instrumentaçãointegradaemsistemasdigitaisdecontrole · 2019. 10. 8. ·...

Instrumentação Integrada em Sistemas Digitais de Controle

PROFIBUS PA - TIA Portal

Configurar rede PROFIBUS PA

Versão 3

Elaboração:Prof. Cesar Roberto de Souza

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� @Souzcesar1Plataforma LATTES - Cesar Roberto de Souzahttps://industria4-0.com - Prof. Cesar Roberto de SouzaStrava - Cesar Roberto de Souza

2 de outubro de 2019

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1 ObjetivoIntegrar dispositivos PROFIBUS PA no TIA Portal para monitoração e

Controle.

2 Malha de controleNa figura 1 temos a malha de controle da planta. A qual, temos o con-

trolador principal (UC-1701) que pode controlar as 3 malhas do processo.

• Malha de Pressão;

• Malha de Vazão;

• Malha de Temperatura.

O atuador das malhas de pressão e vazão é a válvula UV-1701, além disso,também pode ser utilizada como atuador pela malha de temperatura.

O atuador da malha de temperatura é o conversor estático 4..20mAque recebe o comando via rede PROFIBUS PA, fazendo uso do conversorPA/Corrente FI303, identificado na planta como TY-1703, que envia sinalpara a TV-1703 que controla a potência da resistência do processo.

Verifique que a malha de temperatura está sendo intertravada pelo FSLL-1708 e TSHH-1706, dessa forma, caso não haja vazão mínima a resistênciade aquecimento é desligada, da mesma forma, quando a temperatura atin-gir seu limite definido no termostato TSHH-1706 a resistência também serádesligada.

1 Industria4-0.com Prof.Cesar Souza

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Figura 1: Malha de controle Planta Fieldbus



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Na figura 2 temos um exemplo do sistema de controle do processo. Pois,no caso da planta podemos efetuar a seguinte analogia:

Para um determinado processo queremos controlar a vazão de ar entregueao processo, a malha de temperatura tem por função melhorar a qualidadedo ar e a malha de pressão a função de segurança do sistema, ou seja, se apressão aumentar a malha de pressão assume o controle da válvula UV-1701.Se a temperatura aumentar no processo e a pressão estiver abaixo de seuslimites máximos, ela assume o controle da válvula UV-1701, além de mantero controle sobre a TV-1731.

Verifique que a UC-1701, que é nosso sistema de controle, possui 3 contro-ladores implementados e dependendo da situação do processo um sistema decontrole se sobrepõe ao outro. Dessa forma, temos os blocos ”Passa alta”(>),ou seja, a PV que for maior (parametrizada previamente) irá assumir o con-trole sobre a UV-1701. Por exemplo, no primeiro bloco ”passa alta”temos aFC-1721 e a TC-1731, se a PV da temperatura chegar acima de um limitepre-estabelecida ele assume o controle da válvula até que a situação do pro-cesso se normalize, caso contrário, quem assume o controle é o controladorde Vazão (FC-1721).

No segundo bloco de passa alta (>) entre o Controlador de pressão (PC-1711) e o maior dos outros 2 controladores. Também assume a PV que estiverpré-estabelecido com a maior limite. Dessa forma, se a pressão ultrapassar olimite estabelecido ela assume o controle da válvula por questões de segurançado processo, dessa forma, a malha de pressão se sobrepõe sobre as demaismalhas por questões de segurança. Portanto, pode-se resumir que para oprocesso as variáveis são:

• Vazão - controla a quantidade de vazão de ar para o processo;

• Temperatura - controla a qualidade do ar que vai para o processo;

• Pressão - segurança da linha, caso houver aumento da pressão, elaassume o controle do processo.



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Figura 2: Malha de controle detalhado da Planta Fieldbus



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3 Sistema SupervisãoNa figura 3 temos um modelo de sistema supervisório desenvolvido para

a planta desenvolvido no WinCC RT Advanced.No sistema existe um botão para ligar/ desligar o processo e um botão

para abrir e fechar a válvula do escape. A válvula proporcional recebe osvalores de SPSetpoint e a informação do Readback da válvula é enviada pelaválvula para verificar a resposta em relação ao Setpoint. Essa é uma grandevantagem de uma rede PA, você tem diversas informações para diagnosticarseu sistema. A situação do Readback será tratado mais a frente, durante aconfiguração da válvula.

Além disso, apresenta informações da pressão, vazão e temperatura doprocesso.



