Apostila - Profibus DP

MANUAL DE INSTRUES

Rede Profibus DPRecomendaes de Instalao

Instalao Profibus DP


Rede Profibus DP:A rede Profibus permite a comunicao entre dispositivos de diferentes fabricantes, sem qualquer ajuste especial. Pode ser utilizada em aplicaes de tempo real (com o PLC na ativa) que requerem alta velocidade ou em tarefas de comunicao complexas. Existem trs protocolos funcionais de comunicao (Perfis de Comunicao): PA, DP e FMS. O perfil de comunicao DP o mais utilizado frequentemente, est otimizado para alta velocidade, eficincia, custo baixo de ligao e est projetado para comunicao entre sistemas de automao e perifricos distribudos. O perfil DP indicado tanto para a substituio convencional da transmisso paralela de sinal 24 volts, (utilizado na automao industrial), como para a transmisso analgica de 4 - 20mA no processo automatizado. O Profibus DP foi projetado para a troca eficiente de dados ao nvel de campo. Os dispositivos centrais (tais como PLC/PC ou sistemas de controle de processo) comunicam entre os dispositivos de campo distribudos (tais como drivers, vlvulas, I/O ou transdutores de medida) atravs de uma ligao srie. A troca de dados de I/O entre os dispositivos de campo cclica e a troca de dados de configurao aciclica. A rede Profibus DP permite interligar 127 escravos, porm alguns endereos j esto ocupados. O endereo 0 utilizado para uma eventual ferramenta de programao, o endereo 125 utilizado para um escravo default e o endereo 126 reservado para uma transmisso Broadcast (no usado quando se tem apenas 1 mestre na rede), onde uma estao ativa envia uma mensagem (no confirmada) a todas as outras estaes ativas (mestres e escravos). Assim sobram 124 endereos possveis (de 1 124). O meio de transmisso o RS-485 podendo chegar dependendo da taxa de comunicao e uso de repetidores a uma distncia de 15 Km. A rede terminada por um terminador no comeo e no fim de cada segmento. O ponto de maior importncia para o perfeito funcionamento de uma rede Profibus a qualidade de instalao seguindo os critrios e procedimentos aqui definidos, garantindo com isto a operao da rede de forma estvel e constante, para isto deve-se antes de iniciar um projeto com rede Profibus ler atentamente este manual, onde descreve os itens a serem verificados.

Exemplo de Detalhamento de Projeto:

1227

VM

CH BR

CL AZ AZ CL

SH

PLC S7

V+

BR CH

VM

SH

BR CH

AZ CL

VM

SH

VM

CH BR

CL AZ

SH

V-

V+

Box N 5

CL

V- PT

PT

MDULO PROFIBUS (2 ENTRADAS / 2 SADAS) (DIGITAIS)

V-

CAIXA DE I/O N1

V+ CH

CL

N 03

TerminadorV+ V-

CABO DE REDE COMPR. 30M

XX 000

0.6 MAZ PT

PT

V-

COMPR. 10M

0.3 M

ENTRADA FONTE N2

N 30

XX 000


V+ CH


VM

0.4 M

CH BR

CL AZ

SH

V-

V+

CAIXA DE I/O N4

MDULO PROFIBUS (2 SADAS) (ANALOGICAS)

N 24

V+ CH

CL

V+

BR CH

AZ CL

V+ CH

VM

SH

V-

CAIXA DE I/O N2

N 20

MDULO PROFIBUS (2 ENTRADAS ) (ANALOGICAS)

CL

CL

V+ CH



N 15

XX 000

Este Manual Contem:1 - Funes DP 2 - Topologia 3 - Indicao dos Instrumentos e Interligaes 4 - Endereamento dos Instrumentos na Rede Profibus 5 - Cabo Profibus DP 6 - Terminador de rede 7 - Repetidor de rede, distribuidor de alimentao 8 - Nmero de estaes ativa, nmero de redes por PLC 9 - Queda de tenso e corrente nos diversos trechos da rede 10 - Posicionamento da fonte, recalculo das correntes de tenses 11 - Cuidados com a rede 12 - Monitoramento da rede Profibus 13 - Software

V+ CH

0.4 M

VM

CH BR

CL AZ

SH

V+

V- PT

VM

0.6 M

CH BR

CL AZ

SH

Box N 4

CL

V-

V+

BR CH

AZ CL

VM

V+ CH

V+

V-

V+

BR CH

AZ CL

SH

PT

VM

SH

0.5 M

Separao das Fontes

N 13

XX 000

0.3 M

N

X10

X1

NOTAS

PLC 01

TAG

Des. 1 Sense 1 2 Sense

N 11

XX 000

PT

V-

Box N 3

V+ CH

CL

V- PT

V-

N 09

XX 000

N 08

VM

VM

AZ

SH

BR

PT

AZ

SH

BR

PT

1233

1234

1235

1236

N PARA FERRAMENTA DE PROGRAMAO PROFIBUS

VM

VM

AZ

SH

BR

PT

AZ

SH

BR

PT

1240

1239

A instalao de redes sem um pr-projeto, levam a frustantes resultados operacionais, quando funcionam, e muitas vezes de difcil correo, pois normalmente os fundamentos bsicos no foram observados. Toda a funcionalidade futura da rede Profibus comea com um projeto prvio e detalhado mostrando todos os instrumentos pertencentes a rede com o seu respectivo modelo, tageamento, localizao fisica bem como entrada e sada do cabo de rede e as derivaes, se for o caso, demonstrar a continuao e trmino da rede.


Projeto da Rede:

0.5 M


MDULO PROFIBUS (2 ENTRADAS / 2 SADAS) (DIGITAIS)

V-

CAIXA DE I/O N3

N 07

XX 000

PT

V-

Box N 2

V-

CL

V- PT

N 06

XX 000

N 05

V+

BR CH

AZ CL

V-

VM

SH

PT

VM

VM

V- PT

V+ CH

VM

SH

BR

BR

CL AZ

SH

SH

AZ

AZ

SH

BR

PT

1228

1229

1230

1231

1232


CH BR

Box N 1

CL

PT

ENTRADA FONTE N1

V+

V-

VM

V+

V- PT

Terminador

VM

VM

AZ

SH

BR

PT

AZ SH BR

PT

1243 1242 1241 1238 1237



1 - Funes Bsicas DP:O controlador central (mestre) l ciclicamente a informao de entrada dos escravos e escreve tambm ciclicamente a informao de sada nos escravos. O tempo de ciclo do bus geralmente mais curto que o tempo de ciclo do programa do PLC, que em muitas aplicaes em torno de 10 ms. Alm da transmisso cclica de dados de usurio, PROFIBUS-DP proporciona funes poderosas de diagnstico e configurao. A comunicao de dados controlada por funes de monitorao tanto no mestre, como no escravo. A seguir um resumo das funes bsicas do PROFIBUS-DP. Acesso Rede: - Procedimento de passagem de token entre os mestres para aplicaes multi-mestre e comunicao mestre-escravo entre mestres e escravos; - Possibilidade de sistema multi-mestre; - Dispositivos mestre e escravo, mximo 124 estaes ativas, equipamentos Sense tem endereamento limitado a 99. Comunicao: - Ponto a Ponto (comunicao de dados de usurios da rede) ou multicast (comandos de controle); - Comunicao mestre-escravo cclica de dados; Estado de Operao: - Operate: Transmisso cclica de dados de E/S; - Clear: As entradas so lidas, as sadas permanecem num estado seguro; - Stop: Diagnstico e parametrizao, nenhuma transmisso do mestre; Sincronizao: - Os comandos de controle permite a sincronizao das entradas e das sadas; - Modo Sync: Entradas so sincronizadas; Funes: - Transferncia cclica de dados; - Ativao dinmica ou desativao de escravos individuais; - Funes poderosas de diagnstico, 3 nveis hierrquicos de mensagens de diagnstico; - Sincronizao das entradas e/ou sadas; - Possibilidade opcional de atribuio de endereos aos escravos pela rede; - Possibilidade de um mximo de 244 bytes de dados, sendo 236 bytes de entrada e sada para cada escravo e 8 bytes de controle; Funes de Proteo: - Controle com Watch Dog de um escravo DP que permite descobrir falhas no mestre a ele associado; - Proteo no acesso a entradas e sadas do escravo; Tipos de Dispositivos: - Mestre DP Classe 2 (DPM2) - Mestre DP Classe 1 (DPM1) - Escravos DP, por exemplo dispositivos com entradas/ sadas binrios ou analgicos, vlvulas, drivers.

18 14 10 6 2

Bus Cycle Time (ms)

500 Kbit/s

1.5 Mbit/s

12 Mbit/s 2 10 20 30 Slaves

Des. 2

Tempo de ciclo de um sistema PROFIBUS - DP mono-master

Funes de diagnstico: As vrias funes de diagnsticos do PROFIBUS-DP permitem a rpida localizao de falhas. As mensagens de diagnsticos so transmitidas ao barramento e coletadas no mestre. Estas mensagens so divididas em trs nveis: Diagnsticos de Estao: estas mensagens ocupam-se com o estado operacional geral da estao (por exemplo: alta temperatura ou baixa tenso). Diagnsticos de Mdulo: estas mensagens indicam que existe uma falha em um I/O especfico (por ex.: o bit 3 do mdulo de sada) de uma estao. Diagnsticos de Canal: estas mensagens indicam um erro em um bit de I/O (por ex.: curto-circuito na sada 3).

