Protocolo Profibus. O que é?

O profibus não é um sistema de comunicação, mas sim uma variedade de protocolos combinados em um mesmo pacote de tecnologia fieldbus, em que os usuários podem implementar estas variedades de protocolos em seus próprios softwares criando outros requisitos, resultando em algumas aplicações únicas. Com esta variedade disponível, o profibus pode atender necessidades específicas e após vários aprimoramentos ao longo dos anos, os dispositivos que utilizam esta tecnologia com certeza operam em um padrão de qualidade de comunicação.

História

profibus nasceu de um esforço combinado do governo alemão, empresas alemãs e outras outras grandes empresas industriais no final dos anos 80. Este esforço conjunto gerou uma solução em automação que não é apenas viável hoje em dia, como permitiu o desenvolvimento de novas soluções pois graças à sua criação, muitas empresa puderam recorrer a automações específicas a fim de atender suas necessidades.

Origem

Em 1987, 21 empresas e instituições na Alemanha se uniram para criar um novo protocolo de comunicação e seu objetivo era criar um sistema fieldbus bit-serial. A fim fazer o sistema ser viável, eles precisaram padronizar a interface do dispositivo de campo. O grupo então, denominado ZVEI (Central Association for the Electrical Industry), atingiu seu abjetivo criando o profibus FMS (Fieldbus Message Specification).

Este novo protocolo atendeu a necessidade de padronização na automação industrial através de um protocolo capaz de realizar comunicações complexas com alta performance. Mas o ZVEI não parou por aí e em 1993, o grupo introduziu um novo produto no mercado, o profibus DP (Decentralized Periphery) e esta nova versão trouxe mais simplicidade, incluindo configurações simples e maior velocidade na transmissão de mensagens.

Atualmente o ZVEI continua atendendo demandas das indústrias eletrônicas na Alemanha o o trabalho deste grupo foi vital para a criação do Profibus que conhecemos atualmente.

Organizações

Os padrões Profibus são mantidos e aprimorados por duas importantes organização. Em 1989, fabricantes e usuários criaram a Profibus user organization (PNO) que é um grupo sem fins lucrativos em que os membros trabalham para difundir o Profibus através da educação, divulgando documentos que ajudam usuários a aplicar a tenologia de acordo com suas necessidades.

Um grupo maior foi formado em 1995 recebendo o nome de Profibus Internations (PI) tendo a característica de ser a maior associação de usuários fieldbus do mundo. PI é capaz de realizar atividades fundamentais para a progressão do Profibus e como o PI, ensina usuários a utilizar a tecnologia no mundo todo. No entando, ela ainda vai mais longe, estabelecendo normas, garantindo a qualidade e desenvolvendo novas tecnologias Profibus.

Redes Profibus utilizam três camadas do modelo OSI sendo que em primeiro lugar, ele descreve a camada de aplicação. Existem múltiplas versões de Profibus que manipulam diferentes tipos de mensagens na camada de aplicação. Alguns tipos de mensagens suportam incluir troca de dados cíclico e acíclico, diagnósticos, manipulação de alarmes,etc.

Quando falamos do OSI, o Profibus não é definido das camadas três a seis. No entanto, define as camadas de enlace de dados (data link) e camada física (physical layer), respectivamente 1 e 2. A camada de enlace de dados é estruturada através de um link de dados fieldbus, ou FDL e o sistema FDL combina dois esquemas comuns que são a metodologia mestre-escravo e passagens de token. No esquema de rede mestre-escravo, os mestres, usualmente controladores, enviam requisições aos escravos, sensores e atuadores e após receberem o comando, os escravos respondem em conformidade. Já na rede anel, token passing, um sinal (token) circula entre os nós, onde apenas o nó, possui o token pode comunicar. Este conceito pode ser comparado a um alto falante passando de uma pessoa para outra em que apenas a pessoa que está com o alto falante pode falar.

Já a camada fisica definida no Profibus permite três tipos de cabeamento, sendo o primeiro o padrão de par trançado, rs485. Além deste, podem ser utilizados fibras óticas a fim de reduzir interferências e aumentar a velocidade. Um sistema de segurança chamado Manchester Bus Power (MBP) também está disponível em situações em que o ambiente químico é propenso à explosão.

