A confiabilidade das redes de comunicação industrial é fator essencial para o bom desempenho de qualquer planta automatizada. O PROFIBUS DP está entre os protocolos “chão de fábrica” mais utilizados, destacando-se pela robustez, simplicidade de configuração e ampla gama de soluções disponíveis. Sua adoção ocorre em diversos setores como mineração, papel e celulose, alimentos e bebidas, indústria química e sucroalcooleira.
Neste artigo, vamos explorar uma metodologia para análise de redes PROFIBUS com os principais tópicos, baseada em boas práticas de campo e no uso de ferramentas especializadas como as desenvolvidas pela TS.
Importante aqui já fazer um “disclaimer”: este documento não capacita o leitor para validação de rede, não isenta o executar a realizar os importantes treinamentos fornecidos pela PI International e tampouco visa substituir os guias oficiais fornecidos pela PI disponíveis em https://www.profibus.com/download/profibus-installation-guidelines.
Por que realizar uma análise de rede PROFIBUS?
A realização de uma análise em redes PROFIBUS é fundamental para assegurar a eficiência, confiabilidade e disponibilidade da rede e, por consequência, de processos industriais. Com o tempo, fatores como instalações inadequadas, interferências eletromagnéticas, conexões frouxas, desgaste de cabos e falhas de parametrização podem comprometer a comunicação na rede, resultando em paradas não programadas, reprocessos ou perdas de produção, diagnósticos imprecisos e dificuldades na identificação de falhas intermitentes. A análise sistemática permite identificar, corrigir e prevenir falhas, aumentando a disponibilidade da rede e otimizando a manutenção preditiva.
Benefícios da análise preventiva em redes PROFIBUS:
- Prevenção de falhas: rotinas bem estabelecidas (ou o monitoramento online) permitem detectar irregularidades antes que se tornem falhas graves, evitando paradas inesperadas na produção;
- Redução de custos: ao antecipar problemas e otimizar a manutenção, há uma significativa redução nos gastos com reparos emergenciais com corretivas;
- Eficiência operacional: com informações antecipadas e organizadas, as equipes de manutenção podem atuar de forma eficiente, com menor custo, mais precisão e menos estresse;
A análise sistemática, regular e estruturada permite identificar, corrigir e prevenir falhas, aumentando a disponibilidade da rede e otimizando a manutenção.
Metodologia de diagnóstico em redes PROFIBUS
Abaixo traremos uma estrutura geral que pode ser seguida, porém, todo especialista que executa este trabalho deve ter conhecimento e ter em posse, no mínimo, o guia “PROFIBUS Commissioning Guideline, Version 1.23 – Date September 2022 Order No.: 8.032“. Este documento traz informações claras de como se cria um teste de aceitação, técnicas para análise e resolução de problemas. Ainda, estas diretrizes fazem referência a uma série de outros documentos, como os guias de projeto, montagem e aterramento. Assim, é importante que o técnico executante tenha conhecimento e acesso a estes documentos disponíveis no site da própria PI.
A seguir, apresentamos uma abordagem resumida em 4 etapas, com base em experiências de campo, conforme aplicadas nos treinamentos técnicos da TS.
1. Inspeção visual da instalação
Antes de iniciar qualquer análise com analisadores, a primeira etapa essencial é a inspeção física da rede PROFIBUS. Trata-se de uma abordagem visual e manual que, embora simples, tem potencial para identificar boa parte dos problemas que causam falhas intermitentes ou quedas na comunicação.
- Qualidade dos itens usados na infraestrutura;
- Condição dos itens de infra como cabos, conectores, HUBs, repetidores e terminadores;
- Aterramento e equipotencialização: podem ser mensurados, por exemplo, corrente na malha de blindagem, continuidade do aterramento na infra e em equipamentos, eficiência do aterramento, etc.;
- Roteamento dos cabos e distâncias de segmentos;
- Identificar potenciais erros de instalação que possam causar interferências eletromagnéticas (cabos PROFIBUS próximos cabos de potência, de motores, cabos sujeitos a descargas atmosféricas, etc.);
- Detalhes: suporte para alívio de tensão em cabos, proteção contra fatores ambientais (exposição ao sol, produtos químicos, etc), proteção contra efeitos mecânicos (dobras, quinas afiadas, tensão excessiva, etc);
- Conferência de alimentação 24Vdc de dispositivos, principalmente, de infra como repetidores, links de fibra ótica, HUBs e terminadores;
- Testes básicos de barramento:
- Ausência de curto-circuito (entre A e B, A/B e malha);
- Continuidade de A/B;
- Continuidade da malha de blindagem;
- Ausência de inversão dos condutores (troca de A por B);
- Correta ligação dos terminadores.