1.1.2. Tipos de Dispositivos e Configurao do Sistema:O PROFIBUS DP permite sistemas mono e multi-mestre oferecendo um alto grau de flexibilidade na configurao do sistema. At 124 dispositivos (mestres ou escravos) podem ser ligados a um barramento. Sua configurao consiste na definio do nmero de estaes, dos endereos das estaes e de seus I/Os, do formato dos dados de I/O, do formato das mensagens de diagnstico e os parmetros de barramento. Cada sistema de PROFIBUS-DP pode conter trs tipos de dispositivos diferentes: Classe-1 DP MASTER: um controlador central que troca informao com as estaes descentralizadas (por ex.: DP slaves) dentro de um ciclo de mensagem especificado. Dispositivos mestres tpicos incluem controladores programveis (PLCs) e PC ou sistemas VME. Classe-2 DP MASTER: so terminais de engenharia, programadores, dispositivos de configuraes ou painis de operao. So utilizados durante o comissionamento para configurao do sistema DP e tambm para a manuteno e diagnstico do barramento e/ou de seus dispositivos. DP SLAVE: um dispositivo perifrico (dispositivos de I/O, drivers, IHM, vlvulas, etc.) que coleta informaes de entrada e enviam informaes de sada ao controlador . Pode haver dispositivos que possuem somente informaes de entrada e outros com somente informaes de sada A quantidade de informao de I/O depende do tipo de dispositivo. Um mximo de 236 bytes de entrada e 236 bytes de sada so permitidos. 4 Sense

1.1.1. Caractersticas Bsicas:Somente uma alta velocidade de transferncia de dados no um critrio suficiente para o sucesso de um sistema de comunicao de dados. Instalao e manuteno simples, uma boa capacidade de diagnstico e uma transmisso de dados segura e livre de erros so tambm importantes para o usurio. O PROFIBUS-DP representa a combinao tima destas caractersticas. Velocidade: O PROFIBUS-DP requer aproximadamente 1 ms a 12 Mbit/sec para a transmisso de 512 bits de dados de entrada e 512 bits de dados de sada distribudos em 32 estaes. A desenho 2 mostra o tempo tpico de transmisso do PROFIBUS-DP em funo do nmero de estaes e da velocidade de transmisso. O significativo aumento da velocidade em comparao com o PROFIBUS-FMS deve-se principalmente ao uso do servio SRD (Envia e Recebe Dados) da camada 2 (OSI) para transmisso de entrada/sada de dados num nico ciclo de mensagem. Sense 3

Instalao Profibus DPDP Master (Class 1)

Instalao Profibus DP A transmisso de dados entre o DPM1 e os escravos DP dividida em trs fases: parametrizao, configurao e transferncia de dados. Durante as fases de configurao e parametrizao de um Escravo- DP, sua configurao real comparada com a configurao projetada no DPM1. Somente se corresponderem que o Escravo-DP passar para a fase de transmisso de dados. Assim, todos os parmetros de configurao, tais como tipo de dispositivo, formato e comprimento de dados, nmero de entradas e sadas, etc. devem corresponder configurao real. Estes testes proporcionam ao usurio uma proteo confivel contra erros de parametrizao. Alm da transmisso de dados, que executada automaticamente pelo DPM1, uma nova parametrizao pode ser enviada um Escravo-DP sempre que necessrio.

PROFIBUS - DP

Des. 3

Request frame

DP MASTER

Immediate reply

Final info

Output data

Head info

DP SLAVE

Actuador

Sensor

Descentraliced inputs and outputs

DP Slaves Sistema Mono-mestre PROFIBUS - DP

HeadEm sistemas mono-mestre somente um mestre ativo no barramento durante a fase de operao da rede. A figura 3 mostra a configurao de um sistema mono-master. O PLC o controlador central, sendo os DP-escravos distribudos conectados ele via o barramento. Sistemas Mono-master possuem tempo de ciclo curtssimo. Em configuraes multi-master vrios mestres so ligados a um nico barramento. Estes mestres so sub-sistemas independentes, cada um consistindo em um mestre DPM1 e seus respectivos escravos DP, opcionalmente com dispositivos de configurao e diagnstico adicionais. A imagem de entrada e sada dos escravos DP podem ser lidas por todos os mestres DP. Entretanto, somente um nico mestre DP (por ex.:o DPM1 designado durante configurao) poder escrever em uma sada. Naturalmente sistemas Multimestres possuem um tempo de ciclo mais longo que sistemas Mono-Mestre.

Response fram Input data info

e

Final info

1.1.5. Modo Sync e Freeze:Alm da transferncia de dados com as estaes associadas, executada automaticamente pelo DPM1, o mestre pode enviar tambm comandos de controle a um nico escravo, para um grupo de escravos ou todos escravos simultaneamente. Estes comandos so transmitidos como comandos Multicast. Eles possibilitam o uso dos modos sync e freeze para a sincronizao de eventos nos escravos DP. Os escravos iniciam o modo sincronizado (sync) quando recebem um comando sync de seu mestre. Assim, as sadas de todos escravos endereados so congeladas em seus estados atuais. Durante as transmisses de dados subsequentes os dados de sada so armazenados nos escravos, mas os estados de sada (fsica) do escravo permanecem inalterados. Os dados armazenados de sada no so enviados s sadas at que o prximo comando de sync seja recebido. O modo de Sync concludo com o comando de unsync. De modo semelhante, o comando de controle de congelamento (freeze) fora os escravos endereados a assumirem o modo freeze. Neste modo de operao os estados das entradas so congelados com o valor atual. Os dados de entrada no so atualizados novamente at que o mestre envie o prximo comando de freeze. O modo freeze concludo com o comando de unfreeze.

1.1.3. Comportamento do Sistema:A especificao do PROFIBUS DP inclui uma detalhada descrio do comportamento do sistema para garantir a intercambiabilidade dos dispositivos. O comportamento de sistema determinado principalmente pelo estado de operao do DPM1. DPM1 pode ser controlado localmente ou via o bus pelo dispositivo de configurao. H trs estados principais: STOP: neste estado, nenhuma transmisso de dado entre o DPM1 e os escravos DP ocorre. CLEAR: neste estado, o DPM1 l a informao de entrada dos escravos DP e retm as sadas no estado de segurana. OPERATE: neste estado, o DPM1 est na fase de transferncia de dados. Numa comunicao cclica de dados, as entradas dos escravos DP so lidas, e as sadas so escritas nos escravos DP. O DPM1 envia ciclicamente, em um intervalo de tempo determinado e configurvel, seu estado atual todos os escravos DP associados atravs do comando denominado Multicast J a reao do sistema um erro durante a fase de transferncia de dados para o DPM1 (por ex.: falha de um escravo DP) determinado pelo parmetro de configurao auto-clear. Se este parmetro est ativo (=1), o DPM1 altera todas as sadas do escravo DP defeituoso para um estado seguro, assim que tenha detectado que este escravo no est respondendo suas requisies. O DPM1 muda ento para o estado CLEAR. No outro caso, isto , se este parmetro no est ativo (=0), o DPM1 permanece no estado OPERATE mesmo quando uma falha ocorre, e o usurio ento deve programar a reao do sistema, por exemplo, atravs do software aplicativo.

1.1.6. Mecanismos de Proteo:A segurana e confiabilidade se faz necessrio para proporcionar ao PROFIBUS-DP funes eficientes de proteo contra erros de parametrizao ou erros do equipamento de transmisso. Para se obter isto, um mecanismo de monitorao de tempo est implementado tanto no mestre DP quanto nos escravos DP. O intervalo de tempo especificado durante configurao. No Mestre-DP: O DPM1 monitora a transmisso de dados dos escravos com o Data_Control_Timer. Um temporizador de controle independente para cada escravo. Este temporizador expira quando a correta transmisso de dados no ocorre dentro do intervalo de monitorao. O usurio informado quando isto acontece. Se a reao automtica de erro (Auto_Clear = True) estiver habilitada, o DPM1 sai do estado OPERATE, altera as sadas de todos escravos endereados para o estado de segurana (fail-safe) e muda o seu estado para CLEAR. No Escravo-DP: O escravo usa o controle de watchdog para detectar falhas do mestre ou na linha de transmisso. Se nenhuma comunicao com o mestre ocorre dentro do intervalo de controle de watchdog, o escravo automaticamente muda suas sadas para o estado de segurana (fail-safe). Adicionalmente, proteo de acesso requerida para as entradas e sadas dos escravos DP que operam em sistemas multi-mestres. Isto assegura que o direito de acesso s pode ser executado pelo mestre autorizado. Para todos outros mestres, os escravos oferecem uma imagem de suas entradas e sadas que podem ser lidas de qualquer mestre, sem direito de acesso. 6 Sense

1.1.4. Transmisso Cclica de Dados entre o DPM1 e os Escravos DPA transmisso de dados entre o DPM1 e os escravos DP associados a ele executado automaticamente pelo DPM1 em uma ordem definida, que repete-se. Quando configurando o sistema, o usurio especifica a associao de um escravo DP ao DPM1 e quais escravos DP sero includos ou excludos da transmisso cclica de dados do usurio. Sense 5

Des. 4


Instalao Profibus DP Usando a especificao de comprimento na requisio de leitura e escrita, tambm possvel ler ou escrever partes de um bloco de dados. Se acesso aos blocos de dados for bem sucedido, o escravo responde a leitura ou escrita positivamente. Se o acesso no for bem sucedido, o escravo d uma resposta negativa com a qual possvel identificar o erro ou problema.

