foundation fieldbus inicial - gcar - grupo de controle ... industries measurement technology, ltd....

1

Date: 18/08/2002File: /home/miti/doc/phd/papers/2002/words02/presentation/words02_v2.ppt

Barramentos Industriais

Protocolo Foundation Fieldbus

Carlos Eduardo Pereira - [email protected]

GCAR/DELET/UFRGS/Porto Alegre, Brazil


Outline

• Foundation Fieldbus• Overview

• Apresentação SMAR

• Camada Física• Camada de Enlace de Dados• Blocos Funcionais (link)

• High-Speed Ethernet (link)• Análise de Desempenho (link)

2


O que é Foundation Fieldbus?


Fieldbus tem comunicação bidirecional, digital multi-drop entre dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão.

Então, Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de campo.

Fieldbus

Automação e

Sistemas de Supervisão

P

L

F

Processo

TECNOLOGIA FOUNDATION FIELDBUS

3


Hierarquia de Rede Industrial

RedeIndustrial

Automação de escritório• Computadores grandes (Mainframes) • Gerenciamento

LANAutomação & Sistemas de supervisão• DCSs, PLCs, PCs• SCADA, Sistemas Supervisórios

RedeFieldbus

Instrumentação & Controle• Transmissores, Controladores• Válvulas & Atuadores


Sensorbus

• Seriplex• ASI• INTERBUSLoop

Devicebus

• Device Net• SDS• Profibus DP• LONWorks• INTERBUS-S

Fieldbus

• IEC/ISA SP50• Fieldbus Foundation• Profibus PA• HART

Tipo deDispositivo

Tipo deControle

TIPOS DE CONTROLE E DISPOSITIVO

Controlede Processo

ControleLógico

Low-endbit

Midrangebyte

High-endblock

Dispositivos Simples Dispositivos Complexos

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AnalógicoSLCs, Controle de temper.

Controle de VálvulasDCSs

Sensor de ProcessoPCs, PLCs

Interfaces de OperaçãoDrivers

Controle de MovimentoChaves, Sensores, Válvulas

Push buttons

Fieldbus

Sensorbus

Devicebus

GRUPOS DE DISPOSITIVOS


Comparação com tecnologia 4 a 20 mA

5


LAN

DCS

CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102

4 - 20 mA

I/O


REDE DE MICROS (LAN)SISTEMA

SUPERVISÓRIO

FIELDBUS

CAMPODPT101 PT101 FCV101 DPT102 PT102 FCV102

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CUSTO REDUZIDO DE FIAÇÃO E INSTALAÇÃO

B.S.I. B.S.I. B.S.I.

DCS FCS

FIELDBUS4 a 20 mA

Barreira deSegurançaIntrínseca B.S.I.


AUMENTO NO FLUXO DE INFORMAÇÕES

7


DISTRIBUIÇÃO DA INTELIGÊNCIA

DCS FCS

SISTEMA TRADICIONAL

FIELDBUS

FIELDBUS

CONTROLE NO CAMPO


FCS - SISTEMA DE CONTROLE DE CAMPO

DDC DCS FCS

• O salto lógico não melhora o familiar DCS• Ainda mais distribuição das funções de controle

• Ainda mais equipamentos digitais de campo

Substituição Completa dos DCS !!!

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HIERARQUIA BÁSICADCS

FontesCartões de ControleCartões de EntradaCartões de SaídaFusívelI/OTerminadorCartões

4-20 mAFieldbus

FCS


BENEFÍCIOS DO FIELDBUSVISÃO EXTENDIDA DO PROCESSO

DCS FCS

4 a 20 mA Fieldbus

Fieldbus

9


LOOP DE CONTROLE ANALÓGICOCONTROLE

4-20 mA4-20 mA

SALACONTROLE

CAMPO

VARIÁVEL DEPROCESSO

DT= TEMPO MORTO

PID

D/AuPA/D

D/A

uP

A/D

CONVERSÃODO SINAL

ELEMENTOFINAL DE

CONTROLE

TRANSMISOR

1

23

1

2

3

DT


LOOP DE CONTROLE FIELDBUS

DT=TEMPO MORTOTR=TEMPO RESPOSTA PROCESSO

uP

D/A

TRATAMENTODO SINAL

+PID

ELEMENTOFINAL DE

CONTROLE

1

23

1

2

3

DT

uP

A/D

CONTROLABILIDADE = DT /TR

CAMPO

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Diagnósticos

• Status de parâmetros de processo On-line na IHM ou MMI

• Qualidade

• Limite

• Detalhe de diagnosticos com ferramentas de engenharia

• Falha do sensor

• Falha na Saída

• Falha de Memoria

• Erro de Configuração

• Communication error

• Acesso para análise de parametros externos

• Posição da Válvula e tempo de percurso da válvula usado para detecção da ação stick-slip.


