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Redes industriais. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng. Profibus. Profibus ( Pro cess Fi eld Bus ) é um protocolo de comunicação que provê uma solução de propósitos gerais para manufatura, processos e automação predial;
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Redes industriais Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Profibus Profibus (Process FieldBus) é um protocolo de comunicação que provê uma solução de propósitos gerais para manufatura, processos e automação predial; Ele efetua tarefas de comunicação do tipo mestre-escravos e perfis de aplicações associadas a automação; A rede Profibus é um conjunto de três redes ou communication profiles no jargão Profibus.
Profibus Profibus DP (Distributed Peripherals): Esta rede é especializada na comunicação entre sistemas de automação e periféricos distribuídos; Profibus FMS (Fieldbus Message Specification): Tem uma ampla capacidade para comunicação de dispositivos inteligentes como: CLPs, DCS, Computadores ou outros sistemas que precisam de alta demanda de transmissão de dados.
Profibus A rede FMS vem sendo substituído pela rede Ethernet TCP/IP – no caso da Siemens pela Profinet. Profibus PA (Process Automation): projetada para aplicação em processos contínuos. Permite a conexão de sensores e atuadores em um barramento único e comum, em áreas intrinsecamente seguras.
Profibus A rede Profibus PA possibilita a comunicação de dados e alimentação no mesmo barramento, usando tecnologia a 2 fios, de acordo com o padrão internacional IEC 1158-2.
Características Gerais Profibus é uma rede multimestres. A especificação fieldbus distingue 2 tipos de dispositivos: Dispositivo Mestre: Um mestre é capaz de enviar mensagens independente de solicitações externas quando tiver a posse do token. São também chamados de estações ativas;
Características Gerais Dispositivo Escravo: 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.
Arquitetura A arquitetura especifica como o protocolo interage na rede em função do modelo de camadas de referência OSI. As redes industriais implementam as camadas 1, 2 e 7 do modelo OSI. A rede Ethernet Industrial implementa as camadas 1, 2, 3, 4 e 7 do Modelo OSI.
Arquitetura O Profibus-DP utiliza os níveis 1 e 2, e uma interface de aplicação, que assegura transmissão de dados rápida e eficiente. O DDLM (Direct Data Link Mapper) facilita o acesso da aplicação ao nível 2. As aplicações disponíveis, bem como o comportamento dos vários tipos de dispositivos, estão especificados na interface do usuário. As tecnologias de transmissão disponíveis são RS 485 ou fibras ópticas.
Arquitetura Na Profibus-FMS, utilizam-se os níveis 1,2 e 7 do Modelo OSI; O nível de aplicação é composto de mensagensFMS (Fieldbus Message Specification) e LLI (Lower Layer Interface). As mensagens FMS contem o protocolo de aplicação, proporcionando ao usuário uma grande seleção de serviços de comunicação. As mensagens LLI implementam as várias relações de comunicação, e habilitam o acesso independente de fornecedor ao FMS.
Arquitetura O nível 2 (FDL, Fieldbus Data Link) implementa o controle de acesso à rede e a segurança dos dados. Tecnologias de transmissão RS 485 ou fibras ópticas podem ser utilizadas. O Profibus-DP e o FMS utilizam a mesma tecnologia de transmissão e o mesmo protocolo de acesso à rede. Ambas as versões podem ser utilizadas no mesmo cabo ao mesmo tempo.
Arquitetura O Profibus-PA usa o protocolo estendido do Profibus-DP para transmissão de dados. O Profibus-PA tem um formato que define o comportamento dos dispositivos de campo; A tecnologia de transmissão segue a norma IEC 1158-2, incluindo segurança intrínseca; Ele permite que os dispositivos de campo sejam alimentados pelo próprio barramento; Os dispositivos podem ser interligados ao barramento DP através de um acoplador;
Meio de Transmissão O padrão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais encontrada no Profibus. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão aliada à uma instalação simples e barata. Um par trançado de cobre blindado (shield) com um único par condutor é o suficiente neste caso. O uso de par trançado não requer nenhum conhecimento ou habilidade especial.
Meio de Transmissão A topologia permite a adicionar e remover estações, sem afetar outras estações. Ampliações futuras, podem ser implementadas sem afetar as estações já em operação. Taxas de transmissão entre 9,6 kbps e 12 Mbps podem ser selecionadas, porém uma única taxa de transmissão é selecionada para todos os dispositivos no barramento, quando o sistema é inicializado.
Meio de Transmissão Todos os dispositivos são ligados à uma estrutura de tipo barramento linear. Até 32 estações (mestres ou escravos) podem ser conectados à um único segmento. O barramento é terminado por um terminador ativo do barramento no início e fim de cada segmento. Para garantir uma operação livre de erros, ambas as terminações do barramento devem estar sempre ativas.
Meio de Transmissão Em Geral, estes terminadores encontram-se nos próprios conectores de barramento ou nos dispositivos de campo, acessíveis através de uma dip-switch. No caso em que mais que 32 estações necessitem ser conectadas ou no caso que a distância total entre as estações ultrapasse um dado limite, devem ser utilizados repetidores (repeaters) para se interconectar diferentes segmentos do barramento.
