Implementação de Fieldbus

COMO IMPLEMENTAR PROJETOS COM FOUNDATION FIELDBUS

Elaborado pelos Departamentos de Engenharia de Aplicaes da rea Nacional e Internacional Departamento de Treinamento

smar Equipamentos Industriais Ltda.Agosto/98reviso 2.0

INDICE

Captulo 11- Introduo 1.1-Objetivos 1.2-Consideraes Iniciais 1.3-Definies 1.4-Nveis de Protocolo 1.4.1-Nveis de Software 1.4.2-Nvel Fsico 1.5-Benefcios do FIELDBUS 1.6-Comparaes com as tecnologias anteriores

Captulo 22- Detalhando um projeto FIELDBUS 2.1-Consideraes e limitaes 2.2-Possibilidades de topologias 2.2.1-Arquitetura de sistemas 2.2.2-Uso de barreiras de proteo 2.3-Componentes de um projeto FIELDBUS e suas caractersticas 2.3.1-Cabos 2.3.2-Aterramento, shield e polaridade 2.3.3-Comprimento dos barramentos 2.3.4-Conectores 2.3.5-Blocos de terminais 2.3.6- Host Devices 2.3.7- Repetidores, Bridges e Gateways 2.3.8-Tipos de equipamentos 2.3.8.1-Interface FIELDBUS controladora de processos (PCI) 2.3.8.2-Fonte FIELDBUS de alimentao (PS 302) 2.3.8.3-Filtro FIELDBUS para Barramento (PSI 302) 2.3.8.4-Barreiras FIELDBUS de segurana intrnseca (SB 302) 2.3.8.5-Terminador FIELDBUS (BT 302) 2.3.8.6-Transmissor FIELDBUS de presso (LD 302) 2.3.8.7-Transmissor FIELDBUS de temperatura (TT 302) 2.3.8.8-Conversor de FIELDBUS para corrente (FI 302) 2.3.8.9-Conversor de corrente para FIELDBUS (IF 302)

2.3.8.10-Conversor pneumtico para FIELDBUS (FP 302) 2.3.8.11-Posicionador FIELDBUS (FY 302) 2.3.8.12-Controlador Lgico Programvel LC 700 com interface FIELDBUS 2.3.8.13-Interface FIELDBUS de Campo Distribuda (DFI 302) 2.3.9-Exemplo de documentao de um projeto

Captulo 33-Configurao dos instrumentos 3.1- Introduo 3.2- Estudo dos blocos funcionais 3.3- Definies Fieldbus 3.3.1- Parmetros dos Blocos 3.3.2- Tipos de Parmetros 3.3.3- Modos de operao dos blocos 3.3.4- Status das variveis 3.3.5- Parmetros de Opes 3.3.5.1- STATUS_OPTS 3.3.5.2- IO_OPTS 3.3.5.3- CONTROL_OPTS 3.4- Configurao de transmissores e conversores 3.4.1- Escalonamento de blocos de funo 3.4.2- Configurao da rede Fieldbus 3.4.3- Exerccios de configurao 3.5- Programao do Controlador Lgico Programvel 3.5.1- Uso do configurador 3.5.1.1- Definio do hardware 3.5.1.2- Definio de variveis reais e virtuais 3.5.1.3- Configurao do ladder 3.5.1.4- Configurao de blocos FIELDBUS 3.5.2- Exerccio 1 - Acionamento de motor com proteo 3.5.3- Exerccio 2 - Link com FIELDBUS; alarme de alta temperatura acionando uma sada do LC700

Captulo 44-IHM-Sistemas Supervisrios 4.1- Introduo 4.2- Instalao 4.3- Funes, caractersticas e benefcios de overview 4.4- Graphic Builder 4.5- Driver FIELDBUS - Configurao da Base de Dados 4.5.1- Iniciando a Configurao do Sistema

4.5.2- Mapeamento de comunicao para dispositivos FIELDBUS 4.5.3- Configurao das Variveis FIELDBUS 4.5.3.1- Configurao Single Point 4.5.3.2- Configurao Multi Point 4.6- Projeto AIMAX-WIN com instrumentos FIELDBUS

Captulo 55- Exemplo de projeto com tecnologia FIELDBUS 5.1 - Resumo 5.2 - Introduo 5.3 - Malha de controle 5.4 - Planta civil com metragens 5.5 - Descrio do processo 5.6 - Configurao da rede FIELDBUS 5.7 - Estratgia de controle em blocos

Captulo 1 - Introduo

1. Introduo1.1. Objetivos

Este curso tem como objetivo a difuso de informaes bsicas para que o engenheiro/projetista possa detalhar um projeto com a tecnologia FIELDBUS, desde o desenho da arquitetura do sistema de controle at a sua conexo com os softwares de informao de processo. Por ser um assunto novo e vasto no se pretende esgotar o tema mas iniciar um debate sobre a implementao de projetos com esta tecnologia. 1.2. Consideraes Iniciais

A instalao e manuteno de sistemas de controle tradicionais implicam em altos custos principalmente quando se deseja ampliar uma aplicao onde so requeridos alm dos custos de projeto e equipamento, custos com cabeamento destes equipamentos unidade central de controle. De forma a minimizar estes custos e aumentar a operacionalidade de uma aplicao introduziu-se o conceito de rede para interligar os vrios equipamentos de uma aplicao. A utilizao de redes em aplicaes industriais prev um significativo avano nas seguintes reas: Custos de instalao Procedimentos de manuteno Opes de upgrades Informao de controle de qualidade

A opo pela implementao de sistemas de controle baseados em redes, requer um estudo para determinar qual o tipo de rede que possui as maiores vantagens de implementao ao usurio final, que deve buscar uma plataforma de aplicao compatvel com o maior nmero de equipamentos possveis. Surge da a opo pela utilizao de arquiteturas de sistemas abertos que, ao contrrio das arquiteturas proprietrias onde apenas um fabricante lana produtos compatveis com a sua prpria arquitetura de rede, o usurio pode encontrar em mais de um fabricante a soluo para os seus problemas. Alm disso, muitas redes abertas possuem organizaes de usurios que podem fornecer informaes e possibilitar trocas de experincias a respeito dos diversos problemas de funcionamento de uma rede. Redes industriais so padronizadas sobre 3 nveis de hierarquias cada qual responsvel pela conexo de diferentes tipos de equipamentos com suas prprias caractersticas de informao (ver Figura 1.1).

smarFirst in Fieldbus

Como Implementar Projetos com Fieldbus

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O nvel mais alto, nvel de informao da rede, destinado a um computador central que processa o escalonamento da produo da planta e permite operaes de monitoramento estatstico da planta sendo imlpementado, geralmente, por softwares gerenciais (MIS). O padro Ethernet operando com o protocolo TCP/IP o mais comumente utilizado neste nvel. TRADITIONAL INDUSTRY NETWORK ARCHITECTURE

Information Layer

Control Layer

Discrete Control

Figura 1.1 - Nveis de redes industriais

O nvel intermedirio, nvel de controle da rede, a rede central localizada na planta incorporando PLCs, DCSc e PCs. A informao deve trafegar neste nvel em tempo real para garantir a atualizao dos dados nos softwares que realizam a superviso da aplicao. O nvel mais baixo, nvel de controle discreto, se refere geralmente s ligaes fsicas da rede ou o nvel de I/O. Este nvel de rede conecta os equipamentos de baixo nvel entre as partes fsicas e de controle. Neste nvel encontram-se os sensores discretos, contatores e blocos de I/O. As redes de equipamentos so classificadas pelo tipo de equipamento conectado a elas e o tipo de dados que trafega pela rede. Os dados podem ser bits, bytes ou blocos. As redes com dados em formato de bits transmitem sinais discretos contendo simples condies ON/OFF. As redes com dados no formato de byte podem conter pacotes de informaes discretas e/ou analgicas e as redes com dados em formato de bloco so capazes de transmitir pacotes de informao de tamanhos variveis. Assim, classificam-se as redes quanto ao tipo de rede de equipamento e os dados que ela transporta como (ver Figura 1.2): rede sensorbus - dados no formato de bits rede devicebus - dados no formato de bytes rede fieldbus - dados no formato de pacotes de mensagens



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TYPE OF CONTROL AND DEVICESType of Control FieldbusIEC/ISA SP50 Fieldbus Foundation Profibus PA HART

Process Control

Devicebus SensorbusLogic ControlSeriplex ASI INTERBUS Loop Device Net SDS Profibus DP LONWorks INTERBUS-S

Low-end

Midrange

High-end

Type of Devices

Simple Devices bit byte

Complex Devices block

Figura 1.2 - Classificao das redes

A rede sensorbus conecta equipamentos simples e pequenos diretamente rede. Os equipamentos deste tipo de rede necessitam de comunicao rpida em nveis discretos e so tipicamente sensores e atuadores de baixo custo. Estas redes no almejam cobrir grandes distncias, sua principal preocupao manter os custos de conexo to baixos quanto for possvel. Exemplos tpicos de rede sensorbus incluem Seriplex, ASI e INTERBUS Loop. A rede devicebus preenche o espao entre redes sensorbus e fieldbus e pode cobrir distncias de at 500 m. Os equipamentos conectados a esta rede tero mais pontos discretos, alguns dados analgicos ou uma mistura de ambos. Alm disso, algumas destas redes permitem a transferncia de blocos em uma menor prioridade comparado aos dados no formato de bytes. Esta rede tem os mesmos requisitos de transferncia rpida de dados da rede de sensorbus, mas consegue gerenciar mais equipamentos e dados. Alguns exemplos de redes deste tipo so DeviceNet, Smart Distributed System (SDS), Profibus DP, LONWorks e INTERBUS-S. A rede fieldbus interliga os equipamentos de I/O mais inteligentes e pode cobrir distncias maiores. Os equipamentos acoplados rede possuem inteligncia para desempenhar funes especficas de controle tais como loops PID, controle de fluxo de informaes e processos. Os tempos de transferncia podem ser longos mas a rede deve ser capaz de comunicar-se por vrios tipos de dados (discreto, analgico, parmetros, programas e informaes do usurio). Exemplo de redes fieldbus incluem IEC/ISA SP50, Fieldbus Foundation, Profibus PA e HART. Os tipos de equipamentos que cada uma destas classes agrupam podem ser vistos na Figura 1.3.



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PRODUCT GROUPINGAnalytical SLCs, Temp. Controllers Control Valves Process Sensors DCSs PCs, PLCs Operator Interfaces Drives Motion Controllers Switches, Sensors, Valves Motor starters Push buttons

Fieldbus

Devicebus

Sensorbus

Figura 1.3 - Grupos de produtos por classe de rede

1.3.