FIELDBUS - Posicionador Inteligente de Válvula

Sensores

Pressão e temperaturaa montante

1.

Pressão a jusante2.

Posição da aste3.

Atuador de Pressão4.

Detector de vazamento5.

FunçõesCombinadas

- Transdutor F/P- Posição da válvula- Medição de vazão- Monitoração do usoda vávula

- Uso do Atuador- Monitoração- Monitora emissão defulga

- Controle PID

1 2

5

3

4

VISÃO EXPANDIDA

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QUALIDADE E VISÃO REAL DOS DADOS

VALORUNIDADESTATUSALARME


Status• Um software pode ser usado para investigar detalhes

do status ruins.• Good Normal

• Bad E.g. sensor failure

• Uncertain E.g. out of calibrated range

• Providencia automaticamente a ação de failsafe na saída dos devices com falha de sensor ou de comunicação etc..

• Assegura inicialização em cascata ( tranferência para bumpless) e anti-reset-windup e muitas outras funções.

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COMUNICAÇÃOBIDIRECIONAL

DPT + PID FCV TT PT

ESTAÇÃO DEOPERAÇÃO

ESTAÇÃO DEMANUTENÇÃO


BENEFÍCIOS DO FIELDBUS

MAIOR INFORMAÇÃO DO PROCESSO

ONTEM HOJE

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TOLERÂNCIA A FALHAS

• Redundância de fontes Fieldbus.

• Redundância da estação de operação.

• Interface independente da CPU para LAS, bridge e blocos.

• Distribuição de equipamentos em várias redes com poucos loops.

• Em loops críticos pode ter redes individuais

• Falha do Sensor, device ou comunicação provoca uma ação de failsafe na saída dos devices.

• Número de módulos e componentes (CPU, cartão de entradas ou saídas) é reduzido, minimizando probabilidade de falhas.


EFEITOS DE FALHAS

• Uma falha em uma estação de operação não afeta a outra. No caso de falha em uma estação o sistema pode ser operado por outra.

• Uma falha de coneção ou remoção de um device no campo não afeta outro.

• O controle continua na ausência do mestre.• A substituição da fonte é automática e não afeta o

sistema.• Falha em qualquer equipamento Fieldbus não resulta

na perda do controle ou na vizualização da operação exceto com relação aos loops ou I/O do mesmo equipamento Fieldbus.

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DRIVERA / B

DRIVERA / C ?

STANDARDFIELDBUS

INTERFACE

MANUFACTURERB

MANUFACTURERC

MANUFACTURERD

MANUFACTURERD

MANUFACTURERB

MANUFACTURERC

FIELDBUS = SISTEMA ABERTO


O que é Fieldbus Foundation?

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FIELDBUS FOUNDATION

É UMA ASSOCIAÇÃO COM MAIS DE 100COMPANHIAS O QUE GERA UM

TOTAL DE MAIS DE 90% DAS EMPRESASDE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

DE PROCESSOS DO MUNDO


LISTA DE EMPRESAS

ABB Ltd.Allen-Bradley Co., Inc.Apparatebau HundsbachAutomation Research Institue of Ministry of Metallurgical IndustryBailey ControlsBailey JapanBeamexBeldon Wire and CableBently Nevada CorporationBorst AutomationBP Oil - Alliance RefineryBray International, Inc.Brooks InstrumentCaltex ServicesChevron Research and Technology Co.Chiyoda CorporationDanfoss A/Sdigi table thielenDKK CorporationDuPont Engineering Co.EMCOEndress + Hauser GmbH + Co.Exxon Research & Engineering Co.Fieldbus International (FINT)

Fisher Controls International, Inc.Fisher-Rosemount Systems Inc.Fraunhofer Institute IITBFuji Electric Co., Ltd.GATX TerminalsGlaxo IncorporatedGroupe SchneiderGSC Precision Controls Division of DA-TechHartmann & Braun AGHitachiHoneywell Inc.Instituto de Investigaciones Electricas Johnson Yokogawa Corp.K.K. CodixK-PatentsKeystone ControlsKimrayKnick Elektronische Meßgeräte GmbH & Co.Koso Service Co., Ltd.KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KGKurihara Kogyo Co., Ltd.M-System Co., Ltd.Magnetrol International, Inc.Masoneilan-Dresser IndustriesMeasurement Technology, Ltd. (MTL)

