PROFIBUS-PA: MEIO FÍSICO IEC 61158-2
 César CassiolatoDiretor de Engenharia de Projetos e Serviços, Marketing e Qualidade SMAR Equipamentos Industriais Ltdacesarcass@smar.com.br |
Meio de transmissão IEC 61158-2
O PROFIBUS-PA é a solução PROFIBUS que atende os requisitos da automação de processos, onde se tem a conexão de sistemas de automação e sistemas de controle de processo com equipamentos de campo, tais como: transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Pode ser usada em substituição ao padrão 4 a 20 mA.
Existem vantagens potenciais da utilização dessa tecnologia, onde resumidamente destacam-se as vantagens funcionais (transmissão de informações confiáveis, tratamento de status das variáveis, sistema de segurança em caso de falha, equipamentos com capacidades de autodiagnose, rangeabilidade dos equipamentos, alta resolução nas medições, integração com controle discreto em alta velocidade, aplicações em qualquer segmento, etc.). Além dos benefícios econômicos pertinentes às instalações (redução de até 40% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), custos de manutenção (redução de até 25% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), menor tempo de startup, oferece um aumento significativo em funcionalidade e segurança.
O PROFIBUS-PA permite a medição e controle por uma linha a dois fios simples. Também permite alimentar os equipamentos de campo em áreas intrinsecamente seguras. O PROFIBUS-PA permite a manutenção e a conexão/desconexão de equipamentos até mesmo durante a operação sem interferir em outras estações em áreas potencialmente explosivas. O PROFIBUS-PA foi desenvolvido em cooperação com os usuários da Indústria de Controle e Processo (NAMUR), satisfazendo as exigências especiais dessa área de aplicação:
Transmissão síncrona em conformidade à norma IEC 61158-2, com uma taxa de transmissão definida em 31,25 Kbits/s, veio atender aos requisitos das indústrias químicas e petroquímicas. Permite, além de segurança intrínseca, que os dispositivos de campo sejam energizados pelo próprio barramento. Assim, o PROFIBUS pode ser utilizado em áreas classificadas. As opções e limites do PROFIBUS com tecnologia de transmissão IEC 61158-2 para uso em áreas potencialmente explosivas são definidas pelo modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). O modelo FISCO foi desenvolvido pelo instituto alemão PTB - Physikalisch Technische Bundesanstalt (Instituto Tecnológico de Física) e é hoje internacionalmente reconhecida como o modelo básico para barramentos em áreas classificadas.
- O perfil original da aplicação para a automação do processo e interoperabilidade dos equipamentos de campo dos diferentes fabricantes.
- Adição e remoção de estações de barramentos mesmo em áreas intrinsecamente seguras sem influência para outras estações.
- Uma comunicação transparente através dos acopladores do segmento entre o barramento de automação do processo PROFIBUS-PA e do barramento de automação industrial PROFIBUS-DP.
- Alimentação e transmissão de dados sobre o mesmo par de fios baseado na tecnologia IEC 61158-2.
- Uso em áreas potencialmente explosivas com blindagem explosiva tipo "intrinsecamente segura" ou "sem segurança intrínseca".
A transmissão é baseada nos seguintes princípios, e é freqüentemente referida como H1:
No caso da modulação, supõe-se que uma corrente básica de pelo menos 10 mA consumida por cada dispositivo no barramento. Através da energização do barramento, esta corrente alimenta os dispositivos de campo. Os sinais de comunicação são então gerados pelo dispositivo que os envia, por modulação de + /- 9 mA, sobre a corrente básica.
