ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais...O Profibus é um dos protocolos que fazem parte do grupo...
Transcript of ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais...O Profibus é um dos protocolos que fazem parte do grupo...
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Segurança intrínseca
Rede AS-i com componentes de segurança e componentes comuns
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
• É todo local sujeito à probabilidade da existência ou formação
de misturas explosivas pela presença de gases, vapores,
poeiras ou fibras combustíveis misturadas com o ar (ou com
O2).
• Atmosfera explosiva é a mistura com o ar, de substâncias
inflamáveis na forma de gases, vapores, névoas, poeiras ou
fibras na qual após a ignição, a combustão se propaga através
da mistura remanescente.
Áreas classificadas
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Segmentos sujeitos a riscos de explosões:
Por gases e vapores inflamáveis:
• Indústria química;
• Aterros sanitários e engenharia civil;
• Tratamento de águas residuais;
• Empresas de pintura;
• Empresas de distribuição de gás. • Agricultura;
• Indústria farmacêutica;
• Refinarias;
Por poeiras e fibras combustíveis:
Áreas classificadas
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Áreas classificadas
Zona 0 Local com ocorrência de mistura inflamável/explosiva contínua
Zona 1 Local com ocorrência de mistura inflamável explosiva é
provável em condições normais de operação
Zona 2 Local com ocorrência de mistura inflamável explosiva é pouco provável
em condições normais de operação
Classificação segundo a legislação europeia (IEC) , adotada pela ABNT
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Grupos de equipamentos
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Tipos de proteção
Segurança Intrínseca Ex i
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Limitação de tensão;
Limitação de corrente;
Limitação de energia acumulada (Capacitância e indutância)
Segurança Intrínseca Ex i
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Segurança Intrínseca Ex i
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Segurança Intrínseca Ex i
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Grau de proteção IP
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Grau de proteção IP
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Rede PROFIBUS
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
PROcess FIeldBUS Process Automation
• É um protocolo de comunicação especialmente projetado
para atender as necessidades da Automação de Processos e
otimizado para equipamentos de campo:
– Transmissores, Válvulas, Atuadores, Conversores, etc;
– Interligados e energizados via o barramento;
– cada equipamento de campo possui um endereço físico e
único no barramento;
– também aplicável em áreas classificadas (intrinsecamente
seguro);
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Exemplo
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
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: rede fieldbus podem estar interligados
equipamentos de diversos fabricantes.
Todos se comunicam perfeitamente bem, graças à
padronização do protocolo.
Intercambiabilidade: um equipamento pode ser substituído
por outro fabricante.
Rede Profibus
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
O padrão Profibus atende às exigências das normas IEC61158
e EN50170 e, conta com 3 tipos de tecnologias:
PA(Process Automation);
DP(Decentralized Peripherals);
e PROFINET
Rede Profibus
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
PROFIBUS-PA
PROFINET
IEC 61158-2 RS-485/FO
Manufacturing Process
Internet Internet
OS
AS-Interface
PROFIBUS-DP
OS
Industrial Communication
PLC IPC
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Rede Profibus
DP Monomaster System
Master (Class 1)
Slaves
PROFIBUS
PLC
Master (Class 2)
Central Controller
exchanges data with the
distributed peripherial
devices
Engineering tool is
used for
setup/configuration of
the slaves
Analog or digital peripherial devices such as I/O, drives,
transmitters, valves or operator terminals
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
DP-Master
(class 2)
DP-Master
(class 1)
DP-Master
(class 1)
DP - Slaves
PLC
PROFIBUS
PC
CNC
Several DP-Masters may access a
DP Slave with read functions but
only one Master may write to a slave
DP Multi-Master systems consist of:
- multiple Masters (class 1 or 2)
- 1 to max. 124 DP-Slaves
- max. 126 devices on the same
bus
Distributed inputs and outputs
DP Multi-master System
Distributed inputs and outputs
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Meios Físicos Utilizados
De acordo com, 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.
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Rede Profibus
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
Repeater
Repeater Bus terminal
OP S7-400
TD
ET 200
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Rede Profibus
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
PROFIBUS – Configuração Mista
FO
RS 485
Ring
Bus
SIEMENS ET200C
SIEMENS ET200C
OLM
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Rede Profibus
Engineering
Assembly
Hardware
51%
23%
27%
22%
22%
12%
0%
50%
100% 100%
57%
4...20mA, discrete wired PROFIBUS
Source: Namur (Bayer)
Cost Comparison Reduced installation costs
Savings > 40%
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Profibus PA
•Profibus PA: característica adicional que é a transmissão
intrinsecamente segura.
É indicado por controlar variáveis digitais em linhas de
produção seriada ou células integradas de manufatura.
Encontrado predominantemente nas indústrias de
transformação.
