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Tecnologia PROFIBUS PA Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Tendência no uso de comunicação no campo Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

História da comunicação de campo Iantes Iinício 1980 pneumático, 0… 20 m. A, 4… 20 m. A Invenção do HART: superimposição do sinal digital - 4… 20 m. A, 2 ou 4 fios - 1, 2 kbit/s - áreas classificadas - medição analógica (normalmente) - operação digital Ifinal 1980 Invenção do Fieldbus: sinal explicitamente digital - 2 ou 4 fios - 31, 25 kbit/s para instrumentos de campo - áreas classificadas - medição e operação digitais Iinício I 1990 Disputas políticas sobre tecnologias Fieldbus 1993 -95 variadas alianças entre fabricantes Formação dos grupos PROFIBUS PA e Fieldbus Foundation Ia partir 1996 Iinicio 2000 Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 Padrão Profibus PA consagrado Padrão Fieldbus Foundation com mais aplicações www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Posicionamento dos Protocolos Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Protocolos Fieldbus Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Mais do que comunicação digital Sistema 4 a 20 m. A 15, 3 m. A Transmissor Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 Sistema PROFIBUS PA Tag = LIC-012 Valor = 70, 34 Unidade= M 3 Status = Bom Alarme = S/N n Todos os dados do instrumento disponíveis no nível de controle, por ex. , identificação do ponto de medição, valor medido em unidades de engenharia n Controle do processo mais fácil e mais flexível Transmissor www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROcess FIeld. BUS Process Automation n É um protocolo de comunicação especialmente projetado para atender as necessidades da Automação de Processos e otimizado para equipamentos de campo n Transmissores, Válvulas, Atuadores, Conversores, etc n Interligados e Energizados via o barramento n cada equipamento de campo possui um endereço físico e único no barramento n também aplicável em áreas classificadas (intrinsecamente seguro) Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Exemplo Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Características n PROFIBUS-PA é baseado no protocolo PROFIBUS-DP n Valores e status são transmitidos via ciclo standard das funções de troca do ciclo DP n Para a transmissão dos parâmetros dos instrumentos e a operação dos equipamentos com ferramentas de engenharia, as funções acíclicas READ/WRITE do PROFIBUS DP são utilizadas n O profile do PROFIBUS-PA define a mapeamento das funções PA nos serviços do DP n Meio físico de acordo com norma IEC 61158 -2, variante H 1 n Baudrate: 31. 25 Kbit/s n sinal de comunicação: codificação Manchester com a modulação de corrente n Topologia: barramento, árvore/estrela, ponto-a-ponto n Alimentação: via barramento ou externa n Permite segurança intrínseca n Permite no máximo 32 equipamentos(non-”Ex”) por segmento, num total de 126 equipamentos n Aproximadamente 9 equipamentos(Explosion Group IIC) n Aproximadamente 23 equipamentos(Explosion Group IIB) n Permite 4 repetidores: distâncias até 10 Km n Cabeamento máximo de 1900 m, sem repetidores n Spur max de 120 m/spur Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Arquitetura mais enxuta que um DCS Sistema PROFIBUS Fonte de Alimentação Cartão de Controle Cartões de Entrada Cartões de Saída Fusíveis Painel de Rearranjo Bornes Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Coupler e Link Profibus-DP até 93. 75 Kbits/s Profibus-DP até 12 Mbits/s Acoplador DP/PA Link (modular, uso em conjunto com os acopladores) 24 V J 24 V Profibus-PA 31. 25 kbit/s J J J x Versão Não-Ex: I < 400 m. A, max. 30 instrumentos Profibus-PA 31. 25 kbit/s x Versão Ex: I < 120 m. A max. 10 instrumentos Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Não-Ex: max. 40 inst. de campo max. 3 x 10 inst. de campo Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Acopladores e Links Couplers n São dispositivos utilizados para traduzir as características físicas entre o PROFIBUS DP (RS 485) e o PROFIBUS PA (H 1: 31, 25 k. Bits/s) n São transparentes para os mestres (não possuem endereço físico) n Atendem aplicações seguras(Ex) ou não (Non-Ex), definindo e limitando o número máximo de equipamentos em cada segmento PA. O número máximo de devices depende da somatória das correntes dos devices no segmento. Links n São dispositivos utilizados como escravos da rede PROFIBUS DP (RS 485) e mestre da rede PROFIBUS PA (H 1: 31, 25 k. Bits/s). n Possuem endereço físico no barramento. n Permitem taxas de até 12 Mbits/s no barramento DP n Permitem que sejam acoplados até 5 couplers, mas limitam o número de equipamentos em 30 em um barramento “Non-Ex” e 10 em barramento “Ex”. n São alimentados com 24 Vdc. n Couplers P+F (93. 