- Cada segmento possui somente uma fonte de energia, a fonte de alimentação;
- Alimentação não é fornecida ao barramento enquanto uma estação está enviando
- Os dispositivos de campo consomem uma corrente básica constante quando em estado de repouso
- Os dispositivos de campo agem como consumidores passivos de corrente (sink)
- Uma terminação passiva de linha é necessária, em ambos fins da linha principal do barramento
- Topologia linear, árvore e estrela são permitidas.
| Transmissão de Dados | Digital, sincronizado a bit, código Manchester |
| Taxa de Transmissão | 31,25 Kbits/s, modo tensão |
| Segurança de Dados | Preâmbulo, error-proof start e end limiter |
| Cabos | Par trançado blindado |
| Alimentação | Via barramento ou externa (9-32 Vdc) |
| Classe Proteção à Explosão | Segurança Intrínseca (Eex ia/ib) e invólucro (Eex d/m/p/q) |
| Topologia | Linha ou árvore, ou combinadas. |
| Número de Estações | Até 32 estações por segmento, máximo de 126 |
| Distância Máxima sem repetidor | 1900 m (Cabo tipo A) |
| Repetidores | Até 4 repetidores |
Tabela 1: Características da IEC 61158-2
Para se operar uma rede PROFIBUS em área classificada é necessário que todos os componentes utilizados na área classificada sejam aprovados e certificados de acordo com o modelo FISCO e IEC 61158-2 por organismos certificadores autorizados tais como PTB, BVS (Alemanha), CEPEL, UL, FM (EUA). Se todos os componentes utilizados forem certificados e se as regras para seleção da fonte de alimentação, comprimento de cabo e terminadores forem observadas, então nenhum tipo de aprovação adicional do sistema será requerida para o comissionamento da rede PROFIBUS.
FISCO
- R´:15 ... 150 Ohm/km;
- L´: 0,4 ... 1 mH/km;
- C´: 80 ... 200 nF/km.
Cabo tipo A: 0,8 mm2 (AWG18)
O conceito FISCO foi otimizado para que seja permitido um número maior de equipamentos de campo, de acordo com o comprimento do barramento, levando-se em conta a variação das características do cabo (R', L', C') e terminadores, atendendo categorias e grupos de gases com uma simples avaliação da instalação envolvendo segurança intrínseca. Com isto, aumentou-se a capacidade de corrente por segmento e facilitou-se para o usuário a avaliação. Além disso, ao adquirir produtos certificados, o usuário não precisa se preocupar mais com cálculos, mesmo em substituição em operação.
- Em termos de terminação:
- R = 90 ... 100 Ohms;
- C = 0 ... 2.2 µF.
Figura 1 - Exemplo de sinal PROFIBUS-PA em modo tensão
A transmissão de um equipamento tipicamente fornece 10 mA a 31,25 kbit/s em uma carga equivalente de 50 O, criando um sinal de tensão modulado de 750 mV a 1,0 V pico a pico. A fonte de alimentação pode fornecer de 9 a 32 Vdc, porém em aplicações seguras (IS) deve-se atender os requisitos das barreiras de segurança intrínseca. Figura 2 - Exemplo de codificação Manchester
Figura 3 - Modo Tensão 31.25 kbit/s
O comprimento total do cabeamento é a somatória do tamanho do trunk (barramento principal) e todos os spurs (derivações maiores que 1m), sendo que com o cabo tipo A é de no máximo 1900 m em áreas não seguras. Em áreas seguras é de no máximo 1000 m com o cabo tipo A e os spurs não devem exceder 30 m.
Instruções de instalação para o IEC 61158-2
Na sala de controle normalmente estão localizados os sistemas de controle de processo, bem como dispositivos de monitoração e operação interconectados através do padrão RS485. No campo, acopladores (couplers) ou links adaptam os sinais do segmento RS485 aos sinais do segmento IEC 61158-2. Eles também fornecem a corrente para alimentação remota dos dispositivos de campo. A fonte de alimentação limita a corrente e tensão no segmento IEC 61158-2.