1.2. Funes Estendidas do PROFIBUS DP:As funes estendidas do PROFIBUS-DP torna-o possvel transmitir funes acclicas de leitura e escrita, bem como alarmes entre mestre e escravos, independente da comunicao cclica de dados. Isto permite, por exemplo, a utilizao de um Terminal de Engenharia (DPM2) para a otimizao dos parmetros de um dispositivo (escravo) ou para se obter o valor do status de um dispositivo, sem perturbar a operao do sistema. Com estas funes estendidas, o PROFIBUS-DP atende os requisitos de dispositivos complexos que freqentemente tm que ser parametrizados durante a operao da rede. Hoje em dia, as funes estendidas do PROFIBUS-DP so principalmente utilizadas na operao online dos dispositivos de campo em PROFIBUS-PA atravs de Terminais de Engenharia. A transmisso dos dados acclicos executada com uma baixa prioridade, paralelamente a transferncia cclica de dados. O mestre requer algum tempo adicional para executar os servios de comunicao acclico. Para permitir isto, a ferramenta de parametrizao normalmente aumenta o tempo de circulao do token o suficiente para dar ao mestre a chance de executar no somente as comunicaes cclica de dados mas tambm tarefas acclicas. Estas funes so opcionais, porm compatveis com as funes bsicas do PROFIBUS-DP. Dispositivos existentes que no necessitam ou no queiram utilizar estas novas funes continuam a ser utilizados, estas funes so complementares s funes bsica existentes.

1.2.2. Transmisso Acclica de Dados Entre um DPM1 e os Escravos:As seguintes funes so disponveis para comunicao acclica de dados entre um mestre (DPM1) e os escravos. MSAC1_Read: o mestre l um bloco de dados de um escravo. MSAC1_Write: o mestre escreve um bloco de dados de um escravo. MSAC1_Alarm: transmisso de um alarme do escravo para o mestre. A confirmao de um alarme explicitamente reconhecida pelo mestre. Somente aps o reconhecimento ter sido recebido, que o escravo capaz de enviar uma nova mensagem de alarme. Isto significa, que um alarme nunca pode ser sobrescrito. MSAC1_Alarm_Acknowledge: o mestre envia um mensagem de reconhecimento para o escravo que enviou um alarme. MSAC1_Status: transmisso de uma mensagem de estado do escravo para o mestre. No haver mensagem de reconhecimento do envio. As mensagens de estado, portanto, podem ser sobrescritas. Os dados so transferidos atravs de uma conexo. Esta conexo estabelecida pelo DPM1. Esta funo s pode ser usada por um mestre que tem tambm parametrizado e configurado o escravo em questo.

1.2.1. Endereamento com Slot e Index:Ao se enderear os dados no PROFIBUS supe-se que os escravos estejam montados como um bloco fsico, ou que possam ser estruturados internamente em unidades de funo lgicas, chamados de mdulos. Este modelo tambm usado nas funes bsicas do PROFIBUS-DP para transmisso cclica de dados, onde cada mdulo tem um nmero constante de bytes de entrada e/ou sada que so transmitidos, sempre em uma mesma posio no telegrama de dados do usurio. O procedimento de endereamento baseado em identificadores que caracterizam o tipo do mdulo, tal como entrada, sada ou uma combinao de ambos. Todos identificadores juntos resultam na configurao do escravo, que tambm verificada pelo DPM1 quando o sistema inicializa. Os servios acclicos tambm so baseados neste modelo. Todos blocos de dados habilitados para acessos de leitura e escrita tambm so considerados pertencentes aos mdulos. Estes blocos podem ser endereados por um nmero de slot (ranhura) e index (ndice). O nmero de slot enderea o mdulo, e o index enderea o bloco de dados pertencente um mdulo. Cada bloco de dados pode ter um tamanho de at 244 bytes. Com dispositivos modulares, o nmero de slot designado aos mdulos. Iniciando com 1, os mdulos so numerados consecutivamente em ordem crescente. O slot nmero 0 atribudo ao prprio dispositivo. Dispositivos compactos so tratados como uma unidade de mdulo virtual.Index

1.2.3. Transmisso Acclica de Dados Entre um DPM2 e os Escravos:As seguintes funes so disponveis para comunicao acclica de dados entre um Terminal de Engenharia (DPM2) e escravos. MSAC2_Initiate e MSAC_Abort: estabelece e encerra uma conexo para comunicao de dados acclicos entre um DPM2 e um escravo. MSAC2_Read: o mestre l um bloco de dados de um escravo. MSAC2_Write: o mestre escreve um bloco de dados de um escravo. MSAC2_Data_Transport: com este servio, o mestre pode escrever dados aciclicamente em um escravo e se necessrio, tambm ler dados de um escravo no mesmo ciclo de servio. O significado dos dados especfico da aplicao e definido nos perfis. A conexo denominada MSAC_2 e estabelecida antes do incio da comunicao de dados acclica pelo DPM2 atravs do servio MSAC2_Initiate. Aps isto, a conexo est liberada para os servios: MSAC2_Write, MSAC2_Read e MSAC2_Data_Transport. Quando uma conexo no mais necessria, ela desconectada pelo mestre atravs do servio MSAC2_Abort. possvel para um mestre manter vrias conexes ativas ao mesmo tempo. O nmero de conexes que pode ser mantida ativa ao mesmo tempo limitada pelos recursos disponveis nos escravos e varia em funo do tipo de dispositivo. A transmisso de dados acclica efetuada numa seqncia predefinida, que ser descrita seguir, com a ajuda do servio MSAC2_Read. Primeiro o mestre envia uma requisio MSAC2_Read para o escravo; nesta requisio os dados necessrios so endereados usando nmero de slot e index. Aps esta requisio ser recebida, o escravo tem a oportunidade de produzir os dados solicitados. O mestre ento envia telegramas regulares para coletar os dados solicitados dos escravos. O escravo responde aos telegramas do mestre com um breve reconhecimento sem dados, at ele ter processado os dados. A prxima requisio do mestre ento respondida com uma resposta MSAC2_Read, com a qual os dados so transmitidos ao mestre. A transmisso de dados monitorada por tempo. O intervalo de monitorao especificado com o servio DDLM_Initiate quando a conexo estabelecida. Se o monitor de conexo detecta uma falha, automaticamente a conexo desfeita tanto no mestre quanto no escravo. A conexo poder ser estabelecida novamente ou utilizada por um outro parceiro. So reservados para as conexes MSAC2_C2 os pontos de acesso 40 a 48 nos escravos e 50 no DPM2.

Basic device unit Index 0-255 0

Mod 1 Mod 2 Mod 3 Mod 4 Index Index Index Index 0-255 0-255 0-255 0-2558 Digital 16 Digital 8 Digital OUT IN OUT 1 Analog IN

1

2

3

4

Slot_Number in ascending order from left to right

Representation of data during data transmission

Request:

... ...

1 byte output (module 1) 1 byte input (module 3)

2 byte output (module 3)

...4 byte output (module 4)

Response:

Endereamento nos servios acclicos de leitura e escrita dos servios Profibus - DP

Des. 5 7

Sense

8

Sense



2- Topologia:Topologia o termo adotado para ilustrar a forma de conexo fisica entre os instrumentos que compe a rede Profibus. A topologia na rede Profibus DP bsicamente linear.

3- Indicao dos Instrumentos e Interligaes:A indicao das ligaes dos equipamentos que compe a rede Profibus fundamental que seja totalmente detalhado no fluxograma da rede, pois facilita a localizao dos equipamentos para uma futura manuteno possibilitando a substituio do instrumento ou conexo danificados. Os mdulos derivadores descritos no fluxograma da rede devem ser ilustrados com todas as derivaes e instrumentos, mesmo os que no estejam sendo utlizados. Recomendamos que o cabo principal (tronco) seja corretamente identificado nas entradas e sadas dos mdulos para facilitar sua localizao. Identificao Cabo

LineDes. 7OPEN OPEN OPEN

Line/ StubsOPEN OPEN OPEN

Des. 6

1233

1232

1231

1230

1229

< 0.3mTerminadorOPEN OPEN OPEN

1228

OPEN

OPEN




Terminado

AM

VD

AM

MR

AM

AM

MR

VD

VD

VDP

SH

BR

MR

MR

BR

SH

SH

BR

V+

N

P

VMR AM

V+

N

P

VMR

V+ V+

N

P

VMR AM

V+

N

SH

BRVMR V+ N AM SH

Stubs so permitidos desde que no ultrapassem 0,3m segundo as normas para instalao padro RS-485 e desde que a capacidade de todos os stubs no ultrapasse os seguintes valores: Cstges 0,2 nF @ 1500 kbit/s Cstges 0,6 nF @ 500 kbit/s Cstges 1,5 nF @ 187,5 kbit/s Cstges 3,0 nF @ 93,75 kbit/s Cstges 15 nF @ 9,6 and 19,2 kbit/s Embora stubs sejam permitidos, no so comumente utilizados A topologia branch line permitida desde que se utilize de repetidores de rede.

