Fieldbus Foundation - Parte 3

3.3  ARQUITETURA DO SISTEMA

A arquitetura do sistema de controle Fieldbus é composta de vários componentes essenciais e opcionais de acordo com a aplicação. Nesta sessão apresentaremos os principais componentes de um sistema Fieldbus.

3.3.1        Rack

Possui n slots para conectar os diversos dispositivos do sistema de controle como processadores, fontes, I/Os, entre outros. Alguns racks possuem suporte a Hot Swap e diagnóstico. A Figura 3-7 mostra os componentes de um rack.

Figura 3-7 – Componentes de um rack

A -Emenda do Rack - Ao montar mais de um rack em um mesmo trilho DIN, use a emenda do rack para prender um  rack a outro. O uso da emenda dará mais firmeza ao conjunto e possibilitará a conexão do terra digital (K);

B - Jumper W1 - Quando conectado, permite que o  rack seja alimentado pela fonte DC do  rack precedente;

C - Lingüeta – Encaixe localizado na parte superior do rack;

D - Trilho DIN – Base para fixação do rack. Deve estar firmemente fixado ao local de montagem do rack;

E - Conector do Flat Cable Superior – Permite que dois  racks sejam interligados através do  flat cable (J). Quando existir mais de um rack em um mesmo trilho DIN, deve-se usar um flat cable (J) ligado ao conector do Flat Cable Inferior (I) e Superior (E), para interligar os racks;

F - Conector do Módulo – Encaixe inferior do módulo ao rack;

G - Chave para Endereçamento – Quando houver mais de um rack em um mesmo barramento, as chaves de endereçamento permitem que seja atribuído um endereço distinto para cada rack;

H - Presilhas Metálicas - As presilhas metálicas, situadas na parte inferior do rack, permitem a fixação desse no trilho DIN. Devem ser puxadas antes de se encaixar o rack no trilho DIN e depois empurradas para a fixação das peças;

I - Conector do  Flat Cable Inferior - Permite que dois  racks sejam interligados através do  flat cable (J). Quando existir mais de um rack em um mesmo trilho DIN, deve-se usar um flat cable (J) ligado ao conector do Flat Cable (I) e (E), para interligar os racks;

J - Flat Cable - Cabo usado para conexão do barramento de dados entre os racks;

K - Terra Digital - Quando houver mais de um rack em um mesmo trilho DIN, a conexão entre os terras digitais (K) deve ser reforçada através do encaixe metálico apropriado;

Embora os racks sejam conectados por flat cables para transporte de sinal e alimentação, é possível que ocorra degradação do nível do sinal de terra para aplicações que utilizem vários módulos. Uma solução para manter o sinal de terra estável e o sistema mais imune a ruídos elétricos é a adição de um cabo extra entre os racks. Esses cabos devem seguir o caminho do flat cable. Os fios devem ser reforçados e possuir bitola de pelo menos 18 AWG. A Figura 3-8 ilustra o aterramento entre racks não adjacentes, já a Figura 3-9 mostra aterramento de racks adjacentes.

Figura 3-8 – Aterramento em racks não adjacentes

Figura 3-9 – Aterramento em racks adjacentes

3.3.2        Fonte para Backplane

Esta fonte é responsável por alimentar o backplane dos racks. As fontes de alimentação podem trabalhar de forma independente ou em conjunto com outro módulo fonte de alimentação redundante, para garantir um fornecimento constante de energia para a aplicação.

Quando duas fontes de alimentação são usadas em redundância, no caso de falha de uma delas, a outra assume automaticamente o fornecimento de potência. Cada fonte de alimentação apresenta um relé para indicar possíveis falhas, proporcionando ao usuário a substituição da fonte danificada.

Uma vez que a potência disponível da fonte de alimentação é limitada, é necessário calcular a potência consumida pelos módulos em utilização. Uma maneira de fazer isto é construir uma planilha para resumir todas as correntes fornecidas e necessárias por módulo e equipamentos associados (tais como interfaces). 

A Figura 3-10 ilustra uma fonte de alimentação de backplane.

 

Figura 3-10 – Fonte de alimentação para backplane

3.3.3        Fonte de Alimentação para Fieldbus

Esta fonte é responsável por fornecer alimentação 24Vcc os canais H1 da rede Fieldbus através do módulo de impedância de rede. Estas fontes geralmente contam com proteção contra sobrecorrente e curto-circuito e, também, indicação de falha, apropriada para alimentar os elementos do Fieldbus. A figura 3-11 ilustra uma fonte de alimentação para Fieldbus.

