Cuidados e Recomendações com o Aterramento do Shield no Barramento PROFIBUS DP - Shield e Aterramento

Shield e Aterramento

O shield (a malha, assim como a lâmina de alumínio) deve ser conectado ao terra funcional do sistema via conector PROFIBUS-DP, de tal forma a proporcionar uma ampla área de conexão com a superfície condutiva aterrada.

Ao passar o cabo, deve-se ter o cuidado de que o acabamento do shield esteja bem feito e não dando contato com outros pontos a não ser os pontos de terra. A máxima proteção se dá com os pontos aterrados, onde se proporciona um caminho de baixa impedância aos sinais de alta freqüência.

Em casos onde se tem um diferencial de tensão entre os pontos de aterramento, por exemplo, áreas distintas em prédios separados, recomenda-se passar junto ao cabeamento uma linha de equalização de potencial (a própria calha metálica pode ser usada ou por exemplo um cabo AWG 10-12). Veja Figura 1.

Desta forma se tem a proteção é mais efetiva para uma ampla faixa de freqüência.

Figura 1 – Linha de Equipotencial

Em áreas perigosas deve-se sempre fazer o uso das recomendações dos órgãos certificadores e das técnicas de instalação exigidas pela classificação das áreas. Um sistema intrinsecamente seguro deve possui componentes que devem ser aterrados e outros que não. O aterramento tem a função de evitar o aparecimento de tensões consideradas inseguras na área classificada. Na área classificada evita-se o aterramento de componentes intrinsecamente seguros, a menos que o mesmo seja necessário para fins funcionais, quando se emprega a isolação galvânica. A normalização estabelece uma isolação mínima de 500 Vca. A resistência entre o terminal de aterramento e o terra do sistema deve ser inferior a 1Ω. No Brasil, a NBR-5418 regulamenta a instalação em atmosferas potencialmente explosivas.

Um outro cuidado que deve ser tomado é o excesso de terminação. Alguns dispositivos possuem terminação on-board.

Figura 2 – Detalhe do Conector Típico 9-Pin Sub D.

A Figura 3 apresenta detalhes de cabeamento, shield e aterramento quando se tem áreas distintas.

Quanto ao aterramento, recomenda-se agrupar circuitos e equipamentos com características semelhantes de ruído em distribuição em série e unir estes pontos em uma referência paralela.

Recomenda-se aterrar as calhas e bandejamentos.

Um erro comum é o uso de terra de proteção como terra de sinal. Vale lembrar que este terra é muito ruidoso e pode apresentar alta impedância. É interessante o uso de malhas de aterramento, pois apresentam baixa impedância. Condutores comuns com altas freqüências apresentam a desvantagem de terem alta impedância. Os loops de correntes devem ser evitados. O sistema de aterramento deve ser visto como um circuito que favorece o fluxo de corrente sob a menor indutância possível. O valor de terra deve ser menor do que 10 Ω.

Figura 3 – Detalhe de Cabeamento em Áreas Distintas com Potenciais de Terras Equalizados.

Figura 4 – Detalhe da Preparação do Cabo PROFIBUS.

Algumas recomendações:

Deve-se evitar splice, ou seja, qualquer parte da rede que tenha comprimento descontínuo de um meio condutor especificado, por exemplo, remoção de blindagem, troca do diâmetro do fio, conexão a terminais nus, etc. Em redes com comprimento total maior que 400m, a somatória dos comprimentos de todos os splices não deve ultrapassar 2% do comprimento total e ainda, em comprimentos menores que 400m, não deve exceder 8m.
Em áreas sujeitas à exposição de raios e picos de alta voltagem, é indicado utilizar os protetores de surtos. Toda vez que houver uma distância efetiva maior que 100m na horizontal ou 10m na vertical entre dois pontos aterrados,
recomenda-se o uso de protetores de transientes. Na prática, na horizontal, entre 50 e 100m, recomenda-se o uso dos mesmos;
Quando a taxa de comunicação for maior ou igual a 1.5 MHz, é recomendado ter pelo menos 1m de cabo entre dois equipamentos DP. A capacitância de entrada dos dois equipamentos compensará o cabo, a fim de preservar a impedância comum. Quando se tem uma distância menor, a capacitância de entrada pode causar reflexões. Em taxas inferiores a 1.MHz este efeito é bem menor.
O sinal fieldbus deve ser isolado das fontes de ruídos, como cabos de força, motores, inversores de freqüência e colocá-los em guias e calhas separadas;
Quando utilizar cabos multivias, não se deve misturar sinais de vários protocolos;
Quando possível, utilizar filtros de linha, ferrites para cabo, supressores de transientes, centelhadores (spark gaps), feedthru e isoladores óticos para proteção;
Utilizar canaletas de alumínio onde se tem a blindagem eletromagnética externa e interna. São praticamente imunes as correntes de Foucault devido à boa condutibilidade elétrica do alumínio;
Para a taxa de 12 Mbits/s, recomenda-se colocar conectores com indutores de 110 nH, conforme a Figura 5;
Para cada equipamento, antes de instalá-lo, ler cuidadosamente seu manual e as recomendações do fabricante;
Em casos onde existem problemas com distâncias ou alta susceptibilidade a ruídos, recomenda-se o uso de fibras óticas, onde é possível estender a mais de 80Km (fibras sintéticas);
É comum o uso de link ótico. Neste caso, recomenda-se estar atento ao uso de repetidores.

Sempre verificar o endereçamento. No PROFIBUS DP é comum ser local, através de dip switches.

Figura 5 – Conexão de Conectores e Indutores na Rede PROFIBUS DP.

Este artigo não substitui o padrão IEC 61158 e nem os perfis e guias técnicos do PROFIBUS. Em caso de discrepância ou dúvida, o padrão IEC 61158, perfis, guias técnicos e manuais de fabricantes prevalecem.

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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
Especificações técnicas e Guias de Instalações Profibus.
Material de Treinamento e artigos técnicos Profibus - César Cassiolato