Meio de Transmissão O comprimento máximo do cabo depende da taxa de transmissão. As especificações de comprimento de cabo, são baseadas em um cabo tipo-A, com o seguintes parâmetros: Impedância: 135 a 165 Ohms; Capacitância: < 30 pF/m; Resistência: 110 Ohms / km; Medida do cabo: 0,64 mm Área do condutor: 0,34 mm2
Meio de Transmissão Para a conexão em locais com grau de proteção IP20, utiliza-se conectores tipo DB9 (9 pinos). Já no caso de grau de proteção IP65/67, existem 3 alternativas para a conexão: Conector circular M12 (IEC 947-5-2); Conector Han-Brid, conforme recomendação DESINA; Conector híbrido SIEMENS;
Formas de Transmissão Geralmente, a transmissão pode ser realizada de forma bidirecional, de forma alternada ou simultânea. Assim, a cada elemento na rede deverá estar associado um equipamento transmissor e um receptor compondo o conjunto transceptor; A transmissão de dados em um único sentido é denominada simplex, e quando realizada nos dois sentidos é denominada duplex.
Formas de Transmissão No caso em que ela se realiza alternadamente, ou seja, ora num sentido, ora no outro, ela se denomina half-duplex. No caso em que ela se realiza simultaneamente nos dois sentidos, esta será denominada full-duplex. Televisão – simplex; Rádio amador – half-duplex; Rede – full-duplex;
Formas de Transmissão Os modos de transmissão caracterizam as diferentes formas como os bits de informação transmitidos são delimitados e encaminhados ao longo da linha de comunicação; Neste caso, podem ser transmitidos no modo serial e paralelo; Na forma paralela, os bits são transportados simultaneamente em várias linhas em paralelo, sendo apropriado apenas à comunicação entre equipamentos à curtas distâncias.
Formas de Transmissão Na transmissão serial, mais adequada a comunicação entre equipamentos separados por grandes distâncias, os bits são encaminhados serialmente através de uma única linha de comunicação, usualmente com 2 ou 4 fios. Pode-se considerar outros parâmetros para a classificação dos modos de transmissão, como, por exemplo, a forma de sincronia entre emissor e receptor, associada à temporização, ou seja, transmissão síncrona ou assíncrona.
Formas de Transmissão Na transmissão síncrona, os bits de dados são enviados segundo uma cadência pré-definida, obedecendo a um sinal de temporização (clock). O receptor, por sua vez, conhecendo os intervalos de tempo que permitem delimitar um bit, poderá identificar a seqüência dos bits fazendo uma amostragem do sinal recebido. Na transmissão assíncrona, não existe a fixação prévia de um período de tempo de emissão entre o transmissor e o receptor.
Formas de Transmissão A separação entre os bits é feita através de um sinal especial com duração variável. Um caso típico de transmissão assíncrona é a transmissão de caracteres; Neste caso, a cada grupo de bits constituindo um caracter são adicionados bits especiais para representar o start bit e o stop bit; Neste tipo de comunicação, apesar da assincronia ao nível de caracteres, ocorre uma sincronização ao nível de bit.
Camada Física - RS 232 A transmissão serial RS 232 é sinalizada eletricamente através dos níveis de tensão para representar os bits 0 e 1. A especificação RS 232C foi a mais utilizada e trabalha com tensões entre – 15V e + 15V. A representação dos bits 0 e 1 são feitos da seguinte forma: 0 corresponde à uma tensão entre +3V e +15V; 1 corresponde à uma tensão entre – 3V e – 15V; Esta forma de representação é dita bipolar;
Camada Física - RS 232 As tensões entre + 3V e – 3V é considerado indefinido e indica um erro de transmissão de dados; Além da representação física a interface RS 232 é uma forma de comunicação half-duplex; A recepção do sinal é feita de forma que se em um dado intervalo de tempo se o sinal estiver em nível fixo, o mesmo é interpretado como 1 ou 0;
Protocolo - RS 232 • Start bit – inicialização da mensagem; • Dados – representa os dados transmitidos; • Paridade – técnica verificação de erros de transmissão; • Stop bit – finalização de uma transmissão;
Camada física – RS 485 • A camada física da RS 485 é chamada de linhas de comunicação balanceadas; • Os circuitos transmissores e receptores adotados nestas interfaces utilizam como informação a diferença entre os níveis de tensão em cada condutor do par trançado. • Os códigos binários são identificados pela polaridade (+ ou -) da diferença de tensão entre os condutores do par;
Camada física – RS 485 • Ou seja, quando a tensão no condutor “+” for maior que no condutor “-”, é caracterizado um nível lógico “1”; • Porém, quando, ao contrário, a tensão no condutor “-” for maior que no condutor “+”, é caracterizado um nível lógico “0”. • Uma margem de ruído de ±0,2 V é definida para aumentar a tolerância a interferências.