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Rosemount Inc.Saab Tank ControlServomexShell Oil CompanySHIMADZU CORPORATIONSHIP STAR Associates, Inc.Siebe ECDSiemens Industrial Automation, Inc.Simrad AlbatrossSMARSoftingSRC NIITEPLOPRIBORStoneL CorporationThe Foxboro CompanyTokyo Keiso Co., Ltd.Toshiba Corporation Valmet Automation Inc.VALTEK InternationalVEGA GrieshaberVinson SupplyWorldFIP EuropeYamaha CorporationYamatake-Honeywell Co., Ltd.Yokogawa Electric Corporation

Mettler-ToledoMicro Motion, Inc.Milltronics, Ltd.Mitsubishi Electric CorporationMonsanto CompanyMotoyama Eng. Works, Ltd.Nagano Keiki Seisakusho Ltd.National Instruments Corp.NEC CorporationNeles-JamesburyNEMANiigata Masoneilan Co., Ltd.Ohkura Electric Co., Ltd.Oval Engineering Co., Ltd.Pacific Avionics CorporationPepperl + FuchsPMV, Palmstiernas Instruments ABPolitecnico di Torino-DaiPresys Instrumentos E Sistemas Ltda.R. Stahl Schältgeraete GmbH & Co.Ramsey Technology, Inc.Relcom Inc.Ronan Engineering CompanyRosemount Analytical Inc.

LISTA DE EMPRESAS


FIELDBUS

MODELO OSI

CAMADA DE APLICAÇÃO

PRESENTATION LAYER

CAMADA DE SESSÃO

CAMADA DE TRANSPORTE

CAMADA DE REDE

MODELO FIELDBUS

CAMADAUSUÁRIO

FIELDBUS ESPECIF. DE MENSAGEM

SUBCAMADA DE ACESSO FIELDBUS

CAMADA DE ENLACE DE DADOS

CAMADA FÍSICA

“STACK” DECOMUNICAÇÃO

CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICACAMADA FÍSICA

CAMADA DE ENLACE DE DADOS

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MEIO FÍSICO

APLICAÇÃO

FÍSICO

LINK DEDADOS

GERENCIAMENTO

REDE

MENSAGEM:- LINGUAGEM COMUM- LEITURA & COMPREENÇÃO

PAPEL:- DESTINO/REMETENTE- MENSAGEM

TRANSPORTE DA MENSAGEM

CAIXA POSTAL:- ENVELOPE - ENDEREÇO

ENVELOPE:- ENDEREÇO- SELO- MENSAGEM NO PAPEL- LOCALIZAÇÃO DE INFORMAÇÃOCRÍTICA

USUÁRIO

TAG TIC 101TEMPERATURA DO REATORPV = 242 GRAUS C


CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA

“STACK”COMUNICAÇÃO

MODELO FIELDBUS

COMO INSTALAR

COMO CONFIGURAR

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MODELO FIELDBUS

CAMADAUSUÁRI

O

COMO INSTALARCAMADA FÍSICA

“STACK”COMUNICAÇÃO


H1 - BAIXA VELOCIDADE, Automação Processo(Substituir a tecnologia 4-20 mA)

31.25 Kbit/sAlimentação no BarramentoOpção de intrinsecamente SeguroMAX. 1900 Meters

H2 - ALTA VELOCIDADE, Automação avançada

1.0 Mbit/sMAX. 750 Metros2.5 Mbit/sMAX. 500 Metros

HSE

CAMADA USUÁRIO

CAMADA FÍSICA

STACKCOMUNICAÇÃO

FF normas com ISA/IEC, Camada Física Standard.

TECNOLOGIA FOUNDATION FIELDBUS

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CAMADA FÍSICAAPLICAÇÃO NÍVEL H1 & H2

SCADABRIDGE

H1

ANALIZADOR

PLCH1… Rede Fieldbus de baixa velocidade• 31.25 Kbps• Substituir 4 to 20 mA• 2 - 32 Dispositivos• Alimentação & Comunicação• Intrinsecamente Seguro• Par-trançado• tamanho de 1900 m

PLC

SERVER GATEWAY

ETHERNET

H2

H2… Rede Fieldbus de alta velocidade• 1 Mbps/2.5 Mpbs• 2 - 32 Dispositivos• Opção intrinsecamente seguro (1 Mbps )• Opção alimentação barramento ( 1 Mbps )• Redundância• Par-trançado• Tamanho de 750 m @ 1 Mbps


FIELDBUS• O sistema Smar usa 31.25 kbit/s

• bus powered(dispositivo de campo alimentado pelo barramento de comunicação)

• non bus powered(dispositivo de campo com alimentação separada do barramento de comunicação)

