O que é PROFIBUS e como funciona?

Se você trabalha com automação industrial, provavelmente já encontrou uma rede PROFIBUS conectando CLPs, remotas de I/O, inversores, encoders, instrumentos ou outros dispositivos de campo.

Mas o que exatamente é PROFIBUS e o que diferencia essa comunicação de uma ligação convencional entre um equipamento e o sistema de controle?

PROFIBUS é um sistema padronizado e aberto de comunicação digital desenvolvido para aplicações industriais. Seu nome vem de Process Field Bus e a tecnologia surgiu na Alemanha no final da década de 1980.

Na prática, sua função é permitir que controladores e diferentes dispositivos de campo troquem informações através de uma rede comum.

Em vez de cada informação depender necessariamente de uma conexão individual com o controlador, vários equipamentos podem fazer parte do mesmo sistema de comunicação.

O que trafega em uma rede PROFIBUS?

É comum pensar em uma rede industrial apenas como uma forma de transportar valores de processo.

Mas a comunicação pode envolver muito mais informações.

Uma remota de I/O pode enviar o estado de suas entradas ao controlador. Um inversor pode receber uma referência de velocidade e devolver seu estado de operação. Um instrumento pode disponibilizar uma variável de processo e também informações relacionadas à sua condição.

Dependendo do dispositivo e da aplicação, também podem existir parâmetros e mensagens de diagnóstico disponíveis através da comunicação.

É essa capacidade de trocar informações digitalmente entre diferentes elementos da automação que torna o PROFIBUS muito mais do que simplesmente um substituto para vários cabos.

Como funciona a comunicação PROFIBUS?

A comunicação PROFIBUS é  bastante organizada e determinística.

Em uma arquitetura típica, existem dispositivos responsáveis por controlar a comunicação, chamados tradicionalmente de mestres, e dispositivos de campo que respondem às solicitações recebidas, chamados de escravos.

Um CLP, por exemplo, pode atuar como mestre e realizar ciclicamente a troca de dados com remotas de I/O, inversores e outros dispositivos associados a ele.

Também podem existir ferramentas de engenharia ou outros mestres na rede.

Quando há mais de um mestre, o acesso ao barramento é coordenado através de um mecanismo conhecido como token passing.

Neste primeiro momento, o mais importante é entender que os equipamentos não simplesmente colocam informações no cabo quando querem. Existem regras definidas pelo protocolo para organizar quem comunica, com quem e em qual momento.

É justamente essa padronização que permite construir uma rede industrial previsível.

PROFIBUS é um protocolo aberto?

Sim. PROFIBUS é uma tecnologia aberta e padronizada internacionalmente. Isso permite que diferentes fabricantes desenvolvam produtos compatíveis com a mesma tecnologia.

Na prática, isso torna possível encontrar CLPs, remotas de I/O, inversores, instrumentos e diversos outros equipamentos de diferentes fabricantes trabalhando em uma mesma arquitetura PROFIBUS.

Isso não significa, porém, que qualquer equipamento possa simplesmente ser conectado à rede. O dispositivo precisa implementar corretamente a tecnologia, ser compatível com a aplicação e estar devidamente configurado.

Mais adiante na jornada veremos justamente como o sistema de engenharia conhece as características de cada dispositivo através do arquivo GSD.

PROFIBUS é um protocolo aberto?

Dois nomes aparecem constantemente quando falamos sobre PROFIBUS: DP e PA.

PROFIBUS DP

PROFIBUS DP, de Decentralized Peripherals, é muito utilizado para comunicação com remotas de I/O, inversores, acionamentos e outros dispositivos de automação.

Ele suporta altas velocidades de comunicação, chegando a 12 Mbit/s, e utiliza normalmente RS 485 como tecnologia de transmissão em redes elétricas.

Também existem aplicações com fibra óptica e aplicações proprietárias para sem fio.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA, de Process Automation, é voltado principalmente às necessidades da automação de processos e da instrumentação de campo.

Uma implementação bastante comum utiliza a tecnologia de transmissão MBP, Manchester Coded Bus Powered, na qual comunicação e alimentação dos instrumentos podem compartilhar o mesmo par de condutores.

Nesse caso, a comunicação opera a 31,25 kbit/s e possui características especialmente adequadas à instrumentação de processo e a aplicações em áreas classificadas quando utilizados os conceitos e componentes apropriados.

DP e PA, portanto, atendem necessidades diferentes, mas fazem parte da mesma arquitetura tecnológica PROFIBUS.

Por que o PROFIBUS se tornou tão utilizado?

Um dos principais motivos foi permitir que diferentes dispositivos de automação compartilhassem uma comunicação digital padronizada.

Entre os benefícios possíveis estão:

• redução de cabeamento em comparação com arquiteturas com grande quantidade de sinais individuais;
• simplicidade de comissionamento e diagnóstico
• comunicação com diferentes tipos de dispositivos;
• troca de dados de processo, estados e diagnósticos;
• padronização da comunicação entre equipamentos;
• possibilidade de integração de produtos de diferentes fabricantes compatíveis com PROFIBUS.

Mas existe um ponto importante.

Usar uma tecnologia padronizada não significa que a rede funcionará corretamente independentemente de como for instalada. Cabo, conectores, terminações, topologia, blindagem, aterramento, comprimento dos segmentos e diversos outros fatores interferem diretamente na qualidade da comunicação.

E são justamente esses pontos que vamos explorar ao longo desta jornada.

Antes do PROFIBUS, como esses sinais eram conectados?

Para entender melhor por que tecnologias fieldbus como o PROFIBUS mudaram a arquitetura da automação industrial, vale voltar um passo.

Como eram conectados sensores, instrumentos e atuadores quando não existia uma rede digital compartilhada entre esses equipamentos?

No próximo conteúdo, vamos entender o que chamamos aqui de sistemas não fieldbus e usar exemplos como sinais digitais e 4 a 20 mA para fazer essa comparação.