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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.