Protocolo ProfiBus

Engenharia Elétrica 10° Período 26/11/2014

Redes Industriais – UNICEP Professor Rodrigo

Alunos: Isac Negreiros dos Santos Junior, RA: 3800608 João Paulo Ferreira, RA 3800605

Tiago Valério Franco, RA 3800576 Antônio Marcos Lino dos Santos, RA 3800591

Gerson Roberto da Silva, RA 3800701

PROTOCOLO PROFIBUS

Comunicação Industrial

Figura 1 – Comunicação Industrial

A tecnologia da informação tem sido determinante no desenvolvimento da tecnologia da automação, alterou hierarquias e estruturas no ambiente dos escritórios e chega agora ao ambiente industrial nos seus mais diversos

setores, desde as indústrias de processo e manufatura até prédios e sistemas logísticos. A capacidade de comunicação entre dispositivos e o uso de

mecanismos padronizados, abertos e transparentes são componentes indispensáveis do conceito de automação de hoje. A comunicação vem se

expandindo rapidamente no sentido horizontal nos níveis inferiores (field level), assim como no sentido vertical integrando todos os níveis

hierárquicos. De acordo com as características da aplicação e do custo máximo a ser atingido, uma combinação gradual de diferentes sistemas de

comunicação, tais como Ethernet, PROFIBUS e AS-Interface, oferece as condições ideais de redes abertas em processos industriais.

No nível de atuadores/sensores o AS-Interface é o sistema de comunicação de dados ideal, pois os sinais binários de dados são transmitidos via um

barramento extremamente simples e de baixo custo, juntamente com a energia (24Vdc) necessária para alimentar estes mesmos sensores e atuadores. Outra característica importante é que os dados são transmitidos

ciclicamente, de uma maneira extremamente eficiente e rápida.

No nível de campo, a periferia distribuída, tais como módulos de E/S,

transdutores, acionamentos (drives), válvulas e painéis de operação, comunicam-se com sistemas de automação via um eficiente sistema de

comunicação em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA. A transmissão de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parâmetros e

diagnósticos são transmitidos aciclicamente, somente quando necessário. No nível de célula, os controladores programáveis, tais como CLP’s e PC’s

comunicam-se uns com os outros, o que requer grandes pacotes de dados e um grande número de funções poderosas de comunicação. Além disto, uma

integração eficiente aos sistemas de comunicação corporativos existentes, tais como: Intranet, Internet e Ethernet é um requisito absolutamente

mandatório, o que o PROFIBUS FMS e o PROFINet podem suprir. A revolução da comunicação industrial na tecnologia da automação está

revelando um enorme potencial na otimização de sistemas de processo e tem feito uma importante contribuição na direção da melhoria no uso de recursos.

Um pouco de história

A história do PROFIBUS começa na aventura de um projeto da associação apoiado por autoridades públicas, que iniciou em 1987 na Alemanha.

Dentro do contexto desta aventura, 21 companhias e institutos uniram forças e criaram um projeto estratégico fieldbus. O objetivo era a realização

e estabilização de um barramento de campo bit serial, sendo o requisito básico a padronização da interface de dispositivo de campo. Por esta razão,

os membros relevantes das companhias do ZVEI (Associação Central da Indústria Elétrica) concordaram em apoiar um conceito técnico mútuo para

manufatura e automação de processos. Um primeiro passo foi a especificação do protocolo de comunicações complexas PROFIBUS FMS (Especificação de Mensagens Fieldbus), que

foi costurado para exigência de tarefas de comunicação. Um passo mais adiante em 1993, viu-se a conclusão da especificação para

o mais simplesmente configurado e mais rápido PROFIBUS DP (Periferia Descentralizada). Este protocolo está disponível agora em três versões

funcionais, o DP-V0, DPV1 e DP-V2. Baseado nestes dois protocolos de comunicação, acoplado com o

desenvolvimento de numerosos perfis de aplicações orientadas e um número de dispositivos de crescimento rápido, o PROFIBUS começou seu

avanço inicialmente na automação manufatura, e desde 1995, na automação de processos. Hoje, o PROFIBUS é o barramento de campo líder no

mercado mundial.

