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-proprietários), 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. Todos se comunicam perfeitamente bem, graças à padronização do protocolo. Já o segundo quer dizer que, se eu tirar da minha rede um equipamento de um fabricante (um transmissor de pressão, por exemplo) e colocar o mesmo equipamento de um outro fabricante, este segundo equipamento vai ser capaz de realizar as mesmas atividades que o primeiro.

A história do Profibus começou em 1987, na Alemanha, quando 21 companhias e institutos uniram forças e criaram um projeto estratégico fieldbus. O objetivo era a realização e estabilização de um barramento de campo bitserial, sendo o requisito básico, a padronização da interface de dispositivo de campo [2].

Este protocolo começou seu avanço inicialmente na automação de manufatura e, desde 1995, na automação de processos (Profibus PA). O padrão Profibus atende às exigências das normas IEC61158 e EN50170 e, conta com 3 tipos de tecnologias: DP, PA e PROFINET. Segue abaixo uma descrição resumida de cada um desses três protocolos:

  • Profibus DP: Foi desenvolvido para operar com uma alta velocidade e conexão de baixo custo, e é utilizado na comunicação entre sistemas de controle de automação e seus respectivos I/O’s distribuídos no nível de dispositivo. Pode ser usado para substituir a transmissão de sinal em 24 V em sistemas de automação de manufatura assim como para a transmissão de sinais de 4 a 20 mA ou HART® em sistemas de automação de processo [2].
  • Profibus PA: Esta tecnologia 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 [2]. O Profibus PA 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 por controlar variáveis digitais em linhas de produção seriada ou células integradas de manufatura. Encontrado predominantemente nas indústrias de transformação [3].
  • Profinet: Pode ser utilizado em aplicações em tempo real (rápidas) e em aplicações onde o tempo não é crítico, por exemplo, na conversão para rede Profibus DP [8].

 

Características Básicas

O Profibus é um sistema dito multimestre e permite a operação conjunta de equipamentos ou controladores terminais de engenharia ou visualização, com seus respectivos periféricos. Os Dispositivos Mestres determinam a comunicação de dados em um barramento. Essa comunicação é realizada enquanto o dispositivo mestre possui o direito de acesso ao barramento (token). O token é um mecanismo de arbitragem que deve ser implementado para evitar possíveis colisões no barramento quando mais de uma estação deseja transmitir uma mensagem [5].

Os mestres são chamados de estações ativas no barramento. Já os Dispositivos Escravos são dispositivos de periferia como, válvulas, módulos de I/O, posicionadores, transmissores etc. Esses periféricos não possuem direito de acesso ao barramento, e somente enviam ou reconhecem alguma informação do mestre quando for solicitado.

Ver Figura 1:

O Protocolo Profibus: Esquema de comunicação Mono-Mestre

Figura 1 – Esquema de comunicação Mono-Mestre

O Protocolo Profibus: Esquema de comunicação Multi-Mestre

Figura 2 – Esquema de comunicação Multi-Mestre

 

Arquitetura de Redes Profibus

A arquitetura da rede Profibus é baseada em protocolo de rede que segue o modelo ISO/OSI. No Profibus DP são utilizadas as camadas 1 e 2 e também a Interface do Usuário. Já no Profibus PA e Profinet, além dessas, a camada 7 também é utilizada. Essa arquitetura simplificada garante uma transmissão de dados eficiente e rápida. Abaixo, segue uma breve descrição sobre cada camada:

  • A camada 1 inclui o meio físico onde a mensagem é transportada, tipicamente um cabo blindado de par trançado. Ela descreve a tecnologia de transmissão dos dados, a pinagem dos conectores e os parâmetros técnicos e elétricos que devem ser cumpridos [10]. É nesta camada que ocorre o transporte dos dados representados por um conjunto serial de bits entre dois equipamentos terminais [13], via um suporte de transmissão, que pode ser os meios físicos RS-485 ou fibra ótica. A camada Física não interpreta os dados; ela somente passa os dados para a Camada de Enlace[9].
  • A camada 2 representa a camada de Enlace. É nessa camada que são formados os telegramas de mensagem. Aqui é feito o controle de quando e por qual caminho a mensagem irá trafega, a fim de evitar colisões entre dois ou mais equipamentos que querem transmitir ao mesmo tempo.
  • A camada 7 é quem faz a interface entre a máquina e o usuário. Acima da camada 7 está a funcionalidade “real” do instrumento tal como medição, atuação, controle ou a interface de operação de um configurador (BERGE, 2002).

