Profibus-PA: especificações para o modelo de blocos.

Leandro H. B. Torres (torres@smar.com.br), Engenheiro de Aplicações, Química e Petroquímica, da Smar Equipamentos Industriais (www.smar.com.br).

Os métodos de acesso ao barramento que os dispositivos Profibus-PA se utilizam, já foram extensivamente abordados em outros artigos. Por isso, o foco deste, está em como os sinais são tratados e transferidos dentro das estruturas desse protocolo, os chamados blocos objetos.
A padronização do Profibus-PA determina um conjunto de parâmetros universais que devem ser implementados. Isso assegura a compatibilidade de configuração entre dois tipos idênticos de dispositivos, construídos por diferentes fabricantes (Transmissores de temperatura e pressão, por exemplo).
Existem parâmetros ditos obrigatórios, que sempre devem estar presentes.
Outros, ditos opcionais, dependem da implementação de cada fabricante e do tipo de equipamento, por exemplo, alguns tipos de medidores mássicos.
Parâmetros do tipo Manufacturer-specific são usados para tornar viáveis as funções dos dispositivos que não seguem o perfil padrão, por exemplo, o parâmetro que estabelece o tipo de medição que um transmissor de temperatura com dois sensores deve executar (duas medições independentes, backup ou diferenciais). Estes parâmetros são acessados e configurados via ferramenta de configuração e podem estar descritos via EDDL ou DTMs de comunicação.
No caso dos dispositivos Profibus-PA que estão em conformidade com o padrão, esses parâmetros são organizados em blocos objetos. Dentro desses blocos, os parâmetros individuais recebem índices relativos para poderem ser acessados com eficiência e repetibilidade.
A figura 1 esquematiza o modelo de blocos para um sensor. Ele é composto de quatro tipos de blocos distintos, a saber: bloco de gerenciamento de dispositivo (Device Management), bloco físico (Physical Block), bloco transdutor (Transducer Block) e bloco de função (Function Block).

Figura 1 – Estrutura básica de um equipamento Profibus-PA.

Basicamente, o sinal do sensor é convertido para um valor medido através do bloco transdutor e transferido para o bloco de função. Neste ponto, o valor medido pode ser escalonado e ter seus valores limitados (ver fluxograma representativo completo na figura 2), antes de disponibilizar seu valor de saída para a varredura cíclica do controlador mestre.
Já para um atuador, o processamento se dá na ordem inversa. O controlador mestre “joga” em sua saída um valor de ajuste (SetPoint), que serve como um valor de entrada para o atuador. O setpoint é transferido para o bloco transdutor, depois do tratamento de escala no bloco de saída(AO). O bloco transdutor processa esse valor e envia para a saída física, um sinal que “leva”, por exemplo, um posicionador de válvula para a posição desejada.

Clique na imagem para amplia-la. Figura 2: Fluxograma do transmissor de pressão LD303 (Cortesia Smar).

GERENCIAMENTO DE DISPOSITIVO

Compreende o diretório para o bloco e as estruturas de objetos para o dispositivo. Ele fornece informações sobre:

- Que bloco está presente no dispositivo;
- Onde se localiza o endereço inicial (slot/index);
- Quantos objetos cada bloco suporta;

Com essas informações, o programa de aplicação do mestre pode encontrar e transmitir os parâmetros obrigatórios e específicos de um bloco perfil.

BLOCO FÍSICO

Ele contém as propriedades dos dispositivos de campo. Esses são parâmetros e funções que não são dependentes do método de medição. Isso assegura que os blocos de função e transdutor sejam independentes do hardware. Ele disponibiliza as seguintes informações:

- Dados de identificação do dispositivo;
- Dados do Fabricante;
- Número de revisão do software e hardware do dispositivo;
- Dados de instalação do dispositivo;
- Dados de operação do dispositivo;
- Mensagens de diagnóstico, tanto para os parâmetros padrões quanto para os específicos de fornecedores;

BLOCOS TRANSDUTORES

Os blocos transdutores situam-se como elementos separados entre os sensores, atuadores e display, e os blocos funcionais.
Com esse objetivo, eles se subdividem em três tipos: Transdutores de entrada, saída e display.
São responsáveis pelo processamento dos sinais de sensores ou atuadores no campo e disponibilizam um valor de saída que é transmitido através de interface particular a cada dispositivo, ou seja, ele reflete os princípios de medição. Os blocos transdutores também possuem parâmetros genéricos que permitem a todo dispositivo, que esse seja configurado através do modo básico de operação, mesmo que o seu arquivo GSD correspondente não esteja disponível na ferramenta de configuração. Os blocos transdutores estão associados aos blocos funcionais através de um parâmetro para o canal de hardware de E/S, no bloco de entrada e saída correspondente. Essa associação só pode ser feita entre blocos de um mesmo dispositivo.
Blocos transdutores como os de pressão, nível, vazão, temperatura, corrente e de análise, entradas e saídas discretas para switches além de blocos transdutores eletropneumáticos estão disponíveis.

BLOCOS FUNCIONAIS

Devido à demanda dos aplicativos de automação para que os valores cíclicos se comportem sempre da mesma maneira, os blocos são concebidos para serem os mais independentes quanto possíveis dos sensores e atuadores e do barramento de campo. Abaixo, são apresentados os cinco blocos atualmente padronizados:

- Entrada Analógica: Alimentado por um bloco transdutor de um sensor permite que sejam feitas simulações, caracterizações e escalonamento dos valores de saída. Esse valor de saída é requisitado ciclicamente pelo mestre classe 1 e aciclicamente pelo mestre classe 2.

- Totalizador: usado quando se deseja somar periodicamente os valores da variável de processo. Um exemplo clássico são os medidores de vazão. Semelhante ao bloco anterior, o valor de saída é requisitado ciclicamente pelo mestre classe 1 e aciclicamente pelo mestre classe 2.

- Entrada Discreta: Alimentado pelo bloco transdutor de uma chave de limite, permitindo a inversão do sinal. O valor de saída é requisitado ciclicamente pelo mestre classe 1 e aciclicamente pelo mestre classe 2.

- Saída Discreta: Ele recebe o sinal do bloco transdutor de um atuador “on-off”. O valor de entrada é fornecido pelo mestre classe 1.

- Saída Analógica: Ele recebe o sinal do bloco transdutor de um atuador contínuo (ou “analógico”). O valor de entrada é fornecido pelo mestre classe 1.

Com esse tipo de estruturação foi possível se organizar e padronizar as implementação básicas dos vários dispositivos PA do mercado.
Através deles pode-se ainda, disponibilizar uma grande quantidade de informações tanto no que se refere à configuração quanto em diagnóstico e manutenção, mesmo em áreas classificadas.
Além disso, a padronização através do protocolo Profibus-PA, possibilitou a intercambiabilidade e interoperabilidade entre os diversos dispositivos oferecidos no mercado mundial.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Bela G. Lipták, - Process Software and Digital Networks –Instrument Engineers´ Handbook – Third Edition. ISA-The Instrumentation, Systems and Automation Society – 2002.

- Berge, Jonas. Fieldbuses for process control: engineering, operation, and maintenance. ISA-The Instrumentation, Systems and Automation Society – 2001.

- Cassiolato, César – Training, configuration and operation material – Smar – 1999~2004.