O Protocolo Profibus (Parte IV)

Oi pessoal, tudo bem?

Continuando nossa série de artigos sobre o Profibus DP, neste post vou falar sobre as camadas de Enlace e de Usuário deste protocolo. São nessas camadas que são gerados e distribuídos os telegramas de mensagens. Então, neste post, vocês verão sobre endereçamento das estações, o significados dos bits dos telegramas e os tipos e formatos dos telegramas. E no próximo post, será apresentado o procedimento de transmissão dos telegramas.

O texto deste artigo não é de minha autoria. O autor é o professor do IFSP-Sertãozinho, Eduardo André Mossin, e o texto é parte de sua tese de doutorado.

Então… vamos lá.

Camadas de Enlace e de Usuário

Neste item são descritos os aspectos da camada de enlace e de usuário. Outros detalhes sobre este assunto poderão ser encontrados em [1].

A rede Profibus DP é uma rede do tipo multidrop, assíncrona, half duplex e utiliza a comunicação do tipo passagem de token (Token Passing) e mestre-escravo. O mecanismo de passagem de token permite a aplicação de múltiplos mestres em uma mesma rede compartilhando o acesso. Somente o mestre pode iniciar a comunicação na rede. Os escravos comunicam somente para responder requisições do mestre. A rede Profibus DP permite a operação permanente com mais de um mestre, desde que configurados individualmente e de maneira adequada nas restrições da norma.

O número máximo de estações em uma rede Profibus DP é 126. Assim, a faixa de endereços disponível para uso vai de 0 a 125. Os endereços 126 e 127 são de uso especial, sendo o 126 utilizado como valor padrão para estações não endereçadas entrarem na comunicação e o endereço 127 (0x7F) reservado para comandos de broadcast.

Para a comunicação entre cada estação, o protocolo define alguns telegramas. Cada telegrama é formado por um conjunto de caracteres, no qual cada caractere é formado por 11 bits, sendo apenas 8 deles utilizados como dado. Este é o padrão UART e os três bits extras são utilizados para fornecer uma sinalização de início e fim de transmissão de cada caractere (2 bits) e um bit de paridade par utilizado para conferição da integridade da comunicação no receptor. A Figura 1 apresenta um exemplo deste caractere.

Figura 1 - Caractere Profibus DP
Figura 1 – Caractere Profibus DP

Nota-se que antes do bit de início, tem-se o estado de linha desocupada (IDLE) da comunicação que é representado pelo nível de tensão 1. Antes de terminar a transmissão do caractere (bit de fim), tem-se o bit de paridade. O receptor avalia a paridade a cada byte recebido. Caso a paridade avaliada não tenha o mesmo valor que o bit de paridade, o telegrama inteiro será descartado (não somente o caractere). Um telegrama é constituído por um ou mais caracteres e não são permitidos períodos de linha desocupada dentro da transmissão de um telegrama. Assim, o início de um telegrama com mais de um caractere é exemplificado na Figura 2:

Figura 2 – Telegrama contendo os bytes 68H e 27H em sequência
Figura 2 – Telegrama contendo os bytes 68H e 27H em sequência.
FONTE: [2]

Tipos e formato dos telegramas

Um telegrama é composto por 1 a 255 caracteres. Existem alguns tipos de telegramas definidos por [1]. A diferenciação entre os tipos é realizada pelo cabeçalho do telegrama (primeiro caractere), onde cada um dos tipos possui um valor diferente.

Os telegramas são especificados de acordo com a natureza do campo de dados:

  • Telegramas de tamanho fixo sem campo de dados;
  • Telegrama de resposta curta ou reconhecimento;
  • Telegrama com campo de dados de tamanho variável;
  • Telegrama de token.

A Tabela 1 apresenta um resumo dos tipos de telegramas e aplicações:

Tabela 1 – Tipos de Telegramas Profibus DP
Tabela 1 – Tipos de Telegramas Profibus DP
FONTE: [2]

O tamanho máximo de um telegrama são 255 caracteres. O valor do LE (ou LEr) varia de 0 a 249. O LE compreende a quantidade de bytes do campo DATA_UNIT além do DA, SA e o FC. Portanto o tamanho máximo do campo DATA_UNIT é de 246 bytes. O DATA_UNIT é a porção do telegrama destinada à carga útil de dados (payload).

Embora os campos de endereço suportem valores entre 0 e 255 (1 byte), somente os 7 bits menos significativos são utilizados efetivamente para o endereçamento das estações (Figura 3), permitindo o endereçamento de até 127 estações (0 a 126). O endereço 127 conforme explicado anteriormente é reservado ao broadcast.

Figura 3 - Campos de endereço e uso do bit mais significativo como extensão
Figura 3 – Campos de endereço e uso do bit mais significativo como extensão.
FONTE: [2]

Bom pessoal,vocês viram neste post alguns detalhes sobre os telegramas de mensagens. No próximo post, vou falar sobre como é o procedimento de transmissão desses telegramas. Só para lembrar, tudo isto acontece dentro das camadas de Enlace e Usuário.

Até mais!!!

Referencias Bibliográficas:

[1] NORMATIVE PARTS OF PROFIBUS FMS, DP AND PA. (1998): according to the European Standard EN50170. v.2. Edition 1.0.
[2] TORRES, R. V. (2011). Simulador de redes Profibus DP dedicado à ferramenta de diagnostico. Dissertação (Qualificação de Mestrado). Escola de Engenharia de São Carlos, USP.
[3] MOSSIN, E. (2012). Diagnóstico Automático de Redes Profibus. Tese (Doutorado). Escola de Engenharia de São Carlos, USP.

Informações adicionais sobre Eduardo André Mossin:

Currículo Lattes:
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do metodo=apresentar&id=K4774437D5

Blog:
http://emossin.blogspot.com.br