Este modelo pode ser visualizado na Figura 3:

Protocolo Profibus: Modelo de Referência ISO/OSI aplicado à Rede Profibus

Figura 3 – Modelo de Referência ISO/OSI aplicado à Rede Profibus [9]

Meios Físicos Utilizados

De acordo com [2], os meios físicos utilizados neste protocolo são:

  • RS485: para uso universal, em especial em sistemas de automação da manufatura. É utilizado em DP;
  • IEC 61158-2: para aplicações em sistemas de automação em controle de processo. É utilizado em PA;
  • Fibra Ótica: para aplicações em sistemas que demandam grande imunidade à interferências e grandes distâncias.

 

Bom, essa foi uma introdução sobre o protocolo Profibus como um todo. Para a próxima parte vou escrever sobre uma das três vertentes: o Profibus DP.

Até mais!

 

Referências bibliográficas:

[1] BA034SEN – Manual Profibus E+H, págs 16 à 18.
[2] CASSIOLATO, C.; TORRES, L. H. B.; CAMARGO, P. R. (2012). Profibus – Descrição Técnica. São Paulo: Associação Profibus Brasil, 2012.
[3] NETO, C. D. (2008). O Profissional de Automação com Nível Superior. III Fórum Internacional de Automação do Setor Sucroalcoleiro e Alimentício. 2008.
[4] Normative Parts of Profibus FMS, DP and PA, according to the European Standard EN5170 Volume 2. Edition 1.0 (1998).
[5] STEMMER, M. R. (2001). Sistemas Distribuídos e Redes de Computadores para Controle e Automação Industrial. 2001. Santa Catarina: Universidade Federal de Santa Catarina.
[6] VENTURINI, V. P. (2007). Desenvolvimento de um Mestre Profibus com a Finalidade de Análise de Desempenho. 2007. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica – Escola de Engenharia de São Carlos, USP, São Carlos.
[7] SOUZA, R. C. (2012). Diagnóstico de Redes Profibus DP baseado em Redes Neurais Artificiais. 2012. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica – Escola de Engenahria de São Carlos, USP, São Carlos.
[8] LUGLI, A. B.. Uma visão do protocolo industrial Profinet e suas aplicações. http://www.profibus.org.br/news/marco2009/news.php?dentro=4. Acesso feito em: 14 de Junho de 2012.
[9] BERGE, J. (2002). Fieldbuses for Process Control: Engeneering, Operation and Maintenance. ISA – The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2002.
[10] Profibus Installation Guideline for Cabling and Assembly. Version 1.0.6. May 2006.
[11] Profibus Installation Guideline for Commissioning. Version 1.0.2. November 2006.
[12] Profibus Interconnection Technology Guideline. Version 1.4. January 2007. Order Nº. 2.142.
[13] TANEMBAUM, A. S., STEEN, M. V. (2002). Distributed Systems – Principles and Paradigms. Prentice Hall, 2002.
[14] ALBUQUERQUE, P. U. B., ALEXANDRIA, A. R. (2009). Redes Industriais – Aplicações em Sistemas Digitais de Controle Distribuído. Ensino Profissional Editora.

Brasileira, mineira e engenheira. Formada em Engenharia Elétrica na PUC de Poços de Caldas, focada em redes de comunicações industriais e, agora, se aventurando como blogueira por aqui.