Definies

FIELDBUS um sistema de comunicao digital bidirecional (Figura 1.4) que permite a interligao em rede de mltiplos instrumentos diretamente no campo realizando funes de controle e monitorao de processo e estaes de operao (IHM) atravs de softwares supervisrios ( Figura 1.5).

Figura 1.4 - Comunicao digital bidirecional

A seguir estaremos analisando os detalhes de projeto utilizando-se o protocolo FIELDBUS elaborado pela Fieldbus Foundation e normalizado pela ISA-The International Society for Measurement and Control para automao de Plantas de Processos.



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Figura 1.5 - FIELDBUS em operao conjunta softwares Supervisrios

1.4.

Nveis de Protocolo

O protocolo FIELDBUS foi desenvolvido baseado no padro ISO/OSI embora no contenha todos os seus nveis, podemos em primeira anlise dividi-lo em nvel fsico (Physical Layer - que trata das tcnicas de interligao dos instrumentos) e nveis de software (Communication Stack) que tratam da comunicao digital entre os equipamentos (Figura 1.6).THE FOUNDATION FIELDBUSOSI MODELUSER LAYERFIELDBUS MESSAGE SPECIFICATION FIELDBUS ACCESS SUBLAYER

FIELDBUS MODELUSER LAYER

APPLICATION LAYER

PRESENTATION LAYER SESSION LAYER TRANSPORT LAYER NETWORK LAYER DATA LINK LAYER PHYSICAL LAYER DATA LINK LAYER PHYSICAL LAYER PHYSICAL LAYER

COMMUNICATION STACK

Figura 1.6 - Nveis de Protocolo

1.4.1. Nveis de Software Embora o objetivo deste curso no seja um estudo aprofundado dos nveis de software, a seguir explicaremos alguns detalhes. Destacamos que para o usurio tudo isto transparente e tratado pelo software de configurao ou pelo software supervisrio.



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FOUNDATION TECHNOLOGYDEVICE DESCRIPTION SERVICES (DDS)

USER LAYER

COMMUNICATION STACK

PHYSICAL LAYER

Figura 1.7 - DDL - Garantia de interoperalidade

NVEL DE ENLACE (Data Link Layer) O nvel de enlace garante a integridade da mensagem atravs de dois bytes calculados atravs de um polinmio aplicado a todos os bytes da mensagem e que acrescentado no final da mesma. Este nvel controla tambm o acesso ao meio de transmisso, determinando quem pode transmitir e quando. O nvel de enlace garante que os dados cheguem ao equipamento correto.

Caractersticas Tcnicas: 1- Acesso ao meio Existem trs formas para acessar a rede: a) Passagem de Token: O Token o modo direto de iniciar uma transio no barramento. Quando termina de enviar as mensagens, o equipamento retorna o "Token" para o LAS (Link Active Scheduler). O LAS transmite o "Token" para o equipamento que requisitou, via preconfigurao ou via escalonamento. b) Resposta Imediata: o mestre dar uma oportunidade para uma estao responder com uma mensagem. c) Requisio de "Token": um equipamento requisita um Token usando um cdigo em alguma das respostas que ele transmitiu para o barramento. O LAS recebe esta requisio e envia um "Token" para o equipamento quando houver tempo disponvel nas fases aperidicas do escalonamento. 2- Modelo Produtor/Consumidor: Um equipamento pode produzir ou consumir variveis que so transmitidas atravs da rede usando o modelo de acesso rede de resposta imediata. O produtor coloca as



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variveis em Buffers e qualquer estao pode acessar estes dados. Com apenas uma transao, dados podem ser transmitidos para todos os equipamentos que necessitam destes dados. Este modelo o modo mais eficiente para transferncia de dados entre vrios usurios. Um controlador consome a varivel de processo produzida pelo sensor, e produz a sada consumida pelo atuador. 3- Escalonamento para suportar aplicaes de tempo crtico: O LAS coordenar o tempo necessrio para cada transao na rede, garantindo o perodo de troca de dados. 4- Sincronizao do Tempo: Existe um mecanismo para garantir uma referncia de tempo da rede para conseguir sincronizao do barramento e atividades de processo. 5- Endereamento: Pode ser usado para enderear um grupo de estaes, uma estao ou at uma varivel. Este endereamento permite uma otimizao do acesso s mensagens. 6- Passagem do Token num anel lgico: Este mtodo usado pelo Profibus e pelo ISP para acessar a rede. Ele pode ser simulado, mas no com a mesma eficincia, pelo uso da atual definio do nvel de enlace do SP50.

NVEL DE APLICAO (Application Layer) O nvel de aplicao fornece uma interface para o software aplicativo do equipamento. Basicamente este nvel define como ler, escrever ou disparar uma tarefa em uma estao remota. A principal tarefa a definio de uma sintaxe para as mensagens. Ele tambm define o modo pelo qual a mensagem deve ser transmitida: ciclicamente, imediatamente, somente uma vez ou quando requisitado pelo consumidor. O gerenciamento define como inicializar a rede: atribuio do Tag, atribuio do endereo, sincronizao do tempo, escalonamento das transaes na rede ou conexo dos parmetros de entrada e sada dos blocos funcionais. Ele tambm controla a operao da rede com levantamento estatstico de deteo de falhas e de adio de um novo elemento ou remoo de uma estao. O gerenciamento monitora continuamente o barramento para identificar a adio de novas estaes.

NVEL DO USURIO (User Layer) Define o modo para acessar a informao dentro de equipamentos FIELDBUS e de que forma esta informao pode ser distribuda para outros equipamentos



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no mesmo n ou, eventualmente em outros ns da rede FIELDBUS. Este atributo fundamental para aplicaes em controle de processo. A base para arquitetura de um equipamento FIELDBUS so os blocos funcionais, os quais executam s tarefas necessrias as aplicaes existentes hoje, tais como: aquisio de dados, controle PID, clculos e atuao. Todo bloco funcional contm um algoritmo, uma base de dados (entradas e sadas) e um nome definido pelo usurio (o Tag do bloco, deve ser nico na planta do usurio). Os parmetros do bloco funcional so endereados no FIELDBUS via TAG.PARAMETER-NAME. Um equipamento FIELDBUS conter um nmero definido de blocos funcionais. A base de dados pode ser acessada via comunicao. Como complementao de bibliografia, as informaes contidas neste curso esto baseadas nos seguintes documentos :

ISA/SP50-1995-359M - Industrial Automation Systems - Systems Integration andCommunication - Fieldbus, Part 3 : Data Link Service Definition - 1995

ISA/SP50-1995-360M - Industrial Automation Systems - Systems Integration andCommunication - Fieldbus, Part 4 : Data Link Protocol Specification-1995

ISA/SP50-1993-389F - User Layer (Fieldbus) Technical Report-1993 ISA/SP50-1994-505B - Fieldbus Specification, Part 5 : Application Layer ServiceDefinition (Core Set)-1994

ISA/SP50-1994-508B - Fieldbus Specification, Part 6: Application Layer ProtocolSpecification (Core Part)-1994 1.4.2. Nvel Fsico No estudo do nvel fsico estaremos analisando os tipos de ligaes possveis (fiao, cabos coaxiais, tico ou rdio), conexes, terminadores, caractersticas eletricas, etc... especificados pela FIELDBUS FOUNDATION PHYSICAL LAYER PROFILE SPECIFICATION, Document FF-94-816, August 28,1995. Como complementao de bibliografia, as informaes contidas neste curso esto baseadas nos seguintes documentos publicados pela ISA - The International Society for Measurement and Controlpela Fieldbus Foundation e pela IEC The Electrotechinical Commission : IEC 1158-2 : 1993, Feldbus Standard for use in Industrial Control Systems - Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition.

ISA - S50.02 - 1992, Fieldbus Standard for use in Industrial Control Systems - Part 2:Physical Layer Specification and Service Definition.



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ISA - dS50.02-1995-544A, Fieldbus (draft) Standard for use in Industrial ControlSystems - Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition, Amendment to Cluse 24 (Formerly Clause 11)

Fieldbus Preliminary Application Note on Intrinsic Safety,Revision 1.1, 21 September1995.

ISA/SP50-1993-466C - Fieldbus Standard for use in Industrial Control Systems,Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition, Amendment 1 : Radio Medium - Proposed Clauses 18,19&20-1993

ISA/SP50-1993-477 - TR1 : Technical Report for Low Speed Radio Medium PhysicalLayer Fieldbus-1993.

ISA/SP50-1994-517A - Fieldbus Standard for Use in Industrial Control Systems,Part 7: Fieldbus Management, Clause 1: Introduction, Scope, Definitions, Reference Model-1994

ISA/SP50-1995-518A - Fieldbus Standard for Use in Industrial Control Systems,Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition, Amendment X: Medium Attachment Unit (MAU) Current Mode (1 Ampere),Wire Medium-1995

IEC 65C/178/CDU IEC 61158-3 Data Link Layer DLL Service Part 3 IEC 65C/179/CDU IEC 61158-4 Data Link Layer DLL Protocol Part 4

A Norma ANSI/ISA-S50.02-1992, aprovada em 17 de Maio de 1994 Fieldbus Standard for Use in Industrial Control Systems Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition trata do meio fsico para a realizao das interligaes os principais tens so: transmisso de dados somente digital self-clocking comunicao bi-direcional cdigo ManchesterComo Implementar Projetos com Fieldbus 13



modulao de voltagem (acoplamento paralelo) velocidades de transmisso de 31,25 kb/s, 100 Mb/s barramento sem energia, no intrinsecamente seguro barramento com energia, no intrinsecamente seguro barramento sem energia, intrinsecamente seguro barramento com energia, intrinsecamente seguro

No nvel de instrumentos ligados aos barramentos de campo, a velocidade normalizada 31,25 kb/s, as outras velocidades devero ser utilizadas para a interligao de bridges e gateways para a conexo em alta velocidade destes dispositivos (Figura 1.8).FOUNDATION TECHNOLOGYBRIDGE CAPABILITYCOMMUNICATION STACK

USER LAYER

PHYSICAL LAYER

100 Mbit/s Fieldbus

Bridge 31.25 kbit/s Fieldbus

Devices

Figura 1.8 - Utilizao de "Bridges"

Na velocidade de 31,25 kb/s a norma determina, dentre outras, as seguintes regras:

a) um instrumento FIELDBUS deve ser capaz de se comunicar entre os seguintes nmeros de equipamentos: entre 2 e 32 instrumentos numa ligao sem segurana intrseca e alimentao separada da fiao de comunicao; entre 2 a 6 instrumentos alimentados pela mesma fiao de comunicao numa ligao com segurana intrnseca; entre 1 e 12 instrumentos alimentados pela mesma fiao de comunicao numa ligao sem segurana intrnseca. Obs.: Esta regra no impede a ligao de mais instrumentos do que o especificado, estes nmeros foram alcanados levando-se em considerao o consumo de 9 mA +/- 1 mA, com tenso de alimentao de 24 VDC e barreiras de segurana intrnseca com



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11 a 21 VDC de sada e 60 mA mximos de corrente para os instrumentos localizados na rea perigosa. b) um barramento carregado com o nmero mximo de instrumentos na velocidade de 31,25 kb/s no deve ter entre quaisquer dois equipamentos o comprimento maior que 1.900 m (incluindo as derivaes) (ver Figura 1.9); Obs.: esta regra no impede o uso de comprimentos maiores desde que sejam respeitadas as caractersticas eletricas dos equipamentos.

