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1 Centro de Competência PROFIBUS do Brasil, 2010, USP São Carlos - SP 1 Introdução à Instalação de Redes Profibus Instrutor: Dennis Brandão Centro de Competência PROFIBUS do Brasil EESC – USP Centro de Competência PROFIBUS do Brasil, 2010, USP São Carlos - SP 2 Introdução O que é PROFIBUS? •É um tipo de rede de campo. O que é uma rede de campo? • Um sistema de comunicação digital para dispositivos de campo. • Muitos dispositivos em um cabo de rede. • A comunicação é de duas vias, para que os dispositivos possam receber informações das estações de controle e também possam enviar informações para as mesmas. • Os dados podem ser simples, ou seja, um sinal liga/desliga, • Ou podem ser complexos – ex. informações de analisadores de processo e atuadores, tais como variadores de velocidade.

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Introdução à Instalação de Redes Profibus

Instrutor: Dennis Brandão

Centro de Competência PROFIBUS do Brasil EESC – USP

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Introdução

O que é PROFIBUS?

•É um tipo de rede de campo.

O que é uma rede de campo?

• Um sistema de comunicação digital para dispositivos de campo.

• Muitos dispositivos em um cabo de rede.

• A comunicação é de duas vias, para que os dispositivos possam receber informações das estações de controle e também possam enviar informações para as mesmas.

• Os dados podem ser simples, ou seja, um sinal liga/desliga,

• Ou podem ser complexos – ex. informações de analisadores de processo e atuadores, tais como variadores de velocidade.

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PROFIBUS – Uma Visão Geral

PROFIBUS (Process Field Bus) é uma rede de campo de padrão aberto amplamente aceita e apoiada por fornecedores de uma ampla gama de equipamentos, ferramentas e de serviços.

O PROFIBUS foi introduzido em 1989 na norma DIN 19245.

Mais tarde adotado pela norma européia EN 50170.

O padrão PROFIBUS está incorporado na IEC 61158, norma internacional para redes de campo desde 1999.

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PROFIBUS – Uma Visão Geral

Profibus é líder mundial em sistemas de redes de campo.

•Possui aproximadamente 30 milhões de dispositivos instalados.

•Cerca de 3.000 produtos de mais de 300 diferentes fornecedores.

Amplo apoio em todo o mundo através do PROFIBUS Internacional.

•Pelos sites: www.profibus.com e www.profibus.org.br, com atualizações e informações para download.

•Associações Regionais PROFIBUS em mais de 25 países, inclusive no Brasil.

•Aproximadamente 36 Centros de Competência PROFIBUS.

•10 laboratórios para testes de dispositivos em todo o mundo.

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A Família PROFIBUS

PROFIBUS FMS - Field bus Message Specification

• Sofisticada e de protocolo complexo.• Originalmente usado no nível de células ou do controlador.• Fornece transmissão flexível de dados estruturados.• FMS já não é suportado pela PI.

PROFIBUS DP - Descentralize Periphery

• Custo mais baixo, simples, alta velocidade em comunicações em nível de campo.

• Todas as aplicações modernas usam PROFIBUS DP.

PROFIBUS PA - Process Automation

• Desenvolvido especificamente para substituir o a transmissão 4-20mA nas industrias de processo.

• Conexão a dois fios: transmite energia + dados.

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A Família PROFIBUS

Todos os três sistemas podem funcionar em conjunto.

DP e FMS compartilham o mesmo meio elétrico de transmissão (RS-485).

PA utiliza um sistema de transmissão elétrica diferente chamado "Manchester Bus Powered" (MBP), definido na IEC 61158-2. Entretanto o PA compartilha o mesmo protocolo básico do DP.

O FMS já não é suportado por PROFIBUS Internacional, porém ainda existem instalações FMS que funcionam bem.

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PROFINET

O PROFINET é um outro membro da família, provê comunicação industrial sobre Ethernet.

O PROFINET é:

• Compatível com o padrão Ethernet (IEEE 802.3).

• Opera a 100 Mbit/s sobre cabo metálico ou fibra óptica,

• Utiliza exclusivamente switches em operação full duplex para eliminar completamente as colisões,

• Faz uso de normas de TI existentes. Mas é "tempo real“ e determinístico,

• PROFINET é pensado para incorporar todos os requisitos de sistemas de automação e controle.

• PROFINET é totalmente compatível com o PROFIBUS e outros fieldbuses (Interbus, FF, AS-i, etc.)

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A Família PROFIBUS

Nível de Planta

Tarefas pesadas, muitos dados

Nível de célula

Nível de campo

Alta velocidade, dados pequenos

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PROFIBUS

Comunicação

Transmissão

Profiles de Aplicação

Transmissão (Interfaces Físicas)- Meio de Transmissão- Nível de Sinais-Topologias, tipos de cabos- Taxas de comunicação

1 0 1 1 0 1

Profiles de AplicaçãoEspecificações Independentes de Fabricantes - Propriedades,- Desempenho- Comportamento de Transmissores

Comunicação- Estrutura do Protocolo- Procedimentosde Acesso ao barramento- Serviços

Ferramentas do Sistema PROFIBUS

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Tecnologia de Transmissão

RS485 (H2) – Usado no FMS e no DP

• Simples, robusto e de alta velocidade de comunicação. Dois fios de transmissão de dados em par trançado blindado permitindo que até 32 estações possam ser conectados juntas em um único barramento (segmento).

Fibra ótica (FO) – Usada no FMS e DP

• Cabo ótico de fibra plástica ou de fibra de vidro, pode ser utilizado para transmissões em alta velocidade, livre de interferência elétrica e com isolamento elétrico.

MBP (H1) – Usado no PA

• Manchester Bus Powered é uma transmissão em par trançado blindado que suporta até 32 estações por segmento. Alimentação e dados no mesmo cabo. Certificação de segurança intrínseca muito simples de implementar.

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Topologia

Até 126 dispositivos podem ser ligados juntos em uma mesma rede PROFIBUS.

No entanto as limitações do RS485 e do MPB implicam em um máximo de 32 dispositivos por segmento.

Segmentos são formados usando-se repetidores, couplers ou links de fibra óptica:

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Topologia

Segmentos MBP podem ser definidos de forma mais flexível, com derivações em T.

Cada segmento RS-485 é melhor projetado em barramento linear ponto a ponto(daisy chain)

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Operação

Os dados são trocados entre todas as redes PROFIBUS usando mensagens ou telegramas que circulam entre as estações.

As Estações Mestre possuem o controle da comunicação.

As Estações Escravas respondem aos telegramas de seus mestres de controle.

Uma rede pode ter uma ou mais estações Mestre.

Cada Mestre pode controlar (comunicar-se) uma ou mais estações Escravas.

Todos os dispositivos têm a mesma prioridade.

