PROFIBUS-PA

PROFINET

IEC 61158-2 RS-485/FO

Manufacturing Process

Internet Internet

OS

AS-Interface

PROFIBUS-DP

OS

PLC IPC

Rede Profibus

• PROFIBUS desenvolvido na Alemanha, inicialmente pela Siemens em conjunto

com a Bosch e Klockner-Moeller em 1987.

• Em 1988 tornou-se um "Trial Use Standard" no contexto da norma DIN (DIN V

19245, parte 1), que define as camadas Física e Enlace.

• Posteriormente, grupo de 13 empresas e 5 centros de pesquisa propuseram

alterações nas camadas Física e Enlace e definiram a camada de Aplicação

(norma DIN V 19245, parte 2).

• Esta proposta é atualmente apoiada por mais de 300 empresas européias e

internacionais.

Rede Profibus

Rede Profibus

• Classificação: Devicebus

• Mais de 300 fornecedores de equipamentos

• Topologia:Linha / Estrela / Anel

• Velocidade de transmissão: DP - Máx: 12 Mbps ; PA - Max: 31.25 kbps

• Max. número de nós: 127

• Distância Máxima: 100m entre segmentos (12Mbaud) ; 24Km (Dependente do

meio e do Baudrate)

• Mestre-Escravo - “peer to peer”

Rede Profibus

Os dispositivos mais comuns nesta rede são:

• Computadores;

• Drives AC e DC (acionamentos);

• Sensores e Atuadores;

• Controladores Programáveis.

Rede Profibus

Redes Profibus

Características gerais:

Profibus é uma rede multimestres. A especificação fieldbus distingue dois tipos de

dispositivos:

Dispositivos Mestre:

Um mestre é capaz de enviar mensagens independente de solicitações externas quando

tiver a posse do token. São também chamados de estações ativas.

Dispositivos Escravos:

Não possuem direito de acesso ao barramento e podem apenas confirmar o

recebimento de mensagens ou responder a uma mensagem enviada por um mestre.

São também chamadas de estações passivas. Sua implementação é mais simples e

barata que a dos mestres.

Rede Profibus

P r o f i b u s D P ( D i s t r i b u t e d P e r i p h e r a l s)

Esta rede é especializada na comunicação entre sistemas de automação e

periféricos distribuídos.

P r o f i b u s F M S ( F i e l d b u s M e s s a g e S p e c i f i c a t i o n )

É uma rede de grande capacidade para comunicação de dispositivos inteligentes tais

como computadores, CLPs ou outros sistemas inteligentes que impõem alta

demanda de transmissão de dados. FMS vem perdendo espaço para a rede

Ethernet TCP/IP.

P r o f i b u s P A ( P r o c e s s A u t o m a t i o n )

É uma rede para a interligação de instrumentos analógicos de campo tais como

transmissores de pressão, vazão, temperatura, etc. Esta rede possui uma grande

fatia do mercado de barramentos de campo geralmente chamados de fieldbus.

Tipos de Rede Profibus

Passive Devices (Slaves)

Active Devices (Masters)

PLC PLC PC

PROFIBUS diferencia dispositivos mestre de escravo

PROFIBUS

Acesso ao Meio

Mestre (Class 1)

Escravos

PROFIBUS

PLC

Mestre (Class 2)

Ontrolador Central

Controller troca dados com

os dispositivos periféricos

distribuidos

Ferramenta de

engenharia – usada para

configuração dos

escravos

Dispositivos analogicos ou digitais tais como I/O, drives,

transmissores, valvulas ou terminais

Profibus DP Monomestre

DP-Master

(class 2)

Mestre-DP

(class 1)

Mestre-DP

(class 1)

DP - Slaves

PLC

PROFIBUS

PC

CNC

Vários Mestres-DP podem ler um Escravo-DP

mas apenas um Mestre pode escrever em um

escravo.

Sistema DP Multi-Mestre consiste de:

- multiplos Mestres (class 1 ou 2)

- 1 a 124 Escravos-DP

- max. 126 dispositivos no mesmo barramento

Entradas e saídas distribuidas Entradas e saídas distribuidas

Profibus DP Multimestre

PROFIBUS

Ferramenta de configuração

PLC

PROFIBUS

Uma biblioteca com arquivos GSD dos dispositivos PROFIBUS está disponível online em www.PROFIBUS.com

Arquivos GSD-Files contém os

parâmetros de comunicação

Arquivos EDD-files contém os

parâmetros da aplicação.