Figura 1.9 - Comprimento mximo de um segmento FIELDBUS

c) o nmero mximo de repetidores para a regenerao da forma de onda entre dois intrumentos no pode exceder a 4 (quatro) (ver Figura 1.10); d) um sistema FIELDBUS deve ser capaz de continuar operando enquanto um instrumento est sendo conectado ou desconectado; e) as falhas de qualquer elemento de comunicao ou derivao (com excesso de curtocircuito ou baixa impedncia) no dever prejudicar a comunicao por mais de 1 ms; f) deve ser respeitada a polaridade em sistemas que utilizem pares tranados, seus condutores devem ser identificados e esta polarizao deve ser mantida em todos os pontos de conexo;

g) para sistemas com meio fsico redundante: cada canal deve atender as regras de configurao de redes; no deve existir um segmento no redundante entre dois segmentos redundantes; os repetidores tambm devero ser redundantes; os nmeros dos canais devero ser mantidos no FIELDBUS, isto , os canais do FIELDBUS devem ter os mesmos nmeros dos canais fsicos.



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h) o shield dos cabos no devero ser utilizados como condutores de energia.

PHYSICAL LAYERDISTANCE CAN BE INCREASED WITH REPEARTERS MAXIMUM = 4

1.900 M

1.900 M

1.900 M

1.900 M

1.900M

REP1

REP2

REP3

REP4

Terminator

Figura 1.10 - Distncias mximas entre repetidores

DISTRIBUIO DE ENERGIA A alimentao de equipamentos FIELDBUS pode ser feita opcionalmente atravs dos mesmos condutores de comunicao ou separadamente; um instrumento com alimentao separada pode ser conectado a um outro instrumento com alimentao e comunicao no mesmo par de fios. Na sequncia algumas especificaes eltricas para sistemas FIELDBUS : Um equipamento pode opcionalmente receber energia por condutores de sinal ou por condutores separados; Um equipamento pode ser certificado como intrinsecamente seguro recebendo energia tanto pelos condutores de sinal quanto por condutores separados; Um equipamento energizado separadamente pode ser conectado a um equipamento energizado pelo mesmo condutor de sinal.



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CARACTERSTICAS DOS EQUIPAMENTOS ENERGIZADOS EM REDE PARA O MODO DE VOLTAGEM DE 31,25 KBIT/S Caractersticas dos equipamentos energizados em rede Voltagem de operao Mxima voltagem Mxima taxa de mudana de corrente de repouso (no transmitindo); este requisito no aplicado nos primeiros 10 ms aps a conexo do equipamento em uma rede em operao ou nos primeiros 10 ms aps a energinzao da rede. Mxima corrente; este requisito ajustado durante o intervalo de 100 s at 10 ms aps a conexo do equipamento a uma rede em operao ou 100 s at 10 ms aps a energizao da rede. Limites para 31,25 Kbit/s 9,0 a 32,0 V DC 35 V 1,0 mA/ms

Corrente de repouso mais 10 mA

Tabela 1.1 - Caractersticas dos equipamentos energizados em rede

REQUISITOS PARA A ALIMENTAO DE REDES PARA O MODO DE VOLTAGEM DE 31,25 KBIT/S Requisitos para a alimentao de redes Voltagem de sada, no intrinsecamente seguro Voltagem de sada, intrinsecamente seguro (I.S.) Impedncia de sada no intrinsecamente segura, medida dentro da faixa de frequncia 0,25 fr 1,25 fr Impedncia de sada, intrinsicamente segura, medida dentro da faixa de frequncia 0,25 fr 1,25 fr Limites para 31,25 Kbit/s 32 V DC depende da faixa da barreira 3 K

400 K (A alimentaointrinsecamente segura inclui uma barreira intrinsecamente segura).

Tabela 1.2 - Requisitos para a alimentao de redes

FONTE DE ALIMENTAO Um equipamento FIELDBUS que inclui o modo de voltagem de 31,25 Kbit/s ser capaz de operar dentro de um intervalo de voltagem de 9 V 32 V DC entre os dois condutores incluindo o ripple. O equipamento poder ser submetido a mxima voltagem de 35 V DC sem causar danos.



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NOTA: Para sistemas intrinsecamente seguros a voltagem de operao pode ser limitada pelos requisitos de certificao. Neste caso a fonte de energia estar localizada na rea segura e sua voltagem de sada ser atenuada por uma barreira de segurana ou um componente equivalente.Autonomous Fieldbus Segment with Host in the field

Power Supply

(Terminator) T

AAA 1

Single Twisted Pair

Field Devices with embedded control functions

Figura 1.11 - Rede FIELDBUS com mestre no campo

Um equipamento FIELDBUS que inclui o modo de voltagem de 31,25 Kbit/s obedecer os requisitos da norma ISA-S50.02 quando energizada por uma fonte com as seguintes especificaes: a) A tenso de sada da fonte de alimentao para redes no intrinsecamente seguras ser no mximo de 32 V DC incluindo o ripple; b) A impedncia de sada da fonte de alimentao para redes no intrinsecamente seguras ser 3 K dentro da faixa de frequncia 0,25 fr 1,25 fr (7,8 KHz 39 KHz). Este requisito no aplicado dentro dos 10 ms da conexo nem na remoo de um equipamento do campo; c) A impedncia de sada de uma fonte de alimentao intrinsecamente segura ser 400 K dentro da faixa de frequncia 0,25 fr 1,25 fr (7,8 KHz 39 KHz); d) Os requisitos de isolao do circuito de sinal e do circuito de distribuio de energia em relao ao terra e entre ambos devem estar de acordo com a IEC 1158-2 (1993).

ENERGIZAO VIA CONDUTORES DE SINAL DE COMUNICAO Um equipamento FIELDBUS operando no modo de voltagem de 31,25 Kbit/s energizado pelos condutores de sinal, deve obedecer os requisitos da norma ISA-S50.02 quando estiver operando com nveis mximos de ripple e rudo da fonte de alimentao como segue: a) 16 mV pico-a-pico dentro da faixa de frequncia 0,25 ff 1,25 fr (7,8 KHz 39 KHz);



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b) 2,0 V pico-a-pico dentro da faixa de frequncia 47 Hz 63 Hz para aplicaes no intrinsecamente seguras; c) 0,2 V pico-a-pico dentro da faixa de frequncia 47 Hz 625 Hz para aplicaes intrinsecamente seguras; d) 1,6 V pico-a-pico em frequncias maiores que 125 fr, at o mximo de 25 MHz.

Figura 1.12 - Barramento de comunicao energizado

ISOLAO ELTRICA Todos os equipamentos FIELDBUS que usam fios condutores, seja na energizao separada ou na energizao atravs dos condutores de sinal de comunicao, devero fornecer isolao para baixas frequncias entre o terra, o cabo do barramento e o equipamento. Isto deve ser feito pela isolao de todo o equipamento do terra ou pelo uso de um transformador, opto-acoplador, ou qualquer outro componente isolador entre o trunk e o equipamento. Uma fonte de alimentao combinada com um elemento de comunicao no necessitar de isolao eltrica. Para cabos blindados, a impedncia de isolao medida entre a blindagem do cabo FIELDBUS e o terra do equipamento FIELDBUS dever ser maior que 250 K em todas as frequncias abaixo de 63 Hz. A mxima capacitncia no balanceada para o terra de ambos terminais de entrada de um equipamento no dever exceder 250 pF. Os requisitos de isolao do circuito de sinal de transmisso e do circuito de distribuio de energia em relao ao terra e entre ambos devem estar de acordo com a IEC 1158-2 (1993).



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ESPECIFICAO DO MEIO CONDUTOR

ConectoresConectores para os cabos, se utilizados, devero seguir o padro FIELDBUS IEC (anexo). Terminaes no campo, podem ser feitas diretamente nos terminais dos instrumentos ou atravs de conectores em caixas de terminao.

CabosDe acordo com os requisitos da norma ISA-S50.02, o cabo utilizado para ligar equipamentos FIELDBUS com o modo de voltagem de 31,25 Kbit/s pode ser um simples par de fios tranados com a sua blindagem atendendo os seguintes requisitos mnimos (a 25 C): a) b) c) d) e) f) g) Z0 em fr (31,25 KHz) = 100 20%; Atenuao mxima em 1,25 fr (39 KHz) = 3.0 dB/Km; Mxima capacitncia no balanceada da blindagem = 2 nF/Km; Resistncia DC mxima (por condutor) = 22 /Km; Atraso mximo de propagao entre 0,25 fr e 1,25 fr = 1.7 s/Km; rea seccional do condutor (bitola) = nominal 0,8 mm2 (#18 AWG); Cobertura mnima da blindagem dever ser maior ou igual a 90%.

Observaes: Outros tipos de cabo para conformidade de testes podem ser utilizados. Cabos com especificaes melhoradas podem habilitar barramentos com comprimentos maiores e/ou com imunidade superior interferncia. Reciprocamente, cabos com especificaes inferiores podem provocar limitaes de comprimento para ambos, barramentos (trunk) e derivaes (spurs) mais a no conformidade com os requisitos RFI/EMI. Para aplicaes de segurana intrnseca, a razo indutncia/resistncia (L/R) deve ser menor que o limite especificado pela agncia regulamentadora local.

AcopladoresO acoplador pode prover um ou muitos pontos de conexo para o barramento. Pode ser integrado ao equipamento FIELDBUS caso no haja nenhuma derivao. Caso contrrio, dever ter pelo menos 3 pontos de acesso como visto na Figura 1.13: um para o spur e um para cada lado do trunk.