REDE PROFIBUS PA

O Profibus PA define, em adição às definições padrões do Profibus DP, os

parâmetros e blocos de função para dispositivos de automação de processo,

tais como transmissores, válvulas e posicionadores.

Além disso, possui uma característica adicional que é a transmissão

intrinsecamente segura, o que faz com que ele possa ser usado em áreas

classificadas, ou seja, ambientes onde existe o perigo de explosão.

É indicado para controlar variáveis analógicas em controle de processos. É

encontrado predominantemente nas indústrias de transformação e pode ser

utilizado em substituição ao padrão 4 a 20 mA.

Principais vantagens:

• Transmissão confiável das informações;

• Tratamento de status das variáveis;

• Sistema de segurança em caso de falha;

• Equipamentos com capacidade de auto diagnose;

• Integração com controle discreto em alta velocidade;

• Aplicações em qualquer segmento;

• Redução de até 40% nos custos de instalação;

• Redução de até 25% nos custos de manutenção;

• Menor tempo de startup;

• Aumento significativo da funcionalidade, disponibilidade e

segurança.

Características técnicas:

• Abaixo, podemos conferir as características técnicas do protocolo

Profibus PA:

• Nível de tensão do sinal: 750 a 1000 mV.

• Camadas utilizadas: Física (Physical Layer), Enlace (Data Link

Layer) e Interface com o Usuário (User Interface).

• Velocidade de transmissão utilizada: modo H1 – 31,25 Kbps.

• Tipo de codificação: Manchester.

• Alimentação: cada equipamento na rede deve ser alimentado com no

mínimo 9V. Essa alimentação pode ser externa ou via barramento.

• Comprimento máximo do segmento: 1900m sem repetidor. É

permitido o uso de até 4 repetidores, o que faz com que a extensão da

rede alcance 9,5 km.

• Número de equipamentos no barramento: até 32. Este número pode

variar de acordo com a classificação da área, o consumo de corrente

nestes equipamentos, as distâncias envolvidas entre mestre e

escravos e o tipo de cabo utilizado na instalação.

• Áreas com segurança intrínseca: utilização de até 9 equipamentos em

áreas classificadas como Grupo IIC e até 23 equipamentos em áreas

classificadas como Grupo IIB. Esses valores usam como referência

uma corrente quiescente de 10 mA.

• Topologias: barramento, árvore, estrela ou mista.

O modelo fisco

• O modelo FISCO cumpre os requisitos de segurança intrínseca, mas

trouxe algumas vantagens sobre o modelo como a segurança

intrínseca era implementada anteriormente. As duas principais

vantagens são:

• Maior disponibilidade de potência no barramento intrinsecamente

seguro;

• Simplificação da verificação de conformidade de um sistema

implementado com dispositivos certificados para o modelo FISCO,

dispensando a certificação do sistema como um todo (este processo

de certificação era complexo e caro).

• O modelo FISCO consiste basicamente em:

• Ter um único dispositivo ativo (fonte de alimentação) no barramento

de campo, localizado na área não classificada;

• Todos os demais dispositivos de campo, na área classificada, são

passivos;

• Os dispositivos de campo devem ser certificados conforme o modelo

FISCO, por entidades como PTB (Alemanha), CSA (Canadá), e

outros;

• Cada dispositivo de campo deve garantir o consumo de, pelo menos,

10 mA (ver figura 2);

• O comprimento máximo do barramento de campo deve ser 1000 m

(Ex ia) ou 1900 m (Ex ib);

• Os cabos do barramento devem ter os seguintes parâmetros:

• resistência entre 15 e 150 /km;

• capacitância entre 80 e 200 F/km;

• indutância entre 0,4 e 1 mH/km.

Tipos de cabos

Existem 4 tipos de cabos que podem ser utilizados em uma instalação. Veja

na Tabela 1 as principais características de cada um deles.

Tabela 1 – Caracteristicas de cabos

Uma das situações que podem causar interferência nos sinais que estão

sendo transmitidos é a proximidade com alguns tipos de cabos. Para evitar

este tipo de problema, veja na Tabela 2 as distâncias mínimas

recomendadas para instalação de cabos Profibus.

