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1 Fundamentos e tecnologia do protocolo PROFIBUS

2 Infra-estrutura de comunicação em Indústrias WORKSTATIONS Workstations Rede Industrial Fieldbus Ethernet Ethernet corporativa Rede corporativa LAN LAN Linking Devices I/O Rede Fieldbus Rede de campo Dispositivos de Campo

3 Normalização Internacional IEC Digital Data Communication for Measurement and Control - Fieldbus for use in Industrial Control Systems. ( ) Volume IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC IEC Título Introdução PhL: Camada Física DLL: Serviços da Camada de Enlace DLL: Protocolos da Camada de Enlace AL: Serviços da Camada de Aplicação AL: Protocolos da Camada de Aplicação Gerência de Rede Teste de Conformidade Conteúdo Relatórios técnicos Oito tipos Oito tipos Oito tipos Dez tipos Dez tipos Necessita revisão Trabalho cancelado

4 Normalização Internacional IEC Digital data communications for measurement and control - Part 1: Profile sets for continuous and discrete manufacturing relative to fieldbus use in industrial control systems. (2003) Profile IEC CPF-1/1 CPF-1/2 CPF-1/3 CPF-2/1 CPF-2/2 CPF-3/1 CPF-3/2 CPF-3/3 CPF-4/1 CPF-4/2 CPF-5/1 CPF-5/2 CPF-5/3 CPF-6/1 CPF-6/2 CPF-6/3 CPF-7/1 CPF-7/2 Protocolo da IEC Phy DLL Tipo 1 Tipo 1 Ethernet TCP/UDP/IP Tipo 1 Tipo 1 Tipo 2 Tipo 2 Ethernet TCP/UDP/IP Tipo 3 Tipo 3 Tipo 1 Tipo 3 Ethernet TCP/UDP/IP Tipo 4 Tipo 4 Tipo 4 Tipo 4 Tipo 1 Tipo 7 Tipo 1 Tipo 7 Tipo 1 Tipo 7 Tipo 8 Tipo 8 Tipo 8 Tipo 8 Tipo 8 Tipo 8 Tipo 6 Tipo 6 Tipo 6 Tipo 6 AL Tipo 9 Tipo 5 Tipo 9 Tipo 2 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 3 Tipo 10 Tipo 4 Tipo 4 Tipo 7 Tipo 7 Tipo7 Tipo 8 Tipo 8 Tipo 8 - Tipo 6 Nome Usual Foundation Fieldbus (H1) Foundation Fieldbus (HSE) Foundation Fieldbus (H2) ControlNet Ethernet/IP PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA PROFInet P-Net RS-485 P-Net RS-232 WorldFIP (MPS,MCS) WorldFIP (MPS,MCS,SubMMS) WorldFIP (MPS) INTERBUS INTERBUS TCP/IP INTERBUS Subset Swiftnet transport Swiftnet full stack

5 Dispositivos PA PA I/O I/O Remoto para para PA PA SEMI SEMI PROFIdrive Sistemas de de Identificação Pesagem & dosagem Encoder Descrições Descrições (GSD, (GSD, EDD) EDD) Ferramentas Ferramentas (DTM, (DTM, Configuradores) Configuradores) Classes Classes de de mestres mestres Interfaces Interfaces (FB, (FB, FDT) FDT) Restrições Restrições Tecnologias de integração Profiles de sistemas 1..x Estrutura técnica do sistema PROFIBUS Profiles de aplicação específicos Profiles de aplicação comuns Profiles Profiles de de aplicação aplicação comuns comuns (opcional) (opcional) PROFIsafe, PROFIsafe, HART HART on on DP, DP, Redundância, Redundância, etc. etc. Protocolo de comunicação IEC 61158/61784 PROFIBUS DP PROFIBUS DP DP-V0... V2 Tecnologias de transmissão RS485 RS485-IS NRZ Seg. Intrínseca Fibra Ótica Multi-modo Mono-modo MBP Manchester Baixa potência Seg. Intrínseca

6 Estrutura usual de sistemas PROFIBUS Diferentes versões baseadas nas aplicações usuais; Não são explicitamente descritas na norma, porém são de fato utilizadas nos transmissores, controladores e nos sistemas de automação; Cada versão é uma combinação de: Profile de aplicação + Protocolo de comunicação + Tecnologia de transmissão

7 Versões PROFIBUS PROFIBUS DP (manufatura) PROFIBUS PA (processo) PROFIdrive (drivers) PROFIsafe (universal) Profiles de aplicação Ex. Ident Systems Profile de aplicação PA devices Profile de aplicação PROFIdrive Profile de aplicação PROFIsafe Protocolo DP (stack) DP-V0..V2 Protocolo DP (stack) DP-V1 Protocolo DP (stack) DP-V2 Protocolo DP (stack) DP-V0..V2 RS485 MBP-IS RS485 RS485 MBP-IS

8 Tecnologias de transmissão MBP RS485 RS485-IS Fibra Ótica Transmissão de dados Digital, sinc. bit a bit, cod. Manchester Digital, sinal diferencial NRZ Digital, sinal diferencial NRZ Ótica, digital, NRZ Taxa de transmissão KBit/s 9.6 a KBit/s 9.6 a KBit/s 9.6 a KBit/s Segurança na transmissão Preâmbulo, check error, START/STOP HD=4, bit de paridade, START/STOP HD=4, bit de paridade, START/STOP HD=4, bit de paridade, START/STOP Cabeamento Par trançado blindado Par trançado blindado tipo A Par trançado blindado tipo A Fibra multimodo, monomodo, PCF, plástico Alimentação Opcional sobre o sinal Opcional sobre fiação adicional Opcional sobre fiação adicional Opcional sobre linha híbrida Seg. Intrínseca EEx ia/ib Não EEx ib Não Topologia Mista c/ terminadores Barramento c/ terminadores Barramento c/ terminadores Estrela e anel tipicamente Nro. de nós 32 nós/seg. Máx. 126 nós/rede. 32 nós/seg sem repet. 126 nós/rede com repet. 32 nós/seg. 126 nós/rede com repet. 126 nós/rede Nro. de repetidoras Máx. 4 Máx. 9 com refresh Máx. 9 com refresh Ilimitado com refresh