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Trunk

Acoplador

Trunk

Spur

Equipamento

Figura 1.13 - Acoplador FIELDBUS

Um acoplador passivo deve conter qualquer um ou todos os elementos opcionais descritos abaixo: a) Um transformador para fornecer isolao galvnica e um transformador de impedncia entre trunk e spur; b) Conectores, para fornecer conexes fceis de spur e/ou trunk; c) Resistores de proteo como visto na figura abaixo, para proteger o barramento do trfego entre outras estaes dos efeitos de um spur em curto-circuito num trunk desenergizado, no intrinsecamente seguro. Acopladores ativos, que requerem alimentaes externas, podem conter componentes para amplificao do sinal e retransmisso.

Trunk no energizado e no intrinsecamente seguro

Resistores de proteo opcionais

Spur Figura 1.14 - Resistores de proteo

Atravs das ligaes internas dos acopladores (Figura 1.15), pode-se construir vrias topologias como visto na seo 2.2.



21


Figura 1.15 - Ligaes internas de uma caixa de campo

SplicesUm splice qualquer parte da rede na qual as caractersticas de impedncia do cabo da rede no so preservadas. Isto possivelmente oportuno para operao dos condutores de cabos, remoo da blindagem do cabo, troca do dimetro do fio ou seu tipo, conexo spurs, conexo em terminais ns, etc. Uma definio prtica para splice , portanto, qualquer parte da rede que no tem um comprimento contnuo de um meio condutor especificado. Para redes que tm um comprimento total de cabos (trunk e spurs) maior que 400 m, a soma de todos os comprimentos de todos os splices no deve exceder 2,0 % do comprimento do cabo. Para comprimento de cabos de 400 m ou menos, a soma dos comprimentos de todos splices no deve exceder 8 m. O motivo para esta especificao preservar a qualidade de transmisso requerendo que a rede seja construda quase totalmente com o meio condutor especificado. A continuidade de todos os condutores do cabo devem ser mantidas em um splice.

TerminadoresUm terminador deve estar em ambas pontas do cabo de trunk, conectado de um condutor de sinal para o outro. Nenhuma conexo deve ser feita entre o terminador e a blindagem do cabo. Pode-se ter o terminador implementado internamente uma caixa de campo (Junction Box) como sugere a Figura 1.16.



22


Terminal Block in Field Mounted Junction BoxTo Control Building (Single or Multi-Pair) Twisted Pair (Shielded)

Inside Junction Box

Field Wiring and Field Devices Fieldbus Terminator

Shields not shown

Figura 1.16 - Terminador interno uma caixa de campo

O valor da impedncia do terminador deve ser 100 20% dentro da faixa de frequncia 0,25 fr 1,25 fr (7,8 KHz a 39 KHz). Este valor aproximadamente o valor mdio da impedncia caracterstica do cabo nas frequncias de trabalho e escolhido para minimizar as reflexes na linha de transmisso. O vazamento de corrente direta pelo terminador no deve exceder 100 A. O terminador deve ser no polarizado. Todos os terminadores usados em aplicaes intrinsecamente seguras devem atender as necessidades de isolao e distanciamento (necessrias para a aprovao I.S.). aceito para as funes de fonte de alimentao, barreiras de segurana e terminadores a combinao de vrias maneiras (desde que a impedncia equivalente atenda os requisitos da norma ISA-S50.02).

Figura 1.17 - Esquema da linha de transmisso balanceada



23


Regras de BlindagemPara atender os requisitos de imunidade a rudos necessrio assegurar a continuidade da blindagem atravs do cabeamento, conectores e acopladores, atendendo as seguintes regras: a) A cobertura da blindagem do cabo dever ser maior do que 90% do comprimento total do cabo; b) A blindagem dever cobrir completamente os circuitos eltricos atravs tambm dos conectores, acopladores e splices. Nota: O no atendimento das regras de blindagem pode degradar a imunidade a rudo.

Regras de AterramentoO aterramento para um sistema FIELDBUS deve estar permanentemente conectado terra atravs de uma impedncia suficientemente baixa e com capacidade suficiente de conduo de corrente para prevenir picos de voltagem, os quais podero resultar em perigo aos equipamentos conectados ou pessoas, a linha comum (zero volts) pode ser conectada terra onde eles so galvanicamente isolados do barramento FIELDBUS. Equipamentos FIELDBUS devem funcionar com o ponto central de um terminador ou de um acoplador indutivo conectado diretamente para a terra. Equipamentos FIELDBUS no podem conectar nenhum condutor do par tranado ao terra em nenhum ponto da rede. Sinais podem ser aplicados e preservados diferencialmente atravs da rede. uma prtica padro para uma blindagem de um cabo do barramento FIELDBUS (se aplicvel) ser efetivamente aterrado em um ponto nico ao longo do comprimento do cabo. Por esta razo equipamentos FIELDBUS devem ter isolao DC da blindagem do cabo ao terra. tambm uma prtica padro conectar os condutores de sinal ao terra de forma balanceada ao mesmo ponto, por exemplo, usando o tap central de um terminador ou um transformador acoplador. Para sistemas com barramento energizado, o aterramento da blindagem e dos condutores de sinal balanceado devero ser pertos da fonte de alimentao. Para sistemas intrinsecamente seguros o aterramento dever ser na conexo de terra da barreira de segurana.

Segurana IntrnsecaAs barreiras de segurana intrnsecas devem ter impedncia maior do que 400 em qualquer frequncia no intervalo de 7,8 KHz a 39 KHz, essa especificao vale para barreiras de segurana intrnsecas do tipo equipamento separado ou incorporadas internamente em fontes de alimentao.



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Dentro do intervalo de voltagem de funcionamento da barreira de segurana intrnseca (dentro do intervalo 7,8-39 KHz) a capacitncia medida do terminal positivo (lado perigoso) para a terra no dever ser maior do que 250 pF da capacitncia medida do terminal negativo (lado perigoso) para a terra. Uma barreira de segurana intrnseca no dever estar separado do terminador por mais de 100 m (Figura 1.18). A barreira pode apresentar uma impedncia de 400 na frequncia de trabalho e a resistncia do terminador deve ser suficientemente baixa para que quando colocada em paralelo com a impedncia da barreira, a impedncia equivalente dever ser inteiramente resistiva.

Figura 1.18 - Segurana Intrnseca

Especificaes e Descries dos CabosPara novas instalaes devemos especificar cabos de par tranado com blindagem do tipo A (Figura 1.19), outros cabos podem ser usados mas respeitando as limitaes da tabela abaixo como por exemplo os cabos mltiplos com pares tranados com uma blindagem geral (denominado cabo tipo B). O tipo de cabo de menos indicao o cabo de par tranado simples ou multiplo sem qualquer blindagem (denominado cabo tipo C). O tipo de cabo de menor indicao o cabo de mltiplos condutores sem pares tranados (denominado cabo tipo D) e sem blindagem.

A seguir a tabela de especificaes dos tipos de cabos (a 25 C): ParmetrosImpedncia caracterstica, Z0, Resistncia DC mxima, /km

Condiesfr (31,25 KHz) por condutor

Tipo A100 20 22

Tipo B100 30 56

Tipo C** 132

Tipo D** 20



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Atenuao mxima, dB/km rea seccional nominal do condutor (bitola), mm2 Capacitncia mx. no balanceada, pF

1,25 fr (39 kHz)

3.0 0.8 (#18 AWG)

5.0 0.32 (#22 AWG) 2

8.0 0.13 (#26 AWG) **

8.0 1.25 (#16 AWG) ** ** no especificado

1 metro de comprimento

2

Tabela 1.3 - Especificaes dos tipos de cabos

FOUNDATION TECHNOLOGY31.25 kbit/s FIELDBUS WIRINGCONTROL ROOM EQUIPMENTUSER LAYER

COMMUNICATION STACK

PHYSICAL LAYER

Trunk

Junction box

Spurs

Cable Length = Trunk Lenght + All Spur Lengths Maximum Length = 1900 metres with Type ACable

Figura 1.19 - Cabos utilizados no FIELDBUS

Comprimentos tpicos de barramento e derivaes: Cabo tipo A B C D Distncia (m) 1900 1200 400 200

Tabela 1.4 - Comprimentos tpicos de barramento e derivaes

1.5.

Benefcios do Fieldbus

Os benefcios da tecnologia FIELDBUS podem ser divididas em melhoria e maior quantidade de informaes de controle e no de controle (Figura 1.20) e benefcios econmicos.



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1.5.1. Benefcios na obteno de informao Nos sistemas de automao tradicionais, o volume de informaes disponveis ao usurio no ia muito alm daquele destinado s informaes de controle. Nos sistemas FIELDBUS, o volume de informaes extra controle bem maior (ver Figura 1.20) devido s facilidades atribudas principalmente comunicao digital entre os equipamentos.

FIELDBUS BENEFITSINCREASED PROCESS INFORMATIONFIELDBUS-BASED AUTOMATION SYSTEMS

TRADITIONAL AUTOMATION SYSTEMS

NON-CONTROL INFORMATION

CONTROL INFORMATION

YESTERDAY

TODAY

Figura 1.20 - Comparao do volume de informaes entre os dois sistemas

1.5.2. Benefcios econmicos Baixos custos de implantao: Engenharia de detalhamento Mo de obra/materiais de montagens Equipamentos do sistema supervisrio Configurao do sistema Obras civil Ar condicionado

Baixos custos no acrscimo de novas malhas Instalao apenas de novos instrumentos no campo (Figura 1.21)



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FIELDBUS BENEFITSWIRING SAVINGSDCS FCS

CONTROLLER I/O SUBSYSTEMI.S I.S. I.S. I.S.

4-20 MA

FIELDBUS

Figura 1.21 - Reduo de custos na implementao de novas malhas

Baixos custos de implantao da automao por rea Instalao apenas de placas de interfaces Ganhos tecnolgicos Instrumentao de ponta (estado da arte) Vantagens operacionais do sistema (sistema aberto) Tecnologia atualizada (sistema de controle)FIELDBUS BENEFITSEXPANDED VIEWDCS

FCS

CONTROLLER INPUT/OUTPUT SUBSYSTEM FIELDBUS

TRADITIONAL 4-20 MA VIEW STOPS AT I/O SUBSYSTEM FIELDBUS VIEW EXTENDS INTO INSTRUMENTS

Figura 1.22 - Informaes obtidas pelos dois sistemas



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1.6.

Comparaes com as tecnologias anteriores

Seguramente, devido as vantagens da tecnolgia FIELDBUS o SDCD tradicional no mais recomendado para novos projetos, para os sistemas existentes os altos custos de substituio dos instrumentos e a obsolncia do sistema de controle podem abreviar a sua vida til e provocar a introduo da tecnologia FIELDBUS.

