S.T.A.I. (SERVIÇOS TÉCNICOS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL) REDE PROFIBUS PA ALISSON TELES RIBEIRO

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2 S.T.A.I. (SERVIÇOS TÉCNICOS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL) REDE PROFIBUS PA ALISSON TELES RIBEIRO SUMÁRIO 1. Objetivo 2. História 3. O Que é Profibus? 4. Profibus PA 5. Instrumentos 6. Bibliografia 1. OBJETIVO A idéia de fazer esse trabalho surgiu quando na empresa foi proposto fazer pequeno projeto sobre Profibus. Quando pesquisei sobre profibus PA encontrei muitas dificuldades, por isso fiz esse documento para ajudar quem estivesse com o mesmo problema que eu, espero ajudar de alguma forma. Antes de falar sobre Profibus PA é necessário ver o conceito de Profibus e Fieldbus. Atenção, esse trabalho foi elaborado SEM FINS LUCRATIVOS! Se você pagou considere-se enganado, fiz esse trabalho para compartilhar conhecimento e idéias. 2. HISTÓRIA O profibus foi desenvolvido em 1987, na Alemanha, como resultado de um projeto de pesquisa alemão envolvendo 21 empresas e institutos de pesquisas. Ainda em 1987 houveram as primeiras atividades desenvolvidas pela BOSCH, KLOCKNER-MOELLER E SIEMENS. Desde 1989 uma fundação denominada PNO, promove a disseminação e controle desse protocolo aberto. Ainda 1989 houve uma demonstração de funcionamento multi-fabricante na feira de INTERKAMA (uma grande exposição internacional de processo automação em Hannover). Em 1995 foi fundada a Profibus International englobando 22 entidades espalhadas pelo mundo.

3 3. O QUE É PROFIBUS? Profibus é um padrão de rede de campo aberto e independente de fornecedores, onde a interface entre eles permite uma ampla aplicação em processos, manufatura e automação predial. A palavra profibus vem do acrônimo de Process Fieldbus. Profibus pertence a um grupo de protocolos que compartilham o conceito Fieldbus. Fieldbus é um sistema de rede de comunicação industrial para controle em tempo real Existem três diferentes versões de Profibus: Profibus FMS (Fieldbus message specification) Profibus DP (Decentralized Periphery) Profibus PA (Process Automation) Profibus FMS: Esta versão é uma evolução do Profibus DP e destina-se a comunicação ao nível de células (nível onde se encontram os PLCs). Profibus DP: Primeira versão criada. Indicada para o chão de fábrica, onde o volume de informações é grande e há necessidade de uma alta velocidade de comunicação para que os eventos sejam tratados num tempo adequado. Profibus PA: Esta é a versão mais moderna do profibus. Uma característica importante deste protocolo é que os dados podem trafegar pela mesma linha física da alimentação DC, o que economiza tempo de instalação e cabos. Seu desempenho é semelhante ao DP. 4. PROFIBUS PA O Profibus PA é a solução Profibus que atende os requisitos da automação de processos, onde se tem conexão de sistemas de controle de processos com equipamentos de campo, tais como: Transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Pode ser usada em substituição ao padrão 4 a 20 ma. A cor padrão do cabo PA é azul. O Profibus PA possui uma característica interessante que é a transmissão intrínseca segura, o que faz do PA uma ótima opção para ambientes classificados, ou seja, ambientes onde existe o perigo de explosão caso ocorra uma faísca elétrica devido à atmosfera estar possivelmente carregada com alguma substancia explosiva. Na imagem a seguir (Figura 1.1) vemos uma topologia de rede PA.

4 Nesse caso o sinal sai do Controlador Lógico Programável (CLP) como DP em uma alta velocidade de transmissão passa por um conversor (Gate Way) que transforma DP em PA até chegar aos instrumentos, onde está uma baixa velocidade de transmissão. Dentre os Conversores (interface) tem o Segment Coupler e o PA Link, conforme vemos na figura. Figura 1.1 O mestre da rede PA é o mesmo da rede DP conectado através de dois tipos de interface, O PA Link e o Segment Coupler (PA Coupler). O PA Link é um escravo da rede DP e mestre da rede PA, possuindo dois endereços, um em cada rede. Isto permite o uso completo do endereçamento possível na rede PA. O Segment Coupler (PA Coupler) é transparente, não possuindo endereçamento. Neste caso os endereços já usados na rede DP não podem ser usados na rede PA, reduzindo o número de endereços disponíveis. As Interfaces sempre são responsáveis por adequar os níveis elétricos do sinal e as taxas de velocidade, nem sempre iguais entre

5 as redes, além de alimentar eletricamente os dispositivos da rede PA. CARACTERÍSTICAS DO PROFIBUS PA -Substitui a comunicação 4-20mA em dispositivos de automação de processos. -Dados e alimentação no mesmo cabo. -Pode compartilhar o mesmo mestre classe 1 do Profibus DP. -Adequado para áreas classificadas. -Topologia em barra ou estrela. -Até 31 dispositivos PA por link. -Máximo de 1900m por segmento. -Interface com profibus DP por PA - Link ou PA - Acoplador (Segment Coupler) VANTAGENS DOS PROTOCOLOS PERTENCENTES AO CONCEITO FIELDBUS -TAMANHO DAS INSTALAÇÕES: Antes do conceito Fieldbus, as instalações eram muito maiores, mais complexas e os gastos com cabos para comunicação eram enormes. -GABINETES OTIMIZADOS: Como o número de linhas físicas diminuiu, os gabinetes puderam ser otimizados, ocupando um espaço menor. -LOCALIZAÇÃO DE DEFEITOS: Com cabos menores e gabinetes otimizados, a localização de defeitos tornou-se uma tarefa muito mais fácil, além do sistema de comunicação ter se tornado muito mais confiável. -CUSTO: Com todas as vantagens acima citadas, conseguiu-se uma redução significativa do custo final do projeto de automação. Além disso, um motivo para se utilizar profibus é a facilidade e economia no reaproveitamento dos equipamentos e instalações existentes. PROFIBUS STATUS PROFIBUS-PA: BYTE DE STATUS E FAIL-SAFE