Configuração da Rede Profibus

PROFIBUS-DP

Sistema de Controle

Ferramenta de

Engenharia

PROFIBUS-PA

IEC 61158-2 (MBP_IS) I

x

Segment-

coupler/Link

transmissor

x+

RS-485 ou Fibra Ótica

Fonte 24V

Aplicação na Automação de Processo

Passagem lógica de bastão entre mestres

P G 7 2 0

PROFIBUS

FM

SV

Acesso cíclico entre mestres e escravos

Métodos de Comunicação

O token é passado para cada estação segundo sua posição no anel lógico

(endereços crescentes) dentro de um tempo bem determinado. O tempo de retenção

da ficha por cada mestre é determinado pelo tempo de rotação do token, que é

configurável.

A comunicação em Profibus é independente de conexão, o que permite executar uma

comunicação broadcast (uma estação envia uma mensagem sem reconhecimento

para todas as demais, mestres ou escravos) ou multicast (uma estação ativa envia

uma mensagem sem reconhecimento para um determinado grupo de estações

(mestre ou escravos).

Protocolo Token Passing

Profibus DP

Existem atualmente três physical profiles que definem os métodos de

transmissão disponíveis para o Profibus:

• RS-485 para aplicações gerais da automação da manufatura;

• IEC 1158-2 para uso na automação de processos;

• Fibra ótica para maior imunidade a ruído e maiores distâncias.

Meios Físicos

18

Profibus – Tecnologia de Transmissão

– Topologia em Barramento linear, terminação ativa em ambas

as extremidades, extensões de conexão são permitidas em

velocidades abaixo de 1,5 Mbit/s.

– 32 estações em cada segmento sem repetidores, e 127

estações, com repetidores.

– Conector 9 pinos tipo D subminiatura (AL-2601e AL- 2602)

Transmissão RS 485 – Profibus DP/FMS

20

VP

B

A

DGND

first station

390

220

390

Bus Termination

last station

Bus Termination VP

B

A

DGND

Data Line B

Data Line A

B B A A

Station 2 Station 3

390

220

390

Instalação RS 485

Meio Físico RS 485

22

– Transmissão de dados: codificação digital, bit-síncrona, Manchester.

– Velocidade de Transmissão: 31,25 kbit/seg, Modo Voltagem.

– Cabo: par trançado, com ou sem blindagem.

– Alimentação remota: opcional, através de linhas de dados.

– Tipo à prova de explosão: operações intrinsecamente seguras e não-

intrinsecamente seguras são possíveis.

– Topologia: em linha e em árvore, ou uma combinação.

– Número de estações: até 32 estações por segmento de linha, total

máximo de 126.

– Repetidores: pode ser expandido com até 4 repetidores.

Transmissão IEC 1158-2 – Profibus PA

23

– Condutores de fibra óptica podem ser usados em PROFIBUS

para aplicações em ambientes com interferência eletromagnética

muito alta e para aumentar a distância máxima em altas

velocidades de transmissão.

– Dois tipos de condutores estão disponíveis.

• condutores baratos de fibra plástica para distâncias <= 50 m;

• condutores de fibra de vidro para distâncias da ordem de

quilometro.

Transmissão Fibra Ótica

Acoplador

DP para PA Conectores T

Caixa de

Junção

Terminador Conector

Dispositivos de Conexão

Profibus DP

É uma rede de alta velocidade e multimestres utilizando o padrão RS 485.

Os mestre podem ser de duas categorias:

Classe 1: são mestres que realizam comunicações cíclicas tais como CLPs.

Classe 2: São mestres que trabalham com mensagens assíncronas como

estações de operação e de configuração.