Figura 3-11 – Fonte de alimentação para Fieldbus

3.3.4        Impedância para Fieldbus

A função desta impedância é implementar um circuito de saída no qual a impedância seja maior que 3 KΩ e, em paralelo com dois terminadores de 100 Ω ± 2% cada, resulte em uma impedância de linha de aproximadamente 100 Ω atendendo a norma para redes Fieldbus. A figura 3-12 apresenta um diagrama de blocos da interligação desse módulo. Neste caso utilizou-se uma redundância de fontes para rede Fieldbus e de impedância.

Figura 3-12 – Diagrama de blocos de interligação do módulo de impedância

3.3.5        Processador de Rede Fieldbus

Combina poderosos recursos de comunicação, com acesso direto a entradas e saídas e controle avançado para aplicações contínuas e discretas. Com seu conceito modular, pode ser localizado dentro de painéis na sala de controle, ou caixas seladas no campo. Altamente expansível ele pode ser utilizado em pequenos sistemas ou plantas altamente complexos.

Pode funciona como bridge H1-H1, H1-HSE(HIGH SPEED ETHERNET) ou H1 HSE-H1, e também como mestre dos barramentos H1, gerenciando a comunicação em cada canal como LAS (Link Active Scheduler), conforme figura 3-13.

Figura 3-13 – Processador Fieldbus

3.3.6        Terminadores de Rede

A principal função de um terminador é evitar reflexão do sinal de transmissão. As terminações são usadas para casar a impedância de um nó com a impedância da linha de transmissão usada. Quando não há casamento de impedância, o sinal transmitido não é completamente absorvido pela carga e a porção não absorvida é refletida de volta a linha de transmissão. Se a fonte, linha de transmissão e carga têm a mesma impedância, essas reflexões são eliminadas. Os terminadores devem ser instalados sempre no início e no final de cada barramento. A figura 3-14 mostra um terminador Fieldbus.

Figura 3-14 – Terminador Fieldbus

Não é recomendável colocar o terminador interligado a borneira de um dispositivo de campo e no interior de seu invólucro. Quando houver necessidade de manutenção do dispositivo, o terminador poderá ser retirado da rede (mesmo que sem intenção) e provocar perda de comunicação. Deve-se sempre usar caixas de derivação para instalação dos terminadores.

3.3.7        Barreiras de Segurança Intrínseca

Uma explosão pode ocorrer quando se tem energia na forma de calor ou eletricidade, e estas adicionadas a uma mistura de vapores inflamáveis, poeiras ou fibras. As práticas de projeto inicialmente previam o uso de métodos como : caixas e invólucros a prova de explosão, invólucros com pressurização ou purga, encapsulamento em resina epoxy, imersão em óleo, preenchimento de dutos ou canaletas de passagem com talco ou areia, entre outros. Depois da Segunda Guerra Mundial tivemos o surgimento da tecnologia das Barreiras de Segurança Intrínseca, que tem por objetivo limitar a energia nos circuitos elétricos do equipamento, fazendo com que os mesmos não apresentem energia suficiente com capacidade de causar a ignição de atmosferas potencialmente explosivas mesmo nas ocorrências de falhas que venham a ocasionar centelhas ou superfícies aquecidas que estejam em contato com a atmosfera potencialmente explosiva.

A ignição de materiais inflamáveis é caracterizada por dois parâmetros não relacionados: a mínima quantidade de energia de ignição de faiscamento necessária para criar uma explosão no gás inflamável especificado, e a mínima temperatura de uma superfície aquecida que terá o mesmo efeito. A norma ANSI/ISA – S50.02 – 1992 estabelece que se pode conectar de um até quatro instrumentos (depois das Barreiras de Segurança Intrínsecas) nas áreas perigosas e mais dois equipamentos nas áreas seguras no mesmo barramento.

A figura 3-15 ilustra um exemplo de instalação de barreira de segurança intrínseca para redes Fieldbus.

Figura 3-15 - Instalação de barreira de segurança intrínseca para redes Fieldbus

3.3.8        Outros Módulos

Na arquitetura de um sistema Fieldbus também pode conter outros módulos de acordo com a aplicação como:

• Interface RS-232 / 485
• Switch Ethernet 10/100 Mbps
• Módulos de E/S digitais e analógicos

           Bom meus amigos, por enquanto é só, aguardem a próxima postagem com a continuação desse tema e comentem e compartilhem com seus amigos. Segue abaixo as referências desse assunto:

1. www.fieldbus.org – Site da Fieldbus Foundation
2. www.smar.com.br – Fabricante de Equipamentos Fieldbus
3. www.sense.com.br – Fabricante de Caixas de Junção
4. www.poliron.com.br – Fabricante de Cabos
5. Norma ANSI/ISA – S50.02
6. Borges, Johny de Freitas, Redes Industriais de Comunicação, 2008.