A Rede Fieldbus consiste em uma evolução para a comunicação digital em instrumentação e controle de processos

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Tem como características principais, a utilização do conceito de mensagens para troca de informações entre os dispositivos, as informações são transmitidas de forma serial, a possibilidade de comunicação half-duplex e a comunicação com diversos dispositivos de rede ao mesmo tempo.

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Figura 1: Rede Fieldbus H1

A figura 1 mostra uma rede formada por equipamentos de campo interligados por uma rede FF H1. O protocolo implementa o conceito de descentralização, desta forma, é possível distribuir as funcionalidades de controle entre os dispositivos.

3.1.1 Camada física

A camada física do protocolo H1 é padronizada pela norma IEC 61158-2 e proporciona uma velocidade de transmissão de 31.25 Kbps.

De acordo com a norma ISA-S50.02 é possível utilizarmos um cabo simples de fios trançados para ligar equipamentos Fieldbus, desde que, atenda os requisitos mínimos da norma à 25°C.

A tabela a seguir mostra os tipos de cabos:

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Tabela 1: Tabela de cabos

O cabo tipo A se enquadra nas especificações para novas instalações de cabos Fieldbus. A maioria dos cabos utilizados para o sistema 4-20 mA podem ser classificados como tipos B, C e D. Estes, não são considerados ideais para a comunicação Fieldbus. As distâncias listadas para os tipos B, C e D são apenas estimativas baseadas em cabos instalados.

A rede tem sua formação através de um barramento onde se conectam os diversos dispositivos. Cada FF H1 comporta até 12 equipamentos de campo alimentados pelo próprio barramento e outros 20 equipamentos não alimentados pelo barramento. Mas em termos práticos, o número total de equipamentos não deve ultrapassar 16, pois o tráfego na rede tende a se tornar muito alto. Em áreas classificadas, por exemplo, são apenas quatro equipamentos, devido às barreiras de segurança intrínseca.

O comprimento da somatória dos cabos (incluídos os sub-barramentos) não pode ultrapassar 1900 metros, podendo ser ampliada através de repetidores, limitados a 4. Outro fato importante é que os cabos são polarizados, dessa forma, uma inversão pode causar danos aos equipamentos.

3.1.2 