Os acopladores de segmento, os Couplers, são conversores de sinal que adaptam os sinais RS485 ao nível do sinal IEC 61158-2. Do ponto de vista do protocolo os acopladores são transparentes. Se acopladores de segmento são utilizados, a velocidade do segmento RS485 ficará limitada em no máximo a 45,45 Kbit/s ou 93,75 Kbit/s, ou ainda até 12 Mbit/s com couplers de alta velocidade.
Os Links, por sua vez, possuem sua própria inteligência intrínseca. Eles tornam todos os dispositivos conectados ao segmento IEC 61158-2 em um único dispositivo escravo no segmento RS485. Neste caso não existe limitação de velocidade no segmento RS485 o que significa que é possível implementar redes rápidas, por exemplo, para funções de controle, incluindo dispositivos de campo conectados em IEC 61158-2. Além disso, aumentam a capacidade de endereçamento.
Na rede PROFIBUS-PA são possíveis estruturas tanto de árvore como linha, ou uma combinação dos dois. Veja Figura 4. A combinação geralmente otimiza o comprimento do bus e permite a adaptação de um sistema eventualmente existente.
Figura 4: Sistema com alimentação de dispositivos em uma rede PROFIBUS e IEC 61158-2
| Cabo | Par trançado blindado |
| Área do Condutor | 0,8 mm2 (AWG 18) |
| Resistência de Loop | 44 Ohms/Km |
| Impedância a 31.25 kHz | 100 Ohms +/-20% |
| Atenuação a39 kHz | 3 dB/Km |
| Capacitância Assimétrica | 2 nF/Km |
Tabela 2: Especificação do cabo para IEC 61158-2
Em uma estrutura linear, as estações são conectadas ao cabo principal através de conectores do tipo T ou as chamadas caixas de junções. A estrutura em árvore pode ser comparada à técnica clássica de instalação em campo. O cabo multivias pode ser substituído pelo par trançado do barramento. O painel de distribuição continua a ser utilizado para a conexão dos dispositivos de campo e para a instalação dos terminadores de barramento. Quando uma estrutura em árvore é utilizada, todos os dispositivos de campo conectados ao segmento de rede são interligados em paralelo ao distribuidor.
Independente da topologia utilizada, o comprimento da derivação da ligação deverá ser considerado no cálculo do comprimento total do segmento. Uma derivação não deve ultrapassar 30m em aplicações intrinsecamente seguras.
Um par de fios blindados é utilizado como meio de transmissão (veja figura 4). Ambas as terminações do cabo devem ser equipados com um terminador passivo de linha que consiste em um elemento RC (um resistor em série de 100 Ohms e um capacitor de 1 µF). Tanto os couplers quanto os links possuem o terminador de barramento integrados. O número de estações que pode ser conectado a um segmento é limitado a 32. Este número pode ser ainda mais reduzido em função do tipo de classe de proteção à explosão. Em redes intrinsecamente seguras, tanto a tensão máxima quanto a corrente máxima de alimentação são especificadas dentro de limites claramente definidos. Observe que mesmo nos casos que a segurança intrínseca não é utilizada, a potência da fonte de alimentação é limitada.
| Tipo | Área de Aplicação | Alimentação | Corrente Máxima | Potência Máxima | No. Típico de Estações |
I | EEX ia/ib IIC | 13,5 V | 110 mA | 1,8 W | 8 |
II | EEx ib IIC | 13,5 V | 110 mA | 1,8 W | 8 |
III | Eex ib IIB | 13,5 V | 250 mA | 4,2 W | 22 |
IV | Não Intrinsecamente seguro | 24 V | 500 mA | 12 W | 32 |
| Importante: Esta especificação é baseada com uma corrente de consumo de 10 mA por dispositivo. | |||||
Tabela 3: Alimentação padrão
De modo geral, para determinar o comprimento máximo do barramento, calcula-se a corrente consumida pelos dispositivos de campo, seleciona-se uma unidade de alimentação, conforme tabela 3, e determina-se o comprimento para o tipo de cabo selecionado conforme tabela 4. A corrente necessária é obtida da soma das correntes básicas dos dispositivos de campo do segmento selecionado, somada a uma reserva de corrente de 9 mA por segmento, destinado para a operação do FDE (Corrente consumida pelo equipamento quando em falha). O FDE evita que dispositivos defeituosos bloqueiem o barramento permanentemente.
