FIELDBUS FOUNDATION. Cícero Alexandre Brandão de Paula

Transcrição

1 FIELDBUS FOUNDATION Cícero Alexandre Brandão de Paula 1

2 O que é Fieldbus Foundation? 2

3 FIELDBUS FOUNDATION É UMA FUNDAÇÃO COM MAIS DE 100 COMPANHIAS, O QUE GERA UM TOTAL DE MAIS DE 90% DAS EMPRESAS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS DO MUNDO. 3

4 EMPRESAS ASSOCIADAS DO FIELDBUS FOUNDATION ABB Ltd. Allen-Bradley Co., Inc. Apparatebau Hundsbach Automation Research Institue of Ministry of Metallurgical Industry Bailey Controls Bailey Japan Beamex Beldon Wire and Cable Bently Nevada Corporation Borst Automation BP Oil - Alliance Refinery Bray International, Inc. Brooks Instrument Caltex Services Chevron Research and Technology Co. Chiyoda Corporation Danfoss A/S digi table thielen DKK Corporation DuPont Engineering Co. EMCO Endress + Hauser GmbH + Co. Exxon Research & Engineering Co. Fieldbus International (FINT) Fisher Controls International, Inc. Fisher-Rosemount Systems Inc. Fraunhofer Institute IITB Fuji Electric Co., Ltd. GATX Terminals Glaxo Incorporated Groupe Schneider GSC Precision Controls Division of DA-Tech Hartmann & Braun AG Hitachi Honeywell Inc. Instituto de Investigaciones Electricas Johnson Yokogawa Corp. K.K. Codix K-Patents Keystone Controls Kimray Knick Elektronische Meßgeräte GmbH & Co. Koso Service Co., Ltd. KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG Kurihara Kogyo Co., Ltd. M-System Co., Ltd. Magnetrol International, Inc. Masoneilan-Dresser Industries Measurement Technology, Ltd. (MTL) 4

5 EMPRESAS ASSOCIADAS DO FIELDBUS FOUNDATION Mettler-Toledo Micro Motion, Inc. Milltronics, Ltd. Mitsubishi Electric Corporation Monsanto Company Motoyama Eng. Works, Ltd. Nagano Keiki Seisakusho Ltd. National Instruments Corp. NEC Corporation Neles-Jamesbury NEMA Niigata Masoneilan Co., Ltd. Ohkura Electric Co., Ltd. Oval Engineering Co., Ltd. Pacific Avionics Corporation Pepperl + Fuchs PMV, Palmstiernas Instruments AB Politecnico di Torino-Dai Presys Instrumentos E Sistemas Ltda. R. Stahl Schältgeraete GmbH & Co. Ramsey Technology, Inc. Relcom Inc. Ronan Engineering Company Rosemount Analytical Inc. Rosemount Inc. Saab Tank Control Servomex Shell Oil Company SHIMADZU CORPORATION SHIP STAR Associates, Inc. Siebe ECD Siemens Industrial Automation, Inc. Simrad Albatross SMAR Equip. Industriais Ltda Softing SRC NIITEPLOPRIBOR StoneL Corporation The Foxboro Company Tokyo Keiso Co., Ltd. Toshiba Corporation Valmet Automation Inc. VALTEK International VEGA Grieshaber Vinson Supply WorldFIP Europe Yamaha Corporation Yamatake-Honeywell Co., Ltd. Yokogawa Electric Corporation 5

6 6 O que é Foundation Fieldbus?