Tabela 2 – Distâncias Mínimas

PERFIL DE COMUNICAÇÃO FMS

O perfil de comunicação FMS foi projetado para a comunicação no nível

de células. Neste nível, controladores programáveis (CLP’s ou PC’s)

comunicam-se uns com outros. Nesta área de aplicação, mais importante

que um sistema com tempos de reação rápida é um sistema com uma

diversidade grande de funções disponíveis.

A camada de aplicação (7) do FMS é composta das seguintes partes:

- FMS: Fildbus Message Specification e

- LLI: Lower Layer Interface

O modelo de comunicação PROFIBUS FMS possibilita que aplicações

distribuídas sejam unificadas em um processo comum através do uso de

relacionamentos de comunicação. A parte da aplicação situada no

dispositivo de campo que pode ser acessada via comunicação é

denominada de dispositivo virtual campo (VFD – virtual field device). A

figura 2 mostra a relação entre um dispositivo real e virtual. Neste exemplo

somente determinadas variáveis (isto é, número de unidades, taxa de falhas

e paradas) são parte do dispositivo de campo virtual e podem ser acessadas

via uma relação de comunicação. As variáveis “valor desejado” (setpoint) e

“receita” (recipe) não estão disponíveis neste caso.

Todos os objetos de comunicação de um dispositivo FMS são registrado

em um dicionário de objetos (OD). O dicionário contém descrição,

estrutura e tipo de dados, assim como a associação entre os endereços

internos do dispositivo do objeto de comunicação e sua denominação no

barramento (índice/nome).

Objetos de comunicação estática são registrados no dicionário de objetos

estáticos. São configurados um única vez e não podem ser modificados

durante a operação. FMS reconhece cinco tipos de objetos de comunicação.

- variáveis simples

- matriz (array): série de simples variáveis do mesmo tipo

- registro (record): série de variáveis simples de diferentes tipos

- domínio (domain)

- evento (event message)

“Objetos de comunicação dinâmica são registrados na seção dinâmica do

dicionário de objetos”. Estes podem ser modificados durante a operação.

Figura 2 – VFD – equipamento de campo virtual com OD

Endereçamento lógico é o método preferido de endereçamento de objetos.

O acesso é realizado com um endereço curto (índice) que é um número

inteiro sem sinal. Cada objeto possui um único índice.

Opcionalmente pode-se endereçar os objetos pelo nome.

Objetos de comunicação podem também ser protegidos do acesso não

autorizado através da proteção de acesso, ou os serviços de acesso é que

podem ser restringidos (por exemplo somente leitura).

FMS Services

Os serviços FMS são um subset dos serviços MMS (MMS – Manufacturing

Message Specification, ISSO 9506), que foram otimizados para aplicações

de barramentos e que foram então estendidos por funções para a

administração dos objetos de comunicação e gerenciamento de redes. A

figura 3 provê uma visão geral dos serviços profibus disponíveis.

Serviços confirmados podem somente ser utilizados para relação de

comunicação orientada à conexão. A execução do serviço é mostrada na

figura 4.

Serviços não confirmados podem também ser utilizados em relações de

comunicação sem conexão (broadcast e multicast). Podem ser transmitidos

em alta ou baixa prioridade.

Figura 3 – Serviços FMS

Os serviços FMS estão divididos nos seguintes grupos:

- Serviços de gerenciamento do contexto para estabelecer ou encerrar

conexões lógica.

- Serviços de acesso à variáveis utilizados para acessar variáveis, registros,

matrizes ou lista de variáveis.

- Serviços de gerenciamento do domínio utilizados para transmitir grande

quantidades de memória. Os dados devem ser divididos em segmentos pelo

usuário.

- Serviços de gerenciamento de chamada de programas utilizados para

controle de programas.

- Serviços de gerenciamento de eventos utilizados para transmitir

mensagens de alarme. Estas mensagens são enviadas como transmissões

multicast ou broadcast.

- Serviços VFD Suport utilizados para identificação e status. Podem ser

enviados espontaneamente quando requisitados por um dispositivo como

transmissão multicast ou broadcast.

