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O PROTOCOLO PROFIBUS (PARTE I)

Oi pessoal, a partir de agora vou começar a escrever uma série de posts relacionados aos protocolos de

comunicação utilizados na automação industrial. E para o primeiro artigo desta série, vamos conhecer melhor sobre o

protocolo Profibus, sua história e principais vertentes.

O Profibus é um dos protocolos que fazem parte do grupo dos fieldbuses! abertos e independentes de fornecedores

"não#propriet$rios%, que permitem, portanto a integração de equipamentos de diversos fabricantes em uma mesma

rede. Estamos falando de interoperabilidade e intercabiabilidade.

O primeiro quer dizer que, em uma rede fieldbus podem estar interligados equipamentos de diversos fabricantes.

&odos se comunicam perfeitamente bem, graças ' padronização do protocolo. ($ o segundo quer dizer que, se eu

tirar da minha rede um equipamento de um fabricante "um transmissor de pressão, por e)emplo% e colocar o mesmo

equipamento de um outro fabricante, este segundo equipamento vai ser capaz de realizar as mesmas atividades que

o primeiro.

* história do Profibus começou em +-, na *lemanha, quando /+ companhias e institutos uniram forças e criaram

um pro0eto estratégico fieldbus. O ob0etivo era a realização e estabilização de um barramento de campo bitserial,

sendo o requisito b$sico, a padronização da interface de dispositivo de campo 1/2.

Este protocolo começou seu avanço inicialmente na automação de manufatura e, desde +3, na automação de

processos "Profibus P*%. O padrão Profibus atende 's e)ig4ncias das normas 5E67++3- e E839+9 e, conta com :

tipos de tecnologias; 58E&. ?egue abai)o uma descrição resumida de cada um desses tr4s

protocolos;

• Profibus DP: >oi desenvolvido para operar com uma alta velocidade e cone)ão de bai)o custo, e é

utilizado na comunicação entre sistemas de controle de automação e seus respectivos 5@OAs distribuBdos

no nBvel de dispositivo. Pode ser usado para substituir a transmissão de sinal em /C D em sistemas de

automação de manufatura assim como para a transmissão de sinais de C a /9 m* ou *=&F em

sistemas de automação de processo 1/2.

• Profibus PA: Esta tecnologia define, em adição 's definiçGes padrGes do Profibus


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• * camaa # é quem faz a interface entre a m$quina e o usu$rio. *cima da camada est$ a

funcionalidade real! do instrumento tal como medição, atuação, controle ou a interface de operação de

um configurador "KE=E, /99/%.

Este modelo pode ser visualizado na >igura :;

>igura : M Lodelo de =efer4ncia 5?O@O?5 aplicado ' =ede Profibus 12

Leios >Bsicos Ntilizados


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1+92 Profibus 5nstallation uideline for 6abling and *ssemblX. Dersion +.9.7. LaX /997.

1++2 Profibus 5nstallation uideline for 6ommissioning. Dersion +.9./. 8ovember /997.

1+/2 Profibus 5nterconnection &echnologX uideline. Dersion +.C. (anuarX /99. Order 8Y. /.+C/.

1+:2 &*8ELK*NL, *. ?., ?&EE8, L. D. "/99/%.


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"Lestre classe /% para a otimização dos parHmetros de um dispositivo "escravo% ou para se obter o valor do status de

um dispositivo, sem perturbar a operação do sistema.

* utilização de protocolo de comunicação em uma aplicação depende das necessidades da aplicação. Essas

necessidades devem ser comparadas com as caracterBsticas que o protocolo oferece. * utilização do protocolo

adequado faz com que o pro0eto se0a realizado de forma mais simples e com economias. De0a abai)o, alguns

e)emplos de aplicaçGes onde pode ser utilizado o protocolo Profibus ibra \tica. ?egue abai)o uma

descrição resumida de cada um destes meios de transmissão;

• RS$%&: para uso universal, em especial em sistemas de automação da manufatura

• IEC'!!&%" ou .anc/ester Bus Po0ere (.BP): para aplicaçGes em sistemas de automação em

controle e processos. Ntilizado somente em rede P*

• Fibra tica: para aplicaçGes em sistemas que demandam grande imunidade ' interfer4ncia e grandes

distHncias 1:2.

Dou dividir a e)plicação detalhada destes meios fBsicos em duas partes, começando pelo =?#C-3. 8o post da

pró)ima semana vou falar sobre as >ibras \ticas. O meio fBsico 5E67++3-#/ é utilizado em P*, portanto ser$

e)plicado em breve, no post sobre redes P*.

