Algumas dicas de soluções de problemas no PROFIBUS-DP

 

Introdução

Apesar de muito simples a tecnologia do meio físico mais utilizada no PROFIBUS-DP, a RS485, ainda vemos alguns detalhes em campo que poderiam ser evitados e que poderiam diminuir o tempo de comissionamento e startup e evitar as condições de intermitências e paradas indesejadas durante a operação.

Em outro artigo detalharemos mais situações. Acompanhe no site SMAR:https://www.smar.com.br/pt

Atenção

Sempre que possível, consulte a EN50170 para as regulamentações físicas, assim como as práticas de segurança de cada área.

É necessário agir com segurança nas medições, evitando contatos com terminais e fiação, pois a alta tensão pode estar presente e causar choque elétrico. Lembre-se que cada planta e sistema têm seus detalhes de segurança. Informe-se sobre estes detalhes antes de iniciar o trabalho!

Para minimizar o risco de problemas potenciais relacionados à segurança, é preciso seguir as normas de segurança e de áreas classificadas locais aplicáveis que regulam a instalação e operação dos equipamentos. Estas normas variam de área para área e estão em constante atualização. É responsabilidade do usuário determinar quais normas devem ser seguidas em suas aplicações e garantir que a instalação de cada equipamento esteja de acordo com as mesmas.

Uma instalação inadequada ou o uso de um equipamento em aplicações não recomendadas podem prejudicar a performance de um sistema e conseqüentemente a do processo, além de representar uma fonte de perigo e acidentes. Devido a isto, recomenda-se utilizar somente profissionais treinados e qualificados para instalação, operação e manutenção.

O meio físico RS485

Neste padrão temos dois canais independentes conhecidos como A e B, que transmitem níveis de tensão iguais, porém com polaridades opostas (VOA e VOB ou simplesmente VA e VB).

Por esta razão, é importante que a rede seja ligada com a polaridade correta.

Embora os sinais sejam opostos, um não é o retorno do outro, isto é, não existe um loop de corrente.

Cada sinal tem seu retorno pela terra ou por um terceiro condutor de retorno, entretanto, o sinal deve ser lido pelo receptor de forma diferencial sem referência ao terra ou ao condutor de retorno.

Quanto ao aterramento neste sistema de comunicação, esta é a grande vantagem do sinal diferencial: note na figura 1a que o sinal está trafegando com fases invertidas nos condutores do cabo enquanto o ruído trafega com mesma fase.

Nos terminais de entrada do amplificador diferencial, o sinal de comunicação PROFIBUS chega em modo diferencial e o ruído em modo comum, rejeitando-o. Sendo assim, todo ruído que for induzido no cabo, em geral de origem eletromagnética, será em sua maioria rejeitado.


Figura 1a – Sinal PROFIBUS-DP – RS485


Figura 1b – Rede PROFIBUS-DP – RS485

Linhas de transmissão diferenciais utilizam como informação apenas a diferença de potencial existente entre os dois condutores do par trançado, independente da diferença de potencial que eles apresentam em relação ao referencial de tensão (comum ou terra). 
Dicas em algumas situações com a rede PROFIBUS-DP

  • A RS-485 usa um par diferencial desbalanceado, o que significa que cada dispositivo na rede deve ser conectado ao terra proporcionado um retorno de sinal para minimizar ruído nas linhas de dados. O cabo utilizado de ser de par trançados com shield e sempre que necessário deve-se utilizar protetores de transientes.



Figura 1c – Rede PROFIBUS-DP – RS485 com protetor de transiente

  • Terminação: neste caso na prática temos visto muitos erros de conceitos. 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.

A tabela 1 mostra como verificar a rede PROFIBUS-DP em relação aos terminadores e mesmo em relação ao cabo utilizando um multímetro.

8 (A)

3 (B)

Cabo ok

Curto entre A e B

1 BT ativo
  • 2 BTs ativos
  • << 110 Ω, mais de 2 BTs Ativos

8 (A)

shield

Cabo ok

Curto entre A e o shield

----

----

3(B)

shield

Cabo ok

Curto entre B e o shield

----

----

Tabela 1 – Medições com terminadores na rede PROFIBUS-DP

  • Linhas A e B no cabo PROFIBUS-DP: é comum em campo encontrarmos a inversão destas linhas na montagem dos conectores. No PROFIBUS-DP adotamos:
    1. Linha B: Positivo do sinal – Cor vermelha (Pino 3 do DB9)
    2. Linha A: Negativo do sinal – Cor Verde (Pino 8 do DB9)

A figura 2 mostra o sinal PROFIBUS-DP com as linhas A e B invertidas a 200m da medição.


Figura 2 - Sinal PROFIBUS-DP com as linhas A e B invertidas a 200m da medição (Cortesia Rafaela Castelhano Souza).


Com a rede inativa e um voltímetro pode-se identificar esta situação. Se a linha B não for mais positiva do que a A, há um problema nestas conexões.

  • Condição de tristate e idle (1.0 V): esta condição ocorre quando nenhum equipamento PROFIBUS estiver transmitindo e aí os circuitos entram em um estado de alta impedância. Os resistores nas linhas A e B são colocados para que as linhas de dados não flutuem e com isto se tenha uma corrente DC de BIAS:
    1. Resistores com valores altos: diminuem a imunidade a ruídos e geram instabilidade na rede
    2. Resistores com valores baixos: sobrecarregam os drivers de comunicação

Figura 3 - Terminador de Barramento Profibus
Figura 3 – Terminador de barramento PROFIBUS-DP 
 


Figura 4 – Sinal PROFIBUS-DP com problema de sobrecarga nos drivers 485

  • Colisão de dados: uma vez que não se tem mais de um equipamento colocando dados na rede PROFIBUS uma alteração nos sinais que alterem o tempo de bit ou mesmo que se altere o tempo de idle. Temos que observar nos sinais se algum equipamento não está requisitando dados mais rápido do que o tempo de um byte. A colisão acontece quando um equipamento tenta comunicar e a linha não está em tristate. Outra situação com colisão é quando se tem endereços repetidos no barramento.Como o endereço padrão (default) é o 126, é comum se ter em algumas situações, principalmente durante o comissionamento e startup de aplicações, a condição de endereços repetidos.

A figura 5 exemplifica o que acontece no barramento nesta situação.


Figura 5 – Deformação no sinal RS485 com equipamentos que respondem ao mestre por possuírem o mesmo endereço


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.

Para mais detalhes veja os artigos:


Para mais informação sobre a tecnologia PROFIBUS, veja https://www.smar.com.br/pt/artigos-tecnicos-profibus
Para detalhes de um sistema de automação verdadeiramente aberto baseado em redes, consulte: https://www.smar.com.br/pt/system302

Autor

  • César Cassiolato

Referências:

  • Manuais SMAR PROFIBUS
  • Aterramento, Blindagem, Ruídos e dicas de instalação - César Cassiolato
  • EMI – Interferência Eletromagnética - César Cassiolato
  • https://www.smar.com.br/pt
  • Material de Treinamento e artigos técnicos PROFIBUS - César Cassiolato
  • Especificações técnicas e Guias de Instalações PROFIBUS.
  • https://www.smar.com.br/pt/artigos-tecnicos

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