Embora essa etapa não exija instrumentos avançados, sua importância é enorme e determinante. Costumamos citar como a base fundamental do bom funcionamento da rede. Boa parte das falhas em redes PROFIBUS estão diretamente ligadas a problemas de instalação física, como um terminador desligado, um cabo ou conector corrompido. Por isso, a inspeção física é considerada a primeira linha de ação contra falhas, sendo recomendada periodicamente como parte da manutenção preventiva da rede.
Essa etapa deve ser documentada como fotos e anotações a fim de detalhar as condições atuais da instalação, facilitando futuras intervenções e permitindo comparações históricas ao longo do tempo.
2. Análise de protocolo: lógica e estatística
Após garantir que o meio físico está íntegro, o próximo passo é observar como a comunicação lógica entre os dispositivos está ocorrendo. Para isso é necessário o uso de ferramentas dedicadas como o TS Analisador PROFIBUS PRO. O apoio da inteligência desta ferramenta, o TS Expert, é um adianto considerável no trabalho (mas não, não isenta a análise humana e tampouco substitui nossas capacidades). A análise de protocolo deve ser feita, preferencialmente, junto ao mestre ou o mais próximo deste, a fim de que os analisadores “leiam” aquilo que é lido pelo mestre. Esta etapa não precisa, necessariamente, ser feita em outros pontos da rede.
Ferramentas dedicadas coletam, organizam e apresentam os dados em formato interpretável pela equipe de manutenção. Como exemplo, não seria possível realizar quaisquer medições semelhantes com um multímetro. Dentre os inúmeros parâmetros, podem ser lidos:
- Captura e decodificação de pacotes;
- Captura de LiveList;
- Diagnósticos padrão e estendidos (via GSD);
- Número de retransmissões;
- Ausência de telegramas;
- Erros de comunicação (falhas no slave, tempo de resposta, etc.);
- Histórico de falhas com registro automático de eventos;
- Erro de parametrização.
Todos os dados, registros de log e informações capturadas devem ser exportadas para compor os anexos do relatório de análise ou certificação, planejamento de manutenção ou auditorias. Essa análise é obrigatória e o mínimo a ser realizado durante rotinas de preventiva.
3. Análise do meio físico com osciloscópio
A análise do meio físico é uma etapa essencial para garantir que os sinais elétricos transmitidos na rede PROFIBUS DP e PA estejam de acordo com as diretrizes. Com o uso de osciloscópios é possível realizar uma leitura aprofundada da integridade elétrica da rede.
Essas ferramentas permitem:
- Visualizar os sinais A, B e o sinal diferencial entre eles;
- Medir a amplitude do sinal e identificar ruído eletromagnético;
- Avaliar o jitter (variações no tempo de chegada dos sinais) e distorções que podem impactar na comunicação;
- Detectar curto-circuitos, terminações incorretas ou atenuações excessivas;
- Verificar se os segmentos instalados estão adequados ao baud rate configurado.
Para realizar estas análises é imprescindível que o técnico tenha conhecimento claro do que é um segmento de rede PROFIBUS. Segmentos em PROFIBUS são definidos por um trecho de cabo com continuidade, onde as características elétricas sejam próximas – e diversidades ali ocorridas impactam todos os dispositivos conectados no trecho. Segmentos separados (como em HUBs, repetidores e links de fibra ótica) requerem mais análises de meio físico e podem “ocultar” defeitos nas partes isoladas.
O osciloscópio torna visível o que acontece “por dentro” da comunicação, ajudando a antecipar falhas e melhorar a confiabilidade da instalação.
4. Relatórios, recomendações e plano de ação
A etapa final do processo de manutenção em redes PROFIBUS envolve a organização e análise dos dados coletados, culminando na elaboração de um relatório técnico detalhado. Este documento deve conter:
- Descrição das não conformidades identificadas: detalhamento dos problemas encontrados durante a análise da rede;
- Causas prováveis: hipóteses fundamentadas sobre as origens das falhas detectadas;
- Ações corretivas recomendadas: sugestões de medidas para solucionar os problemas identificados.
Além da identificação das falhas, é importante registrar os dispositivos com maior incidência de problemas, facilitando a priorização de ações corretivas. O relatório técnico deve incluir recomendações para ajustes físicos — como terminadores, conectores e aterramento — e boas práticas de manutenção preventiva, como a limpeza de conectores, reaperto de bornes e atualização de GSDs.
A manutenção de um histórico (ou o monitoramento online) permite rastrear tendências e indicadores de desempenho da rede, ajudando a evitar falhas. Relatórios bem elaborados permitirão controle técnico e de orçamento da manutenção.
Adotar um processo estruturado de relatórios e plano de ação contribui diretamente para a redução de custos e o aumento da confiabilidade das redes industriais.