7 TECNOLOGIA FOUNDATION FIELDBUS Fieldbus é um protocolo de comunicação bidirecional, digital multi-drop entre dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão. Então, Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de campo. Fieldbus P Processo L Automação e Sistemas de Supervisão F 7

8 CLASSE DE APLICAÇÕES Três classes distintas de aplicação: - sistemas "Stand-Alone": transações ocorrem somente entre dispositivos ligados em um mesmo segmento de rede (ex.: sensores e atuadores ligados a um CNC dentro de uma máquina). - sistemas em cascata: dispositivos conectados a segmentos distintos podem trocar informações por meio de uma "bridge" (ex.: SDCD - Sistema Distribuído de Controle Digital). - sistemas hierárquicos: Fieldbus está interligado via "gateway" a um nível hierárquico superior da automação fabril (ex.: estrutura CIM). 8

9 VANTAGENS Aberto e ainda Integrado Capacidade de Expansão Manutenção Proativa Conectividade Total 9

10 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA Tecnologia Dominante Pneumático Analógico Digital Fieldbus Time 10

11 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DCS FIELDBUS 11

12 BENEFÍCIOS Menor Custo Inicial A Arquitetura enxuta resulta em grande economia inicial com hardware (fiação e instalação). 12

13 BENEFÍCIOS Aumento do Fluxo de Informações DCS FCS 13

14 BENEFÍCIOS Flexibilidade PID AI PID AI PID PID AO AI AO AI 14

15 BENEFÍCIOS Interoperabilidade - Sistema Aberto desenvolvimento de drivers de comunicação é uma tecnologia antiga. Os usuários finalmente tem liberdade agora para escolher os instrumentos que quiserem para compor um sistema realmente aberto. 15

16 16 BENEFÍCIOS ESCOLHA DO FABRICANTE

17 17 BENEFÍCIOS ESCOLHA DO EQUIPAMENTO

18 18 BENEFÍCIOS ESCOLHA DO BLOCO

19 BENEFÍCIOS Maior Disponibilidade e Integridade das Informações Ferramentas de Engenharia permitem uma investigação mais profunda das falhas ocorridas. Falha do sensor Falha na saída Falha de memória Erro de configuração Erro de comunicação 19

20 BENEFÍCIOS Menor Custo de Expansão e Modificação 20

21 MODELO FOUNDATION FIELDBUS MODELO FIELDBUS MODELO ISO/OSI CAMADA DE APLICAÇÃO PRESENTATION LAYER CAMADA DE SESSÃO CAMADA DE TRANSPORTE CAMADA DE REDE CAMADA DE LINK DE DADOS CAMADA FÍSICA CAMADA USUÁRIO FIELDBUS ESPECIF. DE MENSAGEM SUBCAMADA DE ACESSO FIELDBUS CAMADA DE LINK DE DADOS CAMADA FÍSICA CAMADA USUÁRIO STACK DE COMUNICAÇÃO CAMADA FÍSICA 21

22 MODELO FOUNDATION FIELDBUS CAMADA USUÁRIO COMO CONFIGURAR STACK COMUNICAÇÃO CAMADA FÍSICA COMO INSTALAR 22

23 COMO INSTALAR Camada Física F IEC Ítens Importantes : Fonte de alimentação Aterramento Distâncias Numero de dispositivos Topologia Terminadores Segurança Intrinseca Tipos de Cabo 23

24 COMO INSTALAR CAMADA USUÁRIO STACK COMUNICAÇÃO CAMADA FÍSICA H1 - BAIXA VELOCIDADE, Automação Processo (Substituir a tecnologia 4-20 ma) Kbit/s Alimentação no Barramento Opção de intrinsecamente Seguro MAX Metros (sem repetidor) HSE - ALTA VELOCIDADE, Automação avançada 100 Mbit/s FF normas com ISA/IEC, Camada Física Standard. 24

25 COMO INSTALAR CAMADA FÍSICA A DISTÂNCIA PODE SER INCREMENTADA COM REPETIDORES NO MÁXIMO = 4 REPETIDORES m m m m m REP1 REP2 REP3 REP4 25

26 COMO INSTALAR Nivel H1 bus powered (dispositivo de campo alimentado pelo barramento de comunicação) non bus powered (dispositivo de campo com alimentação separada do barramento de comunicação) 26

27 COMO INSTALAR kbit/s FIELDBUS EQUIPAMENTO NA SALA DE CONTROLE Tronco Caixa de Junção Ramos Tamanho do cabo = Tamanho do tronco + Tamanho de todos os ramos Tamanho máximo = 1900 metros 27

