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O Protocolo Profibus PA

Oi gente, tudo bem com vocês?

Hoje vou falar um pouco sobre as principais características do protocolo Profibus PA.

De acordo com [1], 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 [2] e pode ser utilizado em substituição ao padrão 4 a 20 mA.

Protocolo Profibus PA

As principais vantagens deste protocolo são [3]:

  • Transmissão confiável das informações;
  • Tratamento de status das variáveis;
  • Sistema de segurança em caso de falha;
  • Equipamentos com capacidade de autodiagnose;
  • 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 [3]

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. Veja um exemplo desta codificação na Figura 1.
  • 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.

Figura 1 – Codificação Manchester (Protocolo Profibus PA)
Figura 1 – Codificação Manchester

FISCO

De acordo com [3] o modelo FISCO tem as seguintes restrições:

  • Cada segmento de rede deve possuir um único elemento ativo no barramento de campo localizado na área não-classificada;
  • Os demais equipamentos na área classificada são passivos;
  • Cada equipamento deve ter um consumo quiescente mínimo de pelo menos 10 mA;
  • Em áreas de segurança intrínseca e à prova de explosão o barramento deve ter no máximo 1000m;
  • Derivações individuais devem ser limitadas a 30m;
  • Deve-se utilizar 2 terminadores de barramento no barramento principal;
  • É necessário utilizar transmissores e barreiras/fontes aprovadas pelo FISCO;
  • Parâmetros dos cabos:
    • Resistência: 15 a 150 Ohm/km
    • Indutância: 0,4 a 1 mH/km
    • Capacitância: 80 a 200 nF/km
  • Cabo tipo A: 0,8 mm² (AWG18);
  • Deve-se verificar para cada transmissor se:
    • Tensão de saída < Tensão de entrada,
    • Corrente de saída < Corrente de entrada,
    • Potência de saída < Potência de entrada
  • Parâmetros das terminações:
    • R = 90 a 100 Ohm
    • C = 0 a 2,2 uF

Tipos de Cabos [3]

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 – Características dos Cabos (Profibus PA)
Tabela 1 – Características dos Cabos

Distâncias Mínimas de Separação entre os Cabos [3]

Como foi falado em um dos artigos sobre Profibus DP, 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 de Separação entre Cabeamentos (Profibus PA)
Tabela 2 – Distâncias Mínimas de Separação entre Cabeamentos

Bom pessoal, estas foram algumas considerações importantes sobre o protocolo Profibus PA. No próximo artigo vou escreve sobre o protocolo Foundation fieldbus.

Até mais!

Referências Bibliográficas:

[1] Normative Parts of Profibus FMS, DP and PA, according to the European Standard EN5170 Volume 2. Edition 1.0 (1998).
[2] NETO, C. D. (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, 2009.

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7 Comentários
  1. Marcos Cordeiro Diz

    Rafaela, bom dia.
    Tenho algumas dúvidas quanto a utilização da rede profubus PA para controle de processo para um quantitativo de 250 malhas de controle analógicas. A rede profibus tem velocidade suficente para controlar este sistema?? O protocolo fieldbus seria melhor indicado???

    grato

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Marcos, boa tarde

      De acordo com o Eng. Renato Veiga, da Smar:

      “Antes de selecionar qual sistema ou protocolo seria melhor aplicado é necessário conhecer o tempo de resposta requerido. Caso o tempo de resposta esteja na ordem de 100 a 500ms então pode ficar tranquilo para utilizar Profibus PA. Caso seja inferior, então é necessário pensar em algumas alternativas, como por exemplo o uso de remotas Profibus DP. O Foundation apresenta um valor de tempo de resposta inferior ao Profibus PA, porém não inferior a 50ms. Porém com a quantidade de equipamentos muito reduzida (menos de 8 equipamentos por rede). Assim, é muito importante, antes, ver os requisitos de projeto do sistema de controle. Por exemplo, uma caldeira a gás exige um tempo de resposta inferior ao requerido por uma caldeira movida a biomassa. Em geral FF e PA não são aplicados a caldeiras a gás para os elementos mais críticos. Mas cada projeto é um projeto diferente.”

      Espero ter esclarecido suas dúvidas. Caso tenha mais alguma questão, por favor, me avise.

    2. Marcel Diz

      Marcos eu usaria o robusto HART com mais velocidade de PA e FF a anos consolidado em aplicações de Alta Disponibilidade.

  2. Tiago Diz

    Do teu artigo “É indicado para controlar variáveis digitais em linhas de produção seriada ou células integradas de manufatura.”, muito pelo contrário esta é a função primária do PROFIBUS DP. Variáveis analógicas são a aplicação primária do PROFIBUS PA.

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Tiago,

      Chequei sua questão e vi que realmente você está certo.

      O DP é mais rápido, por isso indicado na função de manufatura. Já o PA, lembrando que os transmissores são em sua maioria analógicos, é mais indicado para controle de processos.

      Muito obrigada pela correção.

  3. Marcel Diz

    Concordo 110% com o Tiago.. e tem outra no comentário do Marcos eu usaria o robusto HART com mais velocidade de PA e FF

  4. Rafaela Souza Diz

    Pessoal, a correção já foi feita no texto.

    Obrigada pelos comentários.