Baud rate no PROFIBUS DP: como a taxa de transmissão afeta a rede?

Em PROFIBUS DP, todos os dispositivos de uma mesma rede precisam se comunicar na mesma taxa de transmissão.

Essa taxa é normalmente chamada de baud rate e pode variar de 9,6 kbit/s até 12 Mbit/s.

À primeira vista, parece simples: quanto maior o baud rate, mais rápida será a comunicação.

Isso é verdade, mas existe uma consequência importante.

Quanto maior a taxa de transmissão, menores são os limites de comprimento dos segmentos e mais rigorosos se tornam os requisitos da infraestrutura física.

Por isso, escolher o baud rate de uma rede PROFIBUS não significa simplesmente selecionar a maior velocidade disponível.

O que é baud rate?

Baud é, tecnicamente, uma medida da quantidade de símbolos transmitidos por segundo.

No PROFIBUS DP sobre RS 485, é comum utilizarmos o termo baud rate para nos referirmos à taxa de transmissão da rede, expressa em bit/s.

As taxas padronizadas são:

• 9,6 kbit/s;
• 19,2 kbit/s;
• 45,45 kbit/s;
• 93,75 kbit/s;
• 187,5 kbit/s;
• 500 kbit/s;
• 1,5 Mbit/s;
• 3 Mbit/s;
• 6 Mbit/s;
• 12 Mbit/s.

Toda a rede precisa operar de maneira compatível com a taxa escolhida.

Normalmente, o baud rate é configurado nos mestres PROFIBUS e a maioria dos slaves modernos consegue detectá-lo automaticamente.

Mas existe um cuidado.

Nem todo equipamento, principalmente dispositivos mais antigos, suporta necessariamente todas as taxas disponíveis. Por isso, essa compatibilidade precisa ser verificada durante o projeto da rede.

Quanto maior o baud rate, menor o tempo de transmissão

O primeiro efeito é bastante intuitivo.

Se transmitimos mais bits por segundo, o tempo necessário para colocar os dados no barramento diminui.

Isso pode contribuir para reduzir o tempo de ciclo da rede.

Mas baud rate e tempo de ciclo não são a mesma coisa.

O ciclo PROFIBUS também depende de fatores como:

• quantidade de slaves;
• quantidade de dados trocados com cada dispositivo;
• número de mestres;
• comunicação acíclica;
• diagnósticos;
• retentativas de telegramas;
• parâmetros de temporização da rede.

Portanto, aumentar o baud rate tende a reduzir o tempo de ciclo, mas não podemos determinar o desempenho de uma rede olhando apenas para sua taxa de transmissão.

O que é tempo de bit?

Existe outra maneira interessante de enxergar o baud rate: através do tempo disponível para transmitir cada bit.

Quanto maior a taxa, menor esse tempo.

Por exemplo:

em uma rede operando a 1,5 Mbit/s, um bit dura aproximadamente 667 nanossegundos.

A 12 Mbit/s, esse tempo cai para aproximadamente 83 nanossegundos.

Essa diferença ajuda a entender por que redes operando em taxas mais altas exigem maior cuidado com a infraestrutura.

O sinal continua se propagando fisicamente pelo cabo. Conectores, derivações, terminações, características do cabo e alterações de impedância continuam interferindo na forma desse sinal.

Quando o tempo de bit diminui, determinadas deformações passam a ocupar uma parcela maior do intervalo utilizado para representar aquele bit.

Essa relação ficará ainda mais clara quando falarmos sobre reflexão de sinal.

Baud rate também define o comprimento máximo do segmento

No PROFIBUS DP com RS 485, a taxa de transmissão está diretamente relacionada ao comprimento máximo permitido para cada segmento elétrico.

Considerando cabo PROFIBUS tipo A:

Perceba a diferença.

Uma rede a 187,5 kbit/s pode ter um segmento de até 1.000 metros.

A 1,5 Mbit/s, esse limite cai para 200 metros.

E, a partir de 3 Mbit/s, o comprimento máximo é de 100 metros por segmento.

