ap 02 nivel fisico - instalação fieldbus

5/8/2018 ap 02 Nivel Fisico - Instalação Fieldbus - slidepdf.com

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Rede Industrial: Tecnologia Foundation Fieldbus

Assunto: Camada Física – Instalação – Elementos da Rede H1

1- No estudo do nível físico analisam-se os tipos de ligações possíveis, conexões,terminadores, características elétricas, etc... especificados pela FIELDBUSFOUNDATION PHYSICAL LAYER PROFILE SPECIFICATION, Document FF-94-816, August 28,1995.

2- A Norma ANSI/ISA-S50.02-1992, trata do meio físico para a realização dasinterligações os principais itens são:• transmissão de dados somente digital• self-clocking• comunicação bi-direcional•

código Manchester • modulação de voltagem (acoplamento paralelo)• velocidades de transmissão de 31,25 kb/s, 100 Mb/s• barramento sem energia, não intrinsecamente seguro• barramento com energia, não intrinsecamente seguro• barramento sem energia, intrinsecamente seguro• barramento com energia, intrinsecamente seguro

3-No nível de instrumentos ligados aos barramentos de campo, a velocidadenormalizada é 31,25 kb/s, as outras velocidades deverão ser utilizadas para ainterligação de “bridges” e “gateways” para a conexão em alta velocidade destes

dispositivos.

4-Na velocidade de 31,25 kb/s a norma determina:

a)Um instrumento FIELDBUS deve ser capaz de se comunicar entre os seguintesnúmeros de equipamentos:

entre 2 e 32 instrumentos numa ligação sem segurança intrínseca ealimentação separada da fiação de comunicação; entre 2 a 6 instrumentos alimentados pela mesma fiação de comunicaçãonuma ligação com segurança intrínseca (mais utilizado na prática: comsegurança )

entre 1 e 12 instrumentos alimentados pela mesma fiação decomunicação numa ligação sem segurança intrínseca (mais utilizado naprática: sem segurança )

b) Um barramento carregado com o número máximo de instrumentos na velocidade de31,25 kb/s não deve ter entre quaisquer dois equipamentos o comprimento maior que1.900 m (incluindo as derivações)

c) o número máximo de repetidores para a regeneração da forma de onda entre doisinstrumentos não pode exceder a 4 (quatro)

d) um sistema FIELDBUS deve ser capaz de continuar operando enquanto uminstrumento está sendo conectado ou desconectado;

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e) as falhas de qualquer elemento de comunicação ou derivação (com exceção de curto-circuito ou baixa impedância) não deverá prejudicar a comunicação por mais de 1 ms;

f) deve ser respeitada a polaridade em sistemas que utilizem pares trançados, seus

condutores devem ser identificados e esta polarização deve ser mantida em todos os pontos de conexão;

g) para sistemas com meio físico redundante:• cada canal deve atender as regras de configuração de redes;• não deve existir um segmento não redundante entre dois segmentos redundantes;• os repetidores também deverão ser redundantes;• os números dos canais deverão ser mantidos no FIELDBUS, isto é, os canais do

FIELDBUS devem ter os mesmos números dos canais físicos.

h) o “shield” (malha) dos cabos não deverá ser utilizado como condutor de energia.

5- Redundância de FonteA redundância da fonte deve ser acompanhada da redundância do condicionador (DF-53)- Garante a alimentação caso uma das fontes falhe- mas não garante a comunicação

6- Redundância MestreArmazena o LAS em cada um dos Mestres e em um dos Transmissores da rede.O LAS do Transmissor só entra em funcionamento se os dois Mestres falharem

7-Topologias FieldbusTopologias possíveis em Fieldbus:

