Fieldbus Foundation - Parte 5
Autor: Márcio Frisso Santos | Publicado: 2012-01-13T03:03:00-08:00


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3.4&nbsp; LIMITAÇÕES
E CONSIDERAÇÕES PARA PROJETO



Como todo projeto, necessitamos seguir algumas
regras e conhecer as limitações da tecnologia afim realizar todas as análises
necessárias antes da implementação.





3.4.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Comprimento
do Cabeamento x Número de Instrumentos



Um importante aspecto na concepção de um projeto
Fieldbus é a determinação de como serão instalados os equipamentos que farão
parte da rede. Dessa forma devem ser consideradas as distâncias máximas
permitidas entre os equipamentos, ou seja, deve-se ter em mãos a planta onde
será efetuado o projeto para a determinação dos melhores pontos para instalação
dos equipamentos de forma a otimizar ao máximo o comprimento do barramento
(chamado de trunk) e das derivações (chamadas de spurs) como visto na Figura 3-21.







Figura
3-21 – Configuração típica de instalação



Segue abaixo as regras básicas projeto de uma
rede FF:



A rede é
     formada por uma linha troco com spurs. A linha tronco deve ser terminada
     por um terminador passivo.
O comprimento
     máximo da linha tronco e a soma de todos os spurs é de 1900m, sem
     utilização de repetidores.
O número de
     instrumentos na rede pode ser: 2
      a 32 instrumentos numa conexão não intrinsecamente
     segura com fonte de alimentação separada do sinal de alimentação. 1 a 12 instrumentos quando
     a aplicação não requer SI e os instrumentos são alimentados pelo cabo de
     sinal. 2 a
     6 instrumentos para aplicações de SI quando os instrumentos recebem a sua
     alimentação diretamente do cabo de comunicação.
Cada segmento
     Fieldbus deverá ter no máximo 4 loops de controle.
Repetidores
     podem ser utilizados para regenerar o sinal após excedida a especificação
     de distância máxima. O número máximo de repetidores é quatro. A distância
     máxima entre dois instrumentos quaisquer não deve exceder 9500m conforme
     já descrito anteriormente.
O cabo Fieldbus
     é polarizado. Inverter a polarização pode causar danos a todos os
     instrumentos conectados à rede. Alguns fornecedores garantem instrumentos
     livres de polarização.
O comprimento
     dos spurs devem ser calculados obedecendo aos dados da tabela II abaixo além da limitação da fonte de alimentação.


&nbsp;
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Total de Disp. por
  Rede

  
1 disp. por spur
  (m)

  
2 disp. por spur
  (m)

  
3 disp. por spur
  (m)

  
4 disp. por spur
  (m)

 

  
1-12

  
120

  
90

  
60

  
30

 

  
13-14

  
90

  
60

  
30

  
1

 

  
15-18

  
60

  
30

  
1

  
1

 

  
19-24

  
30

  
1

  
1

  
1

 

  
25-32

  
1

  
1

  
1

  
1

 

  
Obs: Trunk + Spur
  &lt; 1900m

 




Tabela II – Comprimento máximo dos spurs




3.4.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Fonte de
Alimentação



Como
já descrito anteriormente, uma vez que a potência disponível da fonte de
alimentação é limitada, é necessário calcular a potência consumida pelos
instrumentos interligados a rede. Além de todas as considerações já
mencionadas, ao dimensionar uma rede Fieldbus deverão ser calculadas as tensões
em cada ponto da rede, sendo necessário calcular principalmente os dispositivos
da extremidade da rede ou os dispositivos de maior consumo. A tensão em cada
dispositivo deverá ser no mínimo maior que a tensão mínima necessária para o
funcionamento deste dispositivo.

De acordo
com a norma da Fieldbus Foundation, o barramento deverá funcionar com tensão de
alimentação de no mínimo 9 V. Porém, nem todos os fabricantes obedecem esta
norma. Portanto, para cada caso deverá ser verificado o valor de tensão mínimo
indicado pelo fabricante. Para efeito de cálculo e estimativas, poderá ser
considerado que cada dispositivo da rede consome uma corrente de 20 mA. Porém,
para se fazer o cálculo mais preciso deverá ser observado no catálogo do
fabricante de cada dispositivo a corrente que o mesmo consome na rede Fieldbus.
A figura 3-22 mostra uma rede que será dimensionada para estudo.








Figura 3-22 – Rede a ser analisada



Para realizar o cálculo de
tensão em cada dispositivo, deverão ser levados em consideração os seguintes
parâmetros:




Tensão de saída do condicionador de sinal:
     19 VDC (sem segurança intrínseca);
Resistência do cabo: 22 Ω/Km, portanto 44 Ω/Km
     para o loop (cabo próprio para FF);
Corrente de consumo do dispositivo:
     Verificar catálogo do fabricante. Se não for informado, considerar 20mA.
Tensão mínima de funcionamento: Verificar
     catálogo do fabricante. Se não for informado, considerar 11 V.