=?#C-3

O =?#C-3 é o meio de transmissão mais utilizado no Profibus


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• Ledida do


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&abela : M Pinagem do 6onector ?ub#< com Pinos 1+92

>igura + M Pinagem do 6onector ?ub#< com Pinos

Em $reas onde se e)ige um grau de proteção maior, são disponBveis os conectores do tipo L+/ com 3 pinos, que

oferecem grau de proteção 5P73@7^ 132. De0a na >igura / a descrição dos pinos do conector L+/.

NOTA:

1. O grau de proteção (IP) é a proteção ofereida por u! in"#luro$ ontra a penetração de ob%etos

s#lidos (p#) e&ou penetração de 'gua e! partes perigosas do iruito eletrnio (*I&I* +,-/$

,,1). O pri!eiro d0gito india a proteção ontra s#lidos e o segundo a proteção ontra l0uidos. Neste

aso$ o d0gito india ue o in"#luro do onetor oferee proteção ontra s#lidos de di2!etro de até

-, !! e !aior e o d0gito , india ue ele não é protegido ontra a entrada de 'gua.

. No aso do grau de proteção IP+-&+3$ o d0gito + india ue o in"#luro do onetor é total!ente

protegigo ontra s#lidos. 4' os d0gitos - e 3 representa! proteção ontra %atos de 'gua e i!ersão

ont0nua e! 'gua$ respeti"e!ente.

>igura / M 6onector L+/ com 3 Pinos 132


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Os conectores ?ub#< com Pinos apresentam em sua estrutura os terminadores de barramento. Esses terminadores

são indispens$veis e é necess$rio que se0am habilitados dois terminadores no barramento, um no inBcio e outro no

fim de cada segmento. * terminação ativa na posição incorreta faz com que, tanto o nBvel quanto a forma de onda

se0am degradados.

* aus4ncia de terminadores nas e)tremidades do barramento pode causar erro na transfer4ncia de dados, devido 'refle)Ges no sinal que chega ao fim do barramento, fazendo com que este sinal volte pela linha de dados e se

sobreponha ao sinal que est$ sendo enviado. ($ o e)cesso de terminadores habilitados pode causar intermit4ncia

nos dados transmitidos fazendo com que ocorram interrupçGes na comunicação. 8a >igura : são apresentados os

detalhes de uma cone)ão entre o cabo Profibus e um terminador e na >igura C é mostrado um e)emplo de uma rede

Profibus utilizando#se repetidores e terminadores.

>igura : M E)emplo de 6abo com &erminação 12

>igura C M E)emplo de uma =ede com &erminadores de Karramento e =epetidores 172

I importante ressaltar que a habilitação dos terminadores varia de acordo com a topologia da rede. *nalisando#se a

>igura C, pode#se concluir que;


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• Se,mentos ! e ": estes segmentos possuem uma topologia do tipo Karramento. 8este caso, é

necess$rio habilitar um terminador no inBcio "no mestre% e um no final deste barramento "Jltimo escravo

do segmento%. O Jltimo escravo deve permanecer o tempo todo alimentado com no mBnimo D

• Se,mento 1: este segmento possui uma topologia do tipo ]rvore. 8este caso, os terminadores devem

estar localizados no primeiro escravo "o mais ' esquerda do mestre% e no Jltimo "o mais distante%.

6odificação dos dados

O =?#C-3 codifica dados utilizando a técnica 8on#return Tero "8=T%. Este tipo de codificação é a forma mais comum

e mais utilizada para se transmitir sinais digitais, 0$ que ela usa dois nBveis de tensão diferentes para os dois dBgitos

bin$rios, ambos diferentes da tensão nula 1-2. igura 3.

Os dados codificados em 8=T são transmitidos por um cabo de par trançado. O bit +! representa uma tensão

diferencial positiva constante entre os pinos : "=)igura 3 M 6odificação 8=T

Pode#se notar na >igura 7 que este sinal trafega com fases invertidas nos condutores do cabo enquanto o ruBdo

trafega com mesma fase. 8os terminais de entrada do amplificador diferencial, o sinal de comunicação chega em

modo diferencial e o ruBdo em modo comum, d$#se portanto a re0eição do ruBdo. ?endo assim, todo ruBdo que for

induzido no cabo, em geral de origem eletromagnética, ser$ em sua maioria re0eitado.

Sinhas de transmissao diferenciais utilizam como informação apenas a diferença de potencial e)istente entre os dois

condutores do par trançado, independente da diferença de potencial que eles apresentam em relação ao referencial

de tensão "comum ou terra%. 5sto permite que mJltiplos sistemas se comuniquem mesmo que uma refer4ncia de

potencial comum entre eles não se0a estabelecida.

