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PROCESS FIELD BUS

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PROCESS FIELD BUS

PROPROcesscess FIFIeldeld BUSBUS

®

PROCESS FIELD BUS

•• Rede PlantaRede Planta–– SupervisãoSupervisão–– ComandoComando–– PlanejamentoPlanejamento–– Banco de dadosBanco de dados

•• Rede ControleRede Controle–– Controle em tempo Controle em tempo

realreal–– SegurançaSegurança–– InterfaceInterface

•• Rede CampoRede Campo–– Aquisição das Aquisição das

variáveis variáveis –– Atuação sobre Atuação sobre

equipamentosequipamentos

Arquitetura do SistemaArquitetura do Sistema

NÍVEL DECAMPO

NÍVEL DEPLANTA

A outros níveis

Rede de Controle

Supervisão

Banco deDados

Rede de Planta

Rede deCampo

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PROCESS FIELD BUSPadrões de ComunicaçãoPadrões de Comunicação

®

PROCESS FIELD BUSPosicionamento dos ProtocolosPosicionamento dos Protocolos

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PROCESS FIELD BUSPROFIBUSPROFIBUS

CP

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS - FMS

PROFIBUS - DP PROFIBUS - PA

Nível dePlanta

Ciclo < 1000 ms

Nível de Controle

Ciclo < 100 ms

Nível de Campo

Ciclo < 10 ms

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PROCESS FIELD BUS

Profibus DP (Distributed Peripherals)- Desenvolvida para aplicações que exigem respostas rápidas eeficiente.

Profibus FMS (Fieldbus Message Specification)- Desenvolvido para permitir a troca de dados entre sistemas de automação inteligentes e independentes permitindo que acomunicação seja independente dos equipamentos que compõe osistema. FMS vem perdendo espaço para a rede Ethernet TCP/IP.

Profibus PA (Process Automation)- É versão mais moderna do profibus para a interligação de instrumentos analógicos de campo.

- Os dados podem trafegar pela mesma linha de alimentação.

PROFIBUSPROFIBUS

®

PROCESS FIELD BUSSistemas PROFIBUSSistemas PROFIBUS

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PROCESS FIELD BUSPROFIBUS DP PROFIBUS DP (Distributed Peripherals)

• 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. • Transmissão assíncrona, padrão físico RS 485 / Fibra Óptica.

• Velocidade: 9,6 Kbps . . 12 Mbps. Muito rápido, transmite 1 kByte de E/S

em menos que 2 ms..

• Distância: 100 m . . . 1,2 Km.

• Dispositivos: 127 (máximo).

• Parametrização e Diagnóstico remotos.

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PROCESS FIELD BUS

• É uma rede multi-mestre.

• A velocidade da rede é única e determinada pelo escravo mais lento.

• Velocidade máxima hoje é de 12Mbps.• Permite a conexão de até 32 dispositivos por segmento.

• A rede pode ser estendida com repetidores até 15 Km com fibra ótica.

• A rede é terminada por um terminador ativo no começo e fim de cada

segmento.

• Ambos os terminadores devem ser alimentados.

PROFIBUS DP PROFIBUS DP (Distributed Peripherals)

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PROCESS FIELD BUSPROFIBUS PA PROFIBUS PA (Process Automation)

• É um protocolo de comunicação dedicado à automação de processos e otimizado para equipamentos de campo, tais como transmissores, posicionadores de válvulas, atuadores, conversores, etc.

• Os equipamentos de campo são interligados e alimentados via barramento fieldbus. Existe também a possibilidade de alimentação externa, dependendo do tipo do equipamento e fabricante.

• Cada equipamento de campo possui um endereço físico que é único no barramento.

• Possibilidades de uso em áreas classificadas (Intrinsecamente Seguro).

• A camada física está de acordo com o padrão IEC 61158- 2.

• Baude rate: 31.25 kbit/s.

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PROCESS FIELD BUS

• Permite no máximo 32 equipamentos por segmento, num total de 126 equipamentos.

• Aproximadamente 9 equipamentos(Explosion Group IIC).

• Aproximadamente 23 equipamentos(Explosion Group IIB).

• Cabeamento máximo de 1900m, sem repetidores.

• Permite 4 repetidores: distâncias até 10Km.