75 kbits/s) e Siemens(45. 45 kbits/s). Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROFIBUS PA - Coupler/Link endereçamento 1 1 PROFIBUS-DP 45. 45 kbit/s 2 DP/PA Coupler 24 V 1 Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 4 3 Slave 24 V PROFIBUS-PA 31. 25 kbit/s 3 DP/PA Link 24 V 2 PROFIBUS-DP até 12 Mbit/s 2 www. profibus. com. br PROFIBUS-PA 31. 25 kbit/s 3 Master 1 2 Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Topologia: Estrela ou Barramento PLC PROFIBUS DP PROFIBUS PA Trunk Terminador Coupler ou Link+Coupler PROFIBUS PA Spur Trunk Spur Terminador Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Topologia DCS/PLC + Profibus-DP ³ 10 m. A DP/PA Link 24 V ³ 10 m. A Caixa de Junção ³ 10 m. A PROFIBUS-PA 31. 25 kbit/s 100 W Linha ou Tronco Principal (trunk) < 120 m. A* * Tipo de proteção: [EEx ib], Grupo: IIC Conector T Par trançado, shieldado comprimento total max. 1. 900 m 1 m. F Spur max. 30 m Terminador ³ 10 m. A Alimentação de inst. de campo: area Ex: max. 10 área não Ex: max. 30 Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Topologia - o que é necessário n PC ou PLC Mestre da Rede PROFIBUS DP (DP Mestre Classe 1) n Acoplador ou Acoplador+Link n Dispositivos de Campo com Interface PROFIBUS PA n Cabos n Segmento DP: RS 485 ou FO n Segmento: IEC 61158 -2 n Terminadores de Rede n em amas as extremidades n Shunt do sinal de corrente: o sinal de comunicação é transmitido como corrente mas recebido como tensão. O terminador faz esta conversão n Proteção contra reflexão do sinal de comunicação: deve ser colocado nas duas terminações do barramento, um no final e outro geralmente no coupler. n SW de Configuração PROFIBUS PA Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Integração em Sistemas PROFIBUS n GSD (device master data) file: arquivo txt com detalhes de revisão de hardware e software, bus timing do equipamento PA e informações sobre troca de dados cíclicos. Deve ser um para cada tipo equipamento n DD (Device Description) para o Simatic PDM e o Commuwin II: arquivo ddl com a descrição de todos os parâmetros de todos os blocos funcionais e métodos (calibração) e menus operacionais n Arquivos DD e GSD possibilitam a operação de dispositivos de diferentes fabricantes em um mesmo sistema Fabricante N Fabricante A Fabricante B PLC Profibus DP Profibus PA Arquivos DD e/ou GSD DP/PA LINK COUPLER Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROFIBUS PA - perfil do dispositivo (DD) Status Valor de Processo serv. DP cíclico e acíclico range de calibração PA-Profile damping Alarmes, Indic. Limites sumário alarmes serv. DP acíclico (por ex. p/ transm. pressão) TAG parâmetros específicos p/ cada fabricante Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br serv. DP acíclico DD Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Benefícios para Usuários e Fornecedores n Redução de custo para o cabeamento e a montagem em até 40% n n Redução de Módulos de I/O, cabeamento e bandejamento, Painéis de ligação e borneiras mais compactos, Documentação e sala de controle mais simples. Convivência com sistema 4 -20 m. A n n n Configuração centralizada Redução das fontes de erro, uma vez que o número de ferramentas diminui. Uso de manutenção preventiva, preditiva e diagnósticos. Start-up mais simples. n Economia nos custos de Software e Engenharia n Melhoria e aumento da funcionalidade e segurança do sistema n n A redução de hardware diminui as fontes de erros. Facilita e agiliza a manutenção. Tempos de paradas mais curtos. Mecanismo de Fail Safe e tratamento de status entre os blocos funcionais n Tempos de ciclo muito curtos. Uma só rede para a manufatura, controle de processo e automação industrial Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Benefícios para Usuários e Fornecedores n PROFIBUS provou a sua praticidade em mais de 200. 