• Nenhum mestre é mais importante do que qualquer outro mestre, nenhum escravo é mais importante do que qualquer outro escravo.

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Endereçamento

Dentro de uma rede, a cada dispositivo PROFIBUS ou estação é dado um endereço através do qual a comunicação é dirigida.

O endereço de cada estação deve ser definido pelo engenheiro durante o comissionamento.

Os endereços das estações podem ser definidos de várias maneiras:

• Na chave local do dispositivo (dip switches binários ou rotativos).

• Por software via rede PROFIBUS usando uma ferramenta de configuração (chamado de mestre classe 2).

• Finalmente, alguns dispositivos podem utilizar um software especial e uma linha serial ou ferramenta hand-held para definir o endereço do dispositivo. Por exemplo: alguns PLCs, drives ou dispositivos HMI.

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Para definir um endereço em dip switch binário, pode-se mudar as chaves dos algarismos mais significativos para os menos, decidindo qual deve ficar ligado ou desligado.

Por exemplo, para definir o endereço decimal # 50:

• A chave mais significativa (64) não é exigida → 64 = off

• A próxima chave (32) é necessária → 32 = on.Deixando 50 - 32 = 18 ainda necessários.

• Próxima chave (16) é necessária → 16 = on.Deixando 18-16 = 2 ainda necessários.

• Assim, somente a chave (2) é necessária → 2 = on

• Todas as outras não são exigidas → 8, 4, 1 = off.

Nota: Os dip switches podem ser rotulados 0-6 ou 1-7 mesmo em dispositivos diferentes. Às vezes até encontrar um interruptor adicional!

Endereçamento

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Endereçamento

Alternativamente, basta pegar o endereço decimal e sucessivamente dividir por dois. Cada vez que tivermos um no resto da divisão, então esse se torna um dígito no resultado binário.

Aqui trabalharemos do bit menos para o mais significativo. Por exemplo, para definir o endereço decimal # 50:

• 50 / 2 = 25 resto 0 → bit 0 = off.

• 25 / 2 = 12 resto 1 → bit 1 = on.

• 12 / 2 = 6 resto 0 → bit 2 = off.

• 6 / 2 = 3 resto 0 → bit 3 = off.

• 3 / 2 = 1 resto 1 → bit 4 = on.

• Deixando um saldo de 1 → bit 5 = on.

• Todos os bits restantes são bits 6 → 0 = off.

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Endereçamento

Existem 128 endereços diferentes disponíveis para dispositivos (numeradas de 0 a 127).

No entanto, o endereço 127 é reservado para mensagens de broadcast e assim não pode ser usado para um dispositivo.

Endereço 126 é utilizado para dispositivos novos a serem endereçados pelo barramento.

Os 126 endereços restantes (0 a 125) são disponíveis para dispositivos PROFIBUS.

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Operação

A rede opera em uma determinada taxa de comunicação (também chamado bit rate

ou baud rate).

As taxas de comunicação do padrão PROFIBUS DP são:

• 9.6, 19.2, 45.45, 93.75, 187.5 e 500 Kbit/s,

• 1.5, 3.0, 6.0 e 12.0 Mbit/s.

A maioria dos escravos DP modernos suporta todas as taxas de dados, e ainda detectam e se ajustam automaticamente à velocidade da rede.

Muito raramente a taxa de dados precisa ser definida nas opções do próprio dispositivo.

As redes PA sempre operam a uma taxa fixa de 31.25 Kbit/s

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Tipos de Estações

Dispositivos Mestre (também chamados de estações ativas)

•Mestres classe 1: PLCs, controladores, algumas estações SCADA, etc.

•Mestres classe 2: Ferramentas de engenharia (PCs), alguns dispositivos de diagnóstico, etc.

Dispositivos Escravos (também chamados de estações passivas)

•I/O Remotas, transmissores, sensores, atuadores, válvulas, drivers, etc.

Mestres controlam a comunicação na rede, enquanto os escravos somente respondem às solicitações do mestre.

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Transferência Cíclica de Dados

Sistema com Mestre único

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Transferência Cíclica de Dados

Sistema com dois Mestres

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Operação

As operações PROFIBUS não necessitam de programação adicional. Toda comunicação é realizada automaticamente pelos chips PROFIBUS presentes em cada dispositivo.

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Configuração da Rede

As estações PROFIBUS possuem diferentes capacidades e características. Por exemplo, o número de canais de I/O, mensagens de diagnóstico, taxas de comunicação suportadas, etc.

Antes de qualquer sistema PROFIBUS operar, ele deve ser configurado. Isto é, o mestre(s) deve(m) ter conhecimento das características dos escravos.

A configuração é normalmente efetuada através de uma ferramenta de software proprietário para a estação PROFIBUS mestre.

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Configuração da Rede

Todos os fornecedores de equipamentos PROFIBUS fornecem os arquivos de descrição General Station Description ou GSD files.

Os GSD são lidos pela ferramenta de configuração para fornecer informações detalhadas sobre os dispositivos que estão sendo utilizados na rede.

O GSD torna simples a integração de dispositivos de diferentes fornecedores em qualquer sistema.

A cada dispositivo PROFIBUS é dado um único número de identificação que identifica o tipo de dispositivo e fornece uma rápida verificação de que a sua configuração na rede está correta.

O arquivo GSD é específico para um número de ID. Portanto, se sabemos que o número de ID do dispositivo, podemos facilmente identificar seu arquivo GSD.

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Configuração da Rede

Configurações do Sistema

Ferramentas deConfiguração

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O mestre de controle executa várias verificações antes de iniciar a troca de dados com o escravo.

1. O mestre primeiro verifica se o escravo está presente na rede e se este não é controlado por outro mestre, através de um pedido de diagnóstico.

2. Após isso, o mestre verifica se o dispositivo é do tipo correto, verificando seu número de ID e definindo alguns parâmetros do dispositivo.

3. O mestre, em seguida, verifica se os canais de I/O atribuídos no projeto estão presentes e disponíveis no escravo.

4. Um pedido de diagnóstico verifica se está tudo ok.

5. O escravo só entra em troca de dados se todas as checagens estiverem corretas.

Diagnóstico

AjustarParâmetros

ChecarConfiguração

Diagnóstico

Troca deDados

Iniciando a Rede

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Operação

Durante a troca cíclica, o mestre constantemente verifica se o escravo está respondendo e funcionando corretamente.

•Verificando as respostas dos escravos.

Além disso, cada escravo verifica constantemente se seu mestre está operando corretamente.

•Verificando os pedidos de mestre.

Se um escravo detecta um problema, as saídas irão automaticamente para modo “fail safe”, ou seja, as saídas irão para uma condição de falha segura (normalmente desligadas).

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Operação

O escravo usa um “watchdog timer” que lhe permite detectar a inatividade no mestre.