PROFIBUS PA PROFIBUS PA (Process Automation)

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PROCESS FIELD BUSElementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS• Mestres(Masters):

São elementos responsáveis pelo controle do barramento.

Classe 1: responsável pelas operações cíclicas (leitura/escrita) e controle das malhas abertas e fechadas do sistema de controle/automação (PLC).

Classe 2: responsável pelos acessos acíclicos dos parâmetros e funções dos equipamentos PA.

• Acopladores(Couplers):São dispositivos utilizados para traduzir as características físicas

entre o PROFIBUS DP e o PROFIBUS PA.

• Link devices:São dispositivos utilizados como escravos da rede PROFIBUS DP e mestres da rede PROFIBUS PA.

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PROCESS FIELD BUSElementos da Rede PROFIBUSElementos da Rede PROFIBUS

• Terminador: consiste de um capacitor de 1µF e um resistor de 100 conectados em série entre si e em paralelo ao barramento.

• Proteção contra reflexão do sinal de comunicação:- deve ser colocado nas duas terminações do barramento, um no final e

outro geralmente no coupler.

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PROCESS FIELD BUSTopologia da RedeTopologia da Rede

• Acoplador ou Acoplador+Link• Dispositivos de Campo com Interface PROFIBUS PA• Cabos

– Segmento DP: RS485 ou FO– Segmento PA: IEC 61158-2

• Terminadores de Rede– em ambas as extremidades– Shunt do sinal de corrente: o sinal de comunicação é transmitido como

corrente mas recebido como tensão. O terminador faz esta conversão– Proteção contra reflexão do sinal de comunicação: deve ser colocado

nas duas terminações do barramento, um no final e outro geralmente no coupler.

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PROCESS FIELD BUSTopologia da RedeTopologia da Rede

Trunk

Spur

Terminador

PLC

PROFIBUS PA

PROFIBUS DP

CouplerouLink+Coupler

Trunk

TerminadorSpur

PROFIBUS PACouplerouLink+Coupler

• PROFIBUS DP – Barramento linear• PROFIBUS PA – Barramento / estrela

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PROCESS FIELD BUSTopologia da RedeTopologia da Rede

DCS/PLC

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

Par trançado, shieldadocomprimento totalmax. 1.900 m

* Tipo de proteção: [EEx ib], Grupo: IIC

≥ 10 mA ≥ 10 mA

≥ 10 mA

≥ 10 mA

≥ 10 mA

24 V

Spurmax. 30 m

DP/PA Link

Profibus-DPεx+

< 120 mA*

Linha ou Tronco Principal (trunk) Ω100

µF1ConectorT

Terminador

Caixa de Junção

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PROCESS FIELD BUSAcesso ao MeioAcesso ao Meio• Controle híbrido de acesso ao meio (Token / mestre-escravo);• Diversas configurações possíveis;• Unidades divididas em Ativas(mestres) e Passivas(escravos);• Escravos configurados a cada mestre;• Comunicações ponto-a-ponto e multi-ponto:

– Multicast;– Broadcast;

• PA – 512 bits;• DP – 246 bytes;• Estados : STOP, CLEAR e OPERATE;• Proteção : Data_Control_Timer(Auto-Clear), Watchdog e

Proteção de acesso.

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PROCESS FIELD BUSAcesso ao MeioAcesso ao Meio

®

PROCESS FIELD BUSAcoplador / LinkAcoplador / Link

Profibus-DP até 12 Mbits/sProfibus-DP até 93.75 Kbits/s

DP/PA Link(modular, uso em conjunto

com os acopladores)

Profibus-PA31.25 kbit/s

24 V

Versão Não-Ex:I < 400 mA,

max. 30 instrumentos

24 V

Não-Ex: max. 40 inst. de campoEx: max. 3 x 10 inst. de campo

J

24 V

J

Versão Ex:I < 120 mA

max. 10 instrumentos

JJ

εx εx

Profibus-PA31.25 kbit/s

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PROCESS FIELD BUSAcoplador / LinkAcoplador / LinkCouplers• São dispositivos utilizados para traduzir

as características físicas entre o PROFIBUS DP (RS485) e o PROFIBUS PA (IEC 61158-2)

• São transparentes para os mestres (não possuem endereço físico)

• Atendem aplicações seguras(Ex) ou não (Non-Ex), definindo e limitando o número máximo de equipamentos em cada segmento PA. O número máximo de devices depende da somatória das correntes dos devices no segmento.