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PC, PLC or DCS

caixa de Junção

Único par de cabos

1.0 or 2.5 Mbit/s

BridgeBridge

31.25 kbit/s 31.25 kbit/s

FOUNDATION fieldbus Tecnologia


CAMADA DEAPLICAÇÕES

“STACK” DECOMUNICAÇÃO

CAMADA FÍSICA

Fieldbus Tempo

Volta

ge

FieldbusMensagens

MODO DO SINAL EM VOLTAGEM

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Tronco Caixa deJunção

Ramos

Tamanho do cabo = Tamanho do tronco + Tamanho de todos os ramosTamanho máximo = 1900 metros com cabo “Type A”

EQUIPAMENTO NASALA DE CONTROLE

FOUNDATION TECNOLOGIA31.25 kbit/s FIELDBUS

COMMUNICATION“STACK”

USERLAYER

PHYSICAL LAYER


Tronco

Tamanho do Cabo = Tamanho do Tronco

FOUNDATION TECNOLOGIA

H2 - 1.0 Mbit/s E 2.5 Mbit/s FIELDBUS


CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA

EQUIPAMENTO NASALA DE CONTROLE

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PROJETO DE INSTALAÇÃOCamada Física IEC 1158-2Ítens Importantes :

• Fonte de alimentação• Tipos de Cabos• Distâncias• Numero de

dispositivos

• Topologia• Terminadores• Barreiras• Segurança Intrinseca


INSTALAÇÃO TÍPICA

FONTE

PS302 +_

IMPEDÂNCIA

PSI302

TERMINADOR

TERMINADOR

PT PTFYFT TT

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LIGAÇÃO DA PSI

• Conexão do terminador interno

BTPS PSI Term.


TERMINADOR FIELDBUS

1 µF

100 Ω

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TERMINATOR DE LINHA

Caixa de junçõesCABO DOTRONCOPRINCIPAL


Aterramento do Isolador (Shield)

• O shield deverá ser aterrado no terminal negativo da fonte de alimentação

BTPS24 V

Os shields do Tronco e do ramo devem estar conectados.

Shield

PSI

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TERMINADOR DE LINHA

Caixa de junções

TERMINADOR

BARREIRA DESEGURANÇA INTRINSECA

ÁREA CLASSIFICADAÁREA NÃO CLASSIFICADA

TERMINADOR


Conexão

• Somente um shield pode ser ligado.

B.T.

Shield

I.S.B.P.S.

Fieldbus

Área classificada

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DF47 Fieldbus Safety Barrier

• Limita valores de tensão e correntepara a área classificada

• Tipicamente 8 dispositivos porbarreira.

• Trabalha como repetidor.

• Usa uma fonte de alimentaçãoisolada e independente.


CAMADA FÍSICAA DISTÂNCIA PODE SER INCREMENTADA COM REPETIDORESNO MÁXIMO = 4 REPETIDORES

REP1 REP2 REP3 REP4

1.900 M 1.900 M 1.900 M 1.900 M

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PLANTA NÍVEL H2

BRIDGECAIXA DEJUNÇÃO

Fieldbus Topologia

NÍVEL H1

FIM -FIM LINHA COM RAMOS PONTO A PONTO ÁRVORE


TOPOLOGIA DE REDE COM RAMOS

FIELDBUS NÍVEL H2

BRIDGETERMINADOR

RAMO

REDE (TRONCO)

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Terminaçãoaqui

FIELDBUS NÍVEL H2

FIELDBUS NÍVEL H1

BRIDGE

TOPOLOGIA PONTO - A - PONTO

LIGAÇÃO EM SÉRIE DE TODOS EQUIPAMENTOS


TOPOLOGIA PONTO - A - PONTO

• Use somente um dos condutores elétricos para ”entrada” e “saída” dos cabos, para manutenção ou troca do instrumento sem interromper a rede.

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CAIXA DEJUNÇÕES

NÍVEL H1

Cabos simples ou multi-pares

NÍVEL H1

TOPOLOGIA FIM PARA FIM

CAIXA DEJUNÇÕES


TERMINADOR

TOPOLOGIA EM ÁRVORE

NÍVEL H1NÍVEL H1

CAIXA DEJUNÇÕES

CAIXA DEJUNÇÕES

“PÉ DE GALINHA”

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CAMADA FÍSICA31.25 KBPS - TOPOLOGIA EM ÁRVORE

FONTE

FIELDBUS

TERMINADOR TERMINADOR

CAIXA DEJUNÇÃO NÍVEL

XMTR

NÍVELXMTR

VÁLVULAVAZÃOXMTR

100Ω


FIELDBUS NÍVEL H2

BRIDGE

CAIXA DEJUNÇÃO

REDE COM RAMOS PONTO-A-PONTO ÁRVORE

TERMINADOR

TOPOLOGIA MISTA

FIELDBUS H1

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Topologia em anel NÃO é recomendada

• Conectando o barramento em anel, através de um cabo entre o terminador e a PSI.