O “watchdog timer” é zerado a cada vez que uma mensagem livre de erros é recebida do mestre.

Se nenhuma mensagem válida é recebida dentro do tempo especificado (“watckdog time”), então o escravo assume um erro de comunicação e define as saídas para a condição segura.

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PROFIBUS PA

O PROFIBUS PA é projetado especificamente para as indústrias de processo, para substituir a tecnologia de 4-20mA .

As diferentes tecnologias de transmissão fazem com que um dispositivo acoplador DP/PA seja necessário para ligar uma rede PA a uma DP.

Entretanto, as camadas 2 e 7 do protocolo comuns definem que dispositivos PA integram-se transparentemente com os dispositivos DP, ou seja, o mestre não nota nenhuma diferença entre segmentos PA e DP.

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PROFIBUS PA

A transmissão MBP ocorre através de modulação de corrente em um par de fios.

Codificação Manchester simplesmente significa que bits são transmitidos como transições ao invés de níveis lógicos.

Assim como na transmissão analógica de 4 a 20 mA, o MBP permite a transmissão de dados e energia no mesmo par de fios.

Além disso, equipamentos PA podem ser certificados para uso em ambientes classificados, ou seja, em atmosferas explosivas.

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PROFIBUS PA

Alimentação para o segmento PA

Segmento DP

Segmento PA

Acoplador DP/PA

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Instalação de Redes Profibus

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Interferências em Cabos

Existem duas formas de acoplamento de interferências de outros cabos elétricos ou equipamentos:

• Eletrostático – quando um acoplamento capacitivo induz tensões elétricas no cabo.

• Eletromagnético – quando campos magnéticos induzem correntes no cabo por acoplamento indutivo.

Alta tensão

acoplamento

Acoplamento capacitivo entre cabos

Fonte de interferênciaEx. Cabo de força

Cabo de sinalEx. instrumentação

Fonte de interferênciaEx. Cabo de força

Cabo de sinalEx. instrumentação

Alta tensão

acoplamento

Acoplamento indutivo entre cabos

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Redução de Interferências

• Uma blindagem pode reduzir o acoplamento eletrostático:

• Note que a blindagem é efetiva somente quando devidamente aterrada. Cuidado ao utilizar o terra de proteção como terra de sinal, aquele pode ser muito ruidoso.

• Uma blindagem não aterrada não faz efeito algum, pode inclusive piorar a interferência!

Alta tensão

acoplamento

Acoplamento passa à terra

Fonte de interferênciaEx. Cabo de força

Cabo de sinalEx. instrumentação

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• A trança do cabo pode reduzir significativamente a interferência eletromagnética.

• Entretanto, a trança não reduz o acoplamento eletrostático.

• Portanto, deve-se utilizar um par trançado com blindagem aterrada.

Redução de Interferências

acoplamento

Correntes induzidas em voltas consecutivas tendem a se cancelar

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• A instalação em dutos metálicos aterrados (bandejas e conduites) pode reduzir ainda mais os efeitos de indução eletrostática e eletromagnética.

Redução de Interferências

Interferência

Dutos metálicos fechados eliminam efeitos eletromagnéticos

O Aterramento elimina efeitos eletrostáticos

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Redução de Interferências

Quando existe a possibilidade de acoplamento de ruídos, os cabos de rede devem ser instalados se possível em eletro

dutos metálicos próprios.

Por que não plástico?

Por que não grade?

Calhas metálicas sólidas

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• O comprimento máximo de um segmento depende da taxa de comunicação utilizada:

• de 100m em altas velocidades.• até 1000m em baixas velocidades.

• O protocolo RS-485 é um sistema de transmissão balanceado.

• Antes de entender o que significa um sistema balanceado, verifiquemos primeiro um sistema não balanceado.

Transmissão RS485

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Transmissão Não Balanceada

• Uma “transmissão não balanceada” ocorre quando se utiliza um condutor de sinal e um condutor de referência com tensão 0V:

• O condutor de sinal pode sofrer interferência, mas o condutor de referência é aterrado.

• Portanto uma transmissão não balanceada é bastante sujeita a interferências.

• Canais 4-20mA, RS-232 e outras tecnologias utilizam transmissão não balanceada.

Referência conectada com a terra (baixa impedância)

InterferênciaEmissor Receptor

Sinal

Referência

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• Uma blindagem aterrada pode reduzir o acoplamento eletrostático, entretanto em linhas não balanceadas pode-se observar a formação de “Loops de Terra” se a referência for aterrada em ambas extremidades do condutor:

• Portanto, sistemas não balanceados são melhores quando a referência é aterrada em apenas um ponto.

Transmissão Não Balanceada

Corrente de terra baixa implica em queda de tensão

InterferênciaEmissor Receptor

Sinal

Referência

Terra Comum

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• Em transmissões balanceadas, ambos condutores carregam sinal; um modulado positivo e o outro negativo.

• Um sinal diferencial carrega a informação, portanto uma interferência comum a ambos condutores tende a ser cancelada:

• Pequenas correntes na blindagem não afetam o sinal, portanto um sistema balanceado é melhor quando a blindagem é aterrada em ambas extremidades do cabo.

Transmissão Balanceada

Corrente de terra baixa não tem efeito

Interferência

Sinal +

Sinal –

Terra Terra

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Cabeamento PROFIBUS RS-485

• A transmissão RS-485 balanceada melhora a rejeição a ruídos.

• Portanto, recomenda-se aterrar a blindagem do cabo em ambas extremidades para assegurar sua eficiência em altas freqüências.

• Isto é normalmente realizado através do aterramento da blindagem por via dos conectores.

• Devemos portanto se assegurar que os dispositivos estão corretamente aterrados!

• Aterramento ou blindagem deficientes são erros comuns de instalação!

Page 22: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Cabeamento PROFIBUS RS-485

De outros dispositivos

Conector Par trançado blindado Para outros dispositivos

Aterramento em cada dispositivo

Certifique-se de que cada dispositivo está

aterrado

Conexão física

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Cabeamento em Painéis e Cabines

As malhas de blindagem de todos cabos PROFIBUS quando entram em um painel ou cabine devem ser aterradas com uma braçadeira

metálica tão próximo quanto possível do ponto de entrada.

Entradado cabo

Painel ou cabine

Mais próximo possível

Blindagem aterradaAlíviode tensão

Page 23: Apostila do treinamento profibus   instalação

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• Uma montagem alternativa mais robusta é o uso de conectores e adaptadores M12 (já resolve o aterramento).

• Esta montagem permite o prévio teste de cabeamento.

Cabeamento em Painéis e Cabines

Conectorestipo M12

Adaptador M12 já aterra a malha de blindagem

Painel ou cabine

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Transmissão RS-485

• A limitação do RS-485 em 32 instrumentos é superada pela divisão de redes grandes em segmentos (ou barramentos) eletricamente isolados que comunicam-se entre si através de repetidores ou links de fibra ótica.