• São alimentados com 24 Vdc. • Couplers P+F (93.75 kbits/s) e

Siemens(45.45 kbits/s).

Links• São dispositivos utilizados como

escravos da rede PROFIBUS DP (RS485) e mestre da rede PROFIBUS PA (IEC 61158-2).

• Possuem endereço físico no barramento.

• Permitem taxas de até 12Mbits/s no barramento DP

• Permitem que sejam acoplados até 5 couplers, mas limitam o número de equipamentos em 30 em um barramento “Non-Ex” e 10 em barramento “Ex”.

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PROCESS FIELD BUSAcoplador / LinkAcoplador / Link

PROFIBUS-DP45.45 kbit/s

DP/PACoupler

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

24 V

PROFIBUS-DPaté12 Mbit/s

DP/PA Link

24 V

1

32

1

1

2 3

24 V

4

24 V

1

2

Slave

Master

PROFIBUS-PA31.25 kbit/s

2 3

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PROCESS FIELD BUSMeio FísicoMeio FísicoRS – 485

• É o mais utilizado no PROFIBUS DP (também pode-se utilizar Fibra Ótica;

• Alta taxa de transmissão e fácil instalação;• Taxas de transmissão entre 9,6 kbits/sec e 12 Mbits/sec;• 32 estações por segmento (extensível a 126 com repetidores);• Shield é recomendado;• O comprimento depende da velocidade:

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PROCESS FIELD BUSMeio FísicoMeio FísicoIEC – 61158-2

• É o mais utilizado no PROFIBUS PA;• Pode ser utilizado em áreas

classificadas (H1);• Taxas de transmissão de 31.25

kbits/sec;• Sem segurança intrínseca:

– 32 estações;• Com segurança intrínseca:

– 9 estações;• Máximo de 4 repetidores;• Código Manchester;• Distância máxima depende do nível

de segurança (mA) e do número de equipamentos (400 a 1900m)

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PROCESS FIELD BUSBlocos FuncionaisBlocos Funcionais• 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 contrtrole;

• 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.

• Bloco de Totalização – TOT: fornece o valor totalizado da saída analógica.

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PROCESS FIELD BUSBlocos FuncionaisBlocos Funcionais

Bloco AI – Entrada analógica

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PROCESS FIELD BUSBlocos FuncionaisBlocos Funcionais

Bloco AO – Saída analógica

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PROCESS FIELD BUSIntegração PROFIBUSIntegração PROFIBUS• GSD (device master data) file: arquivo txt com detalhes de revisão de

hardware e software, bus timing do equipamento PA e informações sobre troca de dados cíclicos. Deve ser um para cada tipo equipamento

• DD (Device Description) para o Simatic PDM e o Commuwin II: arquivo ddl com a descrição de todos os parâmetros de todos os blocos funcionais e métodos (calibração) e menus operacionais

• Arquivos DD e GSD possibilitam a operação de dispositivos de diferentes fabricantes em um mesmo sistema

PLC

Profibus PA

DP/PA LINKCOUPLER

ArquivosDD e/ou GSD

Fabricante AFabricante B

Fabricante N

Profibus DP

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PROCESS FIELD BUSVantagens do PROFIBUS Vantagens do PROFIBUS

• Economia nos custos de Hardware:Redução de Módulos de I/O, cabeamento e bandejamento.Painéis de ligação e borneiras mais compactos.Convivência com sistema 4-20 mA.

• Economia nos custos de Software e Engenharia:Configuração centralizada.Redução das fontes de erro, uma vez que o número de ferramentas diminui.Uso de manutenção preventiva, preditiva e diagnósticos.Start-up mais simples.Tempos de paradas mais curtos.

• Maior número de fabricantes de equipamentos:Maior número de opções para o cliente.Maior concorrência e menor custo dos equipamentos.Interoperabilidade e intercambiabilidade entre fabricantes.

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PROCESS FIELD BUS

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PROCESS FIELD BUS

PROPROcesscess FIFIeldeld BUSBUS