ENGENHARIA ELÉTRICA Redes Industriais...O Profibus é um dos protocolos que fazem parte do grupo...
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Segurança intrínseca
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Rede AS-i com componentes de segurança e componentes comuns
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• 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
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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
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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
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Grupos de equipamentos
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Tipos de proteção
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Segurança Intrínseca Ex i
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Limitação de tensão;
Limitação de corrente;
Limitação de energia acumulada (Capacitância e indutância)
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Segurança Intrínseca Ex i
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Segurança Intrínseca Ex i
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Segurança Intrínseca Ex i
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Grau de proteção IP
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Grau de proteção IP
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Rede PROFIBUS
P R O F I
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PROCESS FIELD BUS
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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);
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Exemplo
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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
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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
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PROFIBUS-PA
PROFINET
IEC 61158-2 RS-485/FO
Manufacturing Process
Internet Internet
OS
AS-Interface
PROFIBUS-DP
OS
Industrial Communication
PLC IPC
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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
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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
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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.
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Repeater
Repeater Bus terminal
OP S7-400
TD
ET 200
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PROFIBUS – Configuração Mista
FO
RS 485
Ring
Bus
SIEMENS ET200C
SIEMENS ET200C
OLM
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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%
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Profibus PA
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•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.
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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
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• 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;
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Características
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PROFIBUS PA
"SpliTConnect
como um derivador"
Segmento
PROFIBUS-PA
DP/PA Link
24 V
x+
PROFIBUS-DP
"SpliTConnect
com Resistor
de terminação"
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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
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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
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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
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Camada Física PROFIBUS-PA
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Maximum power and number of devices per PA segment in hazardous areas
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Cables for IEC 61158-2 transmission
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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
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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
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Redes Industriais
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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
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PROCESS FIELD BUS
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I ≤ 400mA
U = R x I = (L x 44 Ω/1000m) x I ≤ 19V - 9V
==> L = (10V x 1000m) / (44 Ω x I)
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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)
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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).
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