- Serviços de gerenciamento OD utilizados para acessos de leitura e escrita

ao dicionário de objetos. Lower Layer Interface (LLI).

O mapeamento das camadas 7 a 2 é gerenciada pela LLI. Tarefas incluem

controle de fluxo e monitoração da conexão. O usuário comunica-se com

outros processos através de canal lógico denominado de associação de

comunicação. O LLI provê vários tipos de associação de comunicação para

a execução do FMS e serviços de gerenciamento. As associações de

comunicações têm diferentes capacidades de conexão (isto é, monitoração,

transmissão e demandas dos parceiros de comunicação).

Associação de comunicação orientada à conexão representa uma conexão

lógica ponto-a-ponto entre dois processos de aplicação. A conexão deve

primeira ser estabelecida com um serviço Initiate antes que possa ser

utilizado para transmissão de dados. Após tenha sido estabelecida com

sucesso, a conexão é protegida contra acesso não autorizado e fica

disponível para a transmissão de dados. Quando a conexão não é mais

necessária, ela pode ser desconectada através do serviço Abort. O LLI

possibilita a monitoração controlada por tempo para associações de

comunicação orientadas à conexão.

Os atributos da conexão “aberta” e “definida” são outra importante

característica de uma associação de comunicação orientada à conexão.

Nas conexões definidas o parceiro da comunicação é especificado durante a

configuração. Em conexões abertas o parceiro da comunicação não especificado até a fase de estabelecimento da conexão.

Associações de comunicação sem conexão possibilitam a um dispositivo se comunicar simultaneamente com diversas estações utilizando serviços não

confirmados. Em associações de comunicação broadcast, um serviço FMS não confirmado é simultaneamente enviado para todas as outras estações.

Em relacionamentos de comunicação multicast, um serviço FMS não confirmado é simultaneamente enviados para um predefinido grupo de

estações. Todas as associações de um dispositivo FMS são registrados no CRL. EM

dispositivos simples, a lista é definida pelo fabricante. No caso de dispositivos complexos, o CRL é configurável pelo usuário. Cada

associação de comunicação é endereçado por uma designação abreviada, a referência de comunicação (CREF). Do ponto de vista do barramento, uma CREF é definida pelo endereço da estação, ponto de acesso do serviço da

camada 2 e LLI. O CRL contém a associação entre o CREF e a camada 2 bem como o endereço LLI. Adicionalmente, o CRL também especifica

quais serviços DMS serão suportados, o tamanho dos telegramas, etc. para cada CREF.

Figura 4 – Sequência de um serviço FMS

Gerenciamento de Rede

Além dos serviços FMS, funções de gerenciamento de rede (Fieldbus

Management Layer 7 = FMA7) estão disponíveis. As funções FMA7 são opcionais e permitem uma configuração central. Podem ser iniciadas

remota ou localmente. Gerenciamento de Contexto: pode ser utilizado para estabelecer e

desconectar uma conexão FMA7. Gerenciamento da Configuração: pode ser usada para acessar CRL’s,

variáveis, contadores estáticos e parâmetros das camadas 1e 2. Pode também ser usada para identificação e registro das estações do barramento.

Gerenciamento de Falha: pode ser usada para indicar falhas/eventos e para reiniciar os dispositivos.

Profinet

O profinet é uma rede padronizada pela Associação profibus Internacional

como uma das quatorze redes de Ethernet industrial A norma que

regulamenta o profinet é a IEC61158-5 e IEC61158,sendo o décimo

protocolo incluso desta norma (Type 10).

Basicamente, há dois tipos de redes Profinet: Profinet IO e Profinet CBA.

O Profinet IO é utilizado em aplicações em tempo real (rápidas) e o

Profinet CBA é utilizado em aplicações onde o tempo não é tão critico, por

exemplo, na conversão da rede profibus DP.

A figura abaixo ilustra como o profinet definiu suas chamadas baseadas nas

arquiteturas TPC/IP.

Figura – Arquitetura TCP/IP para Profinet

Nota-se pela figura acima que o profinet pode ter três formas distintas de

operação, sendo duas pelo tempo real e uma para não tempo real.