TAMANHO TOTAL DO CABO

• O tamanho máximo do cabo depende do tipo de cabo usado.

• O tamanho total inclui o tronco e todos os ramos.

Tronco 240 mRamo 1 80 mRamo 2 120 mRamo 3 40 mRamo 4 80 m

Total 560 m

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Dispositivos por ramo

• Comprimento máximo recomendado dos ramos.• Estes comprimentos estão normalizados na tabela abaixo.

Total 1 por ramo 2 por ramo 3 por ramo 4 por ramo25-32 1 m 1 m 1 m 1 m19-24 30 m 1 m 1 m 1 m15-18 60 m 30 m 1 m 1 m13-14 90 m 60 m 30 m 1 m1-12 120 m 90 m 60 m 30 m


REDUNDÂNCIA DE FONTEPS302

++

--

L

N

PS302

BT302PSI

302

PSI

302

++

--

L

N

PS302

BT302

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Redundância de fonte

• Na possível falha de uma das fontes, a outra entrará automaticamente em operação.

• Somente um PSI302 deverá ter o terminador conectado, ou um terminador BT poderá ser utilizado.

BTPS

PS PSI

PSI

Conexão do Terminador


REDUNDÂNCIA DE PSI302++

--

L

N

PS302

BT302PSI

302

PSI

302

++

--

L

N

PS302

BT302

TERMINADOR EXTERNO

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REDUNDÂNCIA DE FONTE++

--

L

N

PS302

PSI

302

++

--

L

N

PS302

PSI302

• FLUXO DE ALIMENTAÇÃO• COMUNICAÇÃO NÃO É GARANTIDA• POSIÇÃO DE FAIL SAFE GARANTIDA


REDUNDÂNCIA DE MESTRE

IBM Compatible

PCI1 2 3 4

BT302PSI

302

PS302

MMI MMI

IBM Compatible

PCI1 2 3 4

ADDRESS 2ADDRESS 1CURRENT LAS

ADDRESS 6

MESTRE

MESTRE

MESTRE

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Promove a Codificação/Decodificação das mensagens da Camada do Usuário

Scheduler Determinístico Centralizado

Transferência Eficiente e Segura dos Dados

Suporta Modelo Cliente/Servidor

Suporta Modelo Publicação/Subscrição

CAMADA USUÁRIO

CAMADA FÍSICA

COMMUNICATIONSTACK

Tecnologia FOUNDATION Fieldbus


LAS (Link Active Scheduler)

• Controla a comunicação no barramento• Gerencia o “Master timer”• Lista dispositivos (“Master device list keeper”)• Escalona mensagens

• Provê suporte para redundância• Tipos de dispositivos

• Link master: pode rodar LAS• Básico: não é capaz de executar LAS• Bridge: interliga sub-redes

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Tempo de ciclo de supervisão e controle

• Atualização dos links feita a cada “macro ciclo”• Tempo de ciclo = tempo para publicação das

informações de controle (cíclicas) + tempo de comunicações acíclicas

• Tempo de tráfego cíclico pode ser calculado:• Pela somatória dos tempos de execução dos blocos

funcionais de cada dispositivo• Pelo número de links externos vezes 30 ms


LAS (Link Active Scheduler)

• Somente um dispositivo que execute a função “LAS Master” pode controlar a comunicação (ou seja, todo segmento deve obrigatoriamente ter um LAS)

• Um dispositivo somente pode comunicar quando receber permissão do LAS (mensagem “Compell Data – CD”)

• LAS tem uma lista de todos os dispositivos que precisam acessar o barramento

• A lista de dispositivos é chamada de “live list”

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Atribuição de endereços

• Seqüência de endereçamento:1. Um novo dispositivo é inserido no barramento e usa um

endereço default entre 248-2512. Ferramenta de configuração atribui um nome de

dispositivo (“device name” PD TAG) para o novo dispositivo

3. Ferramenta de configuração atribui um endereço permanente não utilizado para o novo dispositivo

• Endereço permanente é armazenado em memória não volátil (recarregado na inicialização do dispositivo).