Tipo I | Tipo II | Tipo III | Tipo IV | Tipo IV | Tipo IV | ||
Tensão | V | 13,5 | 13,5 | 13,5 | 24 | 24 | 24 |
Soma das correntes necessárias | mA | £110 | £110 | £250 | £110 | £250 | £500 |
Comprimento da linha para 0.8 mm2 | m | £900 | £900 | £400 | £1900 | £1300 | £650 |
Comprimento da linha para 1.5 mm2 | m | £1000 | £1500 | £500 | £1900 | £1900 | £1900 |
Tabela 4: Comprimentos de Linha para IEC 61158-2
A conexão em um barramento intrinsecamente seguro de dispositivos auto-alimentados pelo barramento e dispositivos alimentados externamente é possível, se os dispositivos alimentados externamente forem equipados com isolamento apropriado de acordo com EN 50020. Deve ser considerada, entretanto, no cálculo da corrente total, a corrente que o dispositivo com alimentação externa consome do barramento.
Tipos de Cabo Recomendados para o PROFIBUS-PA
A IEC 61158-2 determina que o meio físico do PROFIBUS-PA deva ser um par de fios trançados. As propriedades de um barramento de campo são determinadas pelas condições elétricas do cabo utilizado. Embora a IEC 61158-2 não especifica tecnicamente o cabo, o cabo tipo A é altamente recomendado a fim de garantir as melhores condições de comunicação e distâncias envolvidas.
A Tabela 5 apresenta em detalhes as especificações dos diversos cabos a 25 ºC. Vale lembrar que a maioria dos fabricantes de cabos recomenda a temperatura de operação entre -40 ºC a +60 ºC. É necessário verificar os pontos críticos de temperatura por onde é passado o cabeamento e se o cabo suporta a mesma. A resistência do cabo tipo A de 22 O/Km é válida a 25 ºC. Por exemplo, a resistência do cabo tipo A a 50 ºC é 24.58 O/Km. Isso deve ser levado em conta em países quentes como o Brasil.
Tipo A | Tipo B | Tipo C | Tipo D | |
| Descrição do Cabo | Par trançado com Shield | Um ou mais pares trançados total com Shield | Diversos pares trançados sem Shield | Diversos pares não-trançados, sem Shield |
| Área de Seção do Condutor Nominal | 0,8 mm2 (AWG 18) | 0,32 mm2 (AWG 22) | 0,13 mm2 (AWG 26) | 0,25 mm2 (AWG 16) |
| Máxima Resistência DC (loop) | 44 O/Km | 112 O/Km | 264 O/Km | 40 O/Km |
| Impedância Característica a 31.25 KHz | 100 O ± 20% | 100 O ± 30% | ** | ** |
| Máxima Atenuação a 39 KHz | 3 dB/Km | 5 dB/Km | 8 dB/Km | 8 dB/Km |
| Máxima Capacitância Desbalanceada | 2 nF/Km | 2 nF/Km | ** | ** |
| Distorção de Atraso de Grupo (7.9 a 39 kHz) | 1,7 µseg/Km | ** | ** | ** |
| Superfície Coberta pelo Shield | 90% | ** | - | - |
| Recomendação para Extensão de Rede (incluindo spurs) | 1900 m | 1200 m | 400 m | 200 m |
Tabela 5 - Características dos Diversos Cabos Utilizados em PROFIBUS-PA.
Comprimento Total do Cabo e Regras de Distribuição e Instalação
O comprimento total do cabo PROFIBUS-PA deve ser totalizado desde a saída do ponto de conversão DP/PA até o ponto mais distante do segmento, considerando as derivações. Vale lembrar que braços menores que 1 m não entram neste total.
