A importância dos terminadores de barramento na rede Profibus

Introdução

É notório o crescimento do Profibus em nível mundial e principalmente no Brasil. Decidi escrever este artigo, pois tenho visto na prática muita instalação de forma inadequada e que tem refletido na qualidade da rede Profibus.

Este artigo em especial, comentarei sobre os terminadores de rede e sua importância na integridade do sinal de comunicação em níveis dentro dos padrões.

O que é um terminador de rede?

O terminador é uma impedância que se acrescenta na rede Profibus com a função de casar a impedância da rede. Quanto maior for o comprimento da rede, maior poder ser a distorção dos sinais. O terminador elimina erros de comunicação por distorções de sinais. Vale a pena ainda lembrar que se não colocarmos o terminador, o cabeamento funciona como uma antena, facilitando a distorção de sinais e aumentando a susceptibilidade à ruídos. A impedância característica é o valor da carga, que colocada no final desta linha, não reflete nenhuma energia. Ou em outras palavras, é o valor da carga que proporciona um coeficiente de reflexão zero, ou ainda, uma relação de ondas estacionárias igual a um.

Os terminadores na rede Profibus

Tanto a rede Profibus-DP quantro a rede Profibus-PA exigem os terminadores.

É obrigatório o uso dos terminadores de barramento, onde sua ausência causa o desbalanceamento, provocando atraso de propagação, assim como a oscilações ressonantes amortecidas causando transposição dos níveis lógicos (thresholds).Além disso, melhora a margem de ruído estático.

No Profibus-DP, os terminadores são ativos, isto é, são alimentados.Veja a figura 1.Os níveis de sinais devem estar entre 4.0 e 7.0V.

Figura 1 – Terminador de barramento Profibus-DP

Há necessidade da terminação ativa no barramento no começo e fim de cada segmento, para manter a integridade do sinal de comunicação, ambos terminadores devem ser energizados. Vide figura 2.

Figura 2 – Terminador ativo de barramento Profibus-DP

No Profibus-PA, deve-se ter terminadores no barramento (resistor de 100 Ohms e um capacitor de 1 uF em série), um no início e outro no final.Não se deve ligar a blindagem ao terminador e sua impedância deve ser 100 Ohms +/-20% entre 7.8 a 39 kHz. Este valor é aproximadamente o valor médio da impedância característica do cabo nas freqüências de trabalho e é escolhido para minimizar as reflexões na linha de transmissão, assim como para converter o sinal em níveis aceitáveis de 750 a 1000 mV.

Os cuidados necessários com os terminadores na rede Profibus-DP

Pelo fato dos terminadores serem ativos, um erro comum que se comete é colocar como escravo DP as estações de trabalho onde em uma queda de energia ou reset do microcomputador, as linhas de alimentação balançam, desbalanceando a rede.

Figura 3 – Forma de onda na RS485, Profibus-DP, quando o terminador é colocado na posição indevida

Na figura 3, a Terminação ativa na posição incorreta (esquerda) mostra que tanto o nível quanto a forma de onda são degradados.

O ativação incorreta do terminador causa descasamento de impedância e reflexões do sinal, uma vez que além do terminador ainda tem cabo com sua impendância.

Figura 4 – Forma de onda na RS485, Profibus-DP, quando se tem somente um terminador

A falta de terminação(figura 4, esquerda) promove o o não casamento de impedância e faz com que o cabo Profibus fique susceptível à reflexão de sinal, atuando como uma antena.

Na forma de onda à direita, podemos ver a terminação adequada.

Detalhes de terminação quando se tem repetidores

Outro detalhe a ser observado na prática, de acordo com a figura 5, é o uso dos terminadores de barramento, onde preferencialmente o mestre está localizado no início do barramento com um terminador ativo e o último escravo, o mais distante do mestre, também possui terminador ativo.Isto significa que o último escravo deve permanecer alimentado o tempo todo e por exemplo, durante sua manutenção ou reposição, pode haver comunicação intermitente com os outros devices.

Quando devido à arquitetura e/ou topologia tem-se algo como a figura 6, onde se tem o mestre no meio do barramento, deve-se colocar os terminadores no primeiro escravo(o mais a esquerda do mestre) e no último(o mais distante), mantendo-os sempre energizados. Aqui também, durante a manutenção ou reposição, pode haver comunicação intermitente com os outros devices.