65 Comentários em O Protocolo PROFIBUS (Parte I)

  1. Rubem Silva Junior disse:

    PARABENS POR VOSSA ATITUDE – 10, NOTA 10 PARA VC E TODOS NOSSOS PARTICIPANTES DO BLOG QUE ASSIM PROCEDEM

  2. Rafaela Souza disse:

    Muito obrigada Rubem.

  3. lucas henrique de queiroz disse:

    Parabéns ao pessoal do site AUTOMAÇÃO IND pela otima iniciativa, venho acompanhan do os artigos que são muito bons,tanto para os novos profissionais que estão procurando conhecimento e para os que já estão a mais tempo, é uma boa fonte para se manter atualizado.

  4. Welton Alexandre de Oliveira disse:

    Ótimo artigo para quem está começando na área, assim como eu. Acompanho seus artigos desde o começo e aprendi muito com eles.
    Sou instrumentista e na empresa que trabalho á alguns protocolos (devicenet, controlnet, ethernet e profibus), mas o responsável por essas redes é uma integradora terceirizada.
    Eu gostaria de me especializar nessa área. Sou técnico em mecatrônia e estou no ultimo semestre de tecnologia em automação industrial, após o término tenho dúvida se faço uma engenharia ou procuro algo voltado a redes.
    Com toda sua experiência, o que você me sugere?
    Obrigado pela atenção e por compartilhar seus conhecimentos com vários profissionais.

    Att.

    Welton Alexandre de Oliveira
    Instrumentista – Manutenção (LIAC)
    Reichhold do Brasil
    Av. Amazonas, 1100 – Vl. Nova Cintra – Mogi das Cruzes/SP
    Tel: 11 4795-8257/8107
    Fax: 11 4795-8183
    welton.oliveira@reichhold.com
    http://www.reichhold.com

    “aproveite cada dia como se fosse o ultimo”

    • Rafaela Souza disse:

      Olá Welton,

      É muito bom saber que estamos contribuindo com seu aprendizado.

      Muito obrigada por acompanhar o blog.

      Veja o email que te mandei.

      • Kleber Marcio disse:

        Oi, Rafaela……Parabéns por vosso trabalho…….sou Técnico em Eletrônica…. estou cursando Física , porém trabalho na área de manutenção elétrica….estou em uma empresa onde me contrataram para trabalhar com CLP’s e Inversores de frequencia……..sou novo no ramo…..e gostaria de receber alguns materiais sobre os tipos de protocolos de comunicação……
        meu email: klebermarcio@yahoo.com.br

        Fico grato por vossa colaboração…..e te desejo sucesso…….

  5. Rafael Monteiro de Souza disse:

    Excelente artigo Rafaela! Sou Técnico em Automação Industrial e atualmente trabalho na Companhia de Gás da Bahia! É importante que conhecimentos sejam passados e experiências trocadas, já que contribuem sempre para o nosso crescimento! Parabéns!

  6. marcos disse:

    Tenho gostado muito dos seus artigos. Tenho algumas duvidas: o relems termos DP, PA e preciso relembrar hart.

  7. marcos disse:

    Correção : quero dizer o quer seria os Termos DP E PA.

    • Rafaela Souza disse:

      Oi Marcos, boa tarde

      As redes convencionais, do tipo 4-20mA, apesar de serem muito robustas apresentavam alguns problemas como por exemplo, dificuldade de diagnóstico, alto custo com instalação, não era possível fazer troca a quente etc.

      Após muitos anos de utilização da rede 4-20mA, surgiu a necessidade de se ter uma rede digital, o que facilitaria a vida de quem trabalha em campo, já que, analisando os dados da rede digital, conseguiria-se “entender” o que estava acontecendo com a rede.

      Então, surgiu a rede HART, com o objetivo de trabalhar em conjunto com a rede 4-20mA, já que ninguem ia querer desfazer de sua planta analógica para montar do zero uma planta digital.