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Figura 3: Sistema de Supervisão



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4 Implementação da RedeNos próximos passos estaremos integrando os instrumentos da rede PRO-

FIBUS.

4.1 Topologia da Rede PROFIBUS PANa figura 4 temos um exemplo da topologia da rede implementada. No

caso, tendo um mestre da rede sendo um S7-1500 e um mestre da rede PRO-FIBUS um S7-300.

Para integrar a instrumentação PA é necessário um Coupler DP/PA, nocaso, estamos utilizando um FDC 157 - DP/PA Coupler da Siemens. Essedispositivo que irá permitir a comunicação entre o mestre e a instrumentaçãoPROFIBUS PA.

É possível verificar também que existem 6 dispositivos PA na planta,sendo que temos, na topologia, dois posicionadores, sendo um FY303 e umVVP10. Uma das plantas possui o VVP10 e as demais o FY303, portanto,considere apenas o posicionador relacionado à planta disponível na bancada.

Os instrumentos PROFIBUS PA disponíveis são:

• Rosemount 3051 - Transmissor de Vazão;

• Deltabar S PMD75 - Transmissor de Pressão;

• TT303 - Transmissor de Temperatura;

• FI303 - Conversor PROFIBUS PA para 4..20mA;

• FY303 - Posicionador de efeito Hall para controle da válvula;

• VVP10 - Posicionador de efeito Hall para controle da válvula;



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TUNFigura 4: Topologia da rede PROFIBUS

4.2 Instalar dispositivo fora do catálogoQuando estiver com um dispositivo totalmente novo, basta baixar o ar-

quivo GSD disponibilizado pelo fabricante e integrá-lo ao catálogo do TIAPortal, para isso, acesse o menu Options » Manage general station descriptionfiles (GSD), conforme apresentado na figura 5.

No caso estamos efetuando a demonstração de instalação do arquivo GSD



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do posicionador Vivace VVP10.

Figura 5: Acesso ao menu para instalar GSD

Na tela Manage general station description files selecione o caminho emque o arquivo baixado do site do fabricante se encontra, que ele será apre-sentado na lista Content of imported path, após isso, selecione-o e clique nobotão Install., conforme figura 6.

Figura 6: Caminho do arquivo GSD a ser instalado

Assim que a instalação for finalizada, será apresentada a tela da figura 7,pressione o botão Close e retorne à tela de Network View.



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Figura 7: Instalação concluída

4.3 Velocidade da Rede PROFIBUSNa rede PROFIBUS PA temos que utilizar uma velocidade de 31.25 kbps,

devido às características da rede. Portanto, no Siemens devemos alterar avelocidade da rede PROFIBUS para 45.45 kbps (31.25) para que possa co-municar com os instrumentos. O problema neste caso, é que, a rede inteiraterá a velocidade diminuída, para evitar essa situação, deveria utilizar umDP/PA Link, com ele, você pode criar dois seguimentos, sendo, um PROFI-BUS PA e outro PROFIBUS DP, mantendo a velocidade da rede DP comodesejar.

Como não estamos utilizando o DP/PA Link, vamos alterar a velocidadeda rede inteira, para isso, clique com o botão direito do Mouse sobre o bar-ramento PROFIBUS e selecione Properties, conforme figura 8.



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Figura 8: Acesso às propriedades da rede

Em Network settings altere a velocidade da rede para 45.45 (31.25) kbps,conforme figura 9.

Figura 9: Alterar velocidade da rede

4.4 Adicionar DP/PA CouplerConforme mencionado anteriormente o DP/PA Coupler que permite a

comunicação entre a rede PA e DP, no caso, estamos adicionando um FDC157. Portanto, acesse Other Field Devices » PROFIBUS DP » PROFIBUS



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PA Profile » SIEMENS AG » DP/PA Link » FDC 157-0, selecione o Ordernumber dele e arraste-o até o barramento, conforme apresentado na figura10.

Figura 10: Adicionar DP/PA Coupler

4.5 Adicionar Instrumentos PROFIBUS PANa figura 11 temos os instrumentos que serão adicionados na rede. Lem-

brando que serão adicionados 5 instrumentos e não 6, como apresentado. Oposicionador será adicionado o FY303 ou VVP10, de acordo com o dispositivoque estiver disponível em sua planta.

Localize os instrumentos e arraste-os para o barramento, conforme des-crito na figura 11.