O comprimento total do cabeamento é a somatória do tamanho do trunk (barramento principal) mais todos os spurs (derivações maiores que 1 m), sendo que com cabo do tipo A, é de no máximo 1900 m em áreas não seguras. Em áreas seguras com cabo tipo A, é de no máximo 1000 m, considerando que os spurs não podem exceder 30 m.
Em termos de instalação e distribuição, é recomendado evitar splice, ou seja, qualquer parte da rede que tenha um meio condutor especificado e um comprimento descontínuo menor que 1 m, como por exemplo: remoção de blindagem, troca do diâmetro do fio, conexão a terminais nus, etc. Em redes com comprimento total maior que 400 m, a somatória dos comprimentos de todos os splices não deve ultrapassar 2% do comprimento total e ainda, em comprimentos menores do que 400 m, não deve exceder 8 m.
O comprimento máximo de um segmento PA quando se utiliza cabo de tipos diferentes fica limitado de acordo com a seguinte fórmula:
Onde:
Com relação aos braços (spurs), é necessário estar atento aos comprimentos dos mesmos. A quantidade de equipamentos PA (deve ser considerado os repetidores quando houver) deve estar de acordo com a Tabela 6. Em áreas classificadas o spur máximo é de 30 m.
- LA: Comprimento do cabo A;
- LB: Comprimento do cabo B;
- LC: Comprimento do cabo C;
- LD: Comprimento do cabo D;
- LA max: Comprimento máximo permitido com o cabo A (1900 m);
- LB max: Comprimento máximo permitido com o cabo B (1200 m);
- LC max: Comprimento máximo permitido com o cabo C (400 m);
- LD max: Comprimento máximo permitido com o cabo D (200 m).
Total de Equipamentos PA por Segmento coupler DP/PA | Comprimento do Spur (m) com 01 Equipamento | Comprimento do Spur (m) com 02 Equipamento | Comprimento do Spur (m) com 03 Equipamento | Comprimento do Spur (m) com 04 Equipamento | Comprimento Considerando a Quantidade Máxima de Spurs (m) |
1-12 | 120 | 90 | 60 | 30 | 12 x 120 =1440 |
13-14 | 90 | 60 | 30 | 1 | 14 x 90 = 1260 |
15-18 | 60 | 30 | 1 | 1 | 18 x 60 = 1080 |
19-24 | 30 | 1 | 1 | 1 | 24 x 30 = 720 |
25-32 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 x 32 = 32 |
Tabela 6 - Spur x Número de Equipamentos PA.
Observação: O limite de capacitância do cabo deve ser considerado desde que o efeito no sinal de um spur seja menor que 300m e se assemelha a um capacitor. Na ausência de dados do fabricante do cabo, um valor de 0.15 nF/m pode ser usado para cabos PROFIBUS.
Onde:
- CT: Capacitância total em nF;
- LS: Comprimento do spur em m;
- Cs: Capacitância do fio por segmento em nF (padrão: 0,15);
- Cd: Capacitância do equipamento PA.
A atenuação associada a esta capacitância é 0, 035 dB/nF. Sendo assim, a atenuação total vale:
Sendo que 14 dB é o que permitirá o mínimo de sinal necessário para haver condições de detectá-lo com integridade.
Existem algumas regras que devem ser seguidas em termos do cabeamento e separação entre outros cabos, quer sejam de sinais ou de potência. Deve-se preferencialmente utilizar bandejamentos ou calhas metálicas, observando as distâncias conforme Tabela 7. Nunca se deve passar o cabo PROFIBUS-PA ao lado de linhas de alta potência, pois a indução é uma fonte de ruído e pode afetar o sinal de comunicação. Além disso, o sinal fieldbus deve ser isolado de fontes de ruídos, como cabos de força, motores e inversores de freqüência. Recomenda-se colocar o cabo PROFIBUS em guias e calhas separadas. O ideal é utilizar canaletas de alumínio, onde se tem a blindagem eletromagnética externa e interna. As correntes de Foucault são praticamente imunes, devido à boa condutibilidade elétrica do alumínio. Convém lembrar que o cruzamento entre os cabos deve ser feito em ângulo de 90º.
