Rede Profibus. Process. Manufacturing PLC PROFIBUS-PA. Internet PROFINET IEC RS-485/FO PROFIBUS-DP IPC. AS-Interface

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1 Rede Profibus OS OS Internet PLC Manufacturing IPC PROFINET Process RS-485/FO PROFIBUS-DP IEC PROFIBUS-PA AS-Interface

2 Rede Profibus PROFIBUS desenvolvido na Alemanha, inicialmente pela Siemens em conjunto com a Bosch e Klockner-Moeller em 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.

3 Rede Profibus

4 Rede Profibus Classificação: Devicebus Mais de 300 fornecedores de equipamentos Topologia:Linha / Estrela / Anel Velocidade de transmissão: DP - Máx: 12 Mbps ; PA - Max: kbps Max. número de nós: 127 Distância Máxima: 100m entre segmentos (12Mbaud) ; 24Km (Dependente do meio e do Baudrate) Mestre-Escravo - peer to peer

5 Rede Profibus Os dispositivos mais comuns nesta rede são: Computadores; Drives AC e DC (acionamentos); Sensores e Atuadores; Controladores Programáveis.

6 Redes Profibus

7 Rede 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.

8 Tipos de 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.

9 Acesso ao Meio PROFIBUS diferencia dispositivos mestre de escravo Active Devices (Masters) PLC PC PLC PROFIBUS Passive Devices (Slaves)

10 Profibus DP Monomestre Mestre (Class 1) Mestre (Class 2) PLC Ontrolador Central Controller troca dados com os dispositivos periféricos distribuidos Ferramenta de engenharia usada para configuração dos escravos PROFIBUS Escravos Dispositivos analogicos ou digitais tais como I/O, drives, transmissores, valvulas ou terminais

11 Profibus DP Multimestre Vários Mestres-DP podem ler um Escravo-DP mas apenas um Mestre pode escrever em um escravo. DP-Master (class 2) Sistema DP Multi-Mestre consiste de: - multiplos Mestres (class 1 ou 2) - 1 a 124 Escravos-DP - max. 126 dispositivos no mesmo barramento PC Mestre-DP (class 1) CNC PLC Mestre-DP (class 1) PROFIBUS Entradas e saídas distribuidas DP - Slaves Entradas e saídas distribuidas

12 Configuração da Rede Profibus PROFIBUS Ferramenta de configuração Arquivos GSD-Files contém os parâmetros de comunicação PLC Arquivos EDD-files contém os parâmetros da aplicação. PROFIBUS Uma biblioteca com arquivos GSD dos dispositivos PROFIBUS está disponível online em

13 Aplicação na Automação de Processo Sistema de Controle x Ferramenta de Engenharia RS-485 ou Fibra Ótica PROFIBUS-DP I IEC (MBP_IS) PROFIBUS-PA + x Segmentcoupler/Link transmissor Fonte 24V

14 Métodos de Comunicação Passagem lógica de bastão entre mestres P G PROFIBUS FM SV Acesso cíclico entre mestres e escravos

15 Protocolo Token Passing 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).

16 Profibus DP

17 Meios Físicos 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 para uso na automação de processos; Fibra ótica para maior imunidade a ruído e maiores distâncias.

18 18 Profibus Tecnologia de Transmissão

19 Transmissão RS 485 Profibus DP/FMS 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)

20 Instalação RS 485 first station VP Bus Termination Bus Termination last station VP B 390 Data Line B 390 B A Data Line A A DGND DGND A B A B Station 2 Station 3 20

21 Meio Físico RS 485

22 Transmissão IEC Profibus PA 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 nãointrinsecamente 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. 22

23 Transmissão Fibra Ótica 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. 23

24 Dispositivos de Conexão Acoplador DP para PA Conectores T Caixa de Junção Terminador Conector

25 Profibus DP 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.

26 Profibus DP - Dispositivos

27 Características PROCESS FIELD BUS Características tecnológicas: Transmissão assíncrona, padrão físico RS 485 / Fibra Óptica e IEC 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 )

28 Arquiteturas PROCESS FIELD BUS 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

29 Arquiteturas PROCESS FIELD BUS Características tecnológicas (continuação): Configuração PROFIBUS com 3 estações ativas (mestres) e 7 estações passivas (escravas). Os 3 mestres formam um anel lógico de token:

30 Profibus DP 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.

31 31 Profibus DP

32 Profibus DP Monomestre

33 Profibus DP Multimestre

34 34 Profibus DP Resumo

35 Profibus PA 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.

36 Profibus PA Profibus-PA - padrão IEC transmissão um par trançado blindado, velocidade de 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.

37 Profibus Segurança Intrínseca 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. 37

38 Conexão Profibus DP Profibus PA

39 39 Arquivos de Configuração GSD

40 Conexão Profibus DP Profibus PA 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 , 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 kbps (na verdade em 45.4 kbps para a maioria dos fabricantes, somente Pepperl+Fuchs dispunha de solução a 93.75kbps em 2001). 40

41 Redes Profibus RS 485 PROFIBUS DP RS 485 PROFIBUS PA Produção Processo

42 42 Rede Profibus X Rede Devicenet