• Ponto a Ponto :o Somente dois instrumentos (somente dois instrumentos de campo; ou um

instrumento de campo com o Linking Device ou Sistema de Controle);o pouco econômica (cada saída do controlador H1 é ligado somente um

device)• Topologia de Barramento com Spurs: utilizada em plantas com baixa densidade

de devices• Topologia em Árvore (ou Pé-de-galinha): o Terminador é instalado no Nó /

usado para plantas com alta densidade de devices• Topologia mista : Barramento e Arvore

8-Cablagem Fieldbus (H1:31.25 Kbit/s)

Comprimento Cabo = Comprimento Tronco + Comprimento SpursComprimento Máximo = 1900 metros com cabo “Tipo A”

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9-Tipo de Cabo e Descrição

• O tipo A é recomendado para a melhor performance possível.• Para cabos não trançados, a distância é muito curta até mesmo para cabos

blindados de grande bitola.

Recomendações Fieldbus Foundation (*)(*) Fonte: FOUNDATION ™ Fieldbus System Engineering Guidelines (AG-181) Revision 2.0

“ Se o projeto não utilizar um dos tipos de cabo especificados anteriormente, este

deve ser testado antes da instalação com o comprimento máximo previsto mais 25%,

aplicando-se sinais induzidos Fieldbus. Os testes devem incluir captura de sinal junto à fonte de alimentação e também na extremidade oposta do cabo.”

“O comprimento máximo definido na tabela é especificado pelo padrão Fieldbus ISA

50.02. Em experiências de campo esses comprimentos foram considerados

conservadores.

Na especificação, o comprimento do segmento está limitado devido à queda de tensãoe perda de qualidade do sinal (atenuação e distorção). Conforme o usuário final

ganhar experiência de campo, estes limites podem ser revisados para refletir as

condições reais.”

“Apesar de que sinais H1 possam ser transmitidos em cabo par trançado por mais de 2

km sob condições ideais de ruído, esta não é uma prática recomendada, pois a quedade tensão devido à resistência no fio consistir-se-á numa limitação antes que os fatores

de atenuação se tornem significantes.”

“Qualquer rede ou segmento projetado para operar abaixo de 15V normalmente deve

ter uma advertência na documentação alertando sobre cargas adicionais. Tensõesmínimas da rede ou segmento devem sempre ser mostradas na documentação de rede.”

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10-Especificações de Spur Fieldbus

• Na topologia em árvore, ramificações são na verdade spurs.• O comprimento do spur é independente do tipo de cabo desde que ocomprimento total máximo não seja excedido. É dependente do número de dispositivosconectados no spur.• Nunca deve haver mais de 4 dispositivos por spur.• Não há necessidade de conectores especiais para conectar-se o spur ao tronco.• Spurs devem ser usados para conectar dispositivos ao tronco de maneira que um

dispositivo possa ser removido sem gerar distúrbios no barramento.

11- Splices

Um splice é qualquer parte da rede na quais as características de impedância do cabo darede não são preservadas. Isto é possivelmente oportuno para operação dos condutoresde cabos, remoção da blindagem do cabo, troca do diâmetro do fio ou seu tipo, conexãoà spurs, conexão em terminais nus, etc. Uma definição prática para splice é, portanto,qualquer parte da rede que não tem um comprimento contínuo de um meio condutor especificado.Para redes que têm um comprimento total de cabos (trunk e spurs) maior que 400 m, asoma de todos os comprimentos de todos os splices não deve exceder 2,0 % do

comprimento do cabo. Para comprimento de cabos de 400 m ou menos, a soma doscomprimentos de todos splices não deve exceder 8 m. O motivo para esta especificaçãoé preservar a qualidade de transmissão requerendo que a rede seja construída quasetotalmente com o meio condutor especificado. A continuidade de todos os condutoresdo cabo deve ser mantida em um splice.