• Cada segmento deve atender às regras do RS-485.

• A rede total pode ter muito mais dispositivos e cobrir uma distância muito superior à estabelecida pelo RS-485.

Page 24: Apostila do treinamento profibus   instalação

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• Dentro de um segmento, contam-se estações e repetidores até o limite de 32 unidades.

• Isto significa que se em um segmento há 2 repetidores, o número máximo de estações será 30.

• É uma boa prática reservar pelo menos 10% da capacidade do segmento para futuras expansões ou para a conexão de uma ferramenta de diagnóstico.

• A maioria dos fabricantes de repetidores recomenda um “n” máximo (4 repetidores por exemplo) entre qualquer mestre e qualquer escravo, resultando em um total de até “n+1” segmentos sucessivos a partir do mestre. Este limite se dá devido aos efeitos de distorção e atraso na retransmissão em cada repetidor..

Transmissão RS-485

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Conexões RS-485

• Dispositivos PROFIBUS DP em geral utilizam o conexão padrão de 9 pinos “sub-D”.

• Conexões M12 podem ser utilizados para áreas classificadas (grau IP67)

• Outros tipos de conexões podem ser utilizados (ex. híbridos) e inclusive terminais de bornes.

Page 25: Apostila do treinamento profibus   instalação

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• Pinagem PROFIBUS para conectores de 9 pinos, Sub-D:

Cabeamento RS-485

obrigatórios

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• Os dois condutores do par trançado carregam os sinais “Data line plus” (B-line) e “Data line minus” (A-line).

• Os cabos PROFIBUS em geral possuem código em cores. Normalmente são o vermelho e o verde. Entretanto é possível encontrar cabos com outros padrões.

• Segue a recomendação:• Vermelho – B (RxD/TxD-P)• Verde – A (RxD/TxD-N) (Regra em inglês: “BREAD”)

• É essencial que o padrão de cores adotado para A e B seja mantido em toda a instalação para se evitar problemas na operação. Inversão dos condutores é um erro comum no campo!

Cabeamento RS-485

Page 26: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Reflexões e Terminadores

• Quando o sinal elétrico percorre o cabo, qualquer descontinuidade elétrica como a alteração da resistência, da capacitância ou indutância pode causar reflexões.

• Em particular, o final do cabo é a maior descontinuidade, onde a resistência sobe bruscamente ao infinito.

• Como um eco, o sinal refletido pode causar múltiplos sinais na linha. Reflexões são um mal em comunicações de alta velocidade, pois corrompem ou deformam o sinal original.

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Reflexões e Terminadores

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• Para minimizar as reflexões nos finais do barramento, este deve ser terminado com elementos de impedância idêntica à impedância característica do cabo.

• O elemento de terminação absorve a energia do sinal e reduz a reflexão teoricamente a zero, pois aparece para o sinal como mais cabeamento a percorrer, assim, não há reflexão.

• O PROFIBUS em RS-485 usa “terminação ativa” que significa que o terminador é um sistema de resistores alimentado com 5V.

Reflexões e Terminadores

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Terminação Ativa

Chave ON/OFF para a ativação do terminador

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Reflexões e Terminadores

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Reflexões e Terminadores

Sinal PROFIBUS OK

Sinal com apenas 1 terminador ligado (ON)

Terminação correta.12Mbit/sTerminadores em ambas extremidadesReflexão normal por dispositivo < 500mV pico a pico1 dispositivo

Terminador em uma extremidade

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Terminação

• Para evitar reflexões nos finais do barramento, é essencial que cada segmento seja devidamente terminado em ambas as extremidades, e em nenhum outro ponto.

• Os terminadores ativos para o RS-485 devem ser energizados todo o tempo (mesmo quando alguns dos dispositivos estiverem desligados), caso contrário, as reflexões podem corromper os dispositivos que restaram no barramento.

• É bastante comum encontrar-se problemas intermitentes de comunicação devido a terminações incorretas.

• Também é comum que uma rede não opere nem intermitentemente quando mal terminada.

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• Alguns dispositivos PROFIBUS incorporam terminadores internos que podem ser ligados ou desligados. Nestes casos, é fundamental que o terminador seja desligado quando não necessário.

• Em outros, o switch para desligar e ligar o terminador fica interno ao dispositivo em uma placa eletrônica. Pode ser que o terminador venha de fábrica ou de um teste de aceitação na posição ligada.

• Deve-se contar somente dois terminadores ativos por segmento (nas extremidades). Qualquer outro terminador ligado causará reflexões.

Terminação

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• Derivações (também chamadas stub-lines ou drop-lines) devem geralmente ser evitadas em redes RS-485 pois podem causar reflexões.

• Cada segmento deve ser conectado em condição ideal como um barramento linear. O cabo deve ser conectado ponto a ponto entre todos os dispositivos (daisy chain).

Cabeamento RS-485

Junção T

derivaçãoDispositivoPROFIBUS

DispositivoPROFIBUS

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Conectores PROFIBUS-DP

• É recomendado o uso de conectores próprios para PROFIBUS para instalar redes DP ou FMS.

• Tais conectores possuem características que dão mais robustez e confiabilidade à instalação.

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• Entre as características estão:

• Terminador de rede interno que pode ser ligado ou desligado.

• Conexão rápida e confiável aos condutores de sinal e à malha de blindagem.

• Indutores internos especiais para redes com taxas de comunicação acima de 1.5Mbit/s

• Conexões para o cabeamento de entrada e de saída.

• Isolação do cabo de saída quando o terminador estiver ligado

• Soquete adicional para a conexão de ferramentas de diagnóstico e de programação.

Conectores PROFIBUS-DP

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Conectores PROFIBUS-DP

• Checklist para conectores:

• É fácil de montar no cabo, o diâmetro das entradas é adequado?

• Ângulo do plug?• Tem terminador (chave on/off)?• Possui blindagem e contato para aterramento?• Máximo baudrate?• Soquete adicional para a conexão de ferramentas de

diagnóstico e de programação?• Grau IP?• É reutilizável?• Possui indutores para baudrate > 1.5M?

Page 32: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Preparação do Cabo

• Os fabricantes de cabo em geral entregam também o conector e a ferramenta para descascar o cabo. É importante que estes três itens sejam compatíveis.

• Um detalhe que pode causar problemas é o uso de cabos PROFIBUS com condutores de núcleo sólido ou em corda.

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Cabos para DP (RS-485)

A norma IEC61158 especifica o cabo tipo “A” para transmissão em PROFIBUS RS-485:

Atentar para o efeito da temperatura na resistência de loop ~ 0,4%/oCa partir do 110Ω@20oC

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Cabos sólidos ou em malha

• Cabos com condutores de núcleo sólido são mais adequados a conectores do tipo “vampiro”

• Esta conexão resulta em um contato de baixa resistência com o núcleo do condutor. Entretanto este tipo de conexão não deve ser utilizado com condutores encordoados.

