Red Profibus

34
CIDADE UNIVERSITÁRIA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA DISCIPLINA: COMUNICAÇÃO DE DADOS I PROFESSOR: CÉSAR AUGUSTO BERNARDI Aplicação das redes PROFIBUS e MPI

Transcript of Red Profibus

Page 1: Red Profibus

CIDADE UNIVERSITÁRIA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DISCIPLINA: COMUNICAÇÃO DE DADOS I

PROFESSOR: CÉSAR AUGUSTO BERNARDI

Aplicação das redes PROFIBUS e MPI

Caxias do Sul

Junho/2012

Page 2: Red Profibus

Aplicação das redes PROFIBUS e MPI

Alunos: Alex Garbin Pereira

Gissela Romero

Joneson Hammes Schimidt

Joviano Cesar Indicatti

Leandro Pohlmann Roccha

Rodrigo Valentim de Souza

Page 3: Red Profibus

ANEXO

CONFIGURAÇÃO DA COMUNICAÇÃO NOS EQUIPAMENTOS

Considerando que o software que está instalado no computador não possui os complementos necessarios para a implemetação da rede MPI, implementou-se as duas redes (PROFIBUS e MPI) juntas. Para a creação e configuração do projeto, se utilizo o software SIMATIC STEP 7 da Siemens, pois é o equipamento que o laboratório da universidade possui.

Creação da rede MPI

Para a creação do projeto o primero que debe-se fazer é, escolher os componentes que serão utilizados, nosso caso é selecionado o CPU314 C-2 DP é o linguagem de programação para o CLP, o qual foi feito em Ladder.

blocos que farão parte da aplição e a linguagem de programação a ser utilizada com os mesmos

Page 4: Red Profibus

Depois de criar o projeto é inserido o IHM pelo nome e versão do dispositivo, em caso de que a versão do dispositvo que seja selecionado no software não seja a mesma do equipamento, o programa não é transferido.

Feita a configuração do IHM, é inserido os blocos de organização os quais permitirão fazer a interface entre o sistema operacional e o programa do usuário, colocando os endereçõs de memoria e das posívels entradas ou saídas a ser ocupados no sistema. O programa feito permite ligar ou desligar uma lâmpada através de uma tela apresentada no IHM.

Page 5: Red Profibus

Para a configuração da tela que é apresentada no IHM é utilizado o WinCC do Simatic Manager, como nosso programa permite ligar ou desligar uma lâmpada, é necessário dois botões. Após que são inseridos, é criado um evento para cada um, é estabelecido um link direto entre as variáveis criadas no clp e as variáveis a serem utilizadas, para que assim à comunicação possa ser feita corretamente.

As tags ou memórias que foram criadas no CLP são também utilizadas no IHM, sem a necessidade de criar as mesmas novamente. Feito isto o programa pode-se transferir somente quando este feita a configuração dos equipamentos na topologia de comunicação no NetPro.

No NetPro, deve-se montar a ligação das portas de comunicação, conforme a imagem abaixo, lembrando que não podem existir emdereços repetidos na mesma rede.

Page 6: Red Profibus

Como pode ser visto na imagem se têm um esquema de CLP (SIMATIC 300 Station), do IHM e do PC que foi inserido, onde é designado uma nova interface de rede que sera a MPI, pois a conexão entre o computador e o CLP é feita através de comunicação MPI; além de inserir a subrede PROFIBUS para fazer a comunicação entre o IHM e o CLP.

Page 7: Red Profibus

Como foi indicado não pode existir emdereços repetidos na mesma rede, então é asignado um endereço para a red Profibus e outro para a red MPI, porém não se deve esquecer que os endereços designados no software devem ser os mesmos que vai ser configurado no IHM.

Em nosso caso foi designado com endereço 1 para a red MPI, ec com endereço 2 para a red PROFIBUS; então a conexão entre o computador e o CLP, é configurado com comunicação MPI e, a conexão entre o CLP e o IHM com comunicação PROFIBUS, ficando se seguinte jeito:

Para a configuração completa do IHM, alguns ajustes devem ser feitos diretamente por seu sistema; esto é, deve-se configurar os mesmos endereços das duas redes colocados no software no IHM como é apresentado nas imagens da abaixo, e uma velocidade de comunicação:

Page 8: Red Profibus

Como a conexão do IHM vai ser feita através de PROFIBUS, na configuração deve ficar selecionado nessa red para que a comunicação poda ser feita sem erros;

Uma vez feitas correitamente as configurações no software e no IHM pode-se transferir o programa; a transmissão entre o CLP e o IHM foi feita através do NetPro:

A transferência de o computador para o CLP foi feita através de WinCC, selecionado o ícone de transferir, deve-se habilitar a opção Enable routing para que se possa ativar o roteamento entre as duas redes.