Cabo de comunicação PROFIBUS-PA | Cabos com e sem shield: 60Vdc ou 25Vac e < 400Vac | Cabos com e sem shield > 400Vac | Qualquer cabo sujeito à exposição de raios | |
Cabo de comunicação PROFIBUS-PA | 10 cm | 20 cm | 50 cm | |
Cabos com e sem shield | 10 cm | 10 cm | 50 cm | |
60 Vdc ou 25 Vac e < 400 Vac | ||||
Cabos com e sem shield: > 400 Vac | 20 cm | 10 cm | 50 cm | |
Qualquer cabo sujeito à exposição de raios | 50 cm | 50 cm | 50 cm |
Tabela 7 - Distâncias Mínimas de Separação entre Cabeamentos
Terminadores da Rede PROFIBUS-PA
Dois terminadores de barramento devem estar conectados na rede PROFIBUS-PA, sendo um na saída do coupler DP/PA e o outro no último equipamento (normalmente o mais distante do coupler), dependendo da topologia adotada.
Se na distribuição do cabeamento houver uma caixa de junção no final do tronco principal com vários braços (spurs), o terminador de campo deve ser colocado neste ponto, o que facilitará na manutenção quando for necessário remover equipamentos.
É preciso se certificar da correta conexão do terminador, lembrando que a falta de terminadores proporcionam a intermitência da comunicação, uma vez que não há casamento de impedância e há aumento da reflexão de sinal.
A falta de um terminador ou sua conexão em ponto incorreto também degrada o sinal, uma vez que também ficará parte do cabeamento como uma antena. Esta ausência pode aumentar em mais de 70% o sinal e um terminador a mais pode atenuar o sinal em até 30%. A atenuação e intermitência podem gerar falhas de comunicação.
O terminador da rede PA é composto de um resistor de 100O ± 2% e um capacitor de 1µF ± 20% em série.
Figura 5 - Formas de Ondas Típicas do H1 de Acordo com a Terminação
Supressor de Transientes
Toda vez que se tiver uma distância efetiva maior que 100 m na horizontal ou 10 m na vertical entre dois pontos aterrados, recomenda-se o uso de protetores de transientes, no ponto inicial e final da distância. Na prática, na horizontal, entre 50 e 100 m recomenda-se o seu uso.
Figura 6 - Distância Efetiva em uma Distribuição de Cabo
É indicado instalar o protetor de transiente imediatamente após o coupler DP/PA, antes de cada equipamento e mesmo na caixa de junção. Em áreas classificadas, recomenda-se o uso de protetores certificados.
Fonte de Alimentação e Sinal de Comunicação PROFIBUS-PA
O consumo de energia varia de um equipamento para outro, assim como de fabricante para fabricante. É importante que a resistência do cabeamento não seja muito alta, a fim de não gerar uma queda de tensão ao longo do cabeamento. Para manter a resistência baixa são necessária boas conexões e junções.
Em termos de sinal de alimentação, consideram-se como valores aceitáveis:
Em termos de sinal de comunicação, consideram-se como valores aceitáveis:
- 12 a 32 Vdc na saída do coupler DP/PA (dependendo do fabricante do coupler)
- Ripple, r (mV):
- < 25: excelente
- 25<r<50: ok
- 50<r<100: marginal
- >100: não aceitável
Alguns equipamentos têm polaridade, outros não, por isso é muito importante assegurar a correta conexão do barramento H1 nos equipamentos.
- 750 a 1000 mVpp - ok
- 1000 mVpp - Muito alto, pode ser que tem um terminador a menos.