FIELDBUS BENEFITS2 WAY COMMUNICATION

CONTROL SYSTEM NETWORK

CONTROL SYSTEM NETWORK

CONTROLLER INPUT/OUTPUT SUBSYSTEM FIELDBUS

TRADITIONAL 4-20 MA ONE VARIABLE UNI-DIRECTIONAL

FIELDBUS MULTIPLE VARIABLES BI-DIRECTIONAL

Figura 1.23 - Fluxo das informaes nos sistemas tradicional e FIELDBUS

DOCUMENTAO BSICA

Para a elaborao dos dois tipos de projetos (SDCD e FIELDBUS) so gerados diversos documentos, tanto para o SDCD como para o FIELDBUS, porm com graus de complexidades diferentes, que so caractersticos de cada tecnologia.



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Podemos observar a seguir uma tabela comparativa:

Projeto SDCD Reviso de fluxogramas de engenharia Diagrama de malhas Diagrama funcional Diagrama lgico Base de dados Planta de instrumentao Detalhe tpico de instalao Arranjo de painis Diagrama de interligaes de Painis Diagrama de alimentao Arranjo de armrios Lista de cabos sim sim sim sim sim sim sim sim sim sim sim sim

FIELDBUS / Grau de Complexidade igual menor igual igual igual menor igual no tem no tem menor menor menor

Tabela 1.5 - Comparao entre SDCD e FIELDBUS

ANLISE DE CADA DOCUMENTO

a) Reviso de Fluxogramas de engenharia A reviso dos fluxogramas, para ambas as tecnologias, SDCD e FIELDBUS sero parecidas, sendo que para o FIELDBUS, a inteligencia de controle estar localizada no campo.FIELDBUS BENEFITS REDUCTION IN SYSTEM HARDWAREDCS FCS

CONTROLLER

I/O SUBSYSTEM

FIELDBUS

TRADITIONAL FIELDBUS

CONTROL IN THE FIELD DEVICES

Figura 1.24 - Reduo no hardware com a implementao de transmissores "inteligentes"



30


b) Diagrama de malhas Na tecnologia FIELDBUS haver uma reduo de trabalhos, na elaborao dos diagramas de malhas, pois sero apresentados, para cada malha, apenas a configurao de controle dos elementos de campo, pois a fiao ser muito simples, no necessitando aprensentar o bifilar das malhas, que estar sendo representado em documento do software de configurao contendo todas as malhas.

Figura 1.25 - Representao esquemtica de um loop analgico para sistemas convencionais

c) Diagrama Funcional Este documento no sofrer alteraes.

d) Diagrama Lgico Este documento no sofrer alteraes.

e) Base de Dados de configurao de controle e superviso Haver praticamente o mesmo volume de trabalho.

f) Planta de instrumentao Na tecnologia FIELDBUS haver uma grande reduo de trrabalhos, na elaborao deste documento, devido principalmente, ao encaminhamento de cabos e bandejas, pois, sero necessrios poucos recursos mecnicos, devido a baixa utilizao de cabos de interligao, principalmente com a sala de controle.



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g) Detalhes tpicos de instalao Este documento no sofrer alteraes.

h) Arranjos de painis Na tecnologia FIELDBUS no sero gerados estes documentos.

i) Diagrama de interligao de painis Na tecnologia FIELDBUS no sero gerados estes documentos.

j) Diagrama de alimentao Esse documento no caso do FIELDBUS, ser muito simples, pois a alimentao por lotes de instrumentos e no individualmente.

k) Arranjo de armrios Caso exista este documento para o FIELDBUS, ele ser muito simples, pois normalmente no haver necessidade deste documento.

l) Lista de Cabos No caso do FIELDBUS, essa lista, dependendo da planta, pode ser at 10% da lista comparativa com o sistema SDCD.

m) Folhas de especificao. Na tecnologia FIELDBUS haver uma reduo nessas folhas de especificao, pois a inteligncia est localizada nos elementos de campo, e no nos elementos de controle na sala de controle.

n) Lista de Material Como haver uma reduo dos componentes de um projeto na tecnologia FIELDBUS, consequentemente a lista de material ser menor.



32

Captulo 2 - Detalhando um projeto FIELDBUS

2. Detalhando um projeto FIELDBUSNeste captulo so abordados os elementos bsicos para a construo de um projeto FIELDBUS.

2.1.

Consideraes e limitaes

Um importante aspecto na concepo de um projeto fieldbus a determinao de como sero instalados os equipamentos que faro parte da rede. Dessa forma devem ser consideradas as distncias mximas permitidas entre os equipamentos, ou seja, deve-se ter em mos a planta onde ser efetuado o projeto para a determinao dos melhores pontos para instalao dos equipamentos de forma a otimizar ao mximo o comprimento do barramento (trunk) e das derivaes (spurs) como visto na Figura 2.1.

NUMBER OF ELEMENTS 25-32 19-24 15-18 13-14 01-12

MAX. SPUR LENGTH (m) 0 30 60 90 120

BUS TOTAL LENGTH (TRUNK + SPURS) 20 uJoules >20 uJoules >60 uJoules >180 uJoules Ignio mais fcil

Cada subgrupo do grupo II e da Classe I est associada com um certo nmero de gases tendo uma energia de ignio includa nos valores documentados e est representado por um gs referenciado na tabela acima que usada para testes de certificao. O Grupo II, C e a Classe I, Grupos A e B so mais perigosos pois necessitam de menor quantidade de energia ignio. Um equipamento designado para estes grupos devem ser incapazes de dar ignio, por meios eltricos, alguma mistura potencialmente explosiva de ar/gs.

2.2.2.c - Definio de segurana intrnseca Segurana intrnseca (SI) um mtodo que segue atmosferas inflamveis encontradas em uma rea de exploso vindo de um contato com equipamento eltrico externo causando uma exploso, esta segurana acompanhada por limites de valores de tenso e corrente que podem ocasionar fascas ou aquecimento de superfcies como resultado das condies normais de operao ou quedas eltricas esto tambm causando ignio. Caractersticas de ignio de materiais inflamveis so caracterizadas por dois parmetros no relacionados: a mnima quantidade de energia de ignio de faiscamento necessria para criar uma exploso no gs inflamvel especificado, e a mnima temperatura de uma superfcie aquecida que ter o mesmo efeito.

2.2.2.d A tecnologia Fieldbus Foundation e a Segurana Intrnseca A norma ANSI/ISA S50.02 1992 estabelece que se pode conectar de um at 4 instrumentos (depois das Barreiras de Segurana Intrnsecas) nas reas perigosas e mais dois equipamentos nas reas seguras no mesmo barramento. Com as limitaes de energia disponveis para cada equipamento na rea perigosa, alguns instrumentos precisaro ser alimentados atravs de outras fontes de tenso. Portanto, equipamentos tais como analisadores de processo, subsistemas de I/O, medidores magnticos ou por efeito Coriolis podero combinar segurana intrnseca com outras tcnicas de instalao ou conteno para proteo contra possveis exploses.



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2.2.2.e Projeto com Barreiras de Segurana Intrnseca (SB-302)

250mA

100mA

110 Parmetros mximos de carga C = 154nF L = 0,3mH

24 VDC

22V

100 1uF

SB-302

Barramento Fieldbus H1 Figura 2.9 Esquema bsico da Barreira de Segurana Intrnseca

Rc

Lc

100 Cc 1uF

Cabo

Transmissores Terminador

Figura 2.10 Circuito eltrico equivalente de Instalao de Campo



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Onde: Rc resistncia do cabo Lc indutncia do cabo

Cc capacitncia equivalente Ceq capacitncia equivalente

Caracterstica tenso x corrente do lado da sada para rea classificada

VDC 21,4

11,0 I(mA)

60Figura 2.11 Curva de carga a Barreira de Segurana Intrnseca

Observao: A barreira no deve ser aterrada, somente a blindagem do cabo deve Ter continuidade.

2.2.2.f Possibilidade de Topologias com barreiras de Segurana Intrnseca Na arquitetura das figuras seguintes temos a conexo somente de elementos passivos no barramento de comunicao fieldbus. Neste caso no necessrio alimentao de 24VDC para a linha, somente instalar os casadores de impedncia no incio e no final do barramento.



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PS

PCI

1BT SB

3SB BT

1 1

4 4BT BT

rea classificada

Figura 2.12 Conexo somente com Barreiras no Barramento Fieldbus



41


PS

PCI

1BT SB

3SB BT

1LC-700

1

4BT BT

4

rea classificada

Figura 2.13 Conexo com Barreiras e Interface FB card no Barramento Fieldbus



42


Na figura abaixo temos a interligao no campo de uma interface que no intrinsecamente segura, neste caso o barramento aps a Barreire perde a sua caracterstica de proteo intrnseca.

PS

PCI

1BT SB

3SB BT

1

1

4BT BT

4

rea ClassificadaLC-700

O Barramento se torna no intrinsicamente seguro

Figura 2.14 Conexo de interface no Intrinsecamente Segura no Barramento aps a Barreira



43


Na figura abaixo temos a conexo de elementos ativos no barramento antes da Barreira, neste caso necessrio a alimentao do barramento, que feita da maneira tradicional com terminadores ativos e passivos.

PS

PSI

PCI

1SB

3SB BT

1LC-700

1

4BT BT

n

rea classificada

Figura 2.15 Conexo de elementos ativos e passivos no BarramentoFieldbus antes da Barreira de Segurana



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2.3.

Componentes de um projeto FIELDBUS e suas caractersticas

Nesta seo sero abordados os principais componentes utilizados em um projeto FIELDBUS. 2.3.1. Cabos De acordo com os requisitos da norma ISA-S50.02, o cabo utilizado para ligar equipamentos FIELDBUS com o modo de voltagem de 31,25 Kbit/s pode ser um simples par de fios tranados com a sua blindagem atendendo os seguintes requisitos mnimos (a 25 C): a) b) c) d) e) f) g) Z0 em fr (31,25 KHz) = 100 20%; Atenuao mxima em 1,25 fr (39 KHz) = 3.0 dB/Km; Mxima capacitncia no balanceada da blindagem = 2 nF/Km; Resistncia DC mxima (por condutor) = 22 /Km; Atraso mximo de propagao entre 0,25 fr e 1,25 fr = 1.7 s/Km; rea seccional do condutor (bitola) = nominal 0,8 mm2 (#18 AWG); Cobertura mnima da blindagem dever ser maior ou igual a 90%.