• Endereçamento via barramento (sem uso de jumpers)


Temporização

• V(MID): dispositivos tem que esperar V(MID) antes de responder

• V(MRD)xV(ST): dispositivo precisa responder até este limite (V(ST) slot time)

• V(IRRD)xV(ST): tempo após o qual o LAS recupera token

• V(TN)xV(ST): link master retoma barramento após este tempo

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Identificação dos dispositivos

• Todo dispositivo é identificado de maneira unívoca

• Device ID• Identificado pelo fabricante, número serial• Ex: 003266ACME12545463

• Device Name (TAG)• Definido pelo usuário para facilitar a compreensão da

operação. Ex: TT101• Device Address

• Endereço único dentro do segmento


Endereçamento

• FF utiliza endereços de 0 a 255• 0 a 15: reservados para endereços de grupo • 16 a 247: endereços válidos para dispositivos• 248-255: endereços especiais

• 248-251: default permamente (sem endereço)• 252-255: default temporário

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Inserindo novos dispositivos

• Inserção no “live list”• Novos dispositivos podem ser inseridos em qualquer momento• LAS envia comando “Probe Node”(PN) para lista de endereços

temporários (não configurados)• Dispositivo responde com “Probe response” (PR)• LAS envia “node activation PDU” (DT); dispositivo é adicionado

a “live list”• LAS envia comando “Live list update” para atualizar outros “link

master” no segmento (DT)• Nodo passa a receber token (PT)


Inserindo novos dispositivos

dispositivoX dispositivoY dispositivoZ

LAS1. PN(y)

2. PR

3. Node activation (DT)

xz

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Comunicação assíncrona

• Todos os dispositivos presentes na “live list” recebem do LAS token para transmitir mensagens assíncronas, não escalonadas

• PT (endereço, tempo, prioridade)• Tempo: tempo que o dispositivo pode comunicar• Prioridade: máxima prioridade de mensagens que

podem ser transmitidas


Comunicação assíncrona


LAS1. PT(y)

2. DT

xz

3. RTPT: pass tokenRT: return tokenDT: exchange data

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Determinação parâmetros para comunicação assíncrona

• TTRT: target token rotation time• ATRT: actual token rotation time

• Prioridade normalmente normal• Se V(ATRT) > V(TTRT) então prioridade aumenta para “urgente”• Se V(ATRT) < V(TTRT) então prioridade diminui

• Usualmente LAS aloca tempo padrão V(DTHT), caso necessite tempo para escalonar mensagens cíclicas aloca somente tempo mínimo V(DMDT)

• Dispositivo pode solicitar mais tempo, porém tempo é limitado por máximo tempo V(MTHA)


Mensagens assíncronas

• Se dispositivo não responde a 3 tentativas consecutivas de passagem de token (PT), ele é removido da “live list”

• LAS envia comando “live list update” para atualizar outros “link masters”

• Dispositivo passa a receber comando “probe node”(PN)

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Comunicação cíclica (Mensagens escalonadas)

• CD (buffer, prioridade)• Buffer: endereço do dispositivo + ponto de

conexão• Ex: macrociclo 500 ms (20.24 0ms, 25.20 250 ms)

0 ms 250 ms 500 ms 750 ms

Buffer 20.24 Buffer 25.20


Comunicação síncrona


LAS1. CD(y.s)

2. DT

xyz

PT: pass tokenRT: return tokenDT: exchange data

CD

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Sincronização de relógio

• LAS é o “time master” para o link• LAS usa comando “time distribution” TD para

manter todos os relógios dos dispositivos no link sincronizados

• TD enviado a intervalos de tempo configuráveis (tipicamente a cada 5 s)


Algoritmo do LAS

Há tempo para comunicação

assíncrona?

Espera até próximo CD

(envia mensagens idle enquanto

espera)

Envia CD

Envia PN, PT ou TD

não

sim

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Comunicação

• FF suporta comunicação confirmada e não confirmada

• Suporta comunicação cíclica e acíclica• Suporta serviços orientados a conexão e sem

conexão


Tipos de mensagens

• Não escalonadas (assíncronas)• Cliente-servidor (“client server”)• Distribuição de relatórios (“report distribution”)

• Escalonadas (síncronas)• Publisher/subscriber

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Fieldbus Access Sublayer Services

Data link layer services

Fieldbus access sublayer services

Cliente- servidor Distribuição de relatórios

Publisher/subscriber

Acíclicas, 1to1,“user triggered”,

BidirecionaisQUB

Acíclica, 1 to n,“user triggered”,Unidirecionais

QUU

Cíclicas, 1 to n,Escalonadas LAS,Unidirecionais

BNU


Tipos de comunicação

• Cliente-servidor:• Mudanças de setpoint, modos de operação, gerência

de alarme, upload/download

• Distribuição de relatórios• Envia alarmes para console de operadores

• Publisher/subscriber• Envia variável de processo para bloco de controle PID

e console

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Cliente-Servidor (QUB)

aplicação aplicação

cliente servidorPT

Requisição com confirmação

resposta

PT-Orientadas à conexão- depois de estabelecida conexão podem trocar DT (Data Transfer)- DTs são tipicamente serviços FMS (read, write)


Cliente-servidor

Dispositivo 12PV=10

Dispositivo 11

LAS1112

Lista tokenPT(11)

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Cliente-servidor

Dispositivo 12PV=10

Dispositivo 11

LAS1112

Lista token

DT: qual é o seu PV ?