- Algumas barreiras e protetores de segmento (spur guard ou segment protector) possuem uma alta impedância em série e podem resultar em sinais até 2000 mV e memso assim podem permitir a operação adequada.
- < 250 mVpp - Muito baixo, verificar se tem mais de 02 terminadores ativos, fonte de alimentação, coupler DP/PA, etc.
Shield e Aterramento
Ao considerar a questão de shield e aterramento em barramentos de campo, deve-se levar em conta:
De acordo com a IEC61158-2, aterrar significa estar permanentemente conectado ao terra através de uma impedância suficientemente baixa e com capacidade de condução suficiente para prevenir qualquer tensão que possa resultar em danos de equipamentos ou pessoas. Linhas de tensão com 0 Volts devem ser conectadas ao terra e serem galvanicamente isoladas do barramento fieldbus. O propósito de se aterrar o shield é evitar ruídos de alta freqüência.
- A compatibilidade eletromagnética (EMC);
- Proteção contra explosão;
- Proteção de pessoas.
Preferencialmente, o shield deve ser aterrado em dois pontos, no início e final de barramento, desde que não haja diferença de potencial entre estes pontos, permitindo a existência e caminhos a corrente de loop. Na prática, quando esta diferença existe, recomenda-se aterrar o shield somente em um ponto, ou seja, na fonte de alimentação ou na barreira de segurança intrínseca. Deve-se assegurar a continuidade da blindagem do cabo em mais do que 90% do comprimento total do cabo.
O shield deve cobrir completamente os circuitos elétricos através dos conectores, acopladores, splices e caixas de distribuição e junção.
Nunca se deve utilizar o shield como condutor de sinal. É preciso verificar a continuidade do shield até o último equipamento PA do segmento, analisando a conexão e acabamento.
Em áreas classificadas, quando uma equalização de potencial entre a área segura e área perigosa não for possível, o shield deve ser conectado diretamente ao terra (Equipotencial Bonding System) somente no lado da área perigosa. Na área segura, o shield deve ser conectado através de um acoplamento capacitivo (capacitor preferencialmente cerâmico (dielétrico sólido), C<= 10nF, tensão de isolação >= 1,5kV).
Figura 7 - Combinação Ideal de Shield e Aterramento
Figura 8 - Aterramento Capacitivo
A IEC 61158-2 recomenda que se tenha a isolação completa. Este método é usado principalmente nos Estados Unidos e na Inglaterra. Neste caso, o shield é isolado de todos os terras, a não ser o ponto de terra do negativo da fonte ou da barreira de segurança intrínseca do lado seguro. O shield tem continuidade desde a saída do coupler DP/PA, passa pelas caixas de junções e distribuições e chega até os equipamentos. As carcaças dos equipamentos são aterradas individualmente do lado não seguro. Este método tem a desvantagem de não proteger os sinais totalmente dos sinais de alta freqüência e, dependendo da topologia e comprimento dos cabos, pode gerar em alguns casos a intermitência de comunicação. Recomenda-se nestes casos o uso de canaletas metálicas.
Outra forma complementar à primeira seria ainda aterrar as caixas de junções e as carcaças dos equipamentos em uma linha de equipotencial de terra, do lado não seguro. Os terras do lado não seguro com o lado seguro são separados.
A condição de aterramento múltiplo também é comum, onde se tem uma proteção mais efetiva às condições de alta freqüência e ruídos eletromagnéticos. Este método é preferencialmente adotado na Alemanha e em alguns países da Europa. Neste método, o shield é aterrado no ponto de terra do negativo da fonte ou da barreira de segurança intrínseca do lado seguro e, além disso, no terra das caixas de junções e nas carcaças dos equipamentos, sendo estas também aterradas pontualmente, no lado não seguro. Outra condição seria complementar a esta, porém os terras seriam aterrados em conjunto em uma linha equipotencial de terra, unindo o lado não seguro ao lado seguro.