O cabo tipo A se enquadra nas especificaes para novas instalaes de cabos FIELDBUS. A maioria dos cabos utilizados para o sistema 4-20 mA podem ser classificados como tipos B, C e D. Estes tipos (B, C e D) no so considerados ideais para a comunicao FIELDBUS. As distncias listadas para os tipos B, C e D so apenas estimativas baseadas em cabos instalados. A tabela a seguir mostra os tipos de cabo com seus respectivos comprimentos mximos:

Tipo A B C D

Descrio par tranado com blindagem multi-pares tranados com blindagem multi-pares tranados sem blindagem mltiplos condutores sem blindagem

Bitola #18 AWG #22 AWG #26 AWG #16 AWG

Comprimento Mximo 1900 m 1200 m 400 m 200 m

Tabela 2.1 - Tipos de cabos e comprimentos mximos



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2.3.2. Aterramento, shield e polaridade ATERRAMENTO: As regras de aterramento para um sistema FIELDBUS devem ser utilizadas em conformidade com a instalao e manuteno do nvel fsico que seguem prticas padres de corrente baseadas na empresa, padres de plantas e padres internacionais. Os equipamentos FIELDBUS no devem conectar ao terra nenhum dos condutores do par tranado em nenhum ponto da rede pois isto provocaria a perda da comunicao entre os equipamentos deste barramento cujo codutor fosse aterrado. SHIELDS: O shield (blindagem) do cabo FILEDBUS , por prtica padro, aterrado em apenas uma de suas pontas ao longo do cabo e no deve ser utilizado como condutor de energia. uma prtica padro em algumas plantas o aterramento do mesmo shield em mais de um ponto ao longo do cabo. Esta prtica pode ser aceita em loops de controle de 4-20 mA DC mas pode causar interferncias no sistema FIELDBUS. Se um esquema de mltiplo aterramento utilizado, os requisitos para o aterramento do shield destes cabos devem ser revistos. POLARIDADE: Todos os sistemas endereados por este tipo de aplicao devem ser sensveis polarizao. Baseado nos padres de nvel fsico, no h nenhum requerimento para que os equipamentos sejam insensveis polaridade, apesar de alguns equipamentos poderem ser ou no polarizados. O meio (par tranado) deve indicar a polaridade e a esta deve ser mantida em todos os pontos de conexo.

2.3.3. Comprimento dos barramentos O comprimento mximo indicado nas especificaes so recomendaes contendo um fator de segurana que reduz satisfatoriamente os problemas de comunicao. Em geral, a distncia mxima do cabo relaciona-se com o tipo de cabo e suas caractersticas, a topologia utilizada e o nmero e tipo dos equipamentos utilizados. A mnima tenso para funcionamento dos equipamentos FIELDBUS de 10 V DC, portanto deve-se calcular a queda de tenso que ocorre no cabo, desde a fonte de alimentao at o equipamento, de forma a verificar se esta condio atendida.



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2.3.4. Conectores Os conectores so dispositivos opcionais que so muito utilizados em instalaes onde os equipamentos devem ser periodicamente desconectados e/ou movidos, e poderia ser utilizada em uma conveniente conexo de um equipamento temporrio num determinado local. Os conectores FIELDBUS devem seguir as especificaes da IEC/ISA Phisical Layer Standard, Annex B (anexo - Informaes Gerais). Neste mesmo anexo encontram-se especificaes tcnicas de conectores comerciais. 2.3.5. Blocos de terminais O mesmo bloco terminal utilizado para 4-20 mA pode ser usado para FIELDBUS, se conectado como mostra a Figura 2.16. Os blocos terminais possibilitam mltiplas conexes de barramentos de modo que um equipamento pode ser conectado a qualquer set de terminais de barramento. O diagrama da Figura 2.16 mostra um mtodo de conexo e terminao de um segmento FIELDBUS a vrios equipamentos de campo em uma caixa de campo.

Terminal Block in Field Mounted Junction BoxTo Control Building (Single or Multi-Pair) Twisted Pair (Shielded)

Inside Junction Box

Field Wiring and Field Devices Fieldbus Terminator

Shields not shown

Figura 2.16 - Terminador interno uma caixa de campo



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2.3.6. Host Devices O Host Device um equipamento ligado ao sistema FIELDBUS com o qual pode-se configurar, monitorar e interagir com o processo sem a necessidade de se permanecer no campo. Pode ser um SDCD (Sistema Digital de Controle Distribudo), um sistema SCADA ou um microcomputador da linha PC que deve ter ao menos as seguintes caractersticas: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Microprocessador Intel Pentium II MMX, 233Mhz; Placa de vdeo SVGA com 4 Mbytes de memria; 64 Mbytes EDO RAM; HD 4.1 Gbytes; 1 drive 3 1/2 1.44 Mbytes; 1 porta paralela e 2 portas seriais; Monitor SVGA colorido 20; Mouse PS/2; CD-ROM 24X-IDE Teclado ABNT padro; Placa de rede NE2000 Sistema Operacional Windows NT Workstation Service Pack 3 instalado

2.3.7. Repetidores, Bridges e Gateways REPETIDOR: um equipamento com barramento energizado ou no, utilizado para extender um segmento FIELDBUS. Podem ser utilizados no mximo 4 repetidores e/ou acopladores ativos entre quaisquer 2 equipamentos num segmento FIELDBUS utilizando 4 repetidores, a mxima distncia entre quaisquer 2 equipamentos num segmento de 9.500 metros como mostra a Figura 1.10. BRIDGE: um equipamento com barramento energizado ou no, utilizado para conectar segmentos FIELDBUS de diferentes velocidades (e/ou nveis fsicos como fios, fibras pticas, rdio, etc.) a fim de formar uma extensa rede (Figura 2.17).



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FOUNDATION TECHNOLOGYBRIDGE CAPABILITY

USER LAYER

COMMUNICATION STACK

PHYSICAL LAYER

100 Mbit/s Fieldbus

Bridge 31.25 kbit/s Fieldbus

Devices

Figura 2.17 - Extendendo o sistema com o uso de Bridges

Normalmente so utilizadas as bridges como interfaces entre os nveis H1 e H2 de uma aplicao (Alta e Baixa velocidade de transmisso, respectivamente), como pode ser visto na Figura 2.18.

Figura 2.18 - Interfaceamento entre os nveis H1 e H2 utilizando Bridge

GATEWAY: um equipamento com barramento energizado ou no utilizado para conectar um ou mais segmentos em outros tipos de protocolo de comunicao como Ethernet, RS232, MODBUS, etc.



49


2.3.8. Tipos de Equipamentos

Nesta seo so apresentados os equipamentos da linha 302 da SMAR desenvolvidos para operar especificamente como instrumentos fieldbus. Para tanto, optouse pela utilizao dos manuais tcnicos de cada um dos equipamentos que so apresentados em anexo. 2.3.8.1.Interface FIELDBUS controladora de processos (PCI)

2.3.8.2.Fonte FIELDBUS de alimentao (PS 302)

2.3.8.3.Filtro FIELDBUS para Barramento (PSI 302)

2.3.8.4.Barreiras FIELDBUS de segurana intrnsica (SB 302)

2.3.8.5.Terminador FIELDBUS (BT 302)

2.3.8.6.Transmissor FIELDBUS de presso (LD 302)

2.3.8.7.Transmissor FIELDBUS de temperatura (TT 302)

2.3.8.8.Conversor de FIELDBUS para corrente (FI 302)

2.3.8.9.Conversor de corrente para FIELDBUS (IF 302)

2.3.8.10.Conversor pneumtico para FIELDBUS (FP 302)

2.3.8.11.Posicionador Fieldbus (FY 302)

2.3.8.12.Controlador Lgico Programvel com interface FIELDBUS (LC700)



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2.3.8.13.Interface de Campo Distribuda

O DFI302 o elemento chave de interface em um sistema de controle de campo. Ele combina poderosos recursos de comunicao, com acesso direto a entradas e sadas e controle avanado para aplicaes contnuas e discretas. Com seu conceito modular, o DFI302 pode ser localizado dentro de painis na sala de controle, ou caixas seladas no campo. Altamente expansvel ele pode ser utilizado em pequenos sistemas ou plantas altamente complexos. Funciona como bridge H1-H1, H1-HSE(HIGH SPEED ETHERNET) ou H1HSE-H1, e tambm como mestre dos barramentos H1, gerenciando a comunicao em cada canal.

Permitem a execuo de diversos blocos funcionais, inclusive novos blocos flexveis, programados com linguagem IEC1131 (Ladder, SFC, etc.). DFI302 P C S P U

FIELDBUS



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Funciona como gateway entre HSE ou H1 e outros protocolos que no FF (Fieldbus Foundation), como DeviceNet, Profibus,etc.

HSE

DFI

DFI

DFI

FIELDBUS

FIELDBUS

Vrios nveis de redundncia so suportados no HSE, desde a mdia Ethernet at a duplicao completa de Linking Devices, o que proporciona um alto nvel de disponibilidade do sistema. Alm disso, a comunicao em 100Mbit/s garante alta performance para aplicaes de pequeno e grande porte, a um custo consideravelmente mais baixo que as antigas solues baseadas em DCS.



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2.3.9. Exemplo de documentao de um projeto Nesta seo apresentado um exemplo de documentao de um projeto FIELDBUS real. Inicialmente so apresentados os documentos referentes aos diagramas de alimentao e de interligao de um projeto em FIELDBUS. Em seguida, so apresentadas algumas telas elaboradas para um software supervisrio onde so apresentados ao usurio os parmetros e variveis do processo em tempo real de superviso. Atravs do software configurador (SYSCON - abordado no captulo 3) o projeto dividido em duas etapas: configurao lgica (arranjo lgico do processo dividido em clulas de processo e mdulos de controle) e distribuio fsica da rede de instrumentos (distribuio fsica dos instrumentos nas bridges/interfaces). Ambas etapas so apresentadas na forma de browsers (vide figuras abaixo) que podem ser impressos para gerar a documentao. Os interligamentos entre os blocos funcionais (links) realizados nas janelas de estratgia tambm podem ser impressos para complementar a documentao (vide figura).

Figura 2.19 Arranjo lgico



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Figura 2.20 Distribuio Fsica dos instrumentos

Figura 2.21 Diagrama de blocos funcionais



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Captulo 3 - Configurao dos instrumentos

3. Configurao dos instrumentos3.1. Introduo

A configurao dos instrumentos FIELDBUS consiste basicamente no interligamento lgico dos diversos blocos funcionais implementados em cada device da rede atravs de um software configurador (SYSCON) alm da definio dos parmetros de controle de cada bloco. So definidos tambm as conexes indicadoras de alarme e diversos eventos que podem ocorrer na malha de controle (ver Figura 3.1)

FOUNDATION TECHNOLOGYUSER LAYER

FUNCTION BLOCK MODELCOMMUNICATION STACK

Inputs

ALGORTHMSExample:

PHYSICAL LAYER

Outputs

PID

Control Parameters(Manual, Auto, Kp, Tr, etc.) Alarm Subsystem Event Subsystem

Figura 3.1 - Diagrama Geral de um bloco de funo

Na figura acima temos a representao genrica de um bloco funcional que possui suas entradas, sadas e parmetros de controle; fazendo uma referncia aos nveis de protocolo (Figura 1.6), observa-se que este tipo de configurao envolve apenas a camada superior, ou seja, a camada do usurio; nenhuma preocupao tomada com relao forma como se proceder a comunicao (solicitao de token, etc.) nem tampouco como ser entregue a comunicao ao nvel f'sico.