A primeira baseia-se a arquitetura TCP ou UDP na camada quatro. Essa

arquitetura é a chamada e NON-REAL TIME (Non-RT), pois se tempo de

processamento aproxima-se dos 100ms. A grande aplicação neste tipo de

comunicação é de configuração e rede ou na comunicação com os Proxis,

utilizando CBA. Os Proxis são conversores de um determinado protocolo

em outro (por exemplo, de profinet para profibus DP ou de Profinet para

Interbus S ), conforme mostrado na figura abaixo.

Figura – Proxy Profinet/Profbus DP e Profnet/Interbus S.

A segunda maneira baseia-se no chamado Soft Real Time (SRT),

caracterizando por ser um sinal que interliga diretamente a chamada da

Ethernet a aplicação. Com a eliminação de vários níveis de protocolo, há

redução no comprimento das mensagens transmitidas , necessitando de

menos tempo para transmitir os dados na rede. Podem-se utilizar os dois

tipos de Profinet, CBA e IO, nesse caso.

A terceira maneira baseia-se no conceito de Isochronous Real Time (IRT),

para aplicações em que o tempo de resposta é critico e deve ser menor do

que 1 ms. Uma aplicação típica deste conceito é o controle de movimentos

de robôs, quando o tempo de atualização dos dados deve ser pequeno.

Utiliza-se apenas o Profinet IO para este caso.

A figura abaixo os conceitos de Non-Real-Time (aplicações com tempos de

varredura em torno de 100ms), Soft Real Time (aplicações com tempo de

varredura em torno de 10 ms) e Isochronous Real Time (aplicações com

tempo de varredura menores do que 1 ms).

Figura – Comparativos de tempos da rede Profinet.

Profinet IO

O profinet IO é, na realidade, uma extensão de protocolo profibus DP. Ele

opera diretamente com os elementos de campo, realizando leituras dos

sensores, atualizações dos sinais de saída e controle do diagnóstico de rede.

A rede ethernet industrial Profinet IO descreve um modelo do dispositivo

baseado em características essenciais, o profibus DP, incluindo canais para

cada elemento alocado na rede . As características dos dispositivos de

campo são descritas via GSD em uma base XML.

O arquivo GSDML (GSD em uma base de programação XML) acompanha

todos os elementos da rede Profinet IO e descreve as principais

características de cada um deles . O mesmo deve ser fornecido pelo

fabricante do equipamento.

Para se conseguir um tempo de resposta utilizando o Profinet IO na

configuração IRT (Isochronous Real Time ), é necessário um hardware

especifico que consiga processar as informações nesse tempo (para o cabo

IRT). Assim a Siemens desenvolveu o ERTEC 400 que é um processador

voltado as aplicações em Profinet.

O quadro da rede Profinet IO é mostrado na figura abaixo e segue a mesma

estrutura do campo Ethernet falado anteriormente, a grande diferença esta

no campo Frame ID, que nesse caso é possível distinguir se o quadro é

IRT, SRT ou Non-RT, de acordo com os dois bytes do campo. Cada valor

deste campo, define como as mensagens serão trafegadas na rede por

exemplo: de 0000h a 00FFh, quadro IRT, de 8000h a FBFFh, quadro SRT

e de FC00h a FE02h, quadro Non-RT. De acordo com a figura abaixo, a

quantidade mínima de bytes do quadro Profinet IO é de setenta e dois

bytes, contando cabeçalho, informações e verificação de erro.

Figura – Quadro profinet IO

O preâmbulo são bits auxiliares que identificam o inicio da transmissão e

servem para sincronizar o elemento que deseja transmitir seus dados com o

Clock da rede, o padrão para cada byte é AAh (10101010).

Os endereços de origem e destino identificam o que esta sendo transmitido

e quem esta recebendo as informações, esses endereços são conhecidos

como endereço MAC e possuem quarenta e oito bytes de comprimento.

O endereço MAC é o endereço físico do elemento de rede. Os três

primeiros bytes são destinados a informação do fabricante, os três

posteriores são fornecidos pelo fabricante para identificação do modulo de

rede Profinet.