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• Os modelos atuais de conectores PROFIBUS são em geral marcados com entradas para os cabos de entrada e de saída.

• Esta distinção é importante em “conectores isoladores” em que o cabo de saída é isolado quando o terminador é ligado.

• Este conectores são úteis durante o comissionamento e em testes com a rede.

• São úteis também para a manutenção, pois permitem que um dado segmento seja isolado mantendo-se a terminação da rede sempre adequadamente ligada.

• Evitar “splices” (comprimentos descontínuos) maiores que 2% do comprimento para barramentos de mais de 400m e maiores de 8m para barramentos de até 400m no total.

Preparação do Cabo

Page 34: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Conectores Isoladores

uso somente com o cabo de

entrada

do mestre de controle

Para os outros escravos

Cabo de saída

isolado com o terminador

ativo

Conexão para o primeiro e último dispositivos da rede

Conexão para os demais dispositivos da rede

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• O correto uso de conectores isoladores permitem que trechos do barramento sejam isolados.

•O trecho ativo do segmento (onde está o mestre) estará sempre corretamente isolado.

•Mas somente se o mestre está conectado pelo cabo de entrada!

Conectores Isoladores

Conector com terminador em OFF

Conector com terminador em ON

Segmento corretamente terminado Escravos isolados

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Conectores “PiggyBack”

• Para permitir análises de rede e procedimentos de “troubleshooting”, cada segmento deve ter no mínimo um conector com “piggyback socket”.

• O soquete adicional permite a conexão de ferramentas de monitoramento e de programação sem a necessidade de interromper a comunicação. A posição ideal dos conectores com Piggybacks são nas extremidades do barramentos. Caso seja somente um conector com piggback, ele deve estar no mestre.

Nunca use um conector com piggyback para adicionar escravos, pois irá criar uma derivação!

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Conectores M12 para RS-485

• Os dispositivos para M12 possuem um conector para o cabo de entrada e um para o cabo de saída. É difícil remover o dispositivo da rede sem interromper a comunicação.• Conectores T podem ser utilizados como derivações curtas como alternativa.• Não use um cabo para a derivação, conecte o T diretamente no dispositivo.• Terminadores podem ser posicionados em plugs para terminação.

Sistema de conectores M12

Page 36: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Exercício Prático

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Layout da Rede

• Em redes com somente um mestre, o ideal é posicionar o mestre no final (ou início) do segmento com o terminador ligado.

• Se o mestre perder a alimentação por qualquer motivo, a rede cairá e a perda do terminador não terá conseqüências adicionais.

• Na outra extremidade, um repetidor ou um terminador “ativo” pode ser instalado.

• Desta forma, qualquer dispositivo escravo pode ser removido ou substituído sem prejudicar a comunicação. Note que a alimentação do repetidor ou do terminador deve sempre ser garantida.

• Quando uma rede só possui 2 dispositivos, deve-se pelo menos utilizar 2m de cabo.

Page 37: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Layout da Rede

Para o próximo segmento

Soquete Piggyback

Segmento 2

Segmento 1

Isolação Galvânica

Layout ideal:Qualquer escravo pode ser

substituído.

Segmento DP 1

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Deve-se conectar o cabo que vem do mestre no lado segmento DP 2,

para que se possa examinar a comunicação do segmento que se

inicia (DP1) com o piggyback.

Layout da Rede

Segmento DP 1

Segmento DP 2

Chaves dos terminadores

Soquete de piggyback

conectado na extremidade do segmento DP1.

Page 38: Apostila do treinamento profibus   instalação

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• Quando não se tem repetidor no final do segmento, o terminador deve ser ativado no último dispositivo.

• Desta forma, o último dispositivo deve ser sempre alimentado para garantir a terminação da rede.

• Se o último dispositivo for retirado, toda a rede ficaria instável.

• A não ser que se isole o último dispositivo pelo uso de conectores isoladores.

Layout da Rede

Segmento devidamente terminado Segmento isolado

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Quando requisitos de projeto implicam em um mestre no meio do segmento, deve-se ativar os terminadores em ambos escravos das

extremidades. Estes escravos devem permanecer sempre energizados.

Layout da Rede

Um segmento

Sem terminadores aqui

Page 39: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Como alternativa, um “terminador ativo” separado pode ser empregado. A vantagem deste arranjo é que qualquer dispositivo pode ser desconectado e substituído sem atrapalhar a comunicação. É

importante notar que nenhum terminador nas estações deve ser ativado neste caso.

Layout da Rede

Sem terminadores adicionais aqui

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• Um segmento único pode ser instalado como um barramento linear.

• Entretanto, pelo uso de repetidores ou links de fibra ótica para segmentar a rede, pode-se projetar com mais flexibilidade.

• Cada novo repetidor ou link de fibra ótica introduz um novo segmento, que pode ser uma derivação da rede.

• Mas todo segmento deve ser instalado como um barramento linear e deve ser terminado nas extremidades somente.

Layout com Repetidores

Page 40: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Layout da Rede

Cabos óticosT=terminador ativado

Desenho da instalação: 1 ou 2 folhas com comprimentos dos cabos e endereçosdos dispositivos. Lembrar sempre de marcar claramente os endereços nos dispositivos!

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Comprimento de Segmentos RS-485

Quando se utilizam cabos PROFIBUS RS-485 do tipo A:

Baud RateComprimento máximo do

segmento

Baud RatesBaixos

Baud RatesAltos

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Derivações RS-485

• Conforme citado, uma derivação na linha causa reflexão do sinal.

• Isto acontece pela capacitância adicionada pelo cabeamento da linha de derivação.

• Em baixas taxas de comunicação, estas reflexões têm pouco efeito, mas em taxas altas, podem ser um problema:

Baud RatesBaixos

Baud RatesAltos

Reflexões

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• Linhas de derivação não são permitidas com taxas maiores de que 1.5Mbit/s. Em taxas menores ou iguais a 1.5Mbit/s, as derivações são permitidas até o limite de capacitância para a taxa em uso.

• Note que quando se empregam as derivações, não se deve ativar terminadores no final das mesmas!

• Isto é, nunca exceder o limite de 2 terminadores por segmento, mesmo que contenha derivações.

Derivações RS-485

Page 42: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Derivações RS-485

Baud RateCapacitância total das

derivaçõesComprimento total das

derivações

Calculado para cabos tipo “A” com 30pF/m

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• Lembre-se que o total de derivações apresentado na tabela representa a soma de todas as derivações empregadas no segmento.

• Sempre quando possível evite as derivações em segmentos DP.

• Cada dispositivo DP já possui em sí próprio uma pequena derivação que leva o sinal do conector até a placa eletrônica onde está o driver RS-485.