73


O protocolo de comunicao tratado internamente pelos prprios blocos funcionais que so responsveis tanto pelas comunicaes cclicas (publicaes de parmetros para superviso e links) quanto pelas comunicaes acclicas (notificaes de alarmes/eventos, informaes de diagnstico e de display, etc.) - ver Figura 3.2.FOUNDATIONSAMPLE PID EXECUTION &USER LAYER

COMMUNICATION STACK

AIPHYSICAL LAYER

PID AO

Scheduled Cyclic Publish/Subscribe Function Block Scheduling AI PID AO

Acyclic Communication Alarms/Events Maintenance/Diagnostic Information Program Invocation Permissives/Interlocks Display Information Trend Information Configuration

Figura 3.2 - Sequncia no tempo de comunicao cclica e acclica

A conexo entre blocos de diferentes devices definida como um link na rede. Os links so comuns nas malhas de controle FIELDBUS e imperceptvel a quem esteja configurando o sistema (protocolo a nvel de usurio) j que a comunicao tratada diretamente pelos blocos funcionais (ver Figura 3.3).FOUNDATION TECHNOLOGYINPUT / OUTPUT LINKAGETRANSMITTER FIELDBUS DEVICEUSER LAYER

COMMUNICATION STACK

PHYSICAL LAYER

AIOUT

VALVE FIELDBUS DEVICE

PIDIN OUT IN

AO

Figura 3.3 - Exemplo de conexo de blocos



74


3.2.

Estudo dos blocos funcionais

Na Figura 3.4 so mostrados exemplos de blocos funcionais que implementam algumas funes bsicas para a configurao FIELDBUS.

BASIC FUNCTION BLOCKS

RES

TRD

ISEL

Figura 3.4 - Blocos de funes bsicas

Resource Block

Display Block

Transducer Block

Function Block

COMMUNICATION STACK PHYSICAL LAYER

Figura 3.5 Modelo de blocos para equipamentos de campo



75


USER LAYER

HOW TO CONFIGURE

COMMUNICATION STACK

HOW TO INSTALL

PHYSICAL LAYER

Figura 3.6 Interface simples com o usurio

A combinao dos blocos (bsicos e avanados) para a montagem da malha de controle pode ser feita intuitivamente, de forma simples, como sugere a Figura 3.7 que compara a elaborao de uma malha de controle em cascata com um simples jogo de encaixar.

PLAYING LEGO

FIELDBUS CASCADE CONTROLFigura 3.7 - Conexes de blocos de funes



76


Quando o usurio est configurando o sistema atravs do software SYSCON, possvel a visualizao esquemtica interna dos blocos funcionais, o que ajuda no entendimento interno do bloco facilitando configurao dos parmetros internos bem como a interligao das entradas e sadas dos blocos funcionais (Figura 3.8)

Figura 3.9- Diagrama de bloco de controle PID

FOUNDATION TECHNOLOGYDEVICE DESCRIPTION HIERARCHYUniversal ParametersUSER LAYER

COMMUNICATION STACK

Function Block Parameters Transducer Block Parameters

RESOURCE

AI

PID

Defined by Fieldbus Foundation Specification

PHYSICAL LAYER

TEMP

FLOW

Manufacturer Specific Parameters Resource Block Transducer Block Function Blocks

Defined by Manufacturer

Figura 3.10 - Hierarquia do Device Description



77


ADVANCED FUNCTION BLOCKSRESOURCE SPLITTER INTEGRATOR MULTIPLE ANALOGUE OUTPUT LEAD LAG MULTIPLE DISCRETE OUTPUT MULTIPLE ANALOGUE INPUT MULTIPLE DISCRETE INPUT ANALOG ALARM TIMER SIGNAL SELECTOR AND DYNAMIC LIMITER SETPOINT RAMP GENERATOR

Figura 3.11 - Blocos de funo avanados

Desempenho comparativo entre o loop de controle analgico e de controle FIELDBUS Atravs das duas figuras a seguir, pode-se levantar uma comparao de desempenho entre o sistema de controle tradicional e o FIELDBUS; No controle com instrumentao operando em corrente (padro 4-20 mA), h a necessidade de duas converses A/D e duas D/A para que o sinal possa ser transmitido do elemento sensor at o atuador (Figura 3.12- o sinal caminha pela rede de forma analgica) com o que obtem-se um atraso (tempo morto) muitas vezes bastante significativo.

Figura 3.12 - Malha com controle analgico

Na instrumentao FIELDBUS este tipo de problema minimizado pois tem-se apenas uma converso A/D e uma D/A minimizando tambm o erro decorrente s converses (Figura 3.13). Neste sistema, o transmissor converte o sinal do elemento sensor para a forma digital e o transmite diretamente ao atuador nesta mesma forma (digital)



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onde ocorre uma converso para um sinal analgico de acionamento do atuador. Neste caso, o tempo morto reduzido possibilitando nveis de controle mais refinados.

Figura 3.13 - Malha com controle FIELDBUS



79


3.3.

Definies foundation fieldbus

Existem algumas definies da Fieldbus Fundation que temos que conhecer, em seguida temos as principais: 3.3.1 Parmetros dos Blocos. Existem 3 parmetros de blocos: Dinmicos : ele alterado a cada ciclo do bloco; No-Voltil : ele calculado pelo algortimo; Estticos : ele alterado somente quado ocorrer mudanas no valor.

Ver no manual de Function Blocks a partir da pgina 80 as tabelas dos diversos parmetros, e seus respectivos tipos na coluna Store, D (Dinmicos), N (NoVolteis) e S (Estticos). 3.3.2 Tipos de parmetros. Existem 3 tipos de parmetros: Entrada : fornece o valor e o status; Sada : fornece o valor e o status; Contained : so parmetros internos.

3.3.3 Mode BLK . Existem 5 tipos de modos , sendo que somente 4 deles sero mostrados pelo Syscon : 1. TARGET - Este modo ajustado pelo operador, entre um dos modos permitidos pelo MODE_BLK.Permitted. 2. ACTUAL - Indica o modo que o bloco est sendo executado, podendo ser diferente do modo Target devido s condies de processo. O valor deste modo calculado como parte de execuo do bloco. 3. PERMITTED - Define os modos que so permitidos para determinado bloco. configurado baseado na aplicao. 4. NORMAL - Este modo deve ser usado durante as condies normais de operao. Este parmetro pode ser configurado e lido pr uma Interface, mas no usado no algoritmo do bloco.



80


5. SUPPORTED - Todos os modos que o tipo de funo suporta. No visualizado pelo Syscon. O Permitted um sub-conjunto deste modo.

TABELA DE PRIORIDADES. Os modos obedecem a uma prioridade que definida pela tabela a seguir. O conceito de prioridade seguido quando o algortmo deve ajustar um modo com valor diferente do definido no modo TARGET.

MODE ROut Rcas Cas Auto Man LO IMan O/S

DESCRIPTION Remote Output Remote Cascade Cascade Automatic Manual Local Override Initialization Manual Out of Service e LO

PRIORITY 0 - lowest 1 2 3 4 5 6 7 - hidhest

ACTUAL 1 2 4 8 16 32 64 128

TARGET 09,13 10,14 12 8 16 --128

NOTA : IMAN MODE_BLK.Target.

no podem ser ajustados pelo operador como

Modo tipo O/S Iman LO

Fonte do SP Usurio Usurio PID / EPID / APID : Usurio AO / DO : Estado de falha (ltimo valor ou FSTATE_VAL)

Man Auto Cas Rcas Rout

Usurio Usurio Outro bloco de funo Seguindo parmetro CAS_IN Controle de aplicao rodando no dispositivo interface Bloco mantm ltimo valor

Fonte do OUT Usurio Outro bloco de funo seguindo parmetro BKCAL_IN PID / EPID / APID : Outro bloco de funo seguindo parmetro TRK_VAL AO / DO :Estado de falha (ltimo valor ou FSTATE_VAL) Usurio Bloco algoritimo Bloco algoritimo Bloco algoritimo Controle de aplicao rodando no dispositivo interface



81


MUDANA DE MODOS.

MODO O/S MODO IMAN

1. TARGET = O/S 2. RS_STATE = STANDBY 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1. 2. 3. 4. BKCAL_IN_STATUS = GOOD.FSA BKCAL_IN_STATUS = GOOD.NI BKCAL_IN_STATUS = GOOD.IR BKCAL_IN_STATUS = GOOD.LO BKCAL_IN_STATUS = BAD.X BKCAL_IN_STATUS = UNCERTAIN E UNCERTAIN AS BAD PID CONTROL_OPTS.TRK ENABLE = TRUE PID TRK_IN_D = TRUE/GOOD PID TRK_VAL = GOOD PID CONTROL_OPTS.TRK IN MANUAL = FALSE

MODE LO

TARGET = O/S IMAN

ACTUAL MANTEM LO e aceita mudana do target p/ man

TARGET = AUTO CAS RCAS ROUT MAN TRUE ACTUAL = MAN AUTO CAS RCAS ROUT

LO e no aceita mudana p/ man

5. AO QUANDO RECEBE IFS NO CAS_IN MODO MAN 1. IN.STATUS BAD UNCERTAIN E STATUS_OPTS UNCERTAIN AS GOOD = FALSE RCAS - IN.STATUS = BAD ROUT - IN.STATUS = BAD

2. TARGET

3. SHED_OPT SHED TO MAN / NORMAL RET TARGET MANTM, MAS ACTUAL VAI P/ MAN SHED TO MAN / NO RET TARGET / ACTUAL = MAN

MODO AUTO

1. 2. 3. 4.

CAS_IN STATUS = BAD E TARGET = CAS OU UNCERTAIN COMO BAD TARGET = CAS RCAS_IN.STATUS = BAD OU UNCERTAIN COMO BAD SHED_OPTS = SHED TO AUTO / NORMAL RET SHED TO AUTO / NO RET Como Implementar Projetos com Fieldbus 82



MODO CAS

1. TARGET = RCAS 2. RCAS_IN.STATUS = BAD OU UNCERTAIN COMO BAD 3. SHED_OPTS = SHED TO AUTO / NORMAL RET SHED TO AUTO / NO RET 4. CAS_IN.STATUS = GOOD 1. TARGET = RCAS 2. RCAS_IN.STATUS = GOOD 1. TARGET = ROUT 2. ROUT_IN.STATUS = GOOD

MODO RCAS MODO ROUT

3.3.4 STATUS ESTRUTURA DOS PARMETROS COMPOSTO POR : VALUE ( 4 BYTE) STATUS ( 1 BYTE) - Informao sobre a qualidade do valor medido.