CAIXA DE I/O N2MDULO PROFIBUS (2 ENTRADAS / 2 SADAS) (DIGITAIS)

XX 000

V+ N

N AM SH P VD BR

XX 000

0.4 MN 07

SH VD P BR V-

0.6 MN 06


XX 000

V+ N

0.5 MN 03

SH VD BR P VP

VD BR

Box N 2

V-

Box N 1

V-

N 08

Derivao no utilizada Des. 9

N 05

4- Endereamento dos Instrumentos na Rede Profibus:A indicao do endereamento no fluxograma da rede muito importante, para facilitar a troca caso algum equipamento necessite de manuteno. O endereamento errado do mdulo na rede Profibus ir causar falha no PLC, motivo pelo qual alertamos quanto a necessidade do endereamento correto do novo instrumento. A figura abaixo ilustra no fluxograma este exemplo:

TAG

N

X10

X1

NOTAS

Des. 8

Trecho 1

N PARA FERRAMENTA DE PROGRAMAO PROFIBUS

PLC 01


AM

MR

VDP

SH

V+

N

BRVV+ N

Trecho 2

Trecho 3

Trecho 4

Trecho 6

XX 0000.5M

MR AM SH

V+ N

MR AM SH0.6 M

XX 000

VD POPEN OPEN

P

VD

OPEN

OPEN

OPEN

OPEN

Trecho 5

Trecho 7

N 13

BR V-

Box N 4

V- BR

N 15

O N de repetidores depende da taxa de comunicacao, ex. 6 @ 187.5 ou 9 @ 93.75Kbits/s ,Nota: O comprimento de todas as derivaes ser levado em conta no clculo do comprimento total do cabo de rede. Para aplicaes utilizando configurao diferente de linha, o nmero de repetidores limitado por norma, para confirmao de adeso as normas, consulte nossos especialistas. Sense 9 10

Des. 10

Separao das Fontes

Sense



4.1 - Identificao do Endereo nos Devices:Para facilitar a substituio de algum equipamento tenha em mos a tabela de endereamento que demonstra todas as possveis combinaes para os endereos Profibus utilizando as chaves rotativas. Recomenda-mos que seja descrito no prprio mdulo o n refernte ao endereo Profibus facilitando sua troca.

5- Cabo Profibus DP:O comprimento dos cabos da rede Profibus devem estar descritos na fluxograma da rede, pois com esta informao podemos determinar a queda de tenso dos instrumentos observando os limites do comprimento. O cabo Sense 4 fios composto por um par Condutor Cor Funo (cabo DP 4 fios) de bitola 1,5mm2 para alimentao 24Vcc (MR e BR) e um par de fios para a Marrom Alimentao Positiva (24Vcc) comunicao tipo A (AM e VD) ambos envolvidos por uma fita de alumnio e Amarelo Comunicao Profibus (BUS-N) protegidos por uma malha (blindagem) externa. O uso da blindagem essencial Verde Comunicao Profibus (BUS-P) para obter alta imunidade contra interferncias eletromagnticas. As especificaes determinam tambm as Branco Alimentao Negativa cores dos condutores, que seguem na tabela Tab. 13 ao lado para sua identificao: A tabela abaixo apresenta os comprimentos mximos dos cabos em funo da taxa de comunicao adotada para a rede.

Fig. 11

Endereo Profibus

5.1 - Comprimento dos Cabos (Para Cabo Tipo A): 4.2 - Endereamento: possivel realizar o endereamento dos equipamentos Sense na faixa de 01 at 99, para isto ser necessrio configurar atravs de duas chaves rotativas. A tabela abaixo ilustra a posio das chaves: Baud rate (Kbit/s) Comprimento mx. do Segmento 9.6 1200 m 19.2 1200 m 93.75 1200 m 187.5 1000 m 500 400 m 1500 200 m

Tab. 14 12000 100 m

No X10 X1 0 0 0 0 1 1 2 2 0 3 3 0 4 4 0 5 5 0 0 6 6 7 7 0 8 8 0 0 9 9 10 1 0 1 1 11 1 2 12 3 1 13 1 4 14 1 5 15 1 6 16 1 7 17 1 8 18 1 19 9 20 2 0 1 21 2 2 2 22 2 3 23 2 4 24 2 25 5 2 26 6 7 27 2 2 28 8 2 29 9 30 3 0

No X10 X1 31 3 1 2 3 32 3 33 3 4 3 34 35 3 5 6 36 3 37 7 3 38 3 8 39 3 9 0 40 4 1 4 41 42 2 4 3 43 4 4 44 4 4 5 45 46 6 4 7 4 47 48 4 8 4 9 49 50 5 0 5 51 1 5 2 52 3 5 53 54 4 5 5 55 5 56 5 6 57 7 5 58 5 8 59 5 9 60 6 1 61 0 6

No X10 X1 62 6 2 63 6 3 64 6 4 65 6 5 66 6 6 67 6 7 68 6 8 9 69 6 0 70 7 1 71 7 2 72 7 3 73 7 4 74 7 5 75 7 6 76 7 7 77 7 8 78 7 9 79 7 0 80 8 1 81 8 2 82 8 3 83 8 4 84 8 5 85 8 6 86 8 7 87 8 8 88 8 89 8 9 90 9 0 1 91 9 2

Tipo do Cabo Cabo DP

Bitola Comunicao 1,5 mm

Resistividade Comunicao 0,026 W /m

Capacitncia Comunicao 27 nF/m

A ilustrao a seguir um exemplo de uma instalao demonstrando a aplicao da rede Profibus para uma taxa de velocidade em 500 Kbits/s e de acordo com a tabela 14 o limite do cabo de at 400m.PLC S7CABO DE REDE COMPR. 50MAM AM MR MR SH SH VD VD BRV+ CH MR CL VMR V+ CH V+ CL

CABO DE REDE COMPR. 50MAM BR MR SHVV+ CH

Cabo de Rede

32 MVD BRCL V-

ENTRADA FONTE N2

Cabo de Rede

46 MMR AM SH VDV+ CH MR V+ AM CH SH VD CL BR VCL

TerminadorV+ MR CH AM SH CL VD V- BR

BR

VV+ MR CH AM SH CL VD 3M

XX 0003M

V+

AM CH SH VD CL

CH AM SH CL VD 3M

XX 000

CAIXA DE I/O N3MDULO PROFIBUS (4 ENTRADAS) (DIGITAIS)

CAIXA DE I/O N4MDULO PROFIBUS (4 SADAS) (DIGITAIS)

XX 000

TerminadorENTRADA FONTE N1

N 13

BR

V-

Box N 4

V- BR

N 15

Box N 5

V- BR

N 40

N 20

N 24

Separao das Fontes

Tab. 12

CABO DE REDE COMPR. 40MAM AM MR MR SH SH VD VD BR BRV+ CH MR CL VMR V+ CH V+ CL V-

CABO DE REDE COMPR. 30MAM MR SH VD BRV+ CH MR CL VMR

CABO DE REDE COMPR. 30MMR AM SH VD BRV+ CH V+ CL V-

CABO DE REDE COMPR. 50MMR AM SH VDV+ CH MR CL

Nota: Antes de configurar o endereamento certifique-se que somente este mdulo esteja com o endereo escolhido, caso o endereo ajustado coincidir com outro equipamento os dois mdulos no iro funcionar. Sense 11 12

BR

XX 0003M

V+

AM CH SH VD CL

CH AM SH CL VD 3M

XX 000

CAIXA DE I/O N2MDULO PROFIBUS (2 SADAS) (ANALOGICAS)

XX 0003M

V+

AM CH SH VD CL

CH AM SH CL VD 3M

XX 000


XX 0001M

V+

AM CH SH VD CL

N 11

BR

V-

Box N 3

V- BR

N 09

N 07

BR

V-

Box N 2

V- BR

N 06

N 03

BR

V-

Box N 1

N 08

N 05


Cabo principal 378m / derivacao 22m = 400m

VMR

V+

CH AM SH CL VD V- BR

Des. 16 Sense

Tab. 15

No X10 X1 93 9 3 94 9 4 95 9 5 96 9 6 97 9 7 98 9 8 99 9 9

5.2 - Caractersticas dos Cabos:A tabela abaixo apresenta as caractersticas bsicas do cabo Profibus DP, no par de alimentao e comunicao para a taxa de 500Kbits/ s. Tipo do Cabo Cabo DP Bitola Alimentao 1,5 mm Bitola Dreno 1,5 mm Corrente 4A Resistividade Alimentao 0,025 W /m



Comprimento mximo das Derivaes para Cabo Profibus Sense:Iremos adotar como exemplo para o clculo a taxa de comunicao de 500Kbit/s, nesta taxa o cabo tem uma capacitncia de 0,027nF/m a 25C (est capacitncia vria com a taxa e a temperatura). O comprimento mximo do cabo para a taxa adotada de 400m por segmento ou 32 ns e no mximo 124 ns por rede. Se utilizar mais de 1 segmento, obrigatriamente dever ser utilizado o repetidor de rede profibus DP que tambm a sua quantidade limitada (ver tabela 21 pagina 14). O que ir determinar a quantidade de caixas de derivaes a soma da capacitncia do cabo (ver 2-TOPOLOGIA pagina 9). Lembrando que cada derivao no pode ultrapassar 0,3m. Exemplo: Taxa= 500Kbits/s Cabo tronco= 350m N de derivaes de 0,3m igual 50 derivaes, ento temos no total de 15 metros nas derivaes Comprimento total da Rede= 365m Calculo da capacitncia nas derivaes: 0,027nF/m x 15m = 0,405nF pela norma para uma taxa de 500Kbits/s a capacitncia tem que ser menor ou igual a 0,6nF Neste caso a rede estaria dentro dos padres.