• A reflexão nos dispositivos é testada durante o processo de certificação.

• Entretanto, dispositivos não certificados podem causar reflexões não previstas.

Derivações RS-485

Page 43: Apostila do treinamento profibus   instalação

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Taxas de Comunicação >1.5 Mbit/s

• O uso de taxas superiores a 1.5 Mbit/s requer o uso de conectores especiais com indutores embutidos.

• Linhas de derivação não são permitidas nesta faixa de velocidade

• O comprimento máximo do segmento é de 100m.

• Um comprimento mínimo de 1m de cabo é recomendado entre dois dispositivos.

• Isto porque dispositivos conectados muito próximos podem causar reflexões sobrepostas significativas mesmo sendo individualmente certificados.

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• Considere dois dispositivos montados lado a lado:

Cada dispositivo certificado possui uma pequena capacitância < 35pF e resistência de 30K Ω a 200KΩ e provoca uma pequena reflexão.Entretanto quando conectados próximos, suas pequenas reflexões se sobrepõem e pode acontecer um problema.

Separar os dispositivos com 1m de cabo induz um pequeno atraso entre os dispositivos de forma que as reflexões individuais não se somam.

Taxas de Comunicação >1.5 Mbit/s

No osciloscópio:

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Acopladores DP/PA

• Escravos PA são sempre controlados por mestres DP.

• Couplers DP/PA são utilizados para conectar segmentos PA em segmentos DP.

• Couplers simples não possuem um endereço PROFIBUS; os telegramas são simplesmente traduzidos e retransmitidos de um segmento a outro.

• Quando se utiliza um coupler, cada escravo PA é alocado em um endereço único na rede. Entretanto, todo o segmento DP tem sua velocidade limitada (45.45 ou 93.75 kbit/s – dependendo do fabricante do coupler).

SK1 Siemens

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-S

P

88

Acopladores DP/PA

Segmento DP com velocidade de 45.45 ou 93.75Kbit/s

Alimentação para o segmento PA

Segmento PA com velocidade de 31.25Kbit/s

CouplerSiemens

DP/PA (sem endereço

PROFIBUS)

Page 45: Apostila do treinamento profibus   instalação

45

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89

Módulo Link DP/PA Siemens

• O módulo Siemens DP/PA link atua como um escravo no segmento DP e um mestre no segmento PA.

• Portanto, este módulo deve ter um endereço de escravo para o segmento PA ser acessado pelo mestre DP.

• Os escravos PA formam portanto uma nova rede.

• Assim, o endereçamento dos escravos PA pode se sobrepor aos endereços do resto da rede (DP).

• Um módulo link permite a velocidade máxima no segmento DP independentemente do baud rate do PA.

• Em geral, um módulo link incorpora alguns cartões acopladores para ativar os segmentos PA.

Cen

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, U

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P

90

Módulo Link DP/PA Siemens

Segmento DP com velocidade de até 12Mbit/s

Módulo link DP/PA

Siemens no endereço

PROFIBUS DP #13

CouplersSegmento PA 1

Segmento PA 2

Page 46: Apostila do treinamento profibus   instalação

46

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2010

, U

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Car

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-S

P

91

Coupler Modular P+F

• A Pepperl+Fuchs possui um coupler modular que trabalha de forma similar ao módulo link da Siemens.

• Como um módulo link, o coupler modular P+F permite até 12Mbit/s no lado DP.

• Entretanto, ele não tem endereço na rede DP e fica transparente na rede.

• Como um coupler simples, os endereços PA não podem se sobrepor aos endereços DP.

SK3 SK3 Compacto

Cen

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, U

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92

Coupler Modular P+F

Segmento DP com velocidade de até 12Mbit/s

Coupler modular P+F DP/PA (sem

endereço PROFIBUS)

Segmento PA 1

Segmento PA 2

Módulos “power link”

Page 47: Apostila do treinamento profibus   instalação

47

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, U

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93

CPU + Mestre Profibus com portas DP&PA

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2010

, U

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94

Cabeamento MBP

• A taxa baixa de comunicação de 31.25 KBit/s implica em segmentos mais longos e em uma maior flexibilidade no layout do segmento quando comparado ao RS-485.

• Quando se utiliza cabos PA do tipo A em uma área segura, pode-se lançar um total de até 1900m de cabo por segmento.

• Entretanto, quando se considera a condição de segurança intrínseca, o número de dispositivos bem como o comprimento máximo reduzem-se significativamente.

Page 48: Apostila do treinamento profibus   instalação

48

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, U

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95

A IEC61158-2 especifica quatro tipos de cabos para uso em segmentos PA (MBP):

* Instalações Não-IS

Cabos para PA (MBP)

ParesÁrea do

condutorComprimento

máximo do cabo (*)Blindagem

Cabo 4-20mA

Cabo recomendado

Cen

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, U

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P

96

Derivações MBP

O comprimento individual de cada derivação PA em área Não-Ex depende do número de derivações utilizado no segmento:

Note que o máximo comprimento de cabo de 1900m inclui o comprimento das derivações.

Em áreas Ex o comprimento máximo de derivações é 30m e o total do segmento 1000m (FISCO).

Page 49: Apostila do treinamento profibus   instalação

49

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, U

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Car

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P

97

Terminadores MBP

• Os terminadores são utilizados no PA pelo mesmo motivo de que no DP (absorver a energia do sinal no fim do segmento)

• O elemento terminador do PA é entretanto diferente do DP:

Resistor de mesma impedância da característica

do cabo PA

Por que um capacitor?

Para evitar que o nível de tensão DC provoque a perda de energia da

fonte no resistor

Cen

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, U

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98

Terminadores MBP

Page 50: Apostila do treinamento profibus   instalação

50

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2010

, U

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99

• Os terminadores são montados nos finais do barramento principal (não nas extremidades das derivações).

• Os acopladores em geral incorporam terminadores internos.

• O terminador da outra extremidade em geral é montado na última caixa de junção ou no último dispositivo.

Terminadores MBP

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, U

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P

100

Terminadores MBP

Terminador embutido no acoplador

Terminador embutido na última caixa de

junção

Ou alternativamente no último dispositivo

Caixas de junção

Page 51: Apostila do treinamento profibus   instalação

51

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2010

, U

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Car

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-S

P

101

Isolação mínima 500Vac

O tronco e os spurs têm os shields interligados e aterrados no negativo da fonte de alimentação.

Barreira de segurança intrínsecaLink / CouplerFonte

Aterramento em redes PA

Consultar norma IEC 60079 para áreas classificadas

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, U

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102

O tronco e os spurs têm os shields interligados e aterrados no negativo da fonte de alimentação.

