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CONFIGURAÇÃO PROFIBUS-PA: SIMPLES E FÁCIL

INTRODUÇÃO
 
O Profibus é um protocolo digital utilizado em sistemas de controle, que permite a conexão com interoperabilidade de diversos equipamentos e fabricantes. Possui uma série de vantagens em relação à tecnologia 4-20 mA, onde resumidamente pode-se citar, dentre outras:
 
  • Fácil cabeamento com redução de custos;
  • Simples operação, através da sala de controle;
  • Aplicações em área classificadas;
  • Altas taxas de comunicação no Profibus-DP;
  • Poderosas ferramentas de configuração/parametrização e gerenciamento de ativos;
  • Tecnologia aberta e em contínua evolução.
 
ARQUITETURA DO SISTEMA DE CONTROLE DE PROCESSO
 
Na prática existem diversos fabricantes de sistemas de controle, assim como várias possibilidades de arquiteturas, mas basicamente deve-se atentar para:
 
  • O número de estações host e estações de engenharia;
  • O número de controladores;
  • A hierarquia da comunicação;
  • As atribuições dos dispositivos e equipamentos de campo aos seus respectivos controladores;
  • O método de conexão dos equipamentos de campo;
  • As   condições   envolvendo   áreas   à   prova   de   explosão,   segurança   intrínseca,   emissões eletromagnéticas, condições ambientais, distribuição de cabeamento, aterramento etc.
 
 
A  figura  1  mostra uma  arquitetura  típica,  onde  se  tem  o  controlador  Profibus,  estações  de engenharia, ferramentas de parametrização, acopladores e outros elementos da rede.
 

Figura 1 – Arquitetura típica Profibus.
 
Quando falamos em protocolos digitais abertos, um dos tópicos mais importantes para o sucesso do interfaceamento entre os equipamentos  de campo e  as  atividades  do dia-a-dia  dos  usuários são as ferramentas de configuração, calibração e manutenção.
 
Este artigo nos traz detalhes de um interface de comunicação Profibus-PA/USB, a VCI10-UP, de simples utilização e com várias vantagens, principalmente em relação ao custo/benefício e uso com ferramentas FDT/DTM.


 
SIMPLES E FÁCIL, DESDE SUA CONCEPÇÃO ATÉ SUA UTILIZAÇÃO
 
 
Hoje em dia os usuários devem estar atentos às ferramentas que possam facilmente simplificar suas tarefas diárias com eficiência.
 
Foi com esta preocupação que a Vivace Process Instruments desenvolveu sua interface Profibus-PA com  conectividade  USB, a VCI10-UP,  de  uso  intuitivo,  sem  necessidade  de treinamento,  sendo  uma poderosa ferramenta de configuração, monitoração e manutenção de equipamentos da linha Profibus-PA.
 
Através da VCI10-UP e uma ferramenta de mercado com tecnologia FDT/DTM, muito facilmente tem-se uma ferramenta completa para instrumentos Profibus-PA. Pode-se configurar equipamentos dos mais diversos fabricantes, calibrá-los de qualquer ponto da planta ou mesmo em laboratório, onde o modo LOCAL permite alimentar o equipamento Profibus-PA sem a necessidade de coupler DP/PA, fonte ou impedâncias. O modo PA Bus funciona como um mestre Profibus Classe 2.
 
Além  disso,  ciclicamente  indica  a  condição  de  diagnóstico  do equipamento  ao  qual  está  se comunicando, facilitando ao usuário, através de um LED, a rápida identificação de diagnósticos.
 
 
VCI10-UP
 
 
A VCI10-UP é um dispositivo eletrônico que torna possível a conexão entre uma estação de trabalho, de manutenção ou gerenciamento online de ativos (desktop, notebook, por exemplo) que possua uma porta USB (Universal Serial Bus) e o barramento de comunicação industrial padrão IEC-61158-2, do tipo PROFIBUS-PA, possibilitando que uma interface homem x máquina (IHM) eficiente possa interagir com
transmissores, sensores, atuadores, conversores e demais equipamentos que possuam o mesmo protocolo.
 
Através de seu uso simples, a VCI10-UP torna-se uma excelente alternativa para equipes de manutenção e instrumentação com o objetivo de agilizar as tarefas de substituição, parametrização e diagnóstico  de  equipamentos PROFIBUS-PA.  Para  que  tal  integração  o seja  possível,  os  dispositivos PROFIBUS-PA devem ser adquiridos com seus respectivos arquivos de gerenciamento eletrônico do tipo DTM (DeviceType Manager).
 
Trata-se de uma tecnologia padronizada internacionalmente através dos registros IEC 62453 e ISA103. Vale ressaltar que a maioria dos fornecedores de instrumentação industrial fornece gratuitamente seus respectivos arquivos DTM para que sejam adicionados às bibliotecas eletrônicas das ferramentas FDT (Field Device Tool).
 
A VCI10-UP possui um DTM de comunicação universal e gratuito que pode ser utilizado com qualquer ferramenta de manutenção ou gerenciamento de ativos baseados em FDT/DTM, como por exemplo PACTwareTM, FieldcareTM, AssetView etc.
 