O STATUS pode ser transmitido de : Um bloco para outro. Para o HMI( Human Machine Interface). Para Histrico.

MODELO DE STATUS.

7

6

5

4

3

2

1

0

QUALITY

SUB-STATUS

LIMIT



83


STATUS FORWARD As seguintes condies so 1 - Limited Higher -No pode gerar valor mais alto pois existe 2 - Limited Lower - No pode gerar valor mais baixo pois existe 3 - Valor no pode mudar, pois est constante 4 - O valor vem de um bloco que est em falha. 5 - Falha na comunicao 6 - Valor UNCERTAIN

STATUS BACKWARD As seguintes condies so 1 - Limited Higher -No pode gerar valor mais alto pois existe limite. 2 - Limited Lower - No pode gerar valor mais baixo pois existe limite 3 - Valor no pode mudar, pois est 4 - O valor vem de um bloco que est em 5 - O valor de um bloco cuja sada que foi localmente ajustado para Local ou Fail Safe ou pr Interlock Logic. 6 - Falha na comunicao 7 - Valor de um Control Selector cuja sada correspondente no foi selecionada

DEFINIO DO STATUS - A definio do STATUS ATTRIBUTES a mesma para todos os parmetros (INPUT, OUTPUT and CONTAINED). - Existem 4 STATUS de QUALITY sendo que para cada um so definidos 16 Sub-Status. 1 - BAD - O valor no deve ser usado 2 - UNCERTAIN - A qualidade do valor menor que o normal, mais ainda pode ser usado. 3 - Good(Non Cascade) - A qualidade do valor boa, pode haver, indicao de alarmes atravs do sub-status. 4 - Good(Cascade) - O valor pode ser usado em controle. Ver na tabela da norma os Sub-Status.



84


3.3.5 PARMETROS DE OPO. 3.3.5.1 STATUS_OPTS Ver pgina 103 do manual de Function Blocks. 3.3.5.2 IO_OPTS Ver pgina 101 do manual de Function Blocks. 3.3.5.3 CONTROL_OPTS Ver pgina 102 do manual de Function Blocks.



85


3.4.

Configurao dos dispositivos fieldbus

Neste item estaremos apresentando os passos necessrios para a configurao de uma rede Fieldbus, utilizando o configurador Syscon. Para um melhor entendimento deste estudo, sugerimos que se faa antes a leitura do item 2.3.8. onde so abordados as caractersticas de cada um dos instrumentos que sero utilizados para exemplificao nesta seo. Na figura abaixo vemos uma tela tpica deste configurador onde so apresentadas duas janelas: uma com as configuraes dos instrumentos e outra com as conexes entre os blocos funcionais.

Figura 3.14 - Tela tpica do configurador SYSCON



86


3.4.1. Escalonamento de Blocos de Funo

O Trabalho de configurao dos instrumentos Fieldbus, consiste dentre outras coisas, na parametrizao dos blocos funcionais que sero utilizados pelos instrumentos. Em especial, todo bloco funcional que possui uma entrada para algum tipo de varivel (seja de um elemento sensor ou simplesmente uma varivel de sada de outro bloco), possui dois parmetros que podem causar alguma confuso. Trata-se dos parmetros de escalonamento da varivel de entrada (PV_SCALE) e de sada (OUT_SCALE) presente no bloco. Estes parmetros fazem a converso de valores de entrada ou sada para valores em unidades de engenharia. Os exerccios abaixo ajudam a fixar estes conceitos; para cada figura apresentada abaixo, preencha os campos com as informaes solicitadas.

XD_SCALE ?

OUT_SCALE ?

Figura 3.15 - Exerccio 1

R:

XD_SCALE: 0% = 0 100% = 2700 U.Eng = mmH2O

OUT_SCALE: 0% = 0 100% = 3000 U.Eng = mm



87


XD_SCALE?

OUT_SCALE?




88


R: XD_SCALE: 0% = 900 100% = 3600 U.Eng = mmH2O

OUT_SCALE:

0% = 0 100% = 3000 U.Eng = mm

XD_SCALE?

OUT_SCALE?


R: XD_SCALE:

0% = 0 100% = 200 U.Eng = H2O

OUT_SCALE:

0% = 0 100% = 400 U.Eng = Kg/s



89


3.4.2. Configurao da rede Fieldbus - Exerccio 1 Efetuaremos o passo a passo para configurao de um primeiro exerccio, que ter a funo de modelo para os demais exerccios. Para os exerccios apresentados a seguir configure, a partir dos diagramas de processo convencionais as solues de automao em Fieldbus Foundation, utilizando como recurso grfico o software Syscon.

Exercco 1 Montar uma configurao FIELDBUS que realize a lgica de controle conforme indicado na Figura 3.18 (controle PID simples de vazo).

Figura 3.18 - Malha de controle proposta para o exerccio 1

Para este exerccio utilizaremos apenas dois instrumentos FIELDBUS: um transmissor de presso diferencial (LD302) que ir ler a vazo da tubulao, e um conversor de sinal fieldbus para corrente (IF302) cujo sinal de sada (4 a 20mA) ir alimentar um atuador de campo (uma vlvula) que far o controle da vazo. Para implementar este controle, utilizaremos a estratgia da Figura 3.24. Na figura abaixo temos a representao das interligaes/topologia utilizada para este exerccio.



90


PCI 1 2 3 4

PS

PSIBT 302 LD 302

PSTT 302 FI 302

Figura 3.19 Exerccio 1 Topologia



91


a) Arquivo de conexes: Para este controle, utilizaremos a estratgia de controle sugerida abaixo:

92




CONFIGURAO

93




PARAMETRIZAO

LD302FIC-123_TRD_01 FIC-123_RES_ 01

FIC-123_DSP_01

FIC-123_AI_01

94




PARAMETRIZAO

FI302FVC-123_PID_01

95




PARAMETRIZAOFI302FCV-123_TRD_01 FCV-123_RES_01

FCV-123_DSP_01

96




PARAMETRIZAO

FCV-123_AO_01

FI302

97




1. EXECUTAR O DEFAULT NOS TRANSMISSORES Inserir as duas chaves magnticas, uma no orifcio S e a outra no Z. Desligar o transmissor da fonte, e religar novamente, visualizando o display at que aparea Fact. Em seguida, retire as chaves magnticas e aguarde o salvamento(visualizando o display at que desaparea o 5). Repetir a operao para os demais transmissores.

1.EXPORT TAGS

98




2. EXECUTAR O INIT COMUNICATION

99




3. ABRIR A LIVE LIST

100




4. PROCEDER O ASSIGN TAG

101




5. EM SEGUIDA , EXECUTAR O DOWNLOAD

Aps finalizar o Download, ir em cada um dos blocos dos TRMs, abrir On Line Caracterization e verificar as condies de operao da malha de controle.

102




3.4.3 Exerccios de configurao Exerccio 2 No exerccio 1 realizamos um controle simples de vazo. Utilize o mesmo exerccio como referncia e incremente a funo de totalizao da vazo disponibilizandoa no display do transmissor de presso.

Exerccio 3 Neste exerccio mostraremos a independncia de malhas de controle distintas que podem ser configuradas em uma mesma configurao FIELDBUS. Utilizando um transmissor de temperatura (TT302) ligado mesma configurao dos exerccios anteriores, faa a indicao de um ponto de temperatura proveniente de um sensor tipo Pt-100.

Exerccio 4 Neste exerccio mostraremos como a indicao de uma determinada varivel pode ser efetuada em qualquer instrumento da rede FIELDBUS. Utilizando a configurao dos exerccios anteriores, efetue tambm a indicao da temperatura no transmissor de presso (LD302).

Exerccio 5 Neste exerccio mostraremos o recurso de mestre-backup onde um instrumento fica responsvel pelo gerenciamento da comunicao caso a interface controladora PCI seja desconectada da rede FIELDBUS. Configure o transmissor de temperatura para que ele seja o mestre-backup do canal. Para os diagramas e os esquemas das redes FIELDBUS a seguir, crie as configuraes utilizando o configurador Syscon e as informaes obtidas no exerccio 1. Aps a configurao, proceda tambm com a parametrizao dos blocos, conforme lista ao final de cada exerccio. Observao: Na seqncia temos exerccios mais complexos cuja soluo completa se encontra no manual do SYSCON includo no anexo A desta apostila.



103


3.5.

Programao do Controlador Lgico Programvel

3.5.1. Uso do Configurador

The ConfiguratorThe user prepares the plant strategy using the classic LADDER logic network, combining Relays, Coils, User-Functions and Built-in-Functions. User-Functions is a Boolean function prepared by the user that can take part of the Ladder logic network. It is edited using our exclusive Click-and-Write technique. With the Click-and-Write the user can write a full Boolean equation using all of the resources of the PLC without touching the keyboard! The user can create as many Ladder Networks as the memory space allows and can have the execution order changed at any time. Each Network is composed by a set of 15X16 cells. The cells can represent lines, Relays, Coils, UserFunctions, Built-in-Functions, Jumpers and/or Returns.

The Conf-700 Menu



103


Basic StepsThe user needs basically to navigate through the Configuration Pages. Configuration Pages are selected using dedicated buttons in the button bar or using the pull down menu under Configure. Buttons to access the Pages:

The program has four Configuration Pages; Information Page Hardware Definition Page Virtual Variables Page Ladder Logic Page

Information PageWhen you Open or ask for a New configuration the program shows the first Page of a PLC configuration. This Page is called the Information Page. The Information Page expects the user to enter all the text information on the particular project he is working on as well as selecting the CPU Version. Once he selects the CPU version the software automaticaly select the compatible set of Modules, Functions and related features to work with.



104


3.5.1.1.Definio do hardware

Hardware Definition PageThis is the place where the user defines the Racks and Modules that will compose the PLC-700 system for his specific application. This page gives the user a complete picture of the hardware. Every time the user adds a Input or Output Module the configurator allocates Global Variables directly related with I/O points of the Module and a Default names for them. Besides the default attributions the user can also create his own Tags for each Group and Point related with any used Module.

To add a Rack click on an available button marked with a faded Rack number right under the list of modules. A dialog box

Implementação de Fieldbus

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Transcript of Implementação de Fieldbus