      O HART, assim como o Profibus PA, é utilizado em equipamentos de campo como transmissores, posicionadores de válvulas etc. Ele atua no mesmo nível do PA.

      “Ele foi desenvolvido para permitir a sobreposição do sinal de comunicação digital aos sinais analógicos de 4-20mA, sem interferência, na mesma fiação. O HART® proporciona alguns dos benefícios apontados pelo fieldbus, mantendo ainda a compatibilidade com a instrumentação analógica e aproveitando o conhecimento já dominado sobre os sistemas 4-20mA existentes.”

      Haverá um artigo sobre o protocolo HART. Só não sei ainda quando…rs

      Espero ter esclarecido.

      Obrigada pelo comentário.

  8. Rodrigo.A.A disse:

    Excelente atitude, parabens, estarei esperando a próxima publicação.

    Eng. Mec Rodrigo

  9. Angilberto disse:

    Será que seria possível uma versão para impressão? Alguns de nós, ainda tem o “péssimo” hábito de gostar de ler em PAPEL…rsrs

  10. Willian Cardoso disse:

    Muito Obrigado.
    Agora é só esperar as próximas edições.

  11. Alfeu Scarpat Júnior disse:

    Parabéns Rafaela pela iniciativa.

  12. ALYSIO BARROS LEITE FILHO disse:

    Parabéns pela iniciativa de passar seu conhecimento e experiência. Acredito que estas informações são muito importantes, poderá balizar os técnicos e engenheiros da área de automação industrial.
    Conhecimento é universal, deve continuar passando. Seu nome será lembrado.
    Agradecido,
    Alysio.

  13. Luan disse:

    Parabens! Gostei muito de ter recebido em meu e-mail o convite para acompanhar o blog! Mil motivos para parabenizar este trabalho em nossa area!

  14. Alessandro disse:

    Parabéns pelo artigo!!

  15. Reinaldo Paim disse:

    Rafaela,
    Em primeiro quero parabeniza-la pela atitude.
    Em segundo gostaria de breve esclarecimento sucinto sobre a diferença dos termos :
    Profibus e Fieldbus

    • Rafaela Souza disse:

      Oi Reinaldo,

      Vamos la…

      O termo fieldbus usado sozinho significa barramento de campo utilizado em redes digitais. Os protocolos de comunicacao digitais fazem parte do grupo dos fieldbuses.

      Agora…profibus e foundation fieldbus sao protocolos d comunicacao digitais. O foundation fieldbus `e do mesmo grupo do profibus PA. Em termos d caracteristicas tecnicas ambos sao muito parecidos. A diferenca principal esta no fato d no foundation fieldbus existir a possibilidade d colocar um equipamento d campo como mestre backup, ou seja, caso o mestre principal falhe o mestre backup assumu algumas funcoes principais da rede fazendo com q a sistema continue funcionando enquanto o problema no mestre principal e resolvido. Essa funcionalidade ja nao existe no profibus PA. Neste caso, se o mestre principal falha o sistema fica desprotegido.

      Espero ter t ajudado.

  16. andre disse:

    muito bom! precisamos de pessoas com esses valores!

  17. Rafaela Souza disse:

    Oi Andre,

    Muito obrigada.

  18. Rafaela;
    Sou a terceira referência bibliográfica do seu artigo:
    [3] NETO, C. D. (2008). O Profissional de Automação com Nível Superior. III Fórum Internacional de Automação do Setor Sucroalcoleiro e Alimentício. 2008.

    Quero elogia-la pela atitude de compartilhar e difundir o conhecimento tecnico-científico que a muitos interessa mas poucos se dedicam a trabalhar para isso.

    Parabéns!

    • Rafaela Souza disse:

      Oi Celestino…q legal.

      Usei seu trabalho como referencia tambem no meu mestrado.

      Muito obrigada pelo comentario.