Tensão na caixa de junção



A corrente no cabo trunk será a soma de todas as correntes
consumidas pelos dispositivos. Portanto, a corrente total será de 18 + 12 + 25
+ 13 = 68 mA.

A resistência do cabo trunk será de 0,230 Km x 44 Ω/Km = 10,12
Ω

A tensão na saída do condicionador de sinal é
de 19 V. Portanto, a tensão na caixa de junção (final do cabo trunk) será de:
19 V – 0,068 A
x 10,12 Ω = 19 V – 0,69 V = 18,31 V




Tensão no Posicionador de Válvula



A
resistência do cabo do posicionador é de 0,03 Km x 44 Ω/Km = 1,32 Ω

A tensão
neste dispositivo será: 18,31 V – 0,018 A x 1,32 Ω = 18,31 V – 0,02 V = 18,29 V



Tensão no Transmissor de Vazão



A
resistência do cabo do medidor de vazão eletromagnético é de 0,02 Km x 44 Ω/Km = 0,88 Ω

A tensão
neste dispositivo será: 18,31 V – 0,012 A x 0,88 Ω = 18,31 V – 0,01 V = 18,30 V



Tensão no Transmissor de Temperatura



A
resistência do cabo do transmissor de temperatura é de 0,025 Km x 44 Ω/Km = 1,1 Ω

A tensão
neste dispositivo será: 18,31 V – 0,012 A x 1,1 Ω = 18,31 V – 0,01 V = 18,30 V



Tensão no Transmissor de Nível



A
resistência do cabo do transmissor de nível é de 0,035 Km x 44 Ω/Km = 1,54 Ω

A tensão
neste dispositivo será: 18,31 V – 0,013 A x 1,54 Ω = 18,31 V – 0,02 V = 18,29 V



&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Alguns
dispositivos, como os medidores de vazão por efeito coriolis ou eletromagnéticos
têm uma alta corrente de consumo. Por este motivo os mesmos não podem ser
alimentados pelo próprio barramento, necessitando de uma alimentação externa.
Ao calcular a queda de tensão no barramento Fieldbus deverá ser levado em
consideração a corrente que o dispositivo consome na rede Fieldbus e não a
corrente de consumo do equipamento, que normalmente tem um valor elevado. Por
exemplo, o medidor eletromagnético tem um consumo típico de 20 VA. Se
alimentado com uma tensão de 127 V a corrente de consumo do instrumento será em
torno de 160 mA. Porém, para este dispositivo a corrente drenada do barramento
FF é tipicamente de 12 mA.

&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; Para uma pequena rede é uma tarefa fácil calcular a queda de tensão manualmente, mas para uma planta com 500 dispositivos esse trabalho fica inviável. Pensando nisso a Fieldbus Foundation criou e disponibiliza gratuitamente o software DesignMate que faz esse trabalho e alerta sobre as limitações de projeto em uma rede FF. Segue o link para download:&nbsp;



http://www.fieldbus.org/images/stories/enduserresources/technicalreferences/documents/designmate.zip 




3.4.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Tempo de
Ciclo de Supervisão



Um importante aspecto quando se trabalha com
sistemas Fieldbus é o tempo gasto para que todos os devices da linha possam
"publicar" parâmetros de controle e monitoração de um processo. Este
tempo deve ser minimizado tanto quanto possível pois pode-se comprometer o
tempo de atualização dos links entre os blocos funcionais que operam na malha
de controle em relação a velocidade do processo.

A atualização dos links é feita a cada Macro
Cycle (MC) e este tempo pode variar dependendo do tipo de instrumento e seus
parâmetros para publicação. Num projeto, deve-se verificar o tempo do MC para
comparar com o tempo crítico do processo e verificar se o MC deste barramento
não compromete a dinâmica do processo.

O tempo de ciclo em um barramento Fieldbus
Foundation é dividido em&nbsp;&nbsp; Tráfego Operacional
(onde estão publicadas as informações de controle), que tem função cíclica e
Tráfego Acíclico (onde são publicadas informações não de controle, como por
exemplo dados de monitoração ou atuações vindas do software supervisório).







O tempo de tráfego acíclico pode ser definido e
configurado pelo usuário através do software de configuração (o típico é ≥ 100
mseg).

O tempo de tráfego cíclico pode ser determinado
pelo maior valor entre:



A somatória
     dos tempos de execução dos blocos funcionais de cada device, e
Cálculo do
     número de links externos (entre os devices ) multiplicados&nbsp; por 30mseg. 





Bom pessoal, por enquanto é só, aguardem a próxima postagem com a  
continuação desse tema e comentem e compartilhem com seus amigos. Siga-me no Twitter @marcio_frisso .Segue 
 abaixo as referências desse assunto:



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