Profibus DP

Profibus DP - Dispositivos

• Características tecnológicas:

– Transmissão assíncrona, padrão físico RS 485 / Fibra Óptica e IEC 1158-2

– Topologia: Barramento

– Velocidade: 9,6 Kbps . . 12 Mbps. Transmite 1 kByte de E/S em menos que

2 ms

– Distância: 100 m . . . 1,2 Km

– Dispositivos 127 (máximo)

– Parametrização e diagnóstico remotos

– Acesso híbrido (Token + Mestre/Escravo)

• protocolo FDL (FieldBus Data Link): permite mestre/escravo com token

passing, multi-mestre com token ring, adicionalmente com broadcast e

multicast ( nível 2 )

®

PROCESS FIELD BUSCaracterísticas

• Características tecnológicas (continuação):

– ProfiBus divide-se em

• ProfiBus FMS, para nível de célula ( controle )

• ProfiBus DP (Decentralized Periphery), para nível de campo:

– Equipamentos escravos

– DPM1 (DP Master Class 1): controlador central ( CP ou PC )

– DPM2 (DP Master Class 2): configuração, diagnóstico e

programação (notebook, PC)

• ProfiBus PA (Process Automatation), para segurança intrínseca:

semelhante ao DP

®

PROCESS FIELD BUSArquiteturas

• Características tecnológicas (continuação):

– Configuração PROFIBUS com 3 estações ativas (mestres) e 7 estações

passivas (escravas). Os 3 mestres formam um anel lógico de token:

®

PROCESS FIELD BUSArquiteturas

– Projetado para a rápida comunicação de dados entre dispositivos,

cuja comunicação realizada é entre CLPs e seus dispositivos de E/S

remotos.

– Indicada para o chão de fábrica, onde o volume de informações é

grande e há a necessidade de uma alta velocidade de comunicação

para que os eventos sejam tratados num tempo adequado.

– As comunicações com este tipo de dispositivos é feita de forma

cíclica.

– Oferece funções para acesso acíclico, no caso de dispositivos de

campo inteligente que necessitem configuração, diagnósticos e

gerenciamento de alarmes.

– Característica determinística.

Profibus DP

31

Profibus DP

Profibus DP Monomestre

Profibus DP Multimestre

34

Profibus DP – Resumo

A rede Fieldbus PA é uma rede para interligar válvulas, transmissores de pressão

diferencial, etc., portanto geralmente dispositivos escravos. A alimentação dos

dispositivos pode se dar pela própria rede. Caso se deseje interligar esta rede de baixa

velocidade a uma rede de alta velocidade (DP) ou a um CLP, deve-se utilizar um

acoplador.

A Profibus PA permite ligar 32 dispositivos por segmento sem segurança intrínseca (IS)

ou até 9 dispositivos com segurança intrínseca.

Os dispositivos podem ser conectados e desconectados para manutenção com a rede

em operação, mesmo quando operando em áreas classificadas.

Profibus PA

Profibus-PA - padrão IEC 1158-2 - transmissão um par trançado blindado,

velocidade de 31.25 kbit/s.

Permite alimentar os dispositivos diretamente, usando o barramento de dois fios e

apresenta segurança intrínseca. Os princípios fundamentais são:

• Cada segmento deve ter uma única fonte de potência: a fonte de alimentação.

• Nenhuma potência é alimentada no barramento quando a estação está enviando

dados.

• Cada dispositivo de campo consume uma potência fixa conhecida em regime.

• Os dispositivos de campo funcionam como consumidores passivos de corrente.

• A terminação passiva de linha é realizada nos dois extremos da linha.

• Topologias linear, árvore e estrela são permitidas.

Profibus PA

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• Conhecida como proteção do projeto.

• O objetivo é limitar a energia nos circuitos elétricos do

equipamento, fazendo com que os mesmos não apresentem

energia suficiente com capacidade de causar a ignição de

atmosferas potencialmente explosivas, mesmo nas ocorrências de

falhas que venham a ocasionar centelhas ou superfícies aquecidas

que estejam em contato com a atmosfera potencialmente

explosiva.

Profibus – Segurança Intrínseca

Conexão Profibus DP – Profibus PA

39

Arquivos de Configuração GSD

40

• Existem duas maneiras de se realizar a conexão das duas redes: via

acoplador de segmento e via DP/PA link.

• Acopladores são conversores de sinais que adaptam os sinais RS-485 para o

nível de sinal do IEC 1158-2, não possuem endereço de rede e permitem

endereçar os dispositivos das sub redes diretamente.

• Sua maior desvantagem é limitar a velocidade da rede DP a 93.75 kbps (na

verdade em 45.4 kbps para a maioria dos fabricantes, somente

Pepperl+Fuchs dispunha de solução a 93.75kbps em 2001).

Conexão Profibus DP – Profibus PA

PROFIBUS DP PROFIBUS PA

Produção Processo

RS 485

RS 485

Redes Profibus

42

Rede Profibus X Rede Devicenet