Page 9: Red Profibus

É selecionado Transfer, e o programa é transferido com êxito.

Page 10: Red Profibus

COMO INSTALAR FISICAMENTE A REDE

Existem atualmente três perfis físicos que definem os métodos de transmissão disponíveis para o Profibus:

RS-485 para aplicações gerais da automação de manufatura. IEC 1158-2 para uso na automação de processos Fibra óptica para maior imunidade a ruído e maiores distâncias

Opcões de conectividade

Redes de cobre

Figura 1. Cabos Profibus com conectores

O padrão RS485 trabalha com diferenças de tensão; portanto, é mais imune a perturbações que uma interface que trabalha com níveis de tensão ou corrente. Em PROFIBUS, as estações são conectadas ao cabo através de um terminal ou um conector (máximo 32 estações por segmento). Os diferentes segmentos são ligados entre si por repetidores, a distancia máxima dos segmentos depende da taxa de transmissão; a taxa de transferência pode ser ajustado gradualmente de 9.6Kbits/s até 12Mbits/s de acordo com o padrão IEC 61158/61784. Para aplicações em zonas de segunrança intrínseca, é implementado PROFIBUS PA, onde a taxa de transferência é de 31.25Kbits/s.

Redes ópticas

Page 11: Red Profibus

As redes ópticas são ideais para grandes distâncias e podem ser utilizados cabos de fibra óptica de plástico, PCF ou vidro. Á linha de transmissão é imune a interferências eletromagnéticas; Excelente para aplicações industrias em interiores e exteriores.

Figura 2. Profibus com redes ópticas

PROFIBUS OLM e o terminal de barramento OBT permitem montar uma rede óptica com velocidades de transferência de até 12Mbits/s independente da distância.

OLM (Optical Link Modules)

OLM tem alta disponibilidade da rede pela topologia em anel óptico redundante e pela alimentação e cabeamento redundante; rápida localização de falhas através de sinalização, LED, monitoramento de canais e terminais de medição. Grande alcance de até 15Km com fibra de vidro (monomodo) e sua velocidade de transferência é de 9.6 Kbits/s até 12Mbits /s

OBT (Optical Bus Terminal)

A conexão é feita através de a inteface RS485 e um cabo com conectores em ambas extremidades. O OBT é integrado na linha óptica através de dois interfaces ópticas. Pode-se conectar por:

Fibra óptica de plástico até de 50m de comprimento.

Fibra óptica de PCF até de 300 m de comprimento.

Redes mistas

Topologia que combina uma rede elétrica com uma óptica. A transição entre os dois meios é implementado por OLM. A conexão máxima é de até 127 estações.

Page 12: Red Profibus

CONECTIVIDADE POR REDES DE COBRE E ÓPTICAS

As possibilidades de conexão de uma rede de cobre ou ópticas a um PC são

implementadas através de diferentes componentes para redes, que serão

apresentados a seguir:

Figura 3. Conexão de uma rede de cobre com OBT

Figura 4. Conexão de uma rede de cobre com conector de bus PROFIBUS FastConect RS485

Page 13: Red Profibus

Figura 5. Conexão de uma rede óptica com PROFIBUS OLM

Figura 6. Conexão de uma rede óptica com FO de plástico e conector Simplex

Figura 6. Conexão de uma rede óptica com FO e conector BFOC

Figura 7. Conexão de uma rede de segurança intrínseca

INSTALAÇÃO DA REDE PROFIBUS DP

A rede Profibus DP, como várias redes de comunicação industriais, pelo fato de ser aplicada muitas vezes em ambientes agressivos e com alta exposição à interferência eletromagnética, exige certos cuidados que devem ser tomados para garantir uma baixa taxa de erros de comunicação durante sua operação. A seguir são apresentadas recomendações para realizar a instalação do produto

Page 14: Red Profibus

Taxas de transmissão

O protocolo Profibus DP define uma série de taxas de comunicação que podem ser utilizadas, desde 9,6 Kbit/s até 12 Mbit/s. O comprimento máximo da linha de transmissão depende da taxa de comunicação utilizada; esta relação é mostrada na tabela 1 e 2.