8o entanto, os circuitos eletrnicos de transmissão e recepção podem ser danificados se o par trançado apresentar

um potencial e)cessivamente elevado em relação ao referencial "comum ou terra%.


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>igura 7 M E)emplo de um ?inal igura . &al figura apresenta em sua parte

superior a representação teórica da transmissão de um bXte Profibus diferencial enquanto que em sua parte inferior,

é apresentado um caractere real obtido a partir de um osciloscópio medido entre * e K. O bXte da representação

teórica não corresponde ao bXte da representação real.

>igura M 6aracter Profibus

igura que um caractere da 6amada >Bsica Profibus


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Refer*ncia Bib+io,r-fica:

1+2 *SKNZNE=ZNE, P. N. K., *SE[*8ieldbuses for Process 6ontrol; Engeneering, Operation and Laintenance. 5?* M &he

5nstrumentation, ?Xstems and *utomation ?ocietX, /99/.

1:2 6*??5OS*&O, 6., P*


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Nm sistema de transmissão com fibra ótica consiste em tr4s elementos; um dispositivo que gera a luz, um dispositivo

que detecta esta luz e um meio de transmissão por onde a luz ir$ trafegar. 8o momento da transmissão dos dados,

um pulso de luz indica bit + e a aus4ncia de luz, indica bit 9 "zero%.

Este meio de transmissão pode trabalhar com uma velocidade de até 39 &bps, porém, para uso em redes industrias,

esta velocidade é limitada em + bps, devido ao fato de não ser possBvel converter sinais elétricos e óticos em uma

velocidade maior 1+2.

E)istem dois tipos de fibra ótica;

• Lultimodo

• Lonomodo.

De0a abai)o a descrição de cada uma delas;

Lultimodo

*s fibras multimodo são utilizadas para cobrir distHncias médias, que variam entre / e : m. O fator que limita a

distHncia na utilização dessas fibras é a dispersão modal. Elas possuem nJcleos maiores, de apro)imadamente 7/,3micrmetro de diHmetro e, transmitem luz infravermelha a partir de diodos emissores de luz "799 a -39 nanmetros%.

O comprimento de onda do infravermelho é de -39 a +:99 nanmetros.

igura /;

>igura / M E)emplo de fibra multimodo

*s principais aplicaçGes das fibras multimodo são as redes internas de computadores "S*8s% e demais aplicaçGes de

curta distHncia como as redes corporativas e 5ata enters 1C2.

Essas fibras podem ser divididas em dois modelos; 6tep Inde7 e 8raded Inde7 .

igura :;

>igura : M Lodo de refração no ?tep 5nde)


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($ no 8raded Inde7 o Bndice de refração do nJcleo tem uma variação parabólica. Esta caracterBstica tem o efeito de

apro)imar os tempos de propagação dos v$rios modos, reduzindo a dispersão modal. * largura de banda utiliz$vel é

superior ' da fibra 6tep Inde7 .

Der >igura C;

>igura C M Lodo de refração no raded 5nde)

2anta,ens de se utilizar fibras multimodo;

• iber M ?L>%, fibras de dispersão deslocada 5&N#& .73: "iber M

% e fibras de dispersão deslocada não#nula 5&N#& .733 "8on Tero iber M 8T%.


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De0a abai)o uma breve descrição de cada uma delas 1C2;

9 As fibras ITU-T G.652 fora! as pri!eiras a sere! onstru0das. *sses tipos de fibras fora! oti!iadas para

operare! na %anela de 1;1, n!. Para sinais nesse o!pri!ento de onda$ as fibras on"enionais apresenta!

dispersão nula e bai7a atenuação. Pratia!ente todos os siste!as de o!uniaç5*s). *sses

a!plifiadores são apaes de a!plifiar sinais e! torno de 1--, n!$ oinidente!ente a !es!a região espetral

onde as fibras apresenta! a !enor atenuação poss0"el. Por essa raão$ foi interessante !igrar a região de operação

dos siste!as de 1;1, n! para a região de 1--, n!$ onde os a!plifiadores poderia! ser utiliados e o!o

onse?@nia os siste!as poderia! obrir dist2nias !uito !aiores. Por esse !oti"o$ fora! desen"ol"idas as

fibras ITU-T G.653. *ssas fibras possue! dispersão nula na região de 1--, n!$ i.e.$ u! sinal o! o!pri!ento de

onda e! 1--, n! propagando nessa fibra não sofrer' os efeitos da dispersão. 6o!ando o efeito nulo da dispersão$

o! o !0ni!o de atenuação e o uso dos A>5*s$ os siste!as baseados e! fibras de dispersão desloada pudera!

obrir dist2nias nuna antes i!aginadas.