Para mais detalhes, sempre consultar as normas de segurança do local. Recomenda-se utilizar a IEC 60079-14 como referência em aplicações em áreas classificadas.
Figura 9 - Várias Formas de Aterramento e Shield.
Reduzindo custos com a instalação Profibus-PA: Controlador Profibus-DP e PA SMAR
Novas tecnologias surgem a todo o momento, mas algumas proporcionam inovações que em muitas vezes podem abrir uma grande possibilidade de soluções industriais até então nunca imaginadas. Sempre procurando inovar e em muitas vezes surpreendendo o mercado de automação, a SMAR recentemente lançou em um único controlador os protocolos de campo Profibus-DP e PA.
A SMAR formece ao mercado o controlador DF97, que possui no mesmo cartão, dupla porta de comunicação ethernet 10/100 Mbps, uma porta Profibus DP de até 12Mbits/s e quatro portas Profibus PA. Este equipamento suporta um total de 126 escravos, que podem ser divididos entre as redes Profibus DP e PA, sendo que cada canal PA suporta até 32 escravos. Nesta arquitetura o gateway para conversão DP/PA encontra-se montado internamente com o processador lógico da CPU. Esta composição proporcionou uma maior compactação interna no painel, uma diminuição do hardware utilizado e uma menor composição de fabricantes na apresentação da solução Profibus. Outra vantagem é que a comunicação Ethernet chega até o ponto onde se inicia a comunicação PA. A SMAR também possui o controlador DF95 com as mesmas características do DF97, mas com dois canais Profibus-PA.
Figura 10 - Controlador DF97 - Profibus-DPV1 com canais Profibus-PA
Figura 11- Esquema ilustrativo do DF97 - Mestre Profibus DPV1 com 4 canais PROFIBUS-PA e 1 canal PROFIBUS-DP.
Conclusão
Vimos neste artigo detalhes do meio físico IEC61158-2 no Profibus-PA.
Este artigo não substitui os padrões IEC 61158 e IEC 61784 e nem os perfis e guias técnicos do PROFIBUS. Em caso de discrepância ou dúvida, os padrões IEC 61158 e IEC 61784, perfis, guias técnicos e manuais de fabricantes prevalecem. Sempre que possível, consulte a EN50170 para as regulamentações físicas, assim como as práticas de segurança de cada área.
A SMAR possui uma ampla equipe especializada em projetos, certificações de redes e instalações em Profibus. Para mais detalhes, acesse o canal direto de comunicação com os engenheiros especialistas em instalações e tecnologia PROFIBUS e AS-i da SMAR: http://www.smar.com/brasil2/especialistas_profibus.asp
Consulte a solução completa SMAR Profibus: http://www.smar.com/brasil2/profibus.asp
http://www.smar.com/brasil2/system302/
Referências:
- Manuais SMAR Profibus
- Aterramento, Blindagem, Ruídos e dicas de instalação - César Cassiolato
- EMI - Interferência Eletromagnética - César Cassiolato
- www.smar.com.br
- Especificações técnicas e Guias de Instalações Profibus.
- Material de Treinamento e artigos técnicos Profibus - César Cassiolato
- Revista Mecatrônica Atual, "Profibus Meio Físico IEC 61158-2", - César Cassiolato, Edição 49, 2011: http://www.mecatronicaatual.com.br/files/file/MA49web.pdf
- http://www.smar.com/brasil2/artigostecnicos/
* César Cassiolato é Diretor de Marketing, Qualidade e Engenharia de Projetos & Serviços da SMAR Equipamentos Ind. Ltda., foi vice Presidente da Associação Profibus Brasil América Latina de 2002 a 2006 e Presidente de 2006 a 2010, Diretor Técnico do Centro de Competência e Treinamento em Profibus desde 2007, Diretor do FDT Group no Brasil desde 2007, Engenheiro Certificado na Tecnologia Profibus e Instalações Profibus pela Universidade de Manchester.