Velocidade de transmissão (Kbit/s)

Tamanho máximo um segmento (m)

Expansão máxima da Rede (9 repetidores)

(m)9.6 1200 1000019.2 1200 1000093.75 1200 10000187.5 1000 10000500 400 40001500 200 20003000 100 10006000 100 100012000 100 1000

Tabela 1: Comprimento máximo para segmento e expansão em redes PROFIBUS utilizando RS-485

Velocidade de transmissão (Kbit/s)

Tamanho máximo Linha Principal (m)

Tamanho Máximo Ramais (m)

9.6 500 50019.2 500 50093.75 900 100187.5 967 33500 380 201500 193.4 6.63000 100 06000 100 012000 100 0

Tabela 2: Comprimento máximo da linha principal e ramais em redes PROFIBUS utilizando RS-485

Todos os equipamentos da rede devem ser programados para utilizar a mesma taxa de comunicação.

Tamanho máximo da rede

O cálculo para determinação da máxima distância entre duas estações em uma rede PROFIBUS é dada pela equação abaixo:

Page 15: Red Profibus

Lmax=( N rep+1 )∗Lseg

Onde:

Lmax : distância máxima entre duas estações em uma rede PROFIBUS em [m]

N rep: número de repetidores conectados em série

Lseg: comprimento máximo de um segmento de acordo com a velocidade de transmissão desejada em [m]

Portanto, para as velocidades de transmissão de 9,6 / 19,2 / 93,75 kbit/s e utilizando-se 9 Repetidores, é possível obter a seguinte distância máxima da rede:

= (9+1).1200 = 12000, ou seja, 12 km.

Por segurança, recomenda-se a utilização dos valores da Tabela 1.

Endereço na rede Profibus DP

Todo dispositivo na rede Profibus, mestre ou escravo, é identificado na rede através de um endereço. Este endereço precisa ser diferente para cada equipamento.

Cabo

É recomendado que a instalação seja feita com cabo do tipo A, cujas características estão descritas a seguir. O cabo possui um par de fios que deve ser blindado e trançado para garantir maior imunidade à interferência eletromagnética.

Impedância 135 a 165ΩCapacitância 30 pf/mResistência em loop 110 Ω/KmDiâmetro do cabo 0.64 mmSeção transversal do fio 0.34 mm

Tabela 3. Propiedades do cabo tipo A

Conectores

Page 16: Red Profibus

Diversos tipos de conectores podem ser utilizados para ligação do equipamento com a rede, desde terminais com parafusos até modelos de conectores elaborados especificamente para aplicações em rede Profibus.

Ligação do drive com a rede

O protocolo Profibus DP, utilizando meio físico RS485, permite a conexão de até 32 dispositivos por segmento, sem o uso de repetidores. Com repetidores, até 126 equipamentos endereçáveis podem ser conectados na rede. Cada repetidor também deve ser incluído como um dispositivo conectado ao segmento, apesar de não ocupar um endereço da rede.

É recomendado que a ligação de todos os dispositivos presentes na rede Profibus DP seja feita a partir do barramento principal. Em geral, o próprio conector da rede Profibus possui uma entrada e uma saída para o cabo, permitindo que a ligação seja levada para os demais pontos da rede. Derivações a partir da linha principal não são recomendadas, principalmente para taxas de comunicação maiores ou iguais a 1,5 Mbit/s.

A passagem do cabo de rede Profibus DP deve ser feita separadamente (e se possível distante) dos cabos para alimentação de potência. Todos os equipamentos devem estar devidamente aterrados, preferencialmente na mesma ligação com o terra. A blindagem do cabo Profibus também deve ser aterrada. O próprio conector do equipamento já possui conexão com o terra de proteção e, desta forma, faz a ligação da blindagem ao terra quando o conector Profibus está ligado ao drive. Mas uma ligação melhor, feita por grampos de fixação entre a blindagem e um ponto de terra, também é recomendada.

Resistor de terminação

Page 17: Red Profibus

Para cada segmento da rede Profibus DP, é necessário habilitar um resistor de terminação nos pontos extremos do barramento principal. Conectores próprios para a rede Profibus que possua chave para habilitação do resistor podem ser utilizados, mas a chave só deve ser habilitada (posição ON) caso o equipamento seja o primeiro ou último elemento do segmento. As chaves presentes no módulo de comunicação Profibus DP também podem ser utilizadas para habilitar o resistor de terminação. Vale destacar que, para que seja possível desconectar o elemento da rede sem prejudicar o barramento, é interessante a colocação de terminações ativas, que são elementos que fazem apenas o papel da terminação. Desta forma, qualquer equipamento na rede pode ser desconectado do barramento sem que a terminação seja prejudicada.