Figura 11: Instrumentos PROFIBUS PA



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4.6 Configurar Instrumentos PROFIBUS PAAssim que adicioná-los ao barramento, você deverá verificar as palavras

de comunicação e definir um endereço para o dispositivo. Alguns dos disposi-tivos a estrutura já está pronta, outros, deverão ser montados. Essa situaçãodepende das particularidades de cada dispositivo.

4.6.1 Deltabar PMD75

O Deltabar S PMD75 da Endress+Hauser é o transmissor de pressãoda planta. Ao adicioná-lo dê duplo clique no instrumento para acessar oficheiro General, selecione PROFIBUS Address e defina um endereço para oinstrumento, conforme figura 13.

O modelo de bloco indica que tipo de dados pode ser transmitido entreo Deltabar S e o mestre da classe 1, no caso o CLP, durante a comunicaçãocíclica de dados.

O PROFIBUS utiliza blocos de funções predefinidos para descrever osblocos de funções de um dispositivo e para especificar acesso uniforme aosdados.Na figura 12 é apresentado os blocos implementados no Deltabar S,que são descritos a seguir;

• Bloco físico:O bloco físico contém recursos específicos do dispositivo,como tipo de dispositivo, fabricante, versão etc., bem como funçõescomo gerenciamento de proteção contra gravação e número de identifi-cação comutação

• Bloco transdutor:O bloco transdutor contém todos os parâmetros es-pecíficos de medição do dispositivo.

• Bloco de entrada analógica (bloco de funções):O bloco de entrada ana-lógica contém as funções de processamento de sinal do valor medidocomo escala, cálculos de funções especiais, simulação etc.



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Figura 12: Diagrama de blocos de comunicação do PMD75

Ainda na imagem 13 é possível verificar a estrutura de palavras de escritae leitura no instrumento via rede PROFIBUS PA. Esse é um dos instrumentosda planta que mais informações são enviadas via rede.

Sua estrutura está descrita abaixo, mantenha a estrutura de endereçospara organizar os trabalhos futuros.

• Main Process Value: Variável principal do processo, que pode ser lidana palavra ID289;

• 2nd Cyclic Value: Segunda informação parametrizada no instrumentoque pode ser enviada pela rede, sendo lida na palavra ID294;

• 3rd Cyclic Value: Terceira informação parametrizada no instrumentoque pode ser enviada pela rede, sendo lida na palavra ID299;

• Display Value: Variável de saída, enviada para o display do instru-mento, pode ser escrita na palavra QD289.



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Figura 13: Configurar PMD75

4.6.2 Rosemount 3051

O Rosemount 3051 da Emerson é o transmissor de vazão da planta. Tam-bém deverá ser definido o endereço do mesmo na rede, conforme figura 14.A palavra com as informações do processo pode ser lida através da ID304,mantenha essa estrutura de endereço para organizar os trabalhos futuros.

Figura 14: Estabelecer comunicação

4.6.3 TT303

O TT303 da SMAR é o transmissor de temperatura da planta e é um dosinstrumentos que suas palavras de comunicação devem ser montadas.

Esse instrumento possui 2 canais de sensor de temperatura, portanto,devemos informar o tamanho da palavra utilizada e se serão utilizados os 2



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canais ou apenas 1.No caso, estamos utilizando apenas um canal de medição de tempera-

tura, portanto, deve-se definir o tamanho da palavra, se Analog Input Longou Analog Input Short. No caso, deixamos como Analog Input Long. Comonão estamos utilizando o segundo canal, então devemos colocar o blocoEMPTY_MODULE, conforme destacado na figura 15. Caso estivesse comos 2 canais sendo utilizado, deveria ser definido Analog Input em ambos.

A Informação de temperatura pode ser lida na palavra ID309, da mesmaforma dos anteriores, mantenha essa estrutura para organizar os trabalhosfuturos.

Caso essa configuração seja efetuada de forma incorreta, o instrumentoirá entrar em falha.

Figura 15: Transmissor de Temperatura TT303

4.6.4 FI303

O FI303 da Smar é o conversor de temperatura da Planta, ou seja, eleconverte o sinal de PROFIBUS PA para 4..20mA, que atua no Conversorestático que regula a potência da resistência da planta.

O FI303 pode controlar até 3 atuadores 4..20mA, ou seja, é um ins-trumento que possui 3 canais de controle. Da mesma forma, do dispositivoanterior, as palavras de controle e monitoração devem ser montadas no Hard-ware.