000 aplicações ao redor do mundo n PROFIBUS oferece comunicação transparente entre o campo e o nível decisório, usando a mesma técnica de transmissão. n PROFIBUS oferece alta eficiência e curtos ciclos de tempo n PROFIBUS oferece uma grande quantidade de produtos que já estão disponíveis n PROFIBUS é um fornecedor de protocolo internacional, independente, aberto. n Produtos Certificados PROFIBUS garantem a total interoperacionalidade n Acoplar e desacoplar estações é possível sem afetar outras estações durante a operação, mesmo em áreas de segurança intrinseca. n Tecnologia básica(hardware, software, Chips ASICs) tem diversas fontes de fornecimento n Tecnologia já testada e aprovada nas mais diversas aplicações n Maior número de fabricantes de equipamentos n n Maior número de opções para o cliente. Produtos certificados. Maior número de aplicações nas industrias. Maior concorrência e menor custo dos equipamentos. Interoperabilidade e intercambiabilidade entre fabricantes. n 10/2000 Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROFIBUS - características do cabo IEC 61158 -2 Tipo de Cabo Par trançado blindado Impedância 100 Ohm +- 20% (a 31, 25 KHz) Resistência em Loop 44 Ohm/Km Diâmetro Seção 0, 8 mm 2 Capacitância 2 n. F/m Atenuação a 39 KHz 3 d. B/Km Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROFIBUS PA - cálculo comprimento cabo (Ex) coprim. cabo L I = I 1. . . I n <= 100 m. A U = 12 V I 1 In U >= 9 V U = R x I = (L x 44 Ohm/1000 m) x I <= 12 V - 9 V ==> L = (3 V x 1000 m) / (44 Ohm x I) Comprim. cabo L (se I = 10 m. A, i. e. 1 instrumento): 1. 900 m (teoricam. 6. 818 m) Comprim. cabo L (se I = 50 m. A, i. e. máx. 5 instrumentos): 1. 363 m Comprim. cabo L (se I = 100 m. A, i. e. máx. 10 istrumentos): 681 m Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROFIBUS PA - cálculo comprimento cabo (Ex) coprim. cabo L appr. 20 m. A I = I 1. . . I n + I (Res. ) <= 100 m. A U = 12 V I 1 In U >= 9 V U = R x I = (L x 44 Ohm/1000 m) x I <= 12 V - 9 V ==> L = (3 V x 1000 m) / (44 Ohm x I) Comprim. cabo L (se I = 10 m. A, i. e. 1 instrumento): 1. 900 m (teor. 6. 818 m) Comprim. cabo L (se I = 50 m. A, i. e. max. 5 instrumentos): 1. 363 m Comprim. cabo L (se I = 100 m. A, i. e. max. 8 instrumentos): 681 m Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

PROFIBUS PA - cálculo comprimento cabo (Non Ex) coprim. cabo L I = I 1. . . I n <= 400 m. A U = 19 V I 1 In U >= 9 V U = R x I = (L x 44 Ohm/1000 m) x I <= 19 V - 9 V ==> L = (10 V x 1000 m) / (44 Ohm x I) Comprim. cabo L (se I = 50 m. A, i. e. max. 5 instrumentos): 1. 900 m (teoricam 4. 545 m) Comprim. cabo L (se I = 100 m. A, i. e. max. 10 instrumentos): 1. 900 m (teoricam 2. 272 m) Comprim. cabo L (se I = 200 m. A, i. e. max. 20 instrumentos): 1. 136 m Comprim. cabo L (se I = 300 m. A, i. e. max. 30 instrumentos): 757 m Comprim. cabo L (se I = 400 m. A, i. e. max. 30 instrumentos): 668 m Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Bitburger, Alemanha Plant Configuration 2 nd Phase Visualisation SISTAR fibre optical industrial Ethernet Engineering COMMUWIN II Control SIMATIC S 5 PROFIBUS-DP RS 485 Segment coupler Siemens ET 200 PROFIBUS-PA IEC 1158 -2 Remote I/O Festo Valve control Danfoss AC Motor Speed Controller TMD 834 Samson Control Valve Cerabar S Mycom L Deltapilot S 48 fermentation and storage tanks Promag 33 Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Bitburger, Alemanha Refrigeration Control Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Bitburger, Alemanha Control Cabinet 2 nd Phase 2 SIMATIC S 5 PLC 12 DP-Interface Cards 20 Siemens Segment Couplers For: 357 Transmitters 540 Solenoid Valves 48 Control valves 48 Refrigeration Control Loops 48 Algorithms for continuous Extract determination Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Bitburger, Alemanha Complete overview 2 nd phase Fermentation and storage tank Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Bitburger, Alemanha Cost comparison 2 nd phase Fermentation and storage tank Cost Comparison (DM) PROFIBUS-PA 4. . 20 m. A Technique Central Rack with IM 308 C Central Rack with external Rack connection External Rack with analogue Input / Output Cards DP/PA Coupler T-Connectors Terminal racks 357 pcs 8 pcs 20 pcs 28 pcs 1 pcs 3. 940 m 357 x 2 Additional costs PA devices T-Connectors for PA connection PROFIBUS-DP Interface Cards IM 308 C DP/PA Segment Couplers Profibus Connectors Cabinet DP/PA Coupler PROFIBUS-PA cable (incl. mounting) Cable connections Planning (29 sheets) Mounting Setup Total 1 (100%) Software Level + Density Total 2 (100%) Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 24. 656 28. 560 13. 520 23. 600 2. 240 2. 000 18. 557 9. 246 8. 000 10. 710 10. 000 _______ 151. 089 2 pcs 20 pcs 6 pcs 28. 270 m 357 x 2 48 pcs 2 pcs 36. 000 _______ 187. 089 www. profibus. com. br External Racks S 5 -EG 183 U Analogue Input Cards 16 AE Analogue Output Cards 8 AA Cabinets with analogue terminals Cable LIYCY 4 x 0, 5 (incl. mounting) Cable connections Planning (179 sheets) Mounting Setup Total 1 (133%) 7. 