Rede Profibus
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Características
• PROFIBUS-PA é baseado no protocolo PROFIBUS-DP ;
• Valores e status são transmitidos via ciclo standard das funções de troca do ciclo DP;
• O profile do PROFIBUS-PA define a mapeamento das funções PA nos serviços do DP;
• Meio físico de acordo com norma IEC 61158-2, variante H1
Baud rate: 31.25 Kbit/s;
• sinal de comunicação: codificação Manchester com a modulação de corrente;
• Topologia: barramento, árvore/estrela, ponto-a-ponto
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
• Alimentação: via barramento ou externa;
• Permite no máximo 32 equipamentos(non-”Ex”) por segmento, num total de 126 equipamentos:
– Aproximadamente 9 equipamentos(Explosion Group IIC)
– Aproximadamente 23 equipamentos(Explosion Group IIB)
• Permite 4 repetidores: distâncias até 10Km;
• Cabeamento máximo de 1900m, sem repetidores;
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
Características
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
PROFIBUS PA
"SpliTConnect
como um derivador"
Segmento
PROFIBUS-PA
DP/PA Link
24 V
x+
PROFIBUS-DP
"SpliTConnect
com Resistor
de terminação"
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
DCS/PLC
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
Par trançado, shieldado
comprimento total
max. 1.900 m
* Tipo de proteção:
[EEx ib], Grupo: IIC
10 mA
10 mA
10 mA
10 mA
10 mA 24 V
Spur
max. 30 m
DP/PA Link
Profibus-DP
x+
< 120 mA*
Linha ou Tronco Principal (trunk) 100
F 1 Conector T
Terminador
Caixa de
Junção
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Profibus in comparison with 4..20
i Segment
coupler 1
PLC PLC
I/O modules (1-n)
Terminal block (PLC)
I/O module
n
1
Terminal block
Transmitter
power supply
Terminal block
Distribution
Panel
Junction box
sensor 1 ... n
PROFIBUS PA n
PROFIBUS PA 1
Segment
coupler n
PROFIBUS DP
4 . . 20 ma System PROFIBUS-PA
sensor 1 ... n
i
x x
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Trunk
Spur
Terminador
PLC
PROFIBUS PA
PROFIBUS DP
Coupler
ou
Link+Coupler
Topologia: Estrela ou Barramento
Trunk
Terminador
Spur
PROFIBUS PA
Coupler
ou
Link+Coupler
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Camada Física PROFIBUS-PA
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Maximum power and number of devices per PA segment in hazardous areas
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Cables for IEC 61158-2 transmission
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
Tipo de Cabo
Impedância
Resistência
Seção
Capacitância
Atenuação a 39KHz
Par trançado blindado
100 Ω ± 20% (a 31,25KHz)
44 Ω / 1000m
0,8 mm²
2 nF / m
3 dB/Km
PROFIBUS - características do cabo IEC 61158-2
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
U = 12V
I ≤ 100mA
U >= 9V U >= 9V
U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 12V - 9V ==> L = (3V x 1000m) / (44 Ω x I)
Comp. cabo L
I 1 I n
L (se I = 10 mA, 1 instrumento): 1900 m (6818 m)
L (se I = 50 mA, máx. 5 instrumentos): 1363 m
L (se I = 100 mA, máx. 10 istrumentos): 681 m
PROFIBUS PA - Cálculo comprimento cabo (Ex)
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
U = 19V U ≥ 9V U ≥ 9V
comp. cabo L
I 1 I n
L (se I = 50 mA, i.e. max. 5 instrumentos):
L (se I = 100 mA, i.e. max. 10 instrumentos):
L (se I = 200 mA, i.e. max. 20 instrumentos):
L (se I = 300 mA, i.e. max. 30 instrumentos):
L (se I = 400 mA, i.e. max. 30 instrumentos):
PROFIBUS PA - Cálculo comprimento cabo (não Ex)
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
I ≤ 400mA
U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 19V - 9V
==> L = (10V x 1000m) / (44 Ω x I)
U = 19V U ≥ 9V U ≥ 9V
comp. cabo L
I 1 I n
L (se I = 50 mA, i.e. max. 5 instrumentos): 1.900m (teoricam 4.545m)
L (se I = 100 mA, i.e. max. 10 instrumentos): 1.900m (teoricam 2.272m)
L (se I = 200 mA, i.e. max. 20 instrumentos): 1.136m
L (se I = 300 mA, i.e. max. 30 instrumentos): 757m
L (se I = 400 mA, i.e. max. 30 instrumentos): 668m
PROFIBUS PA - Cálculo comprimento cabo (não Ex)
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais
I ≤ 400mA
U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 19V - 9V
==> L = (10V x 1000m) / (44 Ω x I)
O comprimento máximo de um segmento PA quando se utiliza cabo de tipos
diferentes fica limitado de acordo com a seguinte fórmula:
(LA/LmaxA) + (LB/ Lmax_B) + (LC/ Lmax_C) + (LD/ Lmax_D) <= 1,
Onde:
LA: Comprimento do cabo A;
LB: Comprimento do cabo B
LC: Comprimento do cabo C;
LD: Comprimento do cabo D;
LmaxA: Comprimento máximo permitido com o cabo A (1900m);
LmaxB: Comprimento máximo permitido com o cabo B (1200m);
LmaxC: Comprimento máximo permitido com o cabo C (400m);
LmaxD: Comprimento máximo permitido com o cabo D(200m).
P R O F I
B U S
PROCESS FIELD BUS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Redes Industriais