9 Transmissão na versão PROFIBUS DP Cabeamento e terminador (RS485): +5V Nó 1 Nó 2 Blindagem RxD/TxD-P (3) RxD/TxD-P (3) DGND (5) DGND (5) +5V (6) RxD/TxD-N (8) +5V (6) RxD/TxD-N (8) RxD/TxD-P RxD/TxD-N 390 Ω 220 Ω Terra de proteção Terra de proteção DGND 390 Ω

10 PROFIBUS DP com sistemas de I/O remoto Nós PROFIBUS DP Barramento PROFIBUS DP I/O remoto

11 PROFIBUS DP em pesagem de silos e misturadores

12 Transmissão na versão PROFIBUS PA Padrão IEC variante H1; Atende ao FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept); Características: Sinal de comunicação: codificação Manchester com modulação de corrente; Topologia: Barramento, árvore/estrela, ponto a ponto; Alimentação: via barramento ou externa, 9-32Vdc, em áreas não intrinsecamente seguras; KBit/s; Permite segurança Intrínseca (Ex ia/ib).

13 PROFIBUS PA em extração de minério de ferro

14 Protocolo de comunicação PROFIBUS DP Projetado originalmente para garantir troca cíclica e rápida de dados no nível de campo versão DP-V0; Expansão posterior para atender outras demandas de serviços de comunicação expansão em três versões DP-V0, DP-V1 e DP-V2; Todas versões especificadas na norma IEC 61158; Classes de dispositivos: Mestre DP de classe 1 (DPM1): - Executa leituras e escritas cíclicas em dispositivos escravos; - Tipicamente PCs industriais e PLCs. Mestre DP de classe 2 (DPM2): - Configuração, avaliação e parametrização de dispositivos escravos; - Utilizados durante o comissionamento e para procedimentos de manutenção e diagnóstico; - Tipicamente estações de trabalho. Escravo: - Dispositivos passivos; - Tipicamente transmissores e atuadores industriais; - Integração relativamente fácil (versão DP-V0 100% integrada em

15 Protocolo de comunicação PROFIBUS DP Circulação de token entre os mestres ativos DPM1 DPM2 DPM1 DP Coupler DP/PA PA Escravo DP Escravo DP Comunicação mestre DPM1 escravo Comunicação mestre DPM2 escravo Escravo PA Escravo PA

16 Desempenho do protocolo PROFIBUS DP Tempo de ciclo de um sistema DP mono-mestre:

17 Evolução do protocolo PROFIBUS DP Nível de funções DP-V2 Modelo de publicação de dados Publisher-Subscriber(s) Modo Isochronous de comunicação DP-V0 Extensões: - Sincronismo entre clocks & time stamp - HART on DP - Upload e Download - Redundância DP-V1 Comunicação acíclica entre PCs ou PLCs e dispositivos escravos Extensões: - Ferramentas de integração: EDD e FDT - Blocos funcionais portáveis (IEC ) - Comunicação para dispositivos de segurança (PROFIsafe) - Alarmes Comunicação cíclica entre PCs ou PLCs e dispositivos escravos Extensões: - Ferramenta de integração: GSD - Diagnóstico Tempo

18 Integração entre as versões PROFIBUS DP & PA Via dispositivo Coupler: somente tradução de características físicas (RS485-MBP).

19 Integração entre as versões PROFIBUS DP & PA Via dispositivo Link: dispositivo ativo que atua como escravo no canal DP e mestre no canal PA.

20 PROFIdrive PA devices Robots/NC Abrangência da norma PROFIBUS Panel devices Encoders Fluid Power SEMI Low-voltage switchgear Dosing/weighing Ident systems Designação Remote I/O for PA devices Controle e monitoramento de acionadores elétricos de motores (inversores de freqüência). Sistemas de controle de processos contínuos. Sistemas de manufatura com integração de robôs manipuladores e centros de usinagem de comando numérico. Interfaceamento desde interfaces HMI simples até dispositivos de automação de auto nível. Interfaceamento de encoders lineares ou angulares. Controle de drivers hidráulicos. Controle de equipamentos de dispositivos típicos de plantas de fabricação de semicondutores. Comunicação entre equipamentos de acionamento elétrico de motores e máquinas elétricas de baixa voltagem. Implementação de equipamentos para dosagem e pesagem industrial. Integração de dispositivos voltados para o rastreamento de peças (leitores de barcode, transportadoras). Profile diferenciado para sistemas de I/O remoto inseridos em dispositivos PA. Conteúdo

21 Ferramentas de integração de dispositivos PROFIBUS Via configurador - Configuração de acesso - Configuração de I/O Manufatura GSD Via software driver - Manipulação específica de dispositivos - Interface de aplicação - Complexidade alta FDT EDD Via Interpretador - Manipulação uniformizada de dispositivos - Linguagem específica - Baixa complexidade Processo

22 Muito Obrigado!

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