6 - Terminador de Rede:Em casos em que a rede Profibus apresente um descasamento de impedncia, o sinal encontra uma barreira que acarreta uma reflexo de sinal, com uma amplitude proporcional a este descasamento. Esta reflexo, de sentido oposto ser sobreposta ao sinal transmitido, ocasionando srias distores no sinal original, e poder causar a reinicializao da rede. Se em todas as extremidades da rede as impedncia estiverem casadas, o efeito de reflexo ser eliminado e a rede funcionar normalmente.

Marrom Alimentao 24Vcc ( + ) BUS - N

Branco Alimentao 24Vcc ( - ) BUS - P Verde 2 e 4 fios

Vermelho cabo 2 fios Amarelo cabo 4 fios SHIELD

Fig. 17

6.1 - Posio do Terminador:Os terminatores devem ser conectados entre os fios de comunicao nos dois extremos de cada segmento da rede, ou seja, em casos onde utiliza-se repetidores deve se utilizar terminadores entre os segmentos de rede.Trecho 3OPEN

Resumo:Taxa de Comunicao= 500Kbits/s Capacitncia do cabo= 0,027nF/m a 25C Capacitncia mxima permitida por norma= 0,6nF/m Comprimento mximo por derivao= 0,3m Comprimento total de derivaes: 0,6nF / m = 22m 0,027nF / m Quantidade total de derivaes: 22m = 73 derivaes de 0,3m cada 0,3m Para caixa de derivaes de 4 pontos: 73 = 18 caixas 4 Para caixa de derivaes de 8 pontos: 73 = 9 caixas 8Bus - N Branco ( - ) Marrom ( + ) Bus - PShield

3m

Trecho 1

50m

+5 V

B lineOPEN

220

4m GND

4m

Para saber qual a posio correta onde deve-se instalar os terminadores tenha em mos um projeto da rede onde se define os pontos a serem colocados os terminadores, pois muito mais comum do que se pensa a instalao incorreta de terminadores, o que causa funcionamento irregular da rede. Todos os equipamentos em Profibus DP de fabricao da Sense possuem um terminador.

6.2 - Esquema de Ligao do Terminador:O desenho abaixo ilustra como o terminador deve ser ligado a rede profibus DP.Estao 2 Estao 1Marrom ( + ) 390 OhmBus - N Branco ( - ) Marrom ( + ) Bus - P

Bus - N

OPEN

390

OPEN

3m

A line

3m

Trecho 4

Fig. 18220 Ohm390 Ohm

OPEN

Bus - P

Branco ( - )

89m

Trecho 2 390

9m

3m

CaboSense 13 14

Terminador

Des. 19 Sense



7 - Repetidor de Rede:O repetidor de rede profibus DP viabiliza a extenso da rede, sendo que a quantidade de repetidores depende da taxa de comunicao em que a rede esta operando e da topologia adotada, para confirmar o nmero corretode repetidores consulte nossos especialistas.

8 - Nmero de Estaes Ativas:A rede Profibus DP pode ter at 124 estaes ativas. Ressaltamos que esses nmeros so de equipamentos que possuem o chip Profibus ligados ao mesmo meio fsico. Nos equipamentos Sense o mximo endereo que pode ser configurado 99.#15

Trecho 3

Des. 20Trecho 1OPEN

Des. 233m#23OPEN

50m

Trecho 4

Trecho 2

9mOPEN

89m

#12OPEN

OPEN

3m

#10OPEN OPEN

#62

OPEN

3m

OPEN

OPEN

3m

OPEN

4m

4m

8.1 - Nmero de Redes por PLC:Quando existe a necessidade da instalao de mais estaes ativas do que o mximo permitido pela rede, pode - se utilizar mais cartes Profibus, mais existem os seguintes limitantes:#15OPEN

7.1 - Quantidade de Repetidores x Taxa de Comunicao:Rede 1

Des. 24OPEN

Baut rate (Kbit/s) Nmero mximo de repetidores

9,6 9

19,2 9

93,75 9

187,5 6

500 5

1500 4

Tab. 21

#27

Rede 2

#23 #30OPEN

#12OPEN

7.2 - Distribuidor de Alimentao:A funo deste mdulo de distribuir alimentao 24Vcc da Fonte Externa local ( FE ) para a rede Profibus DP quando utiliza-se o cabo 4 fios, monitorando a tenso da linha e protegendo a rede contra picos de tenso e curto - circuito.

8.1.2 - Capacidade de Processamento: (Memria disponvel):A maneira com que feira a leitura atravs do mestre, varivel conforme fabricante / famlia do equipamento, porm, basicamente a memria um dos menores limitantes, pois cada equipamento da rede ocupa um espao, similarmente ao que ocorre com os cartes de I/O convencionais.

Sensores e Instrumentos

ASI-KF-3002/110-220VcaFONTE DE ALIMENTAO EM CORRENTE CONTNUA TIPO CHAVEADA

ON (+) REDE ASI (-) (F) (N) Vca

Des. 22OFFOPEN OPEN OPEN

8.1.3 - Slots:ON

ON

ON

Existe determinados fabricantes que fornecem PLCs com um rack para determinado nmero de cartes, e caso todos os slots estejam ocupados existe a necessidade de troca / expanso do rack. Quando a automao baseada em PC, tambm pode ocorrer restries devido ao nmero de slots livres.

8.1.4 - Velocidade:OPENSensores e Instrumentos

FONTE DE ALIMENTAO EM CORRENTE CONTNUA TIPO CHAVEADA

ASI-KF-3002/110-220VcaFONTE DE ALIMENTAO EM CORRENTE CONTNUA TIPO CHAVEADA

Vca

ON (+) REDE ASI (-) (F) (N) Vca

OFFOPEN OPEN OPEN

ONOPEN OPEN

Quanto maior o nmero de I/Os que o mestre deve fazer a varredura, maior o tempo de processamento das informaes, portanto, este tambm outro limitante, principalmente em processos onde exista a necessidade de velocidade na leitura / processamento / ao. Sinais on / off normalmente no degradam o tempo de resposta, e normalmente no acarretam restries no nmero de equipamentos, j os equipamentos que tem a comunicao pesada, como mdulos para sinais analgicos, o nmero de equipamentos deve ser reduzido, visto que a rede utiliza varias varreduras para obter uma nica varivel analgica.

ASI-KF-3002/110-220Vca


ON

(+)

(N)

(F)

15

REDE ASI

(-)

OPEN

#32NEPO

OPEN

Nota.: Para taxas acima de 1500 Kbit/s no pode-se usar repetidores, pois so taxas muito altas utilizadas para grandes frames (ligao entre CPUs DP).

#10

OPEN

#62

Sense

Sense

16


Instalao Profibus DP Analisando-se os diversos pontos ( ns ) obtemos as correntes descritas abaixo e indicadas na figura anterior: Note que iniciamos o levantamento pelo ponto mais distante da fonte, pois para determinarmos o valor de corrente que deve chegar em cada n temos que saber qual o valor de corrente que sa do mesmo. Ponto H: 1,0A Ponto F: 1,5A Ponto D: 2,0A Ponto B: 2,5A Ponto A: 3,0A Fonte: 3,0A No ponto H temos a soma das correntes consumidas pelos equipamentos com endereo 25 ( J ) e 62 ( I ). A corrente que sai ao ponto F, vinda da fonte de alimentao, ir alimentar os equipamentos G, H e I resultando em 1,5A. Acrescenta-se ao anterior o consumo do elemento E. Neste ponto teremos mais 0,5A do equipamento C. Como todos os equipamentos possuem o mesmo consumo, acrescentamos mais 0,5A do monitor do endereo A. Finalmente o consumo requerido da fonte ser de 3,0A.

9 - Queda de Tenso:Imprescidvel na implementao de uma rede Profibus quando utilizado cabo 4 fios a avaliao da queda de tenso ao longo da linha, que ocasionada pela resistncia ohmica do cabo submetida a corrente de consumo dos equipamentos alimentados pela rede. Quanto maior o comprimento da rede, maior o nmero de equipamentos e mais elevado o consumo dos instrumentos de campo, mais elevadas sero as quedas de tenses podendo inclusive no alimentar adequadamente os mais distantes. Outro ponto a considerar o posicionamento do fonte de alimentao na rede, que quanto mais longe do centro de carga maior ser a queda de tenso. Segundo as especificaes da rede Profibus admiti-se uma queda de tenso mxima de 4,65V, ou seja, nenhum elemento ativo deve receber uma tenso menor do 19,35V entre os fios MR e BR. Lembramos no entanto, de que na prtica a restrio maior ainda, pois normalmente as cargas ligadas aos mdulo de sada on / off normalmente admitem uma variao de 10%, ou seja no poderiam receber tenso menor do que 21,6V.

U devices 21,6VExistem alguns meios para esta avaliao, e o primeiro seria medir as quedas em todos os equipamentos ativos com a rede energizada e todas as cargas ligadas, lembramos que esta no a melhor forma de se analisar o problema pois as modificaes implicam normalmente em mudanas na instalao j realizada. Outros meios como: grficos, programas de computador esto disponveis, mas para uma anlise precisa sugerimos o clculo baseado na lei de ohm.

Nota 1: para este clculo despreza-se a corrente consumida pelo scanner do PLC, pois estes miliamperes so insignificantes para causar algum problema. Nota 2: O valor apresentado do consumo dos monitores de vlvulas de 0,5A um valor didtico para simplificar os clculos, o valor real de uma solenide low power da orderm de 0,05A.