X cabo A / max. cabo tipo A + Y cabo B / max. cabo tipo B ≤ 1

Splice = Trunk < 400 metros [até 8 metros]

Splice = Trunk ≥ 400 metros [até 2% do mesmo]

12-Fontes de Alimentação AC/DC

• O uso de condicionadores de sinal e barreiras de segurança intrínseca permitemo uso de Fontes de Alimentação AC/DC convencionais em sistemas fieldbus;• Deve-se atentar, entretanto, para os casos onde existam requerimentosespecíficos dos condicionadores a serem utilizados e assim especificar uma fonteadequada.

Recomendações da Fieldbus Foundationa)“A fonte principal de 24 VDC (bulk) deve ser redundante.”b)“Dois circuitos separados e independentes deverão alimentar as fontes

principais. A fonte principal pode ser alimentada por um UPS ou pode ter bateriabackup.”

c)“O lado negativo da fonte principal deve ser aterrada.”

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13- Necessidade do uso do condicionador (DF-53)O Condicionador apresenta uma impedância de saída que, em paralelo com os doisterminadores do barramento (um resistor de 100 ohm em série com um capacitor de1 uF

requeridos pelo padrão), resulta em uma impedância de linha puramente resistiva• Para filtrar o Sinal FF da Fonte de Alimentação AC/DC (Bulk). O capacitor dafonte “mataria” o sinal;

• Para isolar uma rede H1 de outras;• Para balancear a impedância entre (+) e terra e (-) e terra (simetria);

14- TerminadorO Terminador de barramento é composto por um resistor de 100 ohm em série com umcapacitor de 1 µF.Em comunicação Fieldbus, a transmissão dos quadros é realizada por modulação decorrente e a recepção por sensibilidade de tensão.

A função principal do terminador é converter a corrente transmitida em uma tensão que pode ser percebida pelo receptor.

• O capacitor do terminador evita que a corrente contínua da fonte passe peloresistor do mesmo, o que resultaria em um consumo de potência de vários watts,o que inviabilizaria a segurança intrínseca.

• Um terminador é conectado em ambas as extremidades da rede para captar acorrente transmitida em cada uma delas. Se houvesse apenas um terminador emuma única extremidade, a queda de tensão ao longo do cabo resultaria em umatensão muito baixa para ser captada na extremidade oposta.

• Terminadores evitam distorções e perda de sinal;•

Terminadores são casadores de impedância utilizados nos pontos finais dosegmento ou em suas proximidades;• Dois e somente dois terminadores são permitidos por segmento

Um terminador deve estar em ambas pontas do cabo de trunk, conectado de umcondutor de sinal para o outro. Nenhuma conexão deve ser feita entre o terminador e a

blindagem do cabo. Pode-se ter o terminador implementado internamente à uma caixade campo (Junction Box) como sugere figura abaixo.

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15- Caixas de Junção“O Fieldbus suporta blocos de terminadores tradicionais, mas o usuário deve estar

ciente de que a conexão de todos os dispositivos é paralela.”

Fonte: FOUNDATION ™ Fieldbus System Engineering Guidelines (AG-181) Revision 2.0

16-Repetidores

O número máximo de repetidores para a regeneração da forma de onda entre doisinstrumentos não pode exceder a 4 (quatro)

17-Barreiras de Segurança Intrínseca

Existe um Terminador para cada segmento

18- Instalação dos cabos• Instale o cabo trunk (maior cabo da rede fieldbus).• Instale os terminadores em ambas extremidades do trunk.• Instale as linhas spur no cabo trunk.• Realize os testes de resistência do cabo e aterramento.• Conecte a fonte de alimentação, conector de terminais de alimentação, terras e ainterface H1 ao cabo trunk.• Realize o Procedimento de Teste do Segmento FOUNDATION™ Fieldbus.(assegure-se de que a fiação de campo está completa, corretamente terminada e quetodos os spurs (mas não os devices) estão anexados / Remova o cabo do segmentoFieldbus (+,- and shield) dos conectores de terminais de alimentação)•

Depois de testar o sistema de rede, os devices podem ser conectados e ocomissionamento dos loops pode prosseguir.

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Fonte: SMAR

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