Na figura 16 temos o diagrama de ligação elétrica do conversor FI303 comcada canal de saída. Como podemos verificar o conversor não gera o sinal decorrente, ele drena a corrente de uma fonte externa, portanto, é necessário



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uma fonte externa ligada ao sistema para que o conversor possa drenar acorrente necessária.

Figura 16: Diagrama de ligação elétrica do FI303

Como podemos verificar na figura 17, existem diversos tipos de palavrasque podemos montar. Para o nosso processo iremos montar SP+RB+POS_D,essa estrutura, além de enviarmos a informação também podemos obter in-formações de status do dispositivo. Verifique o endereço, para organizar ostrabalhos futuros iremos manter no ID314 para leitura e QD314 para escrita.

Como não estamos utilizando os outros 2 canais, devemos colocar o blocoEMPTY_MODULE para os 2 canais que não estamos utilizando, conformedestacado na figura 17.



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Figura 17: Conversor FI303

A palavra de comunicação e controle está dividida da seguinte forma:

• SP: Envio do Setpoint do sinal enviado entre 0 e 100%;

• RB: Informação do Feedback, informando o valor real do sinal;

• POS_D: envia os seguintes status:

– 1: Valor mínimo;– 2: Valor máximo;– 3: Valor intermediário.

O Setpoint é enviado pelo QD314, Porém, para que o instrumento atueconforme o Setpoint o Status 126 deve ser enviado ao instrumento. EsseStatus é enviado através da quinta palavra de escrita, no caso, QB320. Casoessa palavra não seja enviada, o instrumento não irá responder ao comando.

O ReadBack pode ser lido através da palavra ID314.O POS_D pode ser lido por meio da palavra IW318.

4.6.5 FY303

o FY303 é o posicionador de efeito HALL da SMAR. Este também éum instrumento que possui suas particularidades de configuração, no caso,iremos utilizar a estrutura de palavra que envia informação de Setpoint aoposicionador e recebe o Feedback da posição em relação ao Setpoint.

A estrutura configurada é SP+RB+POS_D, que possui a seguinte estru-tura:



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• SP: Envio do Setpoint ao posicionador, que irá atuar de 0 a 100%. Nocaso apresentado, pode ser enviado pela palavra QD321;

• RB: Recebimento do Feedback da posição em relação ao Setpoint. Nocaso, pode ser lido a partir da palavra ID321.

• POS_D: Apresenta informações de status de ação:

– 1: Fechado;– 2: Aberto;– 3: Posição intermediária.

• Status: Quando se envia uma palavra de Setpoint, deve-se enviar ainformação 126 ao posicionador por meio da quinta palavra de escrita,no caso, QB325.Mantenha essa estrutura de endereçamento.

Na figura 18 temos o exemplo de configuração de palavras do posiciona-dor.

Figura 18: Posicionador SMAR FY303

4.6.6 VVP10

O VVP10 da VIVACE é um posicionador de efeito HALL com auto sin-tonia de PID. As configurações de Palavra são parecidas com o FY303.

A estrutura que iremos configurar é SP+RB+POS_D, conforme demons-trado na figura 19. A seguir temos o descritivo da estrutura:



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• SP: Envio do Setpoint ao posicionador, que irá atuar de 0 a 100%. Nocaso apresentado, pode ser enviado pela palavra QD321;

• RB: Recebimento do Feedback da posição em relação ao Setpoint. Nocaso, pode ser lido a partir da palavra ID321.

• POS_D: Apresenta informações de status de ação:

– 1: Fechado;– 2: Aberto;– 3: Posição intermediária.

• Status: Quando se envia uma palavra de Setpoint, deve-se enviar ainformação 126 ao posicionador por meio da quinta palavra de escrita,no caso, QB325.

Figura 19: Posicionador VIVACE VVP10

Sua estrutura de endereço aparenta ser a mesma do FY303, porém, oFY303 e o VVP10 estão em plantas separadas, portanto, não ocorrerá con-flitos. Essa estrutura foi escolhida para organizar os trabalhos.

4.7 Testes dos instrumentosAssim que todos os instrumentos forem devidamente configurados, basta

efetuar um Download do Hardware ao CLP e verificar se todos os instrumen-tos estão Online. Após isso, abra o Watch table e monte uma estrutura deescrita e monitoração conforme apresentado na figura 20.



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Verifique que as palavras utilizadas são as mesmas parametrizadas du-rante a configuração do Hardware efetuada nos passos anteriores.

Figura 20: Monitoração e controle pelo Watch Table



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