Topologia

Profibus utiliza a topologia barramento e a característica desta topologia é uma linha cabeada central onde os dispositivos se conectam, cada um com seu cabo. A utilização de um barramento elimina a necessidade da uma linha de comprimento total indo a partir do controlador central para cada dispositivo individual. No passado, cada dispositivo se conectava diretamente no barramento central. No entanto, tecnologias avançadas tornaram possível um novo sistema a dois fios em que o barramento central pode se conectar a um sistema Ethernet Profinet e por este caminho, múltiplos dispositivos Profibus podem se conectar um ao outro.

Tipos de Profibus

Ao longo dos anos, o Profibus passou por várias revisões e em alguns casos os avanços acabaram por criar um novo tipo de Profibus. Já em outros casos, novas revisões criaram versões diferentes do mesmo tipo de Profibus. Independentemente do caso, a variedade permite que sistemas possam ser adaptados ajustados à diferentes necessidades na indústria. Os três tipos existentes são o FMS, DP e PA e abaixo vamos falar um pouco de cada.

Profibus FMS

A versão inicial do Profibus foi a FMS, Fieldbus Message Specification e ela foi concebida para comunicar entre CLPs e PCs ou IHMs, trocando informações complexas entre eles. Infelizmente, mesmo com o grande esforço inicial dos engenheiros, esta tecnologia não foi tão flexível quanto precisava e ele acabou não sendo apropriado para aplicações com mensagens menos complexas ou comunicações em redes mais amplas e complexas. Assim, houve a necessidade de ser desenvolvido novos tipos de Profibus e embora seja limitado, o FMS ainda pode ser encontrado em aplicações na indústria.

Profibus DP

O segundo tipo de de Profibus é mais universal, sendo muito mais simples e mais ráPIDo e com periféricos descentralizados. Ele é de longe o mais utilizados nas aplicações, hoje em dia em seus perfis de aplicação permitem aos usuários combinar suas experiências em uma solução específica. O Profibus DP possui três versões (DP-V0, DP-V1, DP-V2 onde cada versão é capaz de fornecer funcionalidades mais avançadas.

Profibus PA

Profibus PA é um protocolo projetado para processos de automação industrial e ele é conhecido como sendo um tipo do Profibus DP. Trata-se de um protocolo que padroniza o processo de transmissão de dados de medição. Ele possui uma característica única que é o fato de que foi projetado para ser utilizado em ambientes perigosos.

Na maioria das vezes, o Profibus PA opera sobre o meio físico rs485 e este meio juntamente com o PA suporta perfis de aplicação que demandam alimentação de energia pelo cabo. Em ambientes explosivos, no entanto, a anergia pode gerar faíscas e consequentemente explosões. Para tratar isso, o Profibus PA pode ser usado com o cabo MBP (Manchester Bus Powered) específico para esta finalidade.

Tecnologia MBP

A tecnologia MBP foi projetada especificamente para ser utilizada em Profibus PA e permite a transmissão de dados e potência no mesmo cabo. A tecnologia reduz a potência (energia) transmitida no cabo a fim de eliminar a possibilidade de faíscas e explosões. Barramentos que utilizam o MBP podem atingir 1900 metros podendo suportar diferentes tipos de aplicação.

PROFIBUS pode ser adaptado à necessidades específicas usando perfis de aplicação sendo que há muitos perfis que combinam padrões de meios de transmissão, protocolo de comunicação (FMS , DP- V0 , etc …) e protocolos únicos. Cada perfil de aplicação é adaptada para um uso específico e novos perfis aparecem regularmente. Enumerá-los todos seria complicado.

PROFIsage utiliza um software adicional para criar alta integridade na rede sendo bem útil em situações onde alta segurança é requerida. Para fornecedores e fabricantes se certificarem em PROFIsafe, eles precisam manter altos padrões de qualidade.

PROFIdrive

O PROFIdrive foi criado para aplicações de controle de MOVimentos e um software adicionado às especificações Profibus DP permite que a rede atinja precisão no controle de servo motores e outros equipamentos. O PROFIdrive possui a característica de atingir sincronização através da rede facilmente.