Este  equipamento foi  projetado  com  a  utilização  das  mais  recentes  tecnologias  disponíveis, garantindo confiabilidade, alto desempenho e robustez para as operações às quais foi destinada.
 

Figura 2 – VCI10-UP.
OPERAÇÃO
 
CONEXÃO EM MODO LOCAL”  Master configuration
 
A VCI10-UP possui dois modos de funcionamento. O primeiro, denominado LOCAL, é utilizado para uso em bancada ou quando não há energia e controle de impedância para fornecer ao instrumento.
 
A figura 3 indica a posição da chave seletora para o modo de operação “Local”. A figura 4 mostra o esquemático de montagem para este modo de operação.
 

Figura 3: Posição da chave seletora para o modo de operação “Local”.



Figura 4: Esquemático de interconexão para o modo de operação “Local”.
 
Uma vez atualizada a biblioteca do Frame Application da ferramenta de manutenção e/ou gerenciamento de ativos (PACTwareTM como exemplo neste manual), é necessária a criação da topologia virtual da estrutura de comunicação da arquitetura FDT/DTM.

Para isso:
  • Busque dentro da ferramenta, o fabricante Vivace;
  • Localize o DTM tipo drive “VCI10-UPDTM”;
  • Clique sobre ele e o arraste até o elemento PC HOST conforme a figura 5;
  • Com a interface conectada à estação de trabalho, clique com o botão direito do mouse e selecione “Parâmetro”, conforme a figura 6;

Figura 5: Criação da topologia lógica de comunicação FDT/DTM com o drive “VCI10-UPDTM”.


Figura 6: Seleção da operação de parametrização do drive “VCI10-UPDTM”.

 
Na tela de parametrização mostrada na Figura7, confirme o número da porta serial (Serial Port). Deve ser a mesma porta criada quando a interface foi instalada. Verifique também se o modo de operação (Mode) é compatível com o modo de operação da chave seletora.
 

Figura 7: Campos ajustáveis na tela de parametrização do DTM de Comm da VCI10-UP.
 
O campo “Slot Time” pode ser modificado quando necessário e se refere ao tempo limite que o DTM aguardará a resposta da interface VCI10-UP, após uma transmissão de mensagens.

Já o campo “Connect Time” é o tempo limite que o DTM de comunicação da interface aguardará a confirmação do status de conexão com o equipamento de campo.
 

Figura 8: Campos ajustáveis na tela de parametrização: Slot Time e Connect Time.

 
O Slot Time e o Connect Time do DTM só necessitam ser modificados caso exista intermitência na conexão e supervisão de dados em tempo real.

O  último  parâmetro  a  ser  observado  é  o  “VCI10-UP  Address”,  que  deve  ser  único  na  rede PROFIBUS. Selecione os valores desejados e clique em “Configure”.
 

Figura 9: Campo ajustável na tela de parametrização VCI10-UP.
 
A troca efetiva do endereço da interface VCI10-UP somente ocorrerá após a confirmação de uma nova conexão da VCI10-UP com seu respectivo DTM de comunicação.
 
ADICIONANDO EQUIPAMENTOS DE CAMPO  “SET DTM ADDRESS”
 
O segundo grupo de parâmetros (“SET DTM Address”) só será utilizável quando os DTMs de dispositivos que o usuário possui na planta ou bancada forem instalados. O procedimento de instalação é muito parecido com o utilizado para instalar o DTM de comunicação da interface. Lembre-se sempre de atualizar o catálogo de instrumentos do aplicativo FDT.
 
Uma  vez  instalado e  atualizado,  o  catálogo  de  instrumentos  permitirá  ao  usuário  instanciar logicamente os instrumentos do projeto de automação. Para tanto o usuário deve localizar o respectivo DTM de instrumento do equipamento desejado e arrastá-lo para debaixo do DTM de comunicação da VCI10-UP. A figura a seguir, exemplifica este processo.
 

Figura 10: Inserção de um instrumento na arquitetura FDT/DTM.
 

Figura 11: Mudança de endereço de um instrumento na arquitetura FDT/DTM.


Figura 12: Sucesso na mudança de endereço de um instrumento na arquitetura FDT/DTM.

 
Para se conectar em tempo real com o instrumento, clique com o botão direito do mouse e selecione o comando “Conectar”. Aguarde a confirmação de conexão através da mudança de status na coluna “Estado Online” que indicará o sucesso da conexão através da cor verde. Lembre-se que a VCI10-UP deve  estar  conectada  à  porta  USB  da  estação  de  trabalho  e  as  garras  devem  estar  energizando  o instrumento ao qual se deseja comunicar.

Figura 13: Procedimento de como conectar-se a um instrumento na arquitetura FDT/DTM.


Figura 14: Confirmação da conexão a um instrumento na arquitetura FDT/DTM.



Figura 15: Menu online do instrumento.
 
 
Para acessar o menu online do instrumento, selecione o comando “parâmetro” e escolha a opção “Parametrização Online”, como mostrado na figura 15.