Link / Coupler intrinsecamente seguroFonte

Aterramento em redes PA

Isolação mínima 500Vac

Consultar norma IEC 60079 para áreas classificadas

Page 52: Apostila do treinamento profibus   instalação

52

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, U

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103

Exemplo (Não Ex)

7 instrumentose 6 válvulas de controle em área segura

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, U

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104

Exemplo (Não Ex)

Page 53: Apostila do treinamento profibus   instalação

53

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, U

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105

Dimensionamento – Corrente Elétrica

• Determina-se a corrente elétrica básica em cada segmento,

• Somam-se as correntes,

• Determina-se a corrente máxima de falha (um transmissor poderá falhar sem derrubar a rede),

• Adicionam-se a correntes básicas e a máxima corrente de falha,

• Escolhe-se um acoplador (fonte) de acordo com o requisito do barramento.

• Ex.: Pepperl & Fuchs non-modular (KF), standard (non-hazardous) coupler:

Output voltage = 25.0 V

Output current = 400 mA

Exemplo (Não Ex)

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, U

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106

Exemplo (Não Ex)

185mA < 400mAOK!

Page 54: Apostila do treinamento profibus   instalação

54

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, U

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107

Dimensionamento – Tensão Elétrica

• Determina-se a resistência de cada segmento de cabo,

• Para cabos tipo A (recomendado) = 0.044 Ω/m,

• Determina-se a corrente em cada segmento,

• Derivações curtas para um único transmissor podem ser desprezadas,

• Pela lei de Ohm, determina-se a queda de tensão em cada segmento,

• Finalmente, determina-se a tensão disponível em cada transmissor, garantindo-se a mínima tensão de operação de 9Vcc em todos dispositivos.

Exemplo (Não Ex)

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, U

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108

Deve ser superior à mínima tensão de operação dos Transmissores, em geral 9 Vcc. OK!

Exemplo (Não Ex)

Page 55: Apostila do treinamento profibus   instalação

55

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, U

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109

U = 19V

I = I1 ... In <= 400mA

U >= 9V U >= 9V

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

==> L = (10V x 1000m) / (44Ohm x I)

comprim. cabo L

I1 In

Comprim. cabo L (se I = 50 mA, i.e. max. 5 instrumentos): 1.900m (teoricam 4.545m)Comprim. cabo L (se I = 100 mA, i.e. max. 10 instrumentos): 1.900m (teoricam 2.272m)Comprim. cabo L (se I = 200 mA, i.e. max. 20 instrumentos): 1.136mComprim. cabo L (se I = 300 mA, i.e. max. 30 instrumentos): 757mComprim. cabo L (se I = 400 mA, i.e. max. 30 instrumentos): 668m

Exemplo (Não Ex)

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, U

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110

Considerações sobre Segurança Intrínseca

• Quando equipamentos elétrico operam em atmosferas potencialmente explosivas (áreas classificadas), precauções especiais devem ser tomadas para que não se provoque uma explosão.

• O método de proteção por “segurança intrínseca” traz algumas vantagens para a instrumentação.

• O método de segurança intrínseca baseia-se na limitação da corrente e potencial elétrico disponível no instrumento de campo.

• Capacitância e indutância também são controlados para limitar a quantidade de energia elétrica disponível para uma possível faísca.

• Consultar a NBR-5418 para Instalações em Atmosferas Potencialmente Explosivas.

Page 56: Apostila do treinamento profibus   instalação

56

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111

FISCO

• O conceito “Fieldbus Intrinsically Safe Concept”, FISCO, foi introduzido pelo PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) na década de 1990 para simplificar o projeto de rede em áreas classificadas frente ao projeto pelo conceito de entidades.

• Permite a instalação de segmentos fieldbus H1 intrinsecamente seguros pela adoção de um conjunto simples de regras.

• A certificação de cada circuito e rede não é mais necessária.

• Deve-se utilizar acopladores e dispositivos de campo adequados ao FISCO.

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, U

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112

•O modelo FISCO impõe as seguintes restrições:

•Cada segmento deve possuir apenas uma fonte de energia, i.e., os transmissores são consumidores de corrente (passivos).

•Cada transmissor consome um valor básico de corrente.

•A capacitância e a indutância de um transmissor são limitadas (Ci < 5 nF, Li < 10 µH).

•O comprimento do barramento é limitado a 1000m.

•Derivações individuais são limitadas a 30m.

FISCO

Page 57: Apostila do treinamento profibus   instalação

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113

• Deve-se utilizar transmissores aprovados FISCO.

• Deve-se utilizar barreiras/fontes aprovadas FISCO.

• Deve-se utilizar cabos aprovados FISCO:

• “Cable Resistance” = 15 ... 150 Ω/km

• “Cable Inductance” = 0.4 ... 1 mH/km

• “Cable Capacitance” = 80 ... 200 nF/km incluindo-se a blindagem

• Deve-se verificar para cada transmissor:

• Limite de tensão: Vo < Vi,

• limite de corrente: Io < Ii,

• limite de potência: Po < Pi.

• Note que não se requer o cálculo de C e L para o segmento.

FISCO

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, U

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114

FISCO

Page 58: Apostila do treinamento profibus   instalação

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115

TipoTipo Área de AplicaçãoÁrea de Aplicação AlimentaçãoAlimentaçãoCorrente Corrente MáximaMáxima

Potência Potência MáximaMáxima

No. Típico de No. Típico de EstaçõesEstações

I Eex ia/ib IIC 13.5V 110mA 1.8W 9

II Eex ib IIC 13.5V 110mA 1.8W 9

III Eex ib IIB 13.5V 250mA 4.2W 23

IV Não intrinsicamente seguro 24V 500mA 12W 32

Esta especificação é baseada com uma corrente de consumo de 10 mA por dispositivo.

Alimentação padrão

Comprimentos de linha para IEC 61158-2

Tipo ITipo I Tipo IITipo II Tipo IIITipo III Tipo IVTipo IV Tipo IVTipo IV Tipo IVTipo IV

Tensão (V) 13.5 13.5 13.5 24 24 24

Soma das correntes necessárias (mA)

≤110 ≤110 ≤250 ≤110 ≤250 ≤500

Comprimento do barramento (m) com cabo tipo A

≤900 ≤900 ≤400 ≤1900 ≤1300 ≤650

Restrições em Áreas Classificadas

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116

Exemplo (Ex)

Exemplo anterioragora em Zona 1

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117

• Barreiras/fontes FISCO fornecem menos energia de que as tradicionais, ex.:

• Pepperl+Fuchs FISCO coupler:

Output current = 100 mA

Output voltage = 13 V

• Siemens FISCO coupler:

Output current = 100 mA

Output voltage = 12.5 V

• Isto significa que

a) Menos transmissores pode ser instalados no barramento,

b) Menos cabeamento pode ser lançado.