9.1 - Clculo das Correntes:Para se determinar qual o valor de tenso que ir chegar aos equipamentos de campo, primeiramente devemos determinar as correntes nos trechos dos cabos, baseado na corrente de consumo dos equipamentos e pela lei de Kirchoff: A somatria das correntes que chegam em um n igual a somatria das correntes que saem do mesmo.

9.2 - Clculo das Quedas de Tenses:Os clculos das quedas de tenso sero baseados na Lei de Ohm, aplicada a cabos onde o valor da resistncia depende do comprimento do cabo:

U=RxI e R=pxLeU=rxLxISendo: U = tenso em Volts R = resistncia em Ohms I = corrente em Amperes e: R = resistncia equivalente do cabo em Ohms r = resistividade do cabo utilizado Ohms / Metro L = comprimento do cabo em Metros

#53OPEN

OPEN

E 6m F

#16

1A

Fonte 24Vcc50mFONTE DE ALIMENTAO EM CORRENTE CONTNUA TIPO CHAVEADA

25+35+35=95m

G

~ 0mA 15m 2,5A B

ASI-KF-3002/110-220Vca

95m 1A 2mOPEN

OPEN

6m 0,5A 9m 2A D

0,5A

Des. 2624,00V

E 6m F 3A

GOPEN

Vca

REDE ASI

3AOPEN

A #2

0,5A

Des. 25

50m

H

6m

30m x 0,025 x3A =2,25V A = 21,75V

9m x 0,025 x2,5A = 0,56V

6mB = 21,19V

0,5AD = 20,94V H = 19,44V

1A

15mOPEN

0,5A 9m 2A5m x 0,025 x2A = 0,25V

COPEN

#25OPEN

2m

0,5A

OPEN

J

I

OPEN

C

6m

0,5A

1AJ 4m 0,5A

4m

OPEN

#51

#62

2,5A

I

17

Sense

Sense

60m x 0,025 x1A = 1,5V


ON

(+)

(N) (-)

(F)

18

Instalao Profibus DP Fonte: UA = 21,75V: UB = 21,19V: UEF = 20,94V: Partindo-se da fonte de alimentao com a tenso nominal de 24Vcc, temos: A corrente de 3,0A sobre o lance de 30 metros de cabo: U = 0,025W/m x 30m x 3A = 2,25V \UA = 24V - 2,25V = 21,75V O trecho AB de 9m est submetido a corrente de 2,5A: U = 0,025W/m x 9m x 2,5A = 0,56V \UB = 21,75V - 0,56V = 21,19V Supomos que a distncia E at F desprezvel, ento teremos apenas um subtrecho de 5m sumetido a 2,0A: U = 0,025W/m x 5m x 2A = 0,25V \UEF = 21,19V - 0,25V = 20,94V No trecho final com 60m e corrente de 1A, temos: U = 0,025W/m x 60m x 1A = 1,5V \UH = 20,94V - 1,5V = 19,44VA = 21,75V


9.3 Tenso nos Equipamentos:Analogamente iremos aplicar a mesma Lei de Ohm para as derivaes:

Limite Profibus > 24V - 4,65V > 19,35VG = 21,02V

24,00V

6m 6m 15m 0,5A B = 21,19V 9m 2A 0,5AD = 20,92V

UH = 19,44V:

3A

50m

H = 19,50V

0,5A

OPEN

OPEN

4m 0,5A

Somente o Ponto A est correntamente alimentado acima de 24V - 10% (21,6V) 6m x 0,025 x0,5A = 0,075V

4m x 0,025 x1A = 0,1V

6m x 0,025 x1A = 0,14V

A derivao da linha tronco at o equipamento C de 6m: UC = 21,1V: U = 0,025W/m x 6m x 0,5A = 0,075V \UC = 21,19V - 0,075V = 21,1V UE = 21,02V: A queda de tenso nesta derivao ser a mesma pois o comprimento tambm de 6m e a corrente de 0,5A, portanto: U = 0,025W/m x 6m x 0,5A = 0,075V \UE = 21,1V - 0,075V = 21,02V O mesmo acontece com a derivao FG (desprezando-se a distancia entre o trecho DF: U = 0,075V \UG = 21,02V No trecho de 6m temos a corrente de 1A: U = 0,025W/m x 6m x 1A = 0,15V \UI = 19,50V - 0,15V = 19,35V No trecho restante de 4m temos somente 0,5A: U = 0,025W/m x 4m x 1A = 0,1V \UJ = 19,35V - 0,1V = 19,25V

UG = 21,02V: UI = 19,35V: UJ = 19,25V:

Concluso:Desta forma, verificamos que o ponto J apresenta tenso menor do que 19,35V e ir apresentar problemas de alimentao. Observe tambm que os pontos C, E, G, I e H no acionaro corretamente suas solenides que admitem uma queda de tenso mxima de 10%, ou seja, funcionam bem com at 21,6V. IMPORTANTE: no adianta aumentar a capacidade da fonte, que no trar nenhum efeito na queda de tenso na rede, e no nosso exemplo uma fonte de 3A ou 50A no resolveria o problema. NOTA: Os valores utilizados so apenas ilustrativos, para a simplificao dos clculos. O comprimento de cada derivao na realidade, no poder passar de 0,3m 19 Sense Sense 20

OPEN

NOTA: Os valores utilizados so apenas ilustrativos, para a simplificao dos clculos. O comprimento de cada derivao na realidade, no poder passar de 0,3m

6m

C = 21,1V

J = 19,25V

I = 19,35V

2m

Os clculos acima ainda no representarem a tenso que efetivamente chega aos equipamentos, j podemos verificar que a tenso no fim da linha est muito perto do mnimo requerido (19,35V).

OPEN

2,5A

1A

1A 95m

OPEN

Des. 27

OPEN

E = 21,02V



10 - Posicionamento da Fonte:Como pudemos verificar no exemplo anterior, quanto maior for o comprimento dos cabos maior ser a queda de tenso e uma maneira simples de diminuir significativamente a queda de tenso a mudana da fonte de alimentao externa. O ponto ideal para a colocao da fonte de alimentao na rede o mais prximo possvel do centro de carga, ou seja no trecho da rede que mais consome. Normalmente no se deve instalar a fonte junto ao PLC, pois geralmente est localizado longe do primeiro equipamento de campo.

10.2 - Recalculo das Tenses:G = 23,92V

95m 1ASense Eletrnica LtdaOPEN

OPEN

OPEN

E = 23,92V

Des. 2915m x 0,055 x0,5A = 0,18V

6m

50m

10.1 - Recalculo das Correntes:Para melhor visualizao iremos a seguir refazer os clculos das quedas de tenso reposicionando-se a fonte e os clculos seguem o mesmo raciocnio adotado:A = 23,6VOPEN

6mB = 23,78V

0,5A 3AD = 24,00V H = 22,5V

15m 0,5A

0,5A 9m 1A

0,5A

OPEN

OPEN

E 6m F

9m x 0,025 x1A = 0,22VOPEN

OPEN

G

6m

~ 0mA

50m

6m B 0,5A 9m 1A D

0,5A 3A24,00V

95m

1A

Des. 28

4m 0,5A

AOPEN

15m 0,5A

H

No adianta aumentar a capacidade da fonte.

6m x 0,025 x0,5A = 0,075V C = 23,7V

4m x 0,025 x1A = 0,1V J = 22,25V

6m x 0,025 x1A = 0,15V I = 22,35V

0,5A

6m

1A

2m

UD = 24,00V:OPEN OPEN

Ponto de entrada da fonte de alimentao. Queda de somente 0,5A do equipamento E no cabo de derivao de 6m: U = 0,025W/m x 6m x 0,5A = 0,075V \UE = 24V - 0,075V = 23,92V Consideremos o trecho DF de comprimento desprezvel. Idem ao ponto E. No trecho final com 95m e corrente de 1A, temos: U = 0,025W/m x 60m x 1A = 1,5V \UH = 24,00V - 1,5V = 22,5V Onde temos 1A dos equipamento I e J sob o cabo de derivao de 2m: U = 0,025W/m x 6m x 1A = 0,15V \UI = 22,5V - 0,15V = 22,35V Somente 1A do equipamento J no trecho do cabo de derivao 2m: U = 0,025W/m x 4m x 1A = 0,1V \UJ = 22,35V - 0,1V = 22,25V Queda de 1A dos equipamentos A e B no trecho BD: U = 0,025W/m x 9m x 1,0A = 0,22V \UB = 24V - 0,22V = 23,78V Idem ao ponto E, resultando em: UC = 23,78V - 0,075V = 23,7V

C

4m 0,5A

OPEN

UE = 23,92V: UF = 24,00V: UG = 23,92V:

J

I

UH = 22,5V: UI = 22,35V:

Ponto H: 1,0A Ponto F: 1,5A Ponto D: 2,0A Ponto B: 1,0A Ponto A: 0,5A

No ponto H temos a soma das correntes consumidas pelos equipamentos J e I, nada mudou. A corrente que sai ao ponto F, vinda da fonte de alimentao, ir alimentar os equipamentos G, H e I resultando em 1,5A. Acrescenta-se ao anterior o consumo do elemento E, e sem mudanas at este ponto. Neste ponto observamos uma reduo, atravs do ponto B passa a corrente somente, dos equipamentos A e C com total de 1A.

