Foundation™ Fieldbus: Princípios de Sistema e Diagnóstico
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A tendência atual em automação industrial é a substituição dos esquemas de controlo tradicional, nos quais cada dispositivo tem a sua própria cablagem de controlo, por sistemas bus que ligam um variado número de dispositivos através do mesmo cabo. Um dos benefícios das redes bus passa pela necessidade de muito menos cabos e fios para ligar dispositivos a controladores. Um dos sistemas de bus mais populares e amplamente utilizado é o Foundation Fielbus.
Desenvolvido e administrado pela Foundation Fieldbus, que foi constituída por um grupo de fabricantes de equipamentos de automação industrial, sensores e atuadores, a Fieldbus inclui dois protocolos diferentes para responder às diferentes necessidades dentro do ambiente de automação industrial. Os dois utilizam meios físicos e velocidades de comunicação diferentes. O primeiro protocolo é o H1, que funciona a 31.25 kb/s e, habitualmente, liga os dispositivos de campo – sensores, atuadores, válvulas, luzes de controlo, dispositivos I/O, entre outros - e permite a comunicação bidirecional entre dispositivos e controlador. O H1 fornece tanto as comunicações como a alimentação num sistema de dois fios. É recomendada a utilização de cablagem standard, blindada e entrançada para reduzir a interferência do ruído na rede. O segundo protocolo é o HSE (High-Speed Ethernet). Funciona a 100 Mb/s e, geralmente, liga controladores de elevada velocidade como PLCs, múltiplos subsis-
Figura 1. Instalação de uma estrutura básica de Fieldbus.
temas H1 (através de um dispositivo de ligação), servidores de dados e workstations. Esta nota de aplicação incide sobre o protocolo H1.
ESTRUTURA DA REDE A estrutura básica de uma rede H1 Fieldbus é demonstrada na Figura 1. A rede possui o cabo principal de rede, que interliga uma série de caixas de junção ou acopladores. Os acopladores permitem que os dispositivos e o controlador sejam ligados ao cabo principal ou tronco. Em geral, os cabos mais pequenos entre as caixas de junção e os dispositivos denominam-se conectores ou splitters. As caixas de junção podem ser construídas para ligar um ou vários dispositivos ao tronco. Se cada dispositivo tem uma caixa de junção dedicada, a topologia denomina-se topologia de conectores ou splitters. Se inúmeros dispositivos estão ligados à mesma caixa de junção, a instalação é normalmente chamada
pés de galinha ou topologia em árvore. O mais comum é as redes mistas, tanto com splitters como em árvore, como exemplificado na Figura 1. Embora seja teoricamente possível encaminhar o tronco diretamente de um dispositivo para outro sem caixas de junção, a fundação recomenda o oposto. Esta topologia (denominada cadeia) requer uma interrupção no tronco sempre que um dispositivo é removido ou adicionado à rede. A tecnologia Fieldbus impõe limitações na dimensão da rede. O comprimento máximo de toda a cablagem de um tronco e os seus splitters em conjunto é de 1900 m por secção. Se for necessário um maior comprimento pode ser adicionada uma secção através de um repetidor. Um repetidor toma o lugar do dispositivo mas a sua utilização permite outros 1900 m de cabo. A rede pode utilizar até 4 repetidores para um comprimento total de 9500 m. Assegure-se de que a blindagem está ligada à terra através de um único ponto em todo o sistema, e isso é importante. Ligar a blindagem à terra em vários locais pode induzir tensões e correntes fantasmas na blindagem, o que pode interferir com a comunicação de dados. O número máximo de dispositivos ligados ao bus de campo por secção é de 32. Como é mostrado na Figura 1, é necessária uma fonte de alimentação DC para