  19. vanderson disse:

    Olá Rafaela
    Primeiramente parabens pelo artigo mto bom msm, é o q pude entender é que a comunicação profibus o RX/TX é feito em um unico cabo e seus dados é passado em forma de tensão, se possivel me esclareca isso e desde já obrigado…….

    • Rafaela Souza disse:

      Oi Vanderson,

      O sinal trafega sim por um único cabo, de forma half-duplex e é transportado em forma de sinal elétrico. O nível de tensão do sinal nos diz muito sobre a rede, já que cada situação da rede, seja ela funcionando normalmente ou não, age no nível de tensão desse sinal. Por exemplo, uma rede funcionando normalmente apresenta um nível q pode variar entre 4 e 7 Vpp. No caso de uma rede com problema de excesso de terminadores habilitados o nível de tensão abaixa e são produzidos ruídos. No caso oposto, de falta de terminadores habilitados o sinal amplifica, tendo um nível de tensão alto e sinais com ruídos.

      Então, analisando-se o nível de tensão no barramento a quantidade de ruídos presentes, consegue-se diagnosticar qualquer problema na rede.

      Se ficar mais alguma dúvida, por favor me avise.

      Obrigada

  20. Reginaldo Rodrigues disse:

    Olá Rafaela.

    Só tenho a agradecer pela iniciativa, foi um ótimo trabalho,

  21. Rafaela Souza disse:

    Muito obrigada Reginaldo.

  22. JOSE CLAUDIO disse:

    Rafa , profibus é um protocolo? assim como modbus é outro protocolo, ambos fazem parte do fieldbus ??

    • Rafaela Souza disse:

      Oi Jose Claudio,

      Sim…profibus e modbus sao protocolos e fazem parte do grupo dos fieldbuses. Outros exemplo sao: Foundation fieldbus, As-i, DeviceNet, Hart etc.

  23. Jefferson da Silva Almeida disse:

    Ótimo trabalho!! Gostei muito dos posts relacionados as redes de comunicação. Já trabalhei com Modbus RTU e TCP e estou começando a trabalhar com Profibus DP e profinet. Com os protocolos para dispositivos em rede de campo, ainda não tenho muito conhecimento, uso o HART apenas para configuração dos dispositivos e não para obtenção dos dados, tenho algumas dúvidas sobre os multiplexadores e como enviariam estes sinais para o SCADA.

  24. Rafael Brasileiro disse:

    Bom dia a todos,
    meu nome é Rafael e estou precisando de uma ajuda de vocês
    que já estão atuando na área para esclarecer algumas delas.
    Eu tenho um curso técnico em eletrônica, nr10 e atualmente fiz um curso de clp no senai gostaria de saber como faço para entrar no ramo
    pois após esse curso de clp acabei me atraindo pela instraumentação e
    automação agora estou tentando buscar algo nesta área, hojé sou técnico
    da Itautec S/A.
    Desde já Obrigado a todos.

  25. Eduardo Leopoldo da Silva disse:

    Olá Rafaela!
    Parabéns pela iniciativa. Se me permite, acabei de concluir a minha especialização em Automação e Controle sendo que a minha banca foi sobre redes IEC-61850. Caso tenha interesse, posso fornecer o meu artigo para posterior publicação.
    Agradeço pela atenção

  26. Rafaela Souza disse:

    Oi Eduardo,

    Obrigada pelo comentário e parabéns pela especialização.

    Dá uma olhadinha no email que eu te mandei.

    Até+

  27. Leonardo Michael disse:

    Parabéns Rafaela!
    sou téc.eletrônico estou me especializando em redes de comunicação.
    estou gostando muito de ler seus artigos espero ficar por dentro de tudo!
    abraços

  28. Jair disse:

    OLÁ QUERIDA…

    POR FAVOR…QUERIA ALGUM ARTIG OQUE FALE DE FIELDBUS…
    ESTOU TRABALHANDO EM UMA EMPRESA EM QUE TEM UMA REDE FIELDBUS MUITO GRANDE DA SMAR,E NÃO SEI NADA!!