UJ = 22,25V: UB = 23,78V: UC = 23,7V: UA = 23,6V:

No ponto A, circula somente 0,5A e o trecho at o PLC somente alguns mA que so despreziveis para os nossos clculos. Note que o valor de corrente fornecido pela fonte no se alterou com relao ao exemplo anterior, porm no temos nenhum trecho da rede com a corrente total de 3A, ao contrrio do exemplo anterior. NOTA: Os valores utilizados so apenas ilustrativos, para a simplificao dos clculos. O comprimento de cada derivao na realidade, no poder passar de 0,3m

Queda de 0,5A do equipamento A no trecho AB: U = 0,025W/m x 15m x 0,5A = 0,18V\UA = 23,78V - 0,18V = 23,6V Com esta alterao a tenso mnima da configurao anterior no ponto J de 19,25V passou para 22,25V com um ganho de 3V. Um grande nmero de casos podem ser resolvidos somente com a alterao da posio da fonte de alimentao. Se considerarmos no exemplo anterior, somente a vlvula do ponto A estava corretamente alimentada, com tenso maior que 24V -10% ou seja: 21,6V e no exemplo atual todas esto perfeitamente alimentadas, confirmamos que o pr-projeto da rede de extrema necessidade, pois mudanas depois da instalao pronta pode causar srios transtornos. NOTA: Os valores utilizados so apenas ilustrativos, para a simplificao dos clculos. O comprimento de cada derivao na realidade, no poder passar de 0,3m Sense 22

21

Sense

2m

1A

60m x 0,025 x1A = 1,5V



11 - Cuidados com a Rede ao Utilizar Cabo 4 Fios:Um dos pontos mais importantes para o bom funcionamento da rede Profibus a blindagem dos cabos, que tem como funo bsica impedir que fios de fora possam gerar rudos eltricos que interfiram no barramento de comunicao da rede. NOTA: Aconselhamos que o cabo da rede Profibus seja conduzido separadamente dos cabos de potncia, e no utilizem o mesmo bandejamento ou eletrodutos. Para que a blindagem possa cumprir sua misso de extrema importncia que o fio dreno esteja aterrado em apenas um ponto. Quando se aterra em vrios pontos constantemente a rede apresenta anomalias em seu funcionamento, como por exemplo mudana no tempo de varredura deixa a rede instavel.SCANNER ProfibusMR AM MALHA VD BR

11.3 - Entrada dos Cabos nos Equipamentos:O cabo Profibus possui uma blindagem externa em forma de malha, que deve ser sempre cortada e isolada com fita isolante ou tubo plstico isolador em todas as extremidades em que o cabo for cortado. Deve-se tomar este cuidado na entrada de cabos de todos os equipamentos, principalmente em invlucros metlicos, pois a malha externa do cabo no deve estar ligada a nenhum ponto e nem encostar em superfcies aterradas. Fig. 34

GND

Des. 30

V- V+ Fonte de Alimentao da Rede Profibus

SCANNER ProfibusMR AM MALHA VD BR

11.1 - Verificao da Isolao da Blindagem:Ao final da instalao deve-se conferir a isolao da malha e dreno em relao ao aterramento e com um multmetro que deve acusar mais de 1MW. Com o monitor de alimentao deve-se retirar o jump FE - e GND antes de efetuar as medies. Aps este teste o fio dreno deve ser interligado ao negativo V- da rede no borne - da fonte de alimentao que energizara a rede. Ento ambos V- e - devem ser ligados ao sistema de aterramento de instrumentao da planta em uma haste independente do aterramento eltrico, mas diferentes hastes podem ser interconectadas por barramento de equalizao de potencial. Des. 31GND

11.4 - Borne de Dreno:V- V+ Fonte de Alimentao da Rede Profibus

Des. 32

Existe ainda um fio de dreno no cabo Profibus , que eletricamente est interligado a malha externa do cabo, e tem como funo bsica permitir a conexo da malha a bornes terminais. Inclusive todos os equipamentos Profibus DP Sense possuem um borne para conexo do fio de dreno, que internamente no est conectado a nenhuma parte do circuito eletrnico, e normalmente forma uma blindagem em volta do circuito atravs de pistas da placa de circuito impresso.

Fig. 35

11.2 - Blindagem de Redes com Mltiplas Fontes:Outro detalhe muito importante quando a rede Profibus utiliza duas ou mais fontes de alimentao e somente uma deve estar com o negativo da fonte aterrado em uma haste junto com o fio de dreno da rede.Observe que neste caso as fontes de alimentao no devem ser ligadas em paralelo, e para tanto deve-se interromper o positivo, para que em um mesmo trecho no exista duas fontes.TRECHO 1 MR AM MALHA VD BR Interromper V+ TRECHO 2

11.5 - Isolao do Dreno:Da mesma forma que a blindagem externa, aconselhamos isolar o fio de dreno em todas as suas extremidades com tubos plsticos isoladores, a fim de evitar seu contato com partes metlicas aterradas nos instrumentos.

Des. 33V- V+ Fonte de Alimentao da Rede Profibus V- V+ Fonte de Alimentao do Trecho 2

Fig. 36 23 Sense Sense 24



12 - Monitoramento da Rede Profibus:Existem alguns instrumentos para checagem de redes Profibus que so muito teis, tanto para manutenes corretivas como para manutenes preventivas, como por exemplo o BT-200 fabricado pela Siemens.

12.4 - Teste de Instalao Eltrica:O teste de instalao eltrica para um segmento de rede executado entre o BT 200 e a tomada de teste. Durante a fase de inicializao, um teste pode ser executado de ponto a ponto. Curtos circuitos tambm podem ser detectados. O conector de teste sempre instalado no fim do segmento de rede conforme desenho 41. Essa tomada de teste servir para alguns testes como : distncia de cabo e sinal refletido.

12.1 - BT200:1) Conexo PROFIBUS-DP ( conector DB9 ) 2) Display (2 x 16 carter) 3) Boto ON/OFF 4) Boto TESTE (iniciar teste) 5) Cursor 6) Boto OK (vrias funes) 7) Boto Esc 8) Conexo para carregador

1 2

Test path

3 4 5 6Fig. 37Siemens BT200

BT 200 Vx.xx (C) Siemens

Siemens

BT200

Siemens

BT200

Test plug connector

TEST

TEST

TEST

7 8ESC OK ESC OK ESC OK

12.2 - Modo Normal:O BT 200 ligado mantendo o boto de ON/OFF precionado at que o display acenda, mostrando por aproximadamente 2 segundos a seguinte tela: Des. 38

BT20012.5 - Teste de Terminao:

Des. 41

BT200 (C) Siemens Battery

VX.XX

Nenhum mestre Profibus pode ser conectada rede. O teste comeado apertando o boto de TESTE. Em seguida duas mensagens so exibidas se o teste for concludo prosperamente. Para um terminandor (contanto que a instalao no foi completada, um nico terminador est presente). Des. 42 Des. 43

Logo aps aparecer a tela de indicao de carga de bateria, tambm por aproximadamente 2 segundos: Des. 39

Cabeling (1R) Cabeling (2R)

o.k. OK o.k. OK

Depois que a instalao foi concluda, dois terminadores devem ser inseridos. Depois que a tela de carga da bateria desaparece, o BT 200 assume o modo normal e exibe a tela para o inicio do teste de instalao eltrica. Des. 40

Start Test TEST12.3 - Modo de Economia de Energia:

O teste concludo apertando o boto OK, e um novo teste de instalao eltrica pode ser comeado. O teste de instalao eltrica tambm pode ser concludo ou pode ser terminado a qualquer momento apertando o boto ESC.

Se nenhum boto for precionado por aproximadamente 3 minutos e nenhuma medida for executada, o BT200 deligar automaticamente para poupar a carga da bateria. 25 Sense Sense 26



12.6 - Algumas Mensagens de Erro do Teste de Instalao Eltrica:Station test:Confira se a alimentao foi retirada de todos os componentes da rede.

13 - Software:O software mais comum nas aplicaes em rede Profibus o Simatic Manager da Siemens, necessrio para a configurao do sistema. Lembramos que existem softwares de outros fabricantes, para configurao da rede e tambm os softwares especficos para programao da lgica de intertravamento do PLC de outros fabricantes ou ainda at de controles baseados em PC. Abordaremos a configurao da rede como o software Simatic Manager da Siemens.

Wire mix-up:Troca de polaridade, inverta a polaridade da fonte de alimentao.

Turn off all stations

Des. 44

Change

Des. 45

13.1 - Conversor Profibus / RS232:Para se estabelecer a comunicao entre o software de configurao e a rede propriamente dita h a necessidade de um conversor Profibus para RS232, onde utilizamos o conversor da Siemens, mostrado na foto ao lado: No conversor do lado direito conecta-se o cabo serial RS232 que deve ser ligado ao serial do microcomputador e no lado esquerdo outro cabo que deve ser ligado ao PLC que estar ligado a rede Profibus. Esse conversor possui um chip Profibus, portanto ocupa um endereo na rede.

TEST A-BDes. 46

TESTDes. 47

Curto circuito entre Bus N e Bus P

Curto circuito entre Bus P e Shield.

Fix short cirCuit

Fix short circ. A-ShieldQuebra de cabo Bus P

A-B

TESTDes. 48

TESTDes. 49

Curto circuito entre Bus N e Shield.

