O Artigo Profibus e Profinet

Profibus e Profinet - Visão geral dos requisitos, padrões, aplicações e principais diferenças.

Profibus e Profinet são dois dos protocolos de comunicação mais populares usados ​​na automação industrial. Ambos os protocolos compartilham uma história de origem semelhante, pois foram concebidos a partir da necessidade de padronização dos processos de transferência de dados em sistemas industriais.

O padrão Process Fieldbus, ou Profibus, foi publicado pela primeira vez em 1989. Para seu desenvolvimento, 21 empresas da Europa, principalmente da Alemanha, se uniram com a intenção de chegar a um acordo sobre uma plataforma comum para transferência de dados em nível de dispositivo de campo.

A primeira versão lançada foi denominada Profibus FMS, conhecida por sua natureza não determinística, bem como por sua relativa complexidade. Posteriormente, em 1993, foi publicada uma versão simplificada e determinística, conhecida como Profibus DP. Mais uma variante foi lançada posteriormente, chamada Profibus PA, com foco em aplicações em ambientes agressivos e perigosos. O DP continua sendo a versão Profibus mais utilizada atualmente.

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Figura 1. Profibus e Profinet são dois protocolos de comunicação industrial amplamente adotados; frequentemente, os cabos são codificados por cores. 

Em 2000, a mesma organização responsável pelo Profibus se reuniu novamente para encontrar um sucessor para ele. Era agora uma época em que os protocolos baseados em Ethernet estavam crescendo rapidamente e, portanto, um novo padrão era considerado necessário.

Semelhante ao Profibus, várias versões do Profinet foram lançadas ao longo dos anos, à medida que a tecnologia era melhor compreendida e melhorias eram feitas. A primeira versão foi Profinet CBA, lançada em 2002 e voltada para sistemas de controle distribuído (DCS). Um ano depois, Profinet IO entrou no mercado para atender às necessidades do controlador lógico programável (PLC). De certa forma, o Profinet IO é considerado como “Profibus over Ethernet”, devido às semelhanças de aplicação.

Ao longo das décadas, o Profibus tornou-se um dos protocolos mais utilizados, em grande parte devido à sua introdução anterior na indústria. Essa tendência, no entanto, foi revertida em 2019, quando o número de nós Profinet instalados ultrapassou o Profibus pela primeira vez. As projeções indicam que o Profinet deve continuar crescendo mais rápido e superando em muito o Profibus e outros barramentos de campo.

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Figura 2. Base instalada mundial de nós Profinet nos últimos 15 anos

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Figura 3. Base instalada mundial de nós Profibus nos últimos 15 anos.

Como o Profibus funciona?

O Profibus é um protocolo de comunicação baseado em série e está documentado nas normas IEC 61158 e IEC 61784. O Profibus DP é baseado no padrão RS-485, enquanto o Profibus PA é baseado no MBP-IS (manchester bus powered).

O RS-485 foi escolhido como a tecnologia base para o Profibus DP devido à sua estabilidade geral em comparação com outras arquiteturas baseadas em série. Com um sistema de transmissão de dois fios, o RS-485 usa uma corrente diferencial que não depende da tensão direcionada ao Terra. Assim, RS-485 (e Profibus) são mais robustos em ambientes ruidosos e permitem comprimentos de cabo maiores. Apesar de não ser obrigatório, o cabo Profibus é bem conhecido, em parte devido à sua cor roxa.

 

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Figure 4. O conhecido cabo Profibus roxo e terminais DB-9.

Embora Profibus DP e PA sejam essencialmente o mesmo protocolo com as mesmas mensagens, eles diferem no tipo de camada física empregada.

Profibus DP, com RS-485, possui velocidades de transmissão entre 9,6 kbit/s e 12 Mbit/s. Na configuração padrão, 31 dispositivos podem ser conectados simultaneamente e até 126 dispositivos quando são usados ​​hubs e repetidores. Profibus PA é fixada em 31,25 kbit/s. O PA é mais popular na automação de processos em ambientes perigosos, onde essa velocidade de transmissão é mais que suficiente, mas outras considerações de segurança são necessárias. O DP é muito mais popular em geral, graças à sua velocidade mais rápida, bem como à relação custo-benefício.

No que diz respeito às redes de sistema, a topologia de linha é popular, também conhecida como encadeamento em série.

O Profibus funciona na modalidade cliente/servidor (anteriormente mestre/escravo). O cliente (ou mestre) é o controlador de processo que pode ser o PLC ou outra estação de automação, dependendo se é usado DP ou PA. Os servidores (ou escravos) são todos os sensores, atuadores e qualquer outro componente de campo que faça parte da rede.

O cliente pesquisa constantemente cada servidor na rede e recebe mensagens de resposta conforme solicitado, incluindo os dados de entrada. Isso é feito sequencialmente até que todos os servidores tenham sido consultados, completando um ciclo de barramento.

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Figura 5. Um exemplo de topologia de linha Profibus com clientes e servidores em cadeia.

 Três níveis de serviço definem as funções do protocolo DP:

• DP-V0: gerencia o polling cíclico do dispositivo e a detecção de falhas.

• DP-V1: gerencia a comunicação assíncrona, como parametrização de dispositivos.

• DP-V2: funções adicionais que complementam o DP-V1, como •        time stamping.

 

Como o Profinet funciona?

Profinet é um protocolo baseado em Ethernet que oferece maiores velocidades de transmissão e flexibilidade em comparação com o Profibus. O cabo Profinet emprega a fiação de cabo Ethernet padrão, além de blindagem e outras melhorias para suportar melhor ambientes industriais. Geralmente é um cabo verde brilhante com terminais RJ-45. Embora os cabos Ethernet padrão possam funcionar, é altamente recomendável usar cabos Profinet especializados blindados.

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Figura 6. Uma seção transversal de um cabo Profinet mostrando todas as suas proteções adicionais.

 

As velocidades de transmissão do Profinet variam de 100 Mbit/s até 1 Gbits/s (ou superior no futuro). Mensagens maiores podem ser transmitidas por essas redes graças à maior largura de banda. Além disso, o Profinet permite um número virtualmente ilimitado de nós.

Graças a essas vantagens, o Profinet é mais adequado para as aplicações de automação mais modernas que exigem a transmissão rápida de pacotes de dados complexos. O Profinet também é full-duplex, o que significa que a transmissão de dados simultânea bidirecional é possível, enquanto o Profibus é half-duplex.