6 Uma característica muito útil disponibilizada pelo protocolo Profibus PA é o byte de status na estrutura float-status. A grande vantagem desta característica é permitir que se tenha além do valor de uma medição uma informação que possa qualificar este valor e que ajuda na condição de falha a levar o equipamento para uma condição de segurança (Fail-Safe). O status da entrada e dos parâmetros de saída tem a finalidade de informar outros blocos funcionais o estado atual O campo de status é composto de três partes: Quality: Indica a qualidade do valor do parâmetro Sub-Status: É um complemento do estado da qualidade e leva a informação para inicializar ou parar inicializar ou parar um controle em cascata, alarme e outros. Há diferentes configurações do sub-status para cada qualidade. Limits: Fornece a informação se o valor associado está limitado ou não, bem como a direção. Os limites são classificados como: Not Limited, High Limited, High Limited, Low Limited, Constant. Quando um parâmetro de entrada é conectado num parâmetro de saída pela troca de dados cíclicos, a estrutura toda (Estado e valor) é recebida via comunicação FieldBus. Se a Entrada não é conectada, então os estados e os valores podem ser configurados manualmente pelo usuário. Fail Safe (Falha de segurança) O Fail Safe é um estado especial, que permite o bloco de função atual quando for detectada uma situação anormal. Uma situação anormal ocorre quando houver uma entrada não usual, por exemplo, sensor com defeito ou perda de comunicação entre os blocos de função por um período maior que o especificado (FSAFE_TIME) Quando a condição que ativou o estado de falha (Fault State) for normalizada, o fault state é zerado e o bloco volta á operação normal.

7 IF303 Conversor de corrente Profibus PA Uma das características do profibus PA é o reaproveitamento dos instrumentos existentes no campo. O IF303 é um conversor apropriado para fazer a interface entre transmissores analógicos e a rede Profibus. O IF303 recebe até três sinais em corrente geralmente 4 a 20 ou 0 a 20 ma e os torna disponíveis para o sistema Profibus. A tecnologia digital utilizada no IF303 permite um único conversor receber três entradas e prover vários tipos de funções de transferência. Possibilita uma interface fácil entre o campo e a sala de controle, e, ainda, inclui características especiais que reduzem consideravelmente os custos da instalação, operação e manutenção. SIMATIC PDM O SIMATIC PDM (Process device manager) é uma ferramenta uniforme e independente de fabricantes para configuração, parametrização, comissionamento e diagnose de dispositivos de processo inteligentes. O SIMATIC PDM permite uma grande variedade de dispositivo de processo sejam configurados usando um único software e interface gráfica com o usuário. O resultado é uma ferramenta confiável que proporciona significativas reduções nos gastos com treinamento do corpo técnico. As telas de parâmetros e de funcionalidades são únicas para todos os dispositivos de processo suportados e independente de sua comunicação, exemplo via Profibus-DP, Profibus-PA ou Hart. As principais funções do SIMATIC PDM são: ajustes, modificações, testes, diagnose e gerenciamento dos dados de processo lidos pelo dispositivo. O SIMATIC PDM permite, adicionalmente, a monitoração de variáveis de processo, alarmes e sinais de status dos dispositivos na tela.

8 SEGMENT PROTECTOR A figura acima mostra o Segment Protector da ABB. O Segment Protector é responsável pela distribuição do sinal da rede PA. Além disso, ele também protege o sistema contra curto-circuito.

9 A figura acima mostra uma aplicação com o Segment Protector. O sinal da rede profibus sai DP do PLC até chegar ao Segment Coupler, onde é convertido para PA. Depois de ser convertido ele chega no Segment Protector e é feita a distribuição. - Interliga o Profibus-DP com o Profibus-PA - Fornece energia e comunicação para os instrumentos Profibus-PA 5. INSTRUMENTOS

10 TRANSMISSOR DE VAZÃO POSICIONADOR TRANSMISSOR DE TEMPERATURA TRANSMISSOR DE NIVEL TRANSMISSOR DE PRESSÃO TRANSMISSOR DE DENSIDADE

11 6. BIBLIOGRAFIA MAIS SOBRE O AUTOR: Alisson Teles Ribeiro, estudante de Engenharia Elétrica na UNIP em Bauru. Trabalha na área de Automação Industrial. Atualmente faz parte da equipe STAI. (2009)

É uma interface Homem-Máquina em vários idiomas e trabalha em MS Windows 95, MS Windows NT4.0 e MS Windows 2000.

É uma interface Homem-Máquina em vários idiomas e trabalha em MS Windows 95, MS Windows NT4.0 e MS Windows 2000. Profibus PA PROFIBU-PA é a solução PROFIBU para automação de processos. Este protocolo conecta sistemas de automação e de controle de processos com instrumentos de campo, tais como transmissores de pressão,

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