INSTALAÇÃO DA REDE PROFIBUS PA

Existem equipamentos derivadores que fornecem de maneira simples e segura a distribuição da rede Profibus PA para até oito equipamentos, sendo confeccionada em uma caixa com bornes internos para conexão das derivações e que permite montagem em campo com grau de proteção IP67.

Endereçamento Profibus:Quando são utilizados módulos somente de distribução rede Profibus PA, não existe nenhum circuito eletrônico com comunicação na rede e portando não ha necessidade de se configurar nenhum endereço.

Conexões:

Como o equipamento é um módulo de distribuição existe apenas dois tipos de conexões:

Conexão de entrada e saída da rede através de borne duplo Conexóes das derivações da rede através de borne simples

Conexão da Rede:

O instrumento permite que o cabo principal da rede possa entrar e sair deste módulo, dando continuidade para a rede até que encontre outro equipamento. A entrada do cabo da rede deve ser efetuada pelo prensa cabos PG16 montado na lateral esquerda da caixa e permite a utilização do cabo Profibus PA sempre respeitando-se o comprimento máximo do cabo segundo as regras de instalação da rede Profibus PA. O cabo da rede que sai da caixa de derivação deve utilizar o prensa cabos PG16, montado na lateral direita do invólucro.

Page 18: Red Profibus

CONFIGURAÇÃO E COMUNICAÇÃO NOS EQUIPAMENTOS ENVOLVIDOS

O software mais utilizado para a configuração de uma rede Profibus é SIMATIC STEP 7 da Siemens. Os passos a seguir são para a comunicação e configuração dos equipamentos na rede PROFIBUS DP.

1. Iniciar o software SIMATIC Manager2. Criar um novo projeto: File→ 'New Project’ Wizard

3. Selecionar o tipo de CPU a ser utilizado

Page 19: Red Profibus

4. Escolher os blocos que farão parte da aplição e a linguagem de programação a ser utilizada com os mesmos.

5. Definir um nome para o projeto.

Page 20: Red Profibus

6. Selecionar a pasta criada e inserir a rede: Insert → Subnet → PROFIBUS.

7. Configuramos o sistema mestre DP

8. Configuramos as propriedades do mestre DP

Page 21: Red Profibus

9. Atribuir um endereço PROFIBUS e criar uma nova rede10. Definir a velocidade de transferência e selecionar como perfil DP

11. Inserir o IHM pelo nome e versão do dispositivo em WinCC

Page 22: Red Profibus

12. Inserir os blocos de organização para fazer a interface entre o sistema operacional e o programa do usuário

13. Fazer a programação no editor, através das ferramentas apropriadas

Crear os tags e memórias para poder fazer a comunicação entre o CLP e o IHM

14. Abrir WinCC do Simatic Manager para a configuração da tela que é apresentada no IHM.

Page 23: Red Profibus

15. Criar um evento para cada botão inserido, que pode ser uma troca de telas, o set/reset de um bit especifico dentro da aplicação do clp

16. Utilizar os tags e memórias criadas no programa do CLP no IHM

Page 24: Red Profibus

17. Configurar as redes desde NetPro

18. Crear ligações entre a CPU

19. Seleção do tipo de ligação

Page 25: Red Profibus

20. Adicionar uma estação do tipo PG/PC

21. Designar a rede pela que sera ligada o PC, neste casso sera a rede MPI:

22. Designar um endereço sem esqueçer que não deve-se repetir

Page 26: Red Profibus

23. Conexão entre o IHM, o CLP e PC

24. Configuração de endereços do IHM

Para a configuração completa do IHM, alguns ajustes devem ser feitos diretamente por seu sistema; esto é, deve-se configurar os mesmos endereços das duas redes colocados no software no IHM como é apresentado nas imagens da abaixo, e uma velocidade de comunicação:

Page 27: Red Profibus

25. Seleção da rede pela que sera comunicado o IHM

26. Transferir o programa através do WinCC

27. Habilitar a opção Enable routing para que se possa ativar o roteamento entre as duas redes e Transferir.

Page 28: Red Profibus