28 COMO INSTALAR TIPO DE CABO & DESCRIÇÃO TIPO A com shield, par-trançado nível H1; KBPS AWG Resistência Ohms/Km Aten. DB/Km TIPO B Multi-par-trançado, com shield; nível H TIPO C Simples ou multi-par-trançado, sem shield; nível H TIPO D Multi-core, sem shield;h

29 COMO INSTALAR Dispositivos por ramo Comprimento máximo recomendado dos ramos. Estes comprimentos estão normalizados na tabela abaixo. Total 1 por ramo 2 por ramo 3 por ramo 4 por ramo m 1 m 1 m 1 m m 1 m 1 m 1 m m 30 m 1 m 1 m m 60 m 30 m 1 m m 90 m 60 m 30 m 29

30 COMO INSTALAR INSTALAÇÃO TÍPICA FONTE IMPEDÂNCIA TERMINADOR PS302 + _ PSI302 PT FT TT FY PT TERMINADOR 30

31 COMO INSTALAR EX: INSTALAÇÃO SMAR Linking Device (DFI302) Interface Card (PCI302) Cabo - 18 AWG (0.8 mm 2 ) par trançado com shield Terminador (BT302) Fonte (DF52) PSI - Power Supply Impedance (DF49;DF53) 31

32 COMO INSTALAR FIELDBUS HSE FIELDBUS H1 Terminador 32

33 COMO INSTALAR Aterramento do Shield O shield deverá ser aterrado no terminal negativo da fonte de alimentação. Shield PS 24 V PSI BT Os shields do Tronco e do ramo devem estar conectados. 33

34 COMO INSTALAR TERMINADOR ÁREA NÃO CLASSIFICADA BARREIRA DE SEGURANÇA INTRINSECA ÁREA CLASSIFICADA Caixa de junções TERMINADOR DE LINHA 34 TERMINADOR

35 COMO INSTALAR CABO DO TRONCO PRINCIPAL Caixa de junções 35 TERMINATOR DE LINHA

36 COMO INSTALAR ETHERNET Topologia Fieldbus BRIDGE DFI302 CAIXA DE JUNÇÃO NÍVEL H1 FIM -FIM LINHA COM RAMOS PONTO A PONTO ÁRVORE 36

37 COMO INSTALAR TOPOLOGIA EM ÁRVORE VAZÃO XMTR VÁLVULA FONTE FIELDBUS TERMINADOR TEMP. XMTR TERMINADOR 100Ω CAIXA DE JUNÇÃO NÍVEL XMTR 37

38 COMO CONFIGURAR CAMADA USUÁRIO COMO CONFIGURAR STACK COMUNICAÇÃO CAMADA FÍSICA 38

39 COMO CONFIGURAR O que é um Device Description (DD)? É uma descrição detalhada das características de um instrumento. Os Device Descriptions são escritos em uma linguagem especial de programação chamada Device Description Language (DDL). 39

40 COMO CONFIGURAR Os Device Descriptions são fornecidos para um sistema anfitrião assim o anfitrião pode interpretar os dados fornecidos para o equipamento fieldbus. Standard Device Descriptions da Fieldbus Foundation. Standard DD Device Descriptions adicional de diversos fabricantes. A PARA UM SISTEMA ANFITRIÃO Z... 40

41 COMO CONFIGURAR DEVICE DESCRIPTION O Device Descriptions permite operação de equipamentos de diferentes fabricantes na mesma rede fieldbus com somente uma versão de interface de programação. Equipamento do fabricante A Device Descriptions Equipamento do fabricante B Fieldbus 41

42 COMO CONFIGURAR DEVICE DESCRIPTIONS PARÂMETROS UNIVERSAIS PARÂMETROS DE BLOCOS DE FUNÇÕES RECURSOS AI PID DEFINIDOS PELA ESPECIFICAÇÃO DA FIELDBUS FOUNDATION PARÂMETROS DE BLOCOS TRANSDUTORES TEMP VAZÃO PARÂMETROS ESPECÍFICOS DO FABRICANTE DEFINIDOS PELO FABRICANTE 42 BLOCO DE RECURSOS BLOCOS TRANSDUTORES BLOCOS DE FUNÇÕES