Cliente-servidor

Dispositivo 12PV=10

Dispositivo 11

LAS1112

Lista tokenPT(12)

48


Cliente-servidor

Dispositivo 12PV=10

Dispositivo 11

LAS1112

Lista token

DT- resposta : “10”


Distribuição de relatórios (QUU)

aplicação aplicação

Notificador do evento

Receptor do eventoPTRequisição sem confirmação

- sem conexão- dados são tipicamente alarmes, eventos, ou tendências (trends)

aplicação

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Distribuição de alarmes

Dispositivo 12PV=100

LimiteHigh =90 Dispositivo 11

LAS1112

Lista tokenPT(12)

Dispositivo 2p s a

p s a


Distribuição de alarmes

Dispositivo 12PV=100

LimiteHigh =90 Dispositivo 11

LAS1112

Lista tokenPT(12)

Dispositivo 2p s a

p s a

50


Distribuição de relatórios (QUU)

LAS aplicação

subscriber

publisherCD (compel data)

- resposta é “ouvida” por todos os dispositivos no link

aplicaçãoaplicação

subscriber


Publisher-subscriber

Analog input PID

OUT OUTIN

Fieldbus

51



Dispositivo 11

LAS1112

Lista CDCD(12,a)

Dispositivo 2p s a

p s aDispositivo 12PV=50LimiteHigh =90

Analog input

OUT



Dispositivo 11

LAS1112

Lista CDDispositivo 2p s a

p s aDispositivo 12PV=50LimiteHigh =90

Analog input

OUT

DT 50

52


TECNOLOGIA FOUNDATIONCAPACIDADE DE BRIDGE (PONTE)


CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA

1.0 or 2.5 Mbit/s Fieldbus

Bridge

31.25 kbit/s Fieldbus

31.25 kbit/s Fieldbus


FIELDBUS H1 FIELDBUS H1

DEVICES ON DIFFERENT NETWORKS

HSE

Linking Device

FF BRIDGES – LIGAÇÃO ENTRE REDES

53


CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA


MODELO FIELDBUS

COMO CONFIGURAR


Fornece o Padrão Function Blocks.

Fornece o Scheduling para function blocks.

Fornece Device Descriptions para o sistema

CAMADA USUÁRIO

CAMADA FÍSICA

COMMUNICATIONSTACK

Tecnologia FOUNDATION Fieldbus

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CAMADA FÍSICA


TransducerBlock

FunctionBlock

ResourceBlock

FIELDBUS

Blocos

APLICAÇÃO DE USUÁRIO - BLOCOSTECNOLOGIA FOUNDATION


CAMADA USUÁRIO

CAMADA FÍSICA


ALGORITHM

Example:

PIDENTRADAS SAÍDAS

Alarmes Status

Parametros de Controle(Manual, Auto, Kp, Tr, etc.)


CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA

MODELO DOS BLOCOS FUNCIONAIS(“FUNCTION BLOCK”)

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CONFIGURAÇÃO DOS INSTRUMENTOS FIELDBUS

• Consiste basicamente na interligação lógica dos blocos funcionais

• Através de um software configurador• Nenhuma preocupação com relação à forma

como comunicação é realizada (passagem de token, escalonamento de mensagens cíclicas, ...) é necessária


FUNCTION BLOCKS BÁSICOS

AI

DI

AO

DO

SS

BG

ML

PID

RA

PD

56


ACCESSTRANSDUCER

LINEARIZATION

CONVERTTO %

FUNCTION

USER UNITCONVERSION

FILTERDAMPING

CLAMPFUNCTION

MODESELECTION

MODE

OUT

BLOCO DE ENTRADA ANALÓGICA (AI)