 

Figura 16: Navegação online pelo menu de um instrumento na arquitetura FDT/DTM.
 
Adicionalmente é possível fazer a mudança de endereços físicos dos instrumentos conectados à VCI10-UP. Para os instrumentos já catalogados na base de dados do DTM de comunicação da VCI10-UP, é necessário apenas selecioná-lo no menu “Device” conforme abaixo. Para instrumentos não cadastrados o usuário  terá  que  inserir manualmente  o  IdentifierNumber  que  pode ser  encontrado  no  GSD  do instrumento.
 

Figura 17: Troca de endereço físico de um instrumento na arquitetura FDT/DTM.

CONEXÃO EM MODO “PA BUS”
 
No segundo modo de operação, a VCI10-UP pode operar em paralelo com sistemas de controle com redes PROFIBUS. Neste caso, a chave seletora da interface deve estar na posição “PA Bus”.
 

Figura 18: VCI10-UP em modo PA Bus.

 
Ao conectar a VCI10-UP em paralelo com o sistema a chave deve estar  obrigatoriamente na posição   PA  Bus.  A  não observância  desta  regra  poderá  causar  danos  temporários  (interrupção  da comunicação) no barramento ao qual foi conectado.
 
Neste modo de operação a VCI10-UP não fornece alimentação nem controle de impedância para o barramento PROFIBUS-PA e atua como um segundo mestre na rede. Suas funções de mestre classe 2 no PROFIBUS-DP proporcionam acesso acíclico aos diagnósticos de instrumentos, monitoração de todos os parâmetros disponibilizados por seus fornecedores e ainda consegue fazer lidar com a passagem de token inerente à comunicação cíclica do PROFIBUS. A arquitetura do sistema é mostrada na figura a seguir.
 

Figura 19: Esquemático de instalação da VCI10-UP em uma arquitetura PROFIBUS.
 
Em alguns sistemas de controle poderá ocorrer a necessidade de se aumentar em até 10% o tempo do parâmetro “Slot Time” na configuração cíclica do controlador mestre Classe 1.
 
Não confundir o parâmetro “Slot Time” na configuração cíclica do controlador mestre Classe 1 com o parâmetro “Slot Time” da configuração do DTM de comunicação da VCI10-UP.
 
Para sistemas que operam com o LINK DP/PA da SiemensTM, observar que este dispositivo ocupa endereço na rede PROFIBUS e não deve colidir com o endereço da VCI10-UP configurado no DTM.
 
Neste modo de operação e observando-se as orientações anteriores deste capítulo, modifique a parametrização inicial do campo “Mode” para “NETWORK” e depois clique em configure. Todo o restante dos procedimentos de inserção e parametrização são os mesmos observados anteriormente.
 

Figura 20: Parametrização inicial para o modo de operação PA Bus.

 
CONCLUSÃO
 
Vimos neste artigo um breve detalhamento da interface de comunicação Profibus-PA/USB. O protocolo   Profibus   oferece   toda   a   flexibilidade   e   autonomia   de   que   o   usuário   necessita para automatizar e otimizar processos, com facilidade de instalação, operação, manutenção e diagnósticos de variáveis que sejam importantes para o correto funcionamento da planta.
 
A  tendência  natural  tecnológica  é  o  aperfeiçoamento  das  ferramentas  de  configuração  e manutenção, buscando explorar ao máximo seus pontos positivos. A VCI10-UP facilita o gerenciamento e manutenção  de  instrumentos inteligentes  com  ferramentas  FDT/DTM, mostrando  como  o  protocolo Profibus-PA contribui para aumentar a disponibilidade da planta e os níveis de segurança operacional, além de reduzir custos de manutenção, sem abrir mão das suas características de simplicidade de uso e em relação à plataforma PC.
 
Veja outros modelos de interfaces de comunicação da Vivace (Profibus-PA Android® TM e Bluetooth®) nos artigos disponíveis no website. O conteúdo deste artigo foi elaborado cuidadosamente. Entretanto, erros não podem ser excluídos e assim nenhuma responsabilidade poderá ser atribuída ao autor. Sugestões de melhorias podem ser enviadas ao e-mail cesar.cassiolato@vivaceinstruments.com.br.

 
Sobre o autor

César Cassiolato é Presidente e Diretor de Qualidade da Vivace Process Instruments. É também Conselheiro Administrativo da Associação PROFIBUS Brasil América Latina desde 2011, onde foi Presidente de 2006 a 2010, Diretor Técnico do Centro de Competência e Treinamento em PROFIBUS, Diretor do FDT Group no Brasil e Engenheiro Certificado na Tecnologia PROFIBUS e Instalações PROFIBUS pela Universidade de Manchester

Referências
  • Manuais Vivace ProcessInstruments
  • Artigos Técnicos César Cassiolato
  • www.vivaceinstruments.com.br
  • Material de treinamento e artigos técnicos PROFIBUS - César Cassiolato
  • Especificações técnicas PROFIBUS
  • www.profibus.com