Exemplo (Ex)

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, U

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118

Examinemos primeiramente a possibilidade de se utilizar o mesmo barramento que anteriormente (14 transmissores em um mesmo barramento). Para instalações FISCO:

• O cabeamento não deve ultrapassar 1000m

• Derivações não devem ultrapassar 30m

(Ambas foram atendidas no exemplo)

Próxima verificação: corrente e tensão elétrica.

• Pode-se notar uma corrente de 185 mA

• Excede a capacidade da fonte (máx. 100 mA)

É necessário portanto utilizar uma segunda fonte.

Exemplo (Ex)

Page 60: Apostila do treinamento profibus   instalação

60

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, U

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119

Cabeamentoseparado em 2segmentos:

cada um com 7

transmissores

Exemplo (Ex)

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, U

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120

Verificação da corrente básica dos transmissores e da corrente máxima de falha dos mesmos:

• Deve ser inferior ao limite da fonte: 100 mA para a fonte P&F EEx,

Verificação da tensão em cada transmissor:

• Deve ser maior de que a tensão mínima de operação, tipicamente 9 Vcc,

Exemplo (Ex)

Page 61: Apostila do treinamento profibus   instalação

61

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, U

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121

96mA < 100mAOK!

Exemplo (Ex) – Corrente no segmento 1

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, U

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122

Tensão mínima de alimentação: 13V 12,765 V > 9 VOK!

Exemplo (Ex) – Tensão no segmento 1

Page 62: Apostila do treinamento profibus   instalação

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, U

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123

95mA < 100mAOK!

Exemplo (Ex) – Corrente no segmento 2

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, U

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124

Tensão mínima de alimentação: 13V

12,854 V > 9 VOK!

Exemplo (Ex) – Tensão no segmento 2

80

12,66

66

Page 63: Apostila do treinamento profibus   instalação

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, U

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125

• Em ambos os segmentos o consumo de corrente elétrica ficou próximo à capacidade de fornecimento da fonte (consumo de 95 e 96mA x 100mA de fornecimento).

• Recomenda-se na prática considerar uma reserva de 20mA para expansões futuras do segmento e para a conexão de ferramentas de diagnóstico ou programação (mestre classe 2)

Exemplo (Ex)

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126

• É importante não esticar demasiadamente ou torcer o cabo para se evitar o aparecimento de pontos de reflexão.

• Não dobrar excessivamente o cabo PROFIBUS.

• Utilize a regra de mínimo raio de curvatura de 10 vezes o diâmetro do cabo (75mm).

• Preste muita atenção ao puxar o cabo por quinas, utilize roldanas se possível para se evitar danos físicos.

Instalando Cabos PROFIBUS

Page 64: Apostila do treinamento profibus   instalação

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, U

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127

• Para reduzir as chances de acoplamento de ruídos, é importante que os cabos PROFIBUS sejam separados de outros tipos de cabos.

• As aplicações de cabos podem ser divididas desta forma:

Categoria I – cabos sensíveis e de sinais:

Cabos Fieldbus e de LAN (ex. PROFIBUS, ASi, Ethernet etc.)Cabos blindados para dados digitais (ex. impressora, RS232 etc.)Cabos blindados para sinais digitais ou analógicos de baixa tensão (≤25V).Cabos de energia de baixa tensão (AC≤25V or DC≤60V).Cabos de sinal coaxiais.

Instalando Cabos PROFIBUS

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, U

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128

Categoria II – Cabos de média tensão:Cabos de energia DC >60V e ≤400 VCabos de energia AC >25V e ≤400 V

Categoria III – Fontes de interferência de alta tensão:Cabos de energia DC ou AC >400 VCabos com altas correntes elétricas.Cabos de Motores/drivers/inversores. Cabos telefônicos (podem ter transientes de >2000V).

Categoria IV:Qualquer cabo com risco de descargas atmosféricas (ex.

cabos externos, entre prédios).

Instalando Cabos PROFIBUS

Page 65: Apostila do treinamento profibus   instalação

65

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, U

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129

Distâncias de separação recomendadas:

Instalando Cabos PROFIBUS

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, U

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130

• Quando lançados em uma única calha, as categorias devem ser separadas conforme a distância recomendada:

• Quando separados por partições e tampas metálicas aterradas, pode-se aproximar os cabos de distintas categorias:

Instalando Cabos PROFIBUS

Page 66: Apostila do treinamento profibus   instalação

66

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, U

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131

Equipotencialização de Terra

• Para que a blindagem seja efetiva em altas freqüências, deve ser aterrada em ambas as extremidades do cabo.

• Em algumas ocasiões, entretanto, o potencial elétrico de terra em diferentes localizações da planta podem ser diferentes.

• Isto pode induzir a passagem de correntes elétricas pela malha de blindagem, o que pode implicar no acoplamento de ruídos no sinal.

• Problemas de múltiplo potencial de terra são comuns onde:

a) O cabo de rede cobre uma área grande ou longa distância.

b) A energia elétrica é fornecida em áreas diferentes por mais de um fornecedor.

c) Existem altas correntes elétricas (ex. fornos de indução, subestações, etc).

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132

• Uma solução é a instalação de um cabo de equipotencialização de terra entre os pontos de potenciais diferentes.

• O cabo de equipotencialização deve ter alta capacidade de condução de corrente e deve ser dimensionado corretamente (6 mm2 em Cobre, 16 mm2 em Alumínio ou 50mm2 em Aço – IEC 60364-5-54 ou a própria calha metálica).

• Cabos encordoados com grande área superficial são mais eficientes em altas freqüências.

• O cabo de equipotencialização deve ser lançado paralelamente e o ao cabo de rede.

Equipotencialização de Terra

Page 67: Apostila do treinamento profibus   instalação

67

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, U

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133

Equipotencialização de Terra

Cabine 1 Cabine 2

Terralocal

Terralocal

Cabo de rede

Cabo de equipotencialização

de terra

não há distância mínima

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Aterramento Capacitivo

• Uma alternativa ao uso dos pesados cabos de equipotencialização de terra é a adoção do sistema de aterramento capacitivo em uma das extremidades do cabo de rede.

• Esta técnica garante um bom terra para o acoplamento de sinais de alta freqüência que provocam ruídos e não permite que correntes DC circulem pela malha de blindagem do cabo de rede.

Não conectar ao terra!

Aterramento capacitivo

Diferentes potenciais de terra

Repetidor

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• Em áreas sujeitas à exposição de raios e picos de alta voltagem, recomenda-se o uso de protetores de surto, centelhadores (spark

gaps).

• Complementarmente, em todo trecho de maior que 100m na horizontal ou 10m na vertical entre dois pontos aterrados, recomenda-se o uso de protetores de transientes.

Em áreas sujeitas a raios

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Os 5 principais problemas

1) Terminadores

2) Linhas de Energia

3) Regras de Cabeamento

4) Problemas de Configuração

5) Transmissores danificados ou fora de especificação