100 20. 448 12. 926 11. 000 97. 814 9. 246 20. 000 10. 710 12. 500 201. 744 Level+Density analogue devices Cabinets for Level+Density Planning (60 sheets) 168. 000 4. 000 8. 000 _______ Total 2 (204%) 381. 744 Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Bitburger, Alemanha PLC Cabinet for plant section Previous installation for identically section with 4 -20 m. A instrumentation of 12 buffer tanks New installation with PROFIBUS-PA instrumentation 3 racks for Siemens SIMATIC S 5 40 analog and digital I/O cards 2 fiber optical links to higher level 1 rack for Siemens SIMATIC S 5 4 DP Mastercards IM 308 C 2 P+F Segment coupler 2 fiber optical links Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Shell, Alemanha Control room Project start Sept. 1997 Oil blending Engineering Commuwin II Visualisation Honeywell SCAN 3000 Total Plant Batch Software Siemens H 1 PLC 1 Simatic S 5 150 tanks 1 -700 m³ PLC 8 PROFIBUS-DP Fibre optical 8000 signals DP/AS-i Link PROFIBUS-PA IEC 1158 -2 Segment coupler Liquiphant max. Norgren Solenoid Valves min. Temperature TMD 834 Deltapilot S Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Shell, Alemanha Bus installation for approx. 2'500 I/O Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 4. . . 20 m. A Installation for approx. 800 I/O www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Wacker Chemie, Alemanha Traditional wiring PROFIBUS-PA technique Pressure transmitter: cost saving of 37% (3000 DM) regarding installation equipment (transmitter plus installation components) planning start up for 1 Pressure transmitter Price Mounting Equipment Price (18%) = 1400 (DM) Mounting (20%) = 1000 (DM) (56%) = 4500 (DM) Equipment Planning (27%) = 1800 (DM) Difference Planning (12%) = 600 (DM) Starting, start up (04%) = 300 (DM)(37%) Starting, start up (04%) = 200 (DM) Total 8000 DM 3000 (DM) Total Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 (64%) = 3200 (DM) 5000 DM www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Wacker Chemie, Alemanha Traditional wiring PROFIBUS-PA technique Temperature transmitter: cost saving of 45% (3000 DM) regarding installation equipment (transmitter plus installation components) Difference (45%) 3000 (DM) Price Mounting (21%) = 1400 (DM) Mounting (26%) = 1000 (DM) (48%) = 3300 (DM) Equipment Planning (26%) = 1800 (DM) Planning (16%) = 600 (DM) Starting, start up (05%) = 300 (DM) Starting, start up (05%) = 200 (DM) Equipment Total 6800 DM Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 Total (52%) = 2000 (DM) planning start up for 1 transmitter 3800 DM www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Wacker Chemie, Alemanha Traditional wiring PROFIBUS-PA technique Solenoid valve with 2 check back signals: cost saving of 52% (4900 DM) regarding installation equipment (transmitter plus Difference (52%) 4900 (DM) Price Mounting (40%) = 3550 (DM) Mounting (35%) = 1600 (DM) Equipment (29%) = 2700 (DM) Equipment (30%) = 1400 (DM) Planning (26%) = 2400 (DM) Planning (20%) = 1200 (DM) Starting, start up (05%) = 500 (DM) Starting, start up (05%) = 300 (DM) Total 9400 DM Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 Total installation components) planning start up for 1 valve 4500 DM www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Aplicação: Tikkurila Paint, Finlândia Project start dec. 1997 Chemical farm Visualisation on PC total 300 Data net; Novell Dataserver 20 tanks Segment coupler Quattro pro / autosave Measuring PC with Excel and Engineering unit Commuwin II EX ZONE 1 Cerabar S Deltapilot S Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Blocos Funcionais do Profibus PA n Physical Block n Analog Input (AI) n Totalizer (TOT) n Analog Output (AO) Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

AI - Entrada Analógica Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

AO - Saída Analógica Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

TOT - Totalizador Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000

Características dos Blocos n Status n Segue uma Lógica dividida em 3 categorias: n Quality n Sub. Status n Limits n Fail Safe n Condição de segurança que o bloco entra quando o algoritmo detecta uma situação de falha n Os 3 blocos ( Entrada Analógica, Saída Analógica e Totalização ) possuem o mecanismo de Fail Safe Seminário PROFIBUS - Nov. 2000 www. profibus. com. br Copyright by Associação PROFIBUS Brasil - 2000