Tudo sobre uma rede PROFIBUS e como usá-la com serviços IIoT

PROFIBUS é uma rede digital responsável por fornecer a comunicação entre os sensores de campo e o sistema de controle ou os controladores. A primeira ideia durante seu desenvolvimento foi obter soluções PROFIBUS implementadas em indústrias de automação de fábrica e, depois, em indústrias de processo, manufatura etc.

Logo no início, o grupo de interesses desenvolveu o PROFIBUS FMS (especificação da mensagem Fieldbus). Era um protocolo complexo que não é mais utilizado hoje. Depois disso, eles trabalharam para criar o protocolo PROFIBUS DP (periféricos descentralizados), e em 1998 o PROFIBUS PA (automação de processo) foi lançado.

Hoje, quando falamos sobre PROFIBUS, temos o PROFIBUS DP e o PROFIBUS PA. Além disso, o PROFINET, baseado na comunicação Ethernet, foi desenvolvido e já foi implementado em muitas áreas e aplicações diferentes.

Como mencionado anteriormente, você encontrará o PROFIBUS DP e o PROFIBUS PA no mercado. Agora vamos ver como o PROFIBUS DP e o PA funcionam e em quais aplicações eles são usados com mais frequência.

A rede PROFIBUS DP foi desenvolvida como uma solução rápida baseada em uma camada física RS485 e na norma europeia EN-50170. A camada física não precisa ser de cobre, também pode ser sem fio ou com fibra ótica. PROFIBUS DP significa periférico descentralizado. O nome se refere às conexões de E/S, que usam comunicação em série totalmente descentralizada de alta velocidade para se conectar a um controlador central.

Também é relevante dizer que o protocolo PROFIBUS DP é baseado no modelo de interconexão de sistema aberto (OSI) de acordo com o padrão ISO 7498 e que cada camada de protocolo tem tarefas definidas. A rede PROFIBUS DP é uma rede de tokens multi-mestre. Isso significa que, quando há dois ou mais mestres no sistema, um token que dá o direito de falar com os equipamentos de campo é passado de mestre para mestre, e cada um recebe uma parte do tempo de comunicação.

Existem duas classes de mestre. O mestre classe 01 comunica informações cíclicas para controlar o processo. O mestre Classe 02 (opcional) comunica informações acíclicas e é usado para diagnóstico, alarmes e configuração do equipamento. Considerando a velocidade, a rede funciona em 9,6 kbit/s até 12 Mbit/s em um sistema de 100 a 1.000 metros. No que diz respeito à topologia, redes PROFIBUS DP são lineares e podem ser usados gateways, repetidores e terminais. Por último, redes DP podem ter um perfil ProfiSafe e ser usadas em aplicações de segurança SIL3.

Inicialmente, o protocolo PROFIBUS PA foi desenvolvido como uma evolução da comunicação HART. Ele é dedicado a aplicações de campo, onde é necessária comunicação entre os instrumentos de medição e o sistema de controle. O PROFIBUS PA usa pares blindados torcidos para alimentação e comunicação. Sua estrutura de rede física está em conformidade com a IEC-61158-2 e a taxa de dados na rede é de 31,25 kbit/s. Na verdade, é basicamente a mesma que o FOUNDATION Fieldbus H1, já que ambas são baseadas no mesmo padrão.

No momento do desenvolvimento, 31,25 kbit/s era mais do que suficiente (e ainda é) para o tipo de informação enviada e recebida pelos instrumentos de campo. Os equipamentos PROFIBUS PA não são conectados diretamente ao controlador. Este fica na rede PROFIBUS DP mais rápida e é alcançado através de um acoplador ou link. O acoplador/link age como uma interface de rede e fornece a energia para o barramento. A grande vantagem das redes PA é que elas podem ser projetadas para serem intrinsecamente seguras, o que significa que os instrumentos conectados a elas podem operar em áreas classificadas.

Normalmente, há menos equipamentos em um barramento intrinsecamente seguro se comparado a uma rede convencional, mas isso depende de vários fatores que determinam o número ideal de equipamentos para cada uma. Entre os fatores estão, por exemplo, corrente de consumo do instrumento, comprimento do barramento, tipo de cabo etc.

É essencial dizer que este capítulo não vai se aprofundar muito em relação à PROFINET , pois, embora ela também seja mantida pelo grupo de interesses do PROFIBUS, é um protocolo diferente.

