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4 - Comunicação

Dentre os transmissores microprocessados, existem os que se comunicam através do Fieldbus, que é um sistema de rede de comunicação industrial para controle em tempo real, os protocolos são.: Hart, Profbus  ou Modbus , ou seja,  é possível se comunicar com um transmissor que se encontre a distância, utilizando o computador ou um configurador portátil (Handheld), para isso é necessário que o transmissor esteja interligado na mesma rede que os demais.

O protocolo HART (Highway Addressable Remote Transducer) é um protocolo utilizado para comunicação entre sistemas de tempo real, principalmente em aplicações de automação industrial.
O protocolo HART permite a sobreposição do sinal de comunicação digital aos sinais analógicos de 4-20mA, sem interferência, na mesma fiação. O HART proporciona alguns dos benefícios apontados pelo fieldbus, mantendo ainda a compatibilidade com a instrumentação analógica e aproveitando o conhecimento já dominado sobre os sistemas 4-20 mA existentes. Para transmitir o sinal digital juntamente com o analógico, utiliza-se a técnica de FSK (frequency shift key) no qual um sinal senoidal de corrente pico-a-pico de 1 mA na frequência de 1200 kHz significa "1" e 2200 kHz significa "0".
Há algumas limitações na utilização desse padrão de comunicação. Por exemplo, pode-se ter uma configuração mestre-escravo utilizando sinal analógico e digital no mesmo par de fios. Essa configuração só é possível para um escravo no par de fios. Para a utilização de mais de um dispositivo, o sinal analógico é desprezado. A corrente que era usada na comunicação analógica fica definida em 4 ma todo o tempo (apenas para a alimentação dos dispositivos), e os sinais de controle são transmitidos nas freqüência conhecidas 1200 kHz-2200 kHz. Pode-se configurar até 15 dispositivos nesse modo.

PROFIBUS  (Process Field Bus) é o 2º tipo mais popular sistema de comunicação em rede Fieldbus ficando atrás somente do protocolo Modbus, sendo que em 2004, estimava-se que existiriam mais de 10 milhões de nós instalados mundialmente.
PROFIBUS foi desenvolvido em 1987 por Johan Sartwish Wilman, em São Petersburgo.
Existem três diferentes versões de PROFIBUS:
  • PROFIBUS-DP (Decentralized Peripherals) esse protocolo foi a primeira versão criada. Indicada para o chão de fábrica, onde há um volume de informações grande e há a necessidade de uma alta velocidade de comunicação para que os eventos sejam tratados num tempo adequado.
  • PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) esta versão é uma evolução do Profibus DP e destina-se a comunicação ao nível de células (nível onde se encontram os PLCs). O FMS é tão poderoso que pode suportar o volume de dados até o nível gerencial, mesmo que isso não seja indicado.
  • PROFIBUS-PA (Process Automation) é a versão mais moderna do Profibus. Uma característica interessante deste protocolo é que os dados podem trafegar pela mesma linha física da alimentação DC, o que economiza tempo de instalação e cabos e diminui o custo de sua instalação. Sua performance é semelhante ao DP. Uma característica interessante nesse protocolo, é o fato dele ser intrinsecamente seguro, podendo ser usado em áreas classificadas.
PROFIBUS foi definida em 1991/1993 na norma DIN 19245, movida em 1996 para EN 50170, e desde 1999 incluída na normas IEC 61158/IEC 61784.
O padrão PROFIBUS é mantido, atualizado e comercializado pela PROFIBUS International, uma organização sem fins lucrativos administrada de Karlsruhe, na Alemanha.

Meio físico

Existem três tipos de meio físico de comunicação que podem ser utilizados pelo Protocolo Profibus, a saber:
  • RS-485 - É o meio físico mais utilizado e consiste basicamente de um cabo blindado e dois fios, geralmente nas cores verde e vermelha. Nas extremidades da rede é necessário realizar terminação da rede, que consiste num arranjo de resistores interligados aos terminais da rede e dois pontos de tensão de referência disponibilizados no dispositivo. Existe também a possibilidade de utilização de terminadores ativos.
  • IEC 61158-2 - É um padrão que define regras e particularidades para aplicações em automação de processos (Profibus PA), sobretudo para aplicações em áreas classificadas.
  • Fibra óptica - É o meio físico mais recomendado para locais onde há grande possibilidade de interferências eletromagnéticas (EMI). Existem equipamentos disponíveis no mercado para efetuar a conversão de RS-485 para fibra óptica e vice-versa, específicos para rede Profibus DP.

Modbus, criado originalmente em 1979, pela fabricante de equipamentos Modicon. É um dos mais antigos e até hoje mais utilizados protocolos em redes de Controladores Lógicos Programáveis (CLP) para aquisição de sinais de instrumentos e comandar atuadores. A Schnider Electric (atual controladora da Modicon) transferiu os direitos do protocolo para a Modbus Organization em 2004 e a utilização é livre de taxas de licenciamento. Por esta razão, e também por se adequar facilmente a diversos meios físicos, é utilizado em milhares de equipamentos existentes e é uma das soluções de rede mais baratas a serem utilizadas em automação industrial.
O protocolo Modbus especifica que o modelo de comunicação é do tipo mestre-escravo (ou cliente-servidor). Assim, um escravo não deve iniciar nenhum tipo de comunicação no meio físico enquanto não tiver sido requisitado pelo mestre. Por exemplo, a estação mestre (geralmente um CLP) envia mensagens solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumentação ou envia sinais a serem escritos nas saídas, para o controle dos atuadores ou nos registradores. A imagem abaixo mostra um exemplo de rede Modbus com um mestre (CLP) e três escravos (módulos de entradas e saídas, ou simplesmente E/S). Em cada ciclo de comunicação, o CLP lê e escreve valores em cada um dos escravos.


FIGURA

No entanto, ainda é possível haver colisões durante o acesso ao meio compartilhado, e o protocolo não é específico em como solucioná-las. Como ilustração de um problema possível, suponha que, em uma dada aplicação do protocolo Modbus sobre um barramento RS-485, o mestre requisita seus escravos em sequência. Suponha também que o mestre, após um tempo específico, passa a requisitar o escravo seguinte, tendo recebido ou não uma resposta do escravo anterior. Nesse caso, se o primeiro escravo demora mais tempo para responder do que o tempo que o mestre espera, pode acontecer de o primeiro escravo responder bem no período em que o mestre resolveu fazer a requisição ao escravo seguinte, ou no período em que o segundo escravo já tinha iniciado sua resposta – havendo colisão no meio. Não há nada especificado no protocolo para resolver esse tipo de problema. Cabe inteiramente à aplicação – através de hardware ou software - implementar de forma correta o acesso ao meio, os parâmetros de time-out etc.


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