Local com ocorrência de mistura inflamável explosiva é

provável em condições normais de operação

Zona 2 Local com ocorrência de mistura inflamável explosiva é pouco provável

em condições normais de operação

Classificação segundo a legislação europeia (IEC) , adotada pela ABNT


Redes Industriais

Grupos de equipamentos


Redes Industriais

Tipos de proteção

Segurança Intrínseca Ex i


Redes Industriais

Limitação de tensão;

Limitação de corrente;

Limitação de energia acumulada (Capacitância e indutância)



Redes Industriais



Redes Industriais



Redes Industriais

Grau de proteção IP


Redes Industriais

Grau de proteção IP


Redes Industriais


Redes Industriais


Redes Industriais


Redes Industriais

Rede PROFIBUS

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

PROcess FIeldBUS Process Automation

• É um protocolo de comunicação especialmente projetado

para atender as necessidades da Automação de Processos e

otimizado para equipamentos de campo:

– Transmissores, Válvulas, Atuadores, Conversores, etc;

– Interligados e energizados via o barramento;

– cada equipamento de campo possui um endereço físico e

único no barramento;

– também aplicável em áreas classificadas (intrinsecamente

seguro);

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Exemplo

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

O Profibus é um dos protocolos que fazem parte do grupo dos

“fieldbuses” abertos e independentes de fornecedores (não-

proprietários), que permitem, portanto a integração de

equipamentos de diversos fabricantes em uma mesma rede.

Estamos falando de:

Interoperabilidade: rede fieldbus podem estar interligados

equipamentos de diversos fabricantes.

Todos se comunicam perfeitamente bem, graças à

padronização do protocolo.

Intercambiabilidade: um equipamento pode ser substituído

por outro fabricante.

Rede Profibus

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

O padrão Profibus atende às exigências das normas IEC61158

e EN50170 e, conta com 3 tipos de tecnologias:

PA(Process Automation);

DP(Decentralized Peripherals);

e PROFINET

Rede Profibus

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais


Redes Industriais P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS

PROFIBUS-PA

PROFINET

IEC 61158-2 RS-485/FO

Manufacturing Process

Internet Internet

OS

AS-Interface

PROFIBUS-DP

OS

Industrial Communication

PLC IPC

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Rede Profibus

DP Monomaster System

Master (Class 1)

Slaves

PROFIBUS

PLC

Master (Class 2)

Central Controller

exchanges data with the

distributed peripherial

devices

Engineering tool is

used for

setup/configuration of

the slaves

Analog or digital peripherial devices such as I/O, drives,

transmitters, valves or operator terminals

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

DP-Master

(class 2)

DP-Master

(class 1)

DP-Master

(class 1)

DP - Slaves

PLC

PROFIBUS

PC

CNC

Several DP-Masters may access a

DP Slave with read functions but

only one Master may write to a slave

DP Multi-Master systems consist of:

- multiple Masters (class 1 or 2)

- 1 to max. 124 DP-Slaves

- max. 126 devices on the same

bus

Distributed inputs and outputs

DP Multi-master System

Distributed inputs and outputs

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Meios Físicos Utilizados

De acordo com, os meios físicos utilizados neste protocolo são:

•RS485: para uso universal, em especial em sistemas de

automação da manufatura. É utilizado em DP;

•IEC 61158-2: para aplicações em sistemas de automação em

controle de processo. É utilizado em PA;

•Fibra Ótica: para aplicações em sistemas que demandam

grande imunidade à interferências e grandes distâncias.

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Rede Profibus

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS

Repeater

Repeater Bus terminal

OP S7-400

TD

ET 200


Redes Industriais

Rede Profibus

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS

PROFIBUS – Configuração Mista

FO

RS 485

Ring

Bus

SIEMENS ET200C

SIEMENS ET200C

OLM


Redes Industriais

Rede Profibus

Engineering

Assembly

Hardware

51%

23%

27%

22%

22%

12%

0%

50%

100% 100%

57%

4...20mA, discrete wired PROFIBUS

Source: Namur (Bayer)

Cost Comparison Reduced installation costs

Savings > 40%

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Profibus PA

•Profibus PA: característica adicional que é a transmissão

intrinsecamente segura.

É indicado por controlar variáveis digitais em linhas de

produção seriada ou células integradas de manufatura.

Encontrado predominantemente nas indústrias de

transformação.