Por isso, o baud rate precisa ser considerado já durante o projeto físico da rede.

E se a rede precisar ser maior?

Isso se conecta diretamente ao assunto que vimos anteriormente: os repeaters.

Um repeater permite separar a rede em diferentes segmentos elétricos e regenerar o sinal entre eles.

Mas ele não altera a regra de comprimento máximo de cada segmento.

Imagine uma rede operando a 1,5 Mbit/s.

O limite de um segmento utilizando cabo tipo A é de 200 metros.

Adicionar um repeater não transforma esse segmento em um cabo de 400 metros.

Na prática, passamos a ter dois segmentos elétricos, e cada um deles precisa respeitar os requisitos definidos para aquela taxa de transmissão.

Essa distinção entre comprimento da rede e comprimento de cada segmento é importante durante o projeto e o diagnóstico.

Baud rate mais baixo significa maior imunidade a ruído?

Não é uma boa ideia pensar dessa forma.

Taxas mais altas realmente tornam os requisitos de qualidade do cabeamento mais rigorosos. Uma rede a 12 Mbit/s tende a ser menos tolerante a determinadas imperfeições físicas do que uma rede operando a uma taxa menor.

Mas isso não significa que baixar o baud rate seja a solução para uma rede com problemas de interferência.

Ruído eletromagnético, blindagem inadequada, problemas de aterramento, conectores mal montados, terminações incorretas ou cabos fora de especificação continuam sendo problemas que precisam ser corrigidos.

Reduzir a taxa pode alterar o comportamento observado da rede e, em algumas situações, mascarar determinada fragilidade.

Não elimina sua causa.

Por isso, uma rede que só consegue permanecer estável depois de reduzir significativamente o baud rate merece uma investigação da camada física.

Então qual baud rate escolher?

De forma simples e direta: a taxa mais baixa possível que atenda aos requisitos de temporização do sistema de controle, mas vamos tratar isso com mais detalhes.

Uma regra prática importante é evitar escolher a maior taxa apenas porque ela está disponível.

A taxa precisa atender aos requisitos de tempo da aplicação e, ao mesmo tempo, ser compatível com:

• comprimento dos segmentos;
• dispositivos instalados;
• topologia;
• qualidade da infraestrutura;
• requisitos de tempo de ciclo.

A orientação da PI é utilizar, na prática, a menor taxa de transmissão que ainda consiga atender ao tempo de ciclo necessário para a aplicação.

Isso reduz requisitos físicos desnecessários sem comprometer o desempenho exigido pelo processo.

Em uma máquina pequena com necessidade de resposta rápida, 1,5 Mbit/s, 3 Mbit/s ou uma taxa superior pode fazer sentido.

Em uma instalação extensa e com requisitos de tempo menos agressivos, utilizar uma taxa menor pode permitir segmentos significativamente maiores.

A escolha precisa partir da aplicação e do projeto, não simplesmente da maior velocidade disponível.

Como verificar o baud rate de uma rede existente?

Em uma planta existente, nem sempre a documentação está atualizada ou disponível.

Uma ferramenta de análise pode identificar automaticamente a taxa utilizada na comunicação e também medir outros parâmetros relacionados ao comportamento da rede.

O TS Analisador PROFIBUS PRO, por exemplo, apresenta o baud rate identificado e o tempo de ciclo observado durante a análise.

Essas duas informações precisam ser avaliadas em conjunto.

Saber apenas que a rede opera a 1,5 Mbit/s não diz se seu ciclo está adequado.

Da mesma forma, saber o tempo de ciclo sem entender a configuração e o comportamento da comunicação limita a análise.

E existe outro ponto ainda mais importante.

O baud rate pode estar perfeitamente configurado e mesmo assim a comunicação apresentar problemas.

Nesse caso, precisamos olhar para a forma como o sinal está chegando aos dispositivos.

Um dos fenômenos que pode deformar esse sinal é a reflexão de onda.

É isso que veremos no próximo conteúdo da jornada.