MANUAL SP


H LTANK

Vmax.500 k Liters

7.5 mts

2.0mts

TRANSDUTORPRESSÃO

BLOCO ENTRADA ANALÓGICA

FUNCTION FILTER

9.5

2.0

500

00

mts H2OPV SCALE

k LitersOUT SCALE

Configuração Fieldbus

57


FIELDBUS CONTROLE CASCATA

ANALOGIA: PROGRAMAÇÃO FIELDBUS= BRINCAR COM LEGO

AI

AI PID

PID AO


AIOUT

OUTIN

PIDIN AO

TRANSMISSORFIELDBUS

DISPOSITIVO FIELDBUS P/ VÁLVULA

LIGAÇÕES DE ENTRADAS / SAÍDASTECNOLOGIA FOUNDATION


CAMADAUSUÁRIO

CAMADA FÍSICA

58


Aplicações com Blocos Funcionais

AI

PID

AO

Básico

PID

AO

PID

AI AI

Cascata

PID

AO

AI AI

RA

Relação

PID

AO

PID

AI AI AI

Controle de nível decaldeiras a 3 elementos

VazãoÁgua

Nível VazãoVapor


FT

FY

TT

PID SECUNDÁRIO NOTRANSMISSOR DE VAZÃO

AI

AI PID

PID AO

FLEXIBILIDADE DE PROJETO

TT

FT

PID SECUNDARIO NOPOSICIONADOR DA VÁVULA

AI

AI PID

PID AOFY

59


Projeto Lógico do Controle e Mapeamento para Dispositivos


Exemplo

60


FUNCTION BLOCKS AVANÇADOS

ARITHMETICOUTPUT SIGNAL SELECTORSPLITTERDEAD TIMELEAD LAGCOMPLEX ANALOG OUTPUTCOMPLEX DIGITAL OUTPUTDEVICE CONTROLANALOG ALARMDISCRETE ALARMPULSE INPUTCALCULATION BLOCKANALOG HUMAN INTERFACEDISCRETE HUMAN INTERFACESETPOINT GENERATORINTEGRATORCHARACTERIZERSTEP CONTROL


DISTRIBUIÇÃO DA INTELIGÊNCIA

DCS FCS

SISTEMA TRADICIONAL

FIELDBUS

FIELDBUS

CONTROLE NO CAMPO

61


LOOP DE CONTROLE ANALÓGICOCONTROLE

4-20 mA4-20 mA

SALACONTROLE

CAMPO

VARIÁVEL DEPROCESSO

DT= TEMPO MORTO

PID

D/AuPA/D

D/A

uP

A/D

CONVERSÃODO SINAL

ELEMENTOFINAL DE

CONTROLE

TRANSMISOR

1

23

1

2

3

DT


LOOP DE CONTROLE FIELDBUS

DT=TEMPO MORTOTR=TEMPO RESPOSTA PROCESSO

uP

D/A

TRATAMENTODO SINAL

+PID

ELEMENTOFINAL DE

CONTROLE

1

23

1

2

3

DT

uP

A/D

CONTROLABILIDADE = DT /TR

CAMPO

62


Tempo de Controle de Ciclo e Schedule

• Para uma configuração típica pode ser facilmente realizado em um tempo de ciclo de 200 ms ou menor.

INT

AIAOAR

PIDlinkbackground

200 ms


Programação Fieldbus

• Exemplos de aplicações (link)

63


Device Description


O que é um “Device Description”(DD) ?

Uma descrição detalhada das características de um instrumento

Os “Device Descriptions são escritos em uma linguagem especial de programação chamada“Device Description Language”(DDL).

Tecnologia FOUNDATION fieldbus

64


Os Device Descriptions são fornecidos para um sistema anfitrião assim o anfitrião pode “interpretar” os dados fornecidos para o equipamento fieldbus.

Device Descriptions adicionalde diversos fabricantes .

PARA UMSISTEMAANFITRIÃO

Standard Device Descriptions da Fieldbus Foundation.

. . .

Z

StandardDD

A

FOUNDATION fieldbus Technology


Valor é lido de umequipamento fieldbus.

A Descrição do valor é lida de um anfitrião proveniente de um Device Description.

Número de dígitos de precisãoUnidade de Engenharia

Etiqueta do valor

25.50 Measured_Value

%Fieldbus

Tecnologia FOUNDATION fieldbus

65


O Device Descriptions permite operação de equipamentos de diferentes fabricantes na mesma rede fieldbus com somente uma versão de interface de programação.

Device Descriptions

Fieldbus

Equipamento dofabricante A

DEVICE DESCRIPTION

Equipamento dofabricante B


RECURSOS AI PID

TEMP VAZÃO

PARAMETROSUNIVERSAIS

PARAMETROSDE BLOCOS

DE FUNÇÕES

PARAMETROSDE BLOCOS

TRANSDUTORES

PARAMETROSESPECIFICOS

DO FABRICANTE

BLOCO DERECURSOS

BLOCOSTRANSDUTORES

BLOCOS DEFUNÇÕES

DEFINIDOS PELAESPECIFICAÇÃO

DA FIELDBUSFOUNDATION

DEFINIDOS PELOFABRICANTE

DEVICE DESCRIPTIONS

foundation fieldbus inicial - gcar - grupo de controle ... industries measurement technology, ltd....

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