Figura 5 – Regra geral de segmentação, repetidor e bus terminator.

Figura 6 – Mestre localizado no meio do barramento

Alguns repetidores não se programam automaticamente com a taxa de comunicação e nem mesmo possuem indicação luminosa de alimentação ativa.

Aumento de disponibilidade com o uso de terminadores ativos na rede Profibus-DP

O AT303 da Smar é um terminador ativo que foi desenvolvido para aumentar a disponibilidade da rede PROFIBUS-DP e facilitar o acesso a qualquer nó no barramento PROFIBUS-DP sem colocar a rede em situação de intermitência. Desta forma, qualquer escravo da rede pode ser desligado, removido ou substituído sem comprometer a comunicação e ainda em especial, na situação em que os terminadores ficam habilitados nos escravos nos extremos da rede.O terminador AT303 pode ser montado no interior de painéis em trilho DIN ou mesmo em caixas no campo. Veja figura 7.

Principais característicasdo AT303:

  • Alimentação 24 Vdc, isolada;
  • Isolação galvânica;
  • Velocidades de 9.6 kbits/s a 12 Mbits/s;
  • LED de indicação de alimentação;
  • 01 Conector DB9 frontal PROFIBUS DP;
  • 01 Conector por borne PROFIBUS DP.


Figura 7 -  Uso do repetidor ativo AT303

Os cuidados necessários com os terminadores na rede Profibus-PA

Vejamos alguns detalhes na rede PA com os terminadores (veja figura 8 a 10):

  • 02 terminadores de barramento devem estar conectados na rede Profibus-PA, sendo um na saída do coupler DP/PA e o outro no útlimo equipamento, dependendo da topologia adotada.
  • Se na distribuição do cabeamento tiver uma caixa de junção no final do tronco principal com vários spurs, o terminador de campo de ser colocado neste ponto, o que facilitará na manutenção quando for necessário remover equipamentos.
  • Verifique a correta conexão do terminador, lembrando que a falta de terminadores proporcionam a intermitência da comunicação, uma vez que não há casamento de impedância e há aumento da reflexão de sinal.
  • A falta de um terminador ou sua conexão em ponto incorreto também degrada o sinal uma vez que também ficará parte do cabeamento como uma antena.
  • A falta de um terminador pode aumentar em mais de 70% o sinal e um terminador a mais pode atenuar o sinal em até 30%. Nestas condições pode-s ter intermitências no sinal de comunicação.

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Figura 8 – Forma de onda típica na rede PA e a influência dos terminadores

Figura 9 – Forma de onda na rede PA, sem terminadores

Figura 10 – Forma de onda na rede PA, terminador habilitado em posição inadequada do cabeamento.

Conclusão

Através deste artigo pudemos ver de forma bem simples a importância dos terminadores na rede Profibus-DP e Profibus-PA.

Vale a pena lembrar que o sucesso de toda rede de comunicação está intimamente ligada à qualidade das instalações.

Como cliente contrate serviços de empresas que conheçam e dominem a tecnologia Profibus e que façam instalações profissionais e de acordo com o padrão Profibus.

O seu tempo de comissionamento, startup e seus resultados podem estar comprometidos com a qualidade dos serviços de instalações.

Este artigo não substitui os padrões IEC 61158 e IEC 61784 e nem os perfis e guias técnicos do PROFIBUS. Em caso de discrepância ou dúvida, os padrões IEC 61158 e IEC 61784, perfis, guias técnicos e manuais de fabricantes prevalecem. Sempre que possível, consulte a EN50170 para as regulamentações físicas, assim como as práticas de segurança de cada área.

A SMAR possui um ampla equipe especializada em projetos, certificações de redes e instalações em Profibus.Para mais detalhes, acesse o canal direto de comunicação com os engenheiros especialistas em instalações e tecnologia PROFIBUS e AS-i da SMAR: https://www.smar.com.br/pt/assistencia-tecnica


Consulte a solução completa SMAR Profibus:

Autor

  • César Cassiolato

Referências

Soluções Confiáveis

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