Rede Profibus

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Características

• PROFIBUS-PA é baseado no protocolo PROFIBUS-DP ;

• Valores e status são transmitidos via ciclo standard das funções de troca do ciclo DP;

• O profile do PROFIBUS-PA define a mapeamento das funções PA nos serviços do DP;

• Meio físico de acordo com norma IEC 61158-2, variante H1

Baud rate: 31.25 Kbit/s;

• sinal de comunicação: codificação Manchester com a modulação de corrente;

• Topologia: barramento, árvore/estrela, ponto-a-ponto

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

• Alimentação: via barramento ou externa;

• Permite no máximo 32 equipamentos(non-”Ex”) por segmento, num total de 126 equipamentos:

– Aproximadamente 9 equipamentos(Explosion Group IIC)

– Aproximadamente 23 equipamentos(Explosion Group IIB)

• Permite 4 repetidores: distâncias até 10Km;

• Cabeamento máximo de 1900m, sem repetidores;

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS

Características


Redes Industriais

PROFIBUS PA

"SpliTConnect

como um derivador"

Segmento

PROFIBUS-PA

DP/PA Link

24 V

x+

PROFIBUS-DP

"SpliTConnect

com Resistor

de terminação"


Redes Industriais P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS

DCS/PLC

PROFIBUS-PA

31.25 kbit/s

Par trançado, shieldado

comprimento total

max. 1.900 m

* Tipo de proteção:

[EEx ib], Grupo: IIC

10 mA

10 mA

10 mA

10 mA

10 mA 24 V

Spur

max. 30 m

DP/PA Link

Profibus-DP

x+

< 120 mA*

Linha ou Tronco Principal (trunk) 100

F 1 Conector T

Terminador

Caixa de

Junção

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Profibus in comparison with 4..20

i Segment

coupler 1

PLC PLC

I/O modules (1-n)

Terminal block (PLC)

I/O module

n

1

Terminal block

Transmitter

power supply

Terminal block

Distribution

Panel

Junction box

sensor 1 ... n

PROFIBUS PA n

PROFIBUS PA 1

Segment

coupler n

PROFIBUS DP

4 . . 20 ma System PROFIBUS-PA

sensor 1 ... n

i

x x

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Trunk

Spur

Terminador

PLC

PROFIBUS PA

PROFIBUS DP

Coupler

ou

Link+Coupler

Topologia: Estrela ou Barramento

Trunk

Terminador

Spur

PROFIBUS PA

Coupler

ou

Link+Coupler

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Camada Física PROFIBUS-PA

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Maximum power and number of devices per PA segment in hazardous areas

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Cables for IEC 61158-2 transmission

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

Tipo de Cabo

Impedância

Resistência

Seção

Capacitância

Atenuação a 39KHz

Par trançado blindado

100 Ω ± 20% (a 31,25KHz)

44 Ω / 1000m

0,8 mm²

2 nF / m

3 dB/Km

PROFIBUS - características do cabo IEC 61158-2

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

U = 12V

I ≤ 100mA

U >= 9V U >= 9V

U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 12V - 9V ==> L = (3V x 1000m) / (44 Ω x I)

Comp. cabo L

I 1 I n

L (se I = 10 mA, 1 instrumento): 1900 m (6818 m)

L (se I = 50 mA, máx. 5 instrumentos): 1363 m

L (se I = 100 mA, máx. 10 istrumentos): 681 m

PROFIBUS PA - Cálculo comprimento cabo (Ex)

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

U = 19V U ≥ 9V U ≥ 9V

comp. cabo L

I 1 I n

L (se I = 50 mA, i.e. max. 5 instrumentos):





PROFIBUS PA - Cálculo comprimento cabo (não Ex)

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

I ≤ 400mA

U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 19V - 9V

==> L = (10V x 1000m) / (44 Ω x I)

U = 19V U ≥ 9V U ≥ 9V

comp. cabo L

I 1 I n

L (se I = 50 mA, i.e. max. 5 instrumentos): 1.900m (teoricam 4.545m)

L (se I = 100 mA, i.e. max. 10 instrumentos): 1.900m (teoricam 2.272m)

L (se I = 200 mA, i.e. max. 20 instrumentos): 1.136m

L (se I = 300 mA, i.e. max. 30 instrumentos): 757m

L (se I = 400 mA, i.e. max. 30 instrumentos): 668m

PROFIBUS PA - Cálculo comprimento cabo (não Ex)

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


Redes Industriais

I ≤ 400mA

U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 19V - 9V

==> L = (10V x 1000m) / (44 Ω x I)

O comprimento máximo de um segmento PA quando se utiliza cabo de tipos

diferentes fica limitado de acordo com a seguinte fórmula:

(LA/LmaxA) + (LB/ Lmax_B) + (LC/ Lmax_C) + (LD/ Lmax_D) <= 1,

Onde:

LA: Comprimento do cabo A;

LB: Comprimento do cabo B

LC: Comprimento do cabo C;

LD: Comprimento do cabo D;

LmaxA: Comprimento máximo permitido com o cabo A (1900m);

LmaxB: Comprimento máximo permitido com o cabo B (1200m);

LmaxC: Comprimento máximo permitido com o cabo C (400m);

LmaxD: Comprimento máximo permitido com o cabo D(200m).

P R O F I

B U S

PROCESS FIELD BUS


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