43 COMO CONFIGURAR Blocos Resource Bloco Display Bloco Transducer Bloco Function Bloco STACK DE COMUNICAÇÃO CAMADA FÍSICA 43 FIELDBUS

44 COMO CONFIGURAR Advanced PID Analog Alarm Analog Input Arithmetic Characterization Constant Density Input Selector Integrator Lead Lag Output Signal Selector and Dynamic Limiter PID Set Point Generator Splitter Timer / Logic 44

45 COMO CONFIGURAR LIGANDO OS BLOCOS AI PID AO AI PID FIELDBUS CONTROLE CASCATA 45

46 COMO CONFIGURAR LIGAÇÕES DE ENTRADAS / SAÍDAS TRANSMISSOR FIELDBUS AI OUT DISPOSITIVO FIELDBUS P/ VÁLVULA PID IN OUT CAS_IN AO 46

47 COMO CONFIGURAR FLEXIBILIDADE DE PROJETO FT AI PID AO FY FT AI PID AO FY TT TT AI PID AI PID PID SECUNDÁRIO NO TRANSMISSOR DE VAZÃO PID SECUNDÁRIO NO POSICIONADOR DA VÁLVULA 47

48 COMO CONFIGURAR Aplicações com os Blocos Funcionais A linguagem dos blocos funcionais é ideal para a construção de estratégias de controle de processos. 48

49 COMO CONFIGURAR Aplicações com os Blocos Funcionais PID CASCATA RELAÇÃO Nível a 3 Elementos 49

50 Funcionalidade do Sistema O Verdadeiro Controle Distribuído... nas antigas arquiteturas, cada ponto ou dispositivo adicional se tornava um peso para o sistema. No caso do FCS, cada ponto ou dispositivo adicional contribui com um microprocessador... 50

51 Funcionalidade do Sistema ESTAÇÕES EM REDE 51

52 Confiabilidade do Sistema Tolerante a Falhas Os componentes de alimentação do barramento podem ser redundantes, com chaveamento automático bumpless, garantindo a alimentação dos instrumentos de campo. 52

53 Confiabilidade do Sistema REDUNDÂNCIA DE FONTE 53

54 Confiabilidade do Sistema REDUNDÂNCIA DE PSI302 TERMINADOR EXTERNO 54

55 Confiabilidade do Sistema REDUNDÂNCIA 55

56 Confiabilidade do Sistema Alimentação dos devices garantida Comunicação não é garantida Posição de segurança garantida 56

57 Confiabilidade do Sistema Tolerante a Falhas Os equipamentos de saída de campo dispõem de informação e mecanismos para ação de segurança em caso de falhas... 57

58 Confiabilidade do Sistema Temp. Transmissor 1 Temp. Transmissor 2 AI AI Redundância do Sensor ISS Seleciona a primeira entrada Boa (First Good) Baseado nos status FF PID AO 58 Posicionador

59 A Camada De Enlace Do ISA - SP50 LAS LM Estação qualquer Token de Escalonamento Token Delegado Token Circulado LM LM Link Active Scheduler 59 LinkMaster

60 Confiabilidade do Sistema DFI302 Current LAS Current LAS Current LAS 60

61 Confiabilidade do Sistema Current LAS Current LAS Current LAS 61

62 COMPONENTES DO SISTEMA Extensão da rede para metros. No máximo 4 repetidores por rede. PS PS PS PS PS 62

63 Protocolo FIELDBUS FOUNDATION Perguntas? 63

64 Referências Bibliográficas TANENBAUM, Andrew. Rede de Computadores. RJ, PHB, STEMMER, Marcelo Ricardo. Sistemas distribuídos e Redes de computadores para controle e automação industrial. CORETTI, José Alberto. Sistema Foundation Fieldbus, Smar. FFSystem_302_200, 64

65 FIELDBUS FOUNDATION Cícero Alexandre Brandão de Paula Obrigado! 65