9 As fibras N5s pode! ser enontradas o!erial!ente apresentando tanto dispersão positi"a ou negati"a na

região de 1--, n! e são u!a e"olução das fibras 56. *ssas fibras apresenta! u!a peuena dispersão sufiiente

para e"itar os efeitos não lineares$ !as ainda peuena o sufiiente para não ausar penalidades no siste!a pelo

alarga!ento dos pulsos.

2anta,ens de se utilizar fibras monomodo;•


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1+2 *SKNZNE=ZNE, P. N. K., *SE[*8


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>igura 1 9 aratere Profibus 5P

NotaHse ue antes do bit de in0io$ te!Hse o estado de linEa desoupada ( I5J*) da o!uniação ue é representado

pelo n0"el de tensão 1. Antes de ter!inar a trans!issão do aratere (bit de fi!)$ te!Hse o bit de paridade. O reeptor

a"alia a paridade a ada bKte reebido. aso a paridade a"aliada não tenEa o !es!o "alor ue o bit de paridade$ o

telegra!a inteiro ser' desartado (não so!ente o aratere). D! telegra!a é onstitu0do por u! ou !ais arateres

e não são per!itidos per0odos de linEa desoupada dentro da trans!issão de u! telegra!a. Assi!$ o in0io de u!

telegra!a o! !ais de u! aratere é e7e!plifiado na >igura :

>igura 9 Telegra!a ontendo os bKtes +=L e 3L e! seu@nia.

>ONT*: FG

Tipos e formato dos telegramasD! telegra!a é o!posto por 1 a -- arateres. *7iste! alguns tipos de telegra!as definidos por F1G. A

difereniação entre os tipos é realiada pelo abeçalEo do telegra!a (pri!eiro aratere)$ onde ada u! dos tipos

possui u! "alor diferente.

Os telegra!as são espeifiados de aordo o! a naturea do a!po de dados:

• Telegra!as de ta!anEo fi7o se! a!po de dadosM

• Telegra!a de resposta urta ou reonEei!entoM

• Telegra!a o! a!po de dados de ta!anEo "ari'"elM

• Telegra!a de token.

A Tabela 1 apresenta u! resu!o dos tipos de telegra!as e apliaç


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Tabela 1 9 Tipos de Telegra!as Profibus 5P

>ONT*: FG

O ta!anEo !'7i!o de u! telegra!a são -- arateres. O "alor do J* (ou J*r) "aria de , a /. O J* o!preende

a uantidade de bKtes do a!po 5ATADNIT alé! do 5A$ 6A e o >. Portanto o ta!anEo !'7i!o do a!po

5ATADNIT é de + bKtes. O 5ATADNIT é a porção do telegra!a destinada arga Ctil de dados (paKload).

*!bora os a!pos de endereço suporte! "alores entre , e -- (1 bKte)$ so!ente os 3 bits !enos signifiati"os são

utiliados efeti"a!ente para o endereça!ento das estaçigura ;)$ per!itindo o endereça!ento de até 13

estaçONT*: FG

Kom pessoal,voc4s viram neste post alguns detalhes sobre os telegramas de mensagens. 8o pró)imo post, vou falar

sobre como é o procedimento de transmissão desses telegramas. ?ó para lembrar, tudo isto acontece dentro das

camadas de Enlace e Nsu$rio.

*té maisQQQ

Referencias Bib+io,r-ficas:

8!9 8O=L*&5DE P*=&? O> P=O>5KN? >L?,


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pertencentes ' comunicação cBclica. *o fim da comunicação cBclica, priorit$ria, é realizada a comunicação acBclica e

pelo menos um endereço não operacional é consultado.

* comunicação cBclica é baseada em respostas imediatas dos escravos e mestres, mantém prioridade sobre as

mensagens acBclicas e são utilizadas para comunicação de dados de controle do processo. *s mensagens acBclicas

são baseadas em consulta, isto é, o mestre inicia a requisição e no pró)imo ciclo pergunta novamente para verificar

se a estação 0$ tem a resposta. Em geral, são utilizadas para supervisão ou parametrização de dados internos das

estaçGes.

Lensagens cBclicas e acBclicas, além da manutenção da rede devem ocorrer dentro de um perBodo configurado pela

aplicação "Target otation Ti!e M &&=%.

O registro das estaçGes é de responsabilidade de cada mestre da rede. O registro é realizado através do

comando euest >5J 6tatus que é um telegrama do tipo ?

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