Fig. 52

Fix short circ. B-ShieldQuebra de cabo Bus N

Fix broken wire

13.2 - Arquivos GSD:As caractersticas de comunicao de um dispositivo PROFIBUS so definidas na forma de uma folha de dados eletrnica do dispositivo, Global System Data (GSD). Os arquivos GSD devem ser fornecidos pelo fabricante dos dispositivos. Os arquivos GSD ampliam a caracterstica de rede aberta, podendo ser carregado durante a configurao, utilizando qualquer ferramenta de configurao, tornando a integrao de dispositivos de diversos fabricantes em um sistema PROFIBUS simples e amigvel. Os arquivos GSD fornecem uma descrio clara e precisa das caractersticas de um dispositivo em um formato padronizado. Os arquivos GSD so preparados pelo fabricante para cada tipo de dispositivo e oferecido ao usurio na forma de um arquivo. Seu formato padronizado torna possvel a utilizao automtica das suas informaes no momento da configurao do sistema. O arquivo GSD dividido em trs sees: Especificaes gerais Esta seo contm informaes sobre o fabricante e nome do dispositivo, reviso atual de hardware e software, taxas de transmisso suportadas e possibilidades para a definio do intervalo de tempo para monitorao. Especificaes relacionadas ao Mestre Esta seo contm todos parmetros relacionados ao mestre, tais como: o nmero de mximo de escravos que podem ser conectados, ou opes de upload e download. Esta seo no existe para dispositivos escravo. Especificaes relacionadas ao Escravo Esta seo contm toda especificao relacionada ao escravo, tais como: nmero e tipo de canais de I/O, especificao de informaes e textos de diagnsticos nos mdulos disponveis. Nas sees individuais, os parmetros so separados por palavras chave. Um distino feita entre parmetros obrigatrios (por ex.: Vendor_Name) e parmetros opcionais (por ex.: Sync_Mode_supported). A definio dos grupos de parmetros permite a seleo de opes. Alm disso, arquivos do tipo bitmapcom o smbolo dos dispositivos podem ser integrado. O formato do arquivos GSD contm listas (tal como velocidade de comunicao suportada pelo dispositivo) assim como espaos para descrever os tipos de mdulos disponveis em um dispositivo modular. Sense 28

TEST AQuebra de cabo ShieldDes. 50

TESTDes. 51

Fix broken wire B

Fix broken wire

TEST Shield

TEST

NOTA: Outros testes como os de reflexo, distncia do cabo, teste de estao, tambm podem ser feitos utilizando o BT200. Para realizar os testes abaixo necessrio precionar os botes 6 e 7 ao mesmo tempo. Teste de Reflexo: O teste de reflexo pode ser usado para determinar um local defeituoso ( por exemplo, curto circuito ) ou confirmar a medida de distncia (sem repetidor). necessrio o uso da tomada de teste. Teste de Distncia: Este teste somente usado para distncias maiores que 15m. Nenhuma medida de distncia pode ser executada quando repetidores forem usados. necessrio o uso da tomada de teste. Teste Mestre / Escravo: Este teste usado para testar a interface RS 485 de um nico escravo ou mestre. Pode-se visualizar se um mdulo est endereado corretamente e vizualizar a taxa de transmisso da rede.

27

Sense



13.3 - Configurao do PLC:Criando um Projeto no Step 7: - Inicie o SIMATIC MANAGER, - Selecione no menu FILE a opo NEW, - Digite o nome do projeto, por exemplo: "PROJ1", no campo NAME e clique em OK. Fig. 53

13.5 - Configurando um Hardware no Step 7:- D um duplo clique no cone SIMATIC 300 (1), em seguida, no cone HARDWARE. - Voc estar dentro do Hardware Config, ento v ao menu INSERT em seguida em HARDWARE COMPONENTS (aparecer uma lista com todos tipos de peas de uma rede Profibus). - necessrio ter um rack onde todos os blocos sero inseridos. Para isso v em SIMATIC 300 depois em RACK-300 em seguida de um duplo clique na opo RAIL. - Agora necessrio colocar os blocos (CPU, cartes de I/O's, escravos, fonte). Clique na primeira linha do rack e v em SIMATIC 300 depois em PS-300 e "coloque o nome da fonte que est ao lado do PLC". - Na segunda linha, adicione a CPU, para isso v em SIMATIC 300 em seguida CPU-300 escolha a CPU 315-2 DP. Ser necessrio inserir uma linha chamada Profibus (1), que serve para alocar os seus escravos na rede, clique em NEW e depois escolha a aba NETWORK SETTINGS para configurar a taxa de comunicao da rede. Fig. 55

13.4 - Criando um programa dentro de um projeto:Com o seu projeto j criado, clique com o boto direito do mouse e selecione a opo INSERT NEW OBJECT depois SIMATIC 300 STATION (caso utilize uma CPU da famlia 300). Fig. 54

- Para instalar os mdulos na rede (o que no foi feito at agora), instale o seu arquivo GSD (arquivo que descreve toda a especificao do mdulo alocado na rede). Clique no menu OPTIONS e em seguida em INSTALL NEW GSD. - Com o GSD j instalado, clique sobre PROFIBUS (1), v no catlogo e selecione a opo PROFIBUS DP, abra a pasta ADDITIONAL FIELD DEVICES e insira seu escravo de acordo com a categoria que pertence (Gateway, I/O, Driver, etc), coloque seu endereo no campo ADDRESS e clique em OK. - A configurao est completa, restando somete fazer o download para o PLC, para isso v at o menu PLC e DOWNLOAD TO MODULE e de OK. NOTA: Aps o download salve a configurao e feche o Hardware Config.

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Sense

Sense

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Instalao Profibus DP - V at SIMATIC 300 (1) e selecione o icone BLOCKS e d um duplo clique em OB1. Fig. 59

13.6 - Lgica de Intertravamento:Para iniciar a programao do Step 7, necessrio que se tenha em mente o tipo de linguagem a ser utilizada: Existem trs tipos de linguagens: Diagrama de Contatos (LADDER), blocos funcionais (FBD) ou lista de instrues (STL). Diagrama de Contatos:

Fig. 56

- Voc estar dentro do editor de linguagens de programao do Step 7. Fig. 60

Diagrama de Blocos:

Fig. 57

- Cada linha de programao deve ser feita em uma network diferente.

Lista de Instrues:

Fig. 61

Fig. 58

-Carregue o contudo para o PLC atravs do menu PLC opo DOWNLOAD.

31

Sense

Sense

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Troubleshooting Profibus DP:Siga os procedimentos abaixo, principalmente quando se tratar de uma rede nova.

Problemas Relacionados ao Projeto da Rede:A rede no ir funcionar adequadamente se as regras de projeto no forem seguidas. Mesmo que inicialmente a rede tenha funcionado, posteriormente podero ocorrer anomalias devido a um projeto incorreto. Observe os itens:

percorra a rede em campo tentando observar o layout atual. verifique o nmero mximo de ns. mea o comprimento total do cabo principal da rede. verifique se existe os dois terminadores montados nas extremidades da rede: um no PLC e outro no ponto mais distante, e quando utilizado repetidores no final de cada seguimento. verifique se a malha de aterramento est aterrada em apenas um ponto. o terminal negativo da rede (fio branco) tambm deve ser aterrado em apenas um ponto junto com a malha. confira a integridade do aterramento, remova a conexo da malha e do negativo do terra e verifique a impedncia em relao ao sistema de aterramento que deve ser maior que 10MW. confira a impedncia da malha de terra para o negativo da fonte que deve ser maior que 1MW. verifique se existe baixa impedncia entre os fios de comunicao para os de alimentao. verifique tambm se a seo do cabo que liga a malha e o negativo da rede (fio branco) ao sistema de aterramento, pois deve ser o menor comprimento possvel e com seo mnima adequada.

Problemas Relacionados a Fonte de Alimentao: verifique se houve projeto de distribuio de fontes de alimentao, confira os pontos mais distantes a tenso da rede (entre os fios marrom e branco) maior que 20V, importante lembrar que a queda de tenso ao longo da linha varia com o aumento de carga, ou seja

deve-se medir a queda de tenso com todos os elementos de sada que consomem da rede ligados, observe que os equipamentos ligaods a sadas digitais a transistor no esto utilizando fonte de

alimentao local (fonte externa), seram alimentados praticamente com a mesma tenso da fonte. CUIDADO! no caso deste mdulo de sada receber 20V na rede Profibus, muito provavelmente no

acionaria uma vlvula solenide low power normalmente utilizada nos sistemas de rede, pois estas vlvulas possuem alimentao mnima de 24V -10% ou seja:21,6V, Verifique a corrente mxima nos cabos.

Problemas Relacionados a Fiao e suas Conexes: verifique se as malhas de aterramento nos instrumentos de campo esto isoladas de qualquer

contato com partes aterradas e se esto cortadas rente a capa roxa do cabo Profibus e se esto isoladas com fita isolante ou termo-contrtil. aconselhamos tambm a isolar o condutor de dreno com termo contrtil para evitar seu aterramento indesejvel e curto-circuitos com outras partes energizadas. aconselhamos tambm a utilizao de terminais pr-isolados (ponteira) nas pontas dos fios a fim de evitar que algum dos capilares que compem os fios possam provocar um curto-circuito, para tanto aconselhamos utilizar terminais pr-isolados (ponteiras). verifique se os parafusos dos conectores esto bem apertados puxando levemente os fios, verifique se os prensa-cabos esto adequadamente apertados e se esto dimensionados corretamente para o cabo utilizado, puxando levemente os fios e observando se escorregam, verifique se os cabos no esto forando os conectores e tampas das caixas e se entram no invlucro de forma que lquidos possam escorrer pr eles e penetrar nas conexes.

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Apostila - Profibus DP

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