O campo tipo e frame ID identificam o tipo de informação a ser transmitida

e o tamanho do campo de dados. O campo de dados pode variar de trinta e

seis a mil quatrocentos e setenta e dois bytes. No quadro ethernet

IEEE802.3, a variação de campo de dados é de quarenta e seis a mil

quinhentos bytes (cabeçalho e informação), essa diferença é justamente

para aplicações IRT, com a diminuição do campo de dados e,

consequentemente, o tempo de resposta da rede.

A verificação de erro é do tipo CRC, onde se tem um polinômio de grau

trinta e dois para efetuar a operação matemática de verificação de erro na

mensagem transmitida.

Outro ponto a ser destacado é o atraso da rede com relação ao switch,

sendo que o switch gera um pequeno atraso na rede .

É importante levar em consideração na hora de calcular o ciclo de

varredura da rede ou no atraso que um elemento pode causar se houver

muitos switches na rede.

O meio físico IEEE802.3 para redes Ethernet industriais

Tabela – Características físicas das redes de Ethernet industriais.

Para a configuração utilizando par trançado blindado, o cabo possui dois

pares (quatro vias), categoria 5 e também há possibilidade de utilização de

repetidores (hubs industriais) ou switches industriais que podem aumentar a

distancia da rede para ate 500 metros (utilizando par trançado ) .

Já para configuração utilizando fibra ótica é possível utilizar repetidores

ópticos e, dependendo do tipo de fibra utilizada (monomodo ou

multímodo), pode-se chegar a distancias de dezenas de quilômetros,

colocando vários repetidores em cascata durante o percurso do sinal óptico.

A topologia da rede é, comumente, projetada em estrela, utilizando o

mestre (controller) como elemento central da rede, os switches industriais

especiais para derivar e interligar os elementos da rede e os módulos de

campo (nodes) onde são conectados os sensores e atuadores.

A figura abaixo ilustra uma topologia típica para uma rede Ethernet

industrial.

Figura – Topologia para uma rede Ethernet industrial qualquer.

PROFIBUS DP

O PROFIBUS DP é a solução de alta velocidade (high-speed) do

PROFIBUS. Seu desenvolvimento foi otimizado especialmente para

comunicações entres os sistemas de automações e equipamentos

descentralizados. Voltada para sistemas de controle, onde se destaca o

acesso aos dispositivos de I/O distribuídos. É utilizada em substituição aos

sistemas convencionais 4 a 20 mA, HART ou em transmissão com 24

Volts. Utiliza-se do meio físico RS-485 ou fibra ótica. Requer menos de 2

ms para a transmissão de 1 kbyte de entrada e saída e é amplamente

utilizada em controles com tempo crítico.

Atualmente, 90% das aplicações envolvendo escravos Profibus utilizam-se

do PROFIBUS DP. Essa variante está disponível em três versões: DP-V0

(1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). A origem de cada versão aconteceu

de acordo com o avanço tecnológico e a demanda das aplicações exigidas

ao longo do tempo.

Figura 1 – Tipo de funcionalidade dos periféricos.

RS 485: O MEIO FÍSICO MAIS APLICADO DO PROFIBUS

A transmissão RS 485 é a tecnologia de transmissão mais utilizada no

PROFIBUS, embora a fibra ótica possa ser usada em casos de longas

distâncias (maior do que 80Km). Seguem as principais características:

Transmissão Assíncrona NRZ.

Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, selecionável.

Par trançado com blindagem.

32 estações por segmento, máx. 127 estações.

Distância dependente da taxa de transmissão (tabela 1).

12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m.

Distância expansível até 10Km com o uso de repetidores.

9 PIN, D-Sub conector.

Normalmente se aplica em áreas envolvendo alta taxa de transmissão,

instalação simples a um custo baixo. A estrutura do barramento permite a

adição e remoção de estações sem influências em outras estações com

expansões posteriores sem nenhum efeito em estações que já estão em

operação.

Quando o sistema é configurado, apenas uma única taxa de transmissão é

selecionada para todos os dispositivos no barramento.

Há necessidade da terminação ativa no barramento no começo e fim de

cada segmento, conforme a figura 2, sendo que, para manter a integridade

do sinal de comunicação, ambos terminadores devem ser energizados.