Podemos dizer que o PROFINET pode ser considerado uma evolução do protocolo PROFIBUS. Na indústria atual, as pessoas gostam de usar protocolos baseados em Ethernet (IEEE 802.3) e no modelo OSI. O PROFINET pode ser aplicado no controle e na comunicação em campo, proporcionando uma rede uniforme e vertical, bem como todas as vantagens de TI em áreas de produção da empresa.

Você já pode encontrar muitos fabricantes com instrumentos de campo usando um protocolo nativo baseado em Ethernet. Outra vantagem em relação à sua implementação é que esse tipo de protocolo é fácil de implementar porque usa um modelo bem conhecido com baixo custo de infraestrutura. O PROFINET não deve ser considerado uma Ethernet PROFIBUS! PROFINET é um padrão aberto baseado em Ethernet e uma evolução do protocolo PROFIBUS.

Uma vantagem significativa do PROFINET é a sua coexistência latente com o TCP/IP, que acrescenta benefícios substanciais. Todos os equipamentos são conectados a uma única rede onde são executados controle, diagnóstico etc. Normalmente, gateways não são necessários. O padrão permite que a rede seja construída de várias maneiras diferentes, por exemplo, com topologia em anel, linha, árvore, estrela etc. O PROFINET opera em velocidades de até 1.000 megabits por segundo, e os cabos podem ter até 100 metros de comprimento. Devido ao seu funcionamento em alta velocidade, ela tem um tempo de resposta inferior a 1 milissegundo.

Quando falamos de PROFIBUS, estamos falando de um protocolo de comunicação digital tradicional e bem conhecido que foi implementado em diferentes indústrias e aplicações. Esse protocolo é baseado na comunicação serial e já trouxe muitos benefícios para a indústria.

PROFINET é um protocolo baseado na Ethernet industrial. O PROFINET suporta uma comunicação mais rápida e oferece mais largura de banda. Isso significa que uma mensagem trocada na rede PROFINET pode conter muito mais informações do que uma mensagem no PROFIBUS.

A seguir, você encontra uma tabela da PROFIBUS International fazendo uma comparação entre ambas as opções:

No fim das contas, é uma das melhores soluções disponíveis. No entanto, ainda é essencial ver quais são os requisitos de sua aplicação para implementar o melhor protocolo de comunicação em sua fábrica.

PROFIBUS e PROFINET International são uma grande comunidade de automação presente em diferentes partes do mundo. São responsáveis pelo PROFIBUS e pelo PROFINET, dois dos protocolos de comunicação mais relevantes do mercado. A organização está tentando diminuir as lacunas de conhecimento sobre protocolos de campo em diferentes indústrias. Ela organiza eventos para conversar sobre tecnologia e trazer conhecimentos para os usuários finais.

Alguns usuários PROFIBUS implementam a rede como um sistema de 4-20 mA. Porém, é possível usar os dados da rede para entender o que está acontecendo e agir antes que algo aconteça.

O monitoramento de condição tradicional pode ser bastante complexo em alguns cenários. No entanto, agora os serviços de IIoT oferecem suporte a um monitoramento fácil da saúde do equipamento e um acesso rápido a informações e documentos de banco de dados, mesmo remotamente.

Para coletar as informações de diagnóstico e de status do campo, você precisa ter aquilo que chamamos de fieldgate. Um bom exemplo é o Fieldgate SFG500. Ele funcionará como um mestre classe 02 DP, coletando todos os dados dos seus equipamentos de campo. O fieldgate é então conectado a um equipamento de borda, como o FieldEdge SGC500.

Todas as informações dos dispositivos são transferidas para a nuvem usando um ambiente seguro. Aqui, você pode usar diferentes tipos de serviço IIoT, por exemplo, o Netilion Health para monitorar o status de saúde de seus equipamentos de campo.

Ao mesmo tempo, você pode usar a Netilion Library para organizar toda a documentação relacionada aos seus equipamentos de campo, como manuais técnicos, relatórios de calibração e assim por diante.

Por último, você pode obter um melhor controle da sua base instalada. O Netilion Analytics, juntamente com o equipamento de ponta, criará um gêmeo digital do seu equipamento, fornecendo todas as informações sobre a base instalada, como tipos de equipamentos, fornecedores, criticidade, obsolescência e muito mais.