    QUERIA PELO MENOS SABER COMO CALIBRAR OS INSTRUMENTOS DESSA REDE!

    OBRIGADO

  29. Christiano Tasso disse:

    Meus parabéns ficou muito bom.

  30. Flávio Santana disse:

    Prezada Rafaela, permita-me discordar da sua apresentação, quando você citou que estaria se aventurando como blogueira, negativo, isto não está sendo aventura, está sim sendo um ótimo canal para difusão e troca de conhecimento e experiências,principalmente no tocante a redes de comunicação e seus protocolos, informações nem sempre tão disponíveis, antes complexos e cursos bastantes caros, porem você tem simplificado e bem os conceitos deste tema, estou sempre acompanhando seus posts, parabens mais uma vez pelo excelente trabalho.

  31. Parabéns pela iniciativa, gostei do artigo e sempre que puder buscarei relembrar alguns conceitos básicos aprendidos no passado.
    Como trabalho com desenvolvimento de software para PLc´s e IHM, sempre é bom relembrar.
    Parabéns!!

  32. Almeida disse:

    Gladistone muito bom o material e as infiormãções obrigado!!!

  33. Claudiney de Santana disse:

    Excelente material, parabéns pelas publicações! Me foi muito útil!

  34. RONALDO SILVA disse:

    GOSTARIA DE MATERIAL DIDÁTICO SOBRE REDES DEVICENET, USADAS EM CLPS ROKWELL…..E TAMBÉM ALGO SOBRE GUARDLOGIX

  35. Marco Antonio Gomes Martins disse:

    Olá Rafaela…
    Gostei do artigo.
    Sou técnico em instrumentação e estou preparando uma apresentação básica de profibus para o pessoal de engenharia de campo e fábrica de painéis da minha empresa. Acaso tem algum material (como fotos…) do que deve e não deve ser feito?
    Claro que já estou relendo seu artigo para aproveitar algumas coisas…
    Grato,
    Marco Antônio.

  36. Vagner Oliveira disse:

    Boa tarde Rafaela
    Trabalho em uma Multinacional Alemã que fabrica máquinas de hemodiálise, e também temos estações de tratamento de água, gostaria de saber como eu poderia disponibilizar os dados do tratamento de água , Temperatura, condutividade, dureza, Ph, cloro e vazão via rede através da internet para ser visualizado de qualquer lugar.
    Estou no 10 semestre de Eng. Mecatrônica.

  37. João Roberto disse:

    Oi Rafaela, estava navegando e vi este blog, gostei poque é o que eu estava procurando, aqui na empresa temos este tipo de rede e tenho tomado cursos direcionsdos e ta sendo uma experiencia muito edificante.

  38. Robson disse:

    Obrigado Rafaela Souza meu ajudou bastante!!

  39. Adriano F.G. disse:

    Bom dia Rafaela,
    Sou prof. do SENAI Campinas e temos CLPs da Siemens com rede profibus disponível nas cpus 315 2DP, que não estão ligadas em rede.Estou empenhado em montar a rede profibus entre as 8 cpu e colocar em uma delas um equipamento (inversor). Adorei seus artigos, tem como enviá-los para mim? Obrigado.
    Adriano

  40. Parabéns Rafa, é assim que se multiplica a bondade para o crescimento do conhecimento e o crescimento da pessoa humana.

  41. Wesley Pasqueto disse:

    Muito bom! estou lendo vários artigos do blog, estão de parabéns!

  42. samuel disse:

    gostei do blog, estou finalizando téc. em automação pelo senai.
    Estou fazendo um relatório sobre redes de comunicação.
    eu li seu material ele é muito bom.
    Sobre os protocolos de redes: Profibus DP, Modbus, Ethernet, Can, ControlNet, DeviceNet, etc.
    preciso de um material que descreve todas as características de cada protocolo detalhando as vantagens e desvantagens de cada um.
    um abraço…..
    att…. Samuel.

Deixe seu comentário...