Figura 2 – Padrão de comunicação RS 232.

PROFIBUS-DP E A ALTA TAXA DE VELOCIDADE DE

COMUNICAÇÃO.

O perfil PROFIBUS-DP foi desenvolvido para atender comunicação cíclica

de forma rápida entre os dispositivos distribuídos. Além disso, o

PROFIBUS DP oferece funções para serviços de acesso acíclico, como

configuração, monitoração, diagnósticos e gerenciamento de alarmes de

equipamentos de campo.

Em 12Mbit/s, O PROFIBUS-DP requer somente 1 ms para transmitir 512

bits de entrada e 512 bits de saída, distribuídos entre 32 estações. Esse

perfil é ideal para controles discretos, exigindo alta velocidade de

processamento. A Figura 7 mostra o tempo típico de transmissão do

PROFIBUS-DP, em função do número de estações e velocidade de

transmissão, onde cada escravo possui 2 bytes de entrada e 2 bytes de saída

e o “ Minimal Slave Interval Time ” é 200µs.

Figura 3 – Comparativo entre os tipos de ProfiBus

TEMPO DE RESPOSTA NO PROFIBUS DP

O tempo de reposta em um sistema Profibus DP é essencialmente

dependente dos seguintes fatores:

MaxTSDR (tempo de resposta após o qual uma estação pode

responder).

A taxa de comunicação selecionada.

Min_Slave_Intervall (tempo entre dois ciclos de polling, no qual um

escravo pode trocar dados com um escravo. Depende do ASIC

utilizado, porém no mercado encontra-se tempos de 100µs).

Para efeitos práticos, à 12Mbits/s pode-se assumir que o tempo de ciclo de

mensagem (Tmc), que envolve o promptingtelegram + TSDR + a resposta

do escravo, onde N é o número de entradas e saídas do escravo, é:

Tmc = 27µs + N x 1.5µs

Por exemplo: um mestre com 5 escravos e cada escravo com 10 bytes de

entrada e 20 de saída, à 12Mbits/s teria um Tmc aproximado de 72µs/slave.

O tempo de ciclo de barramento é obtido somando-se todos os ciclos de

mensagem:

Tbc = 5 x 72µs = 360µs

Uma explicação mais detalhada sobre tempos do sistema pode ser

consultada no padrão IEC 61158.

O comprimento da rede é um fator muito importante a ser analisado, pois

quanto maior ele for maior pode ser a distorção dos sinais. O terminador é

uma impedância que se acrescenta na rede PROFIBUS a fim de evitar este

problema, pois este tem a função de casar a impedância da rede,

minimizando erros de comunicação por distorções de sinais. Vale a pena

lembrar que se não houver um terminador na rede, o cabeamento irá

funciona como uma antena, facilitando a distorção de sinais e aumentando

a susceptibilidade a ruídos. A impedância característica é o valor da carga,

que colocada no final desta linha, não reflete nenhuma energia. Em outras

palavras, é o valor da carga que proporciona um coeficiente de reflexão

zero, ou ainda, uma relação de ondas estacionárias igual a um.

Tanto a rede PROFIBUS-DP quanto a rede PROFIBUS-PA exigem

terminadores, pois sua ausência causa o desbalanceamento, provocando

atraso de propagação, assim como oscilações ressonantes amortecidas,

causando transposição dos níveis lógicos (thresholds), além de melhorar a

margem de ruído estático. No PROFIBUS-DP, os terminadores são ativos,

isto é, são alimentados. Veja a Figura 4.

Figura 4 – Terminação rede ProfiBus.

Bibliografia

1. Normativa Peças de Profibus FMS, DP e PA, de acordo com a norma

europeia EN5170 Volume 2. Edição 1.0 (1998).

2. NETO, CD (2008). O Profissional de Automação com Nível

Superior. III Fórum Internacional de Automação do Setor Sucroalcoleiro e

Alimentício. 2008.

3. Manual dos Procedimentos de instalação, Operação e Manutenção -

Geral Profibus PA. Smar, de 2009.

4. http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/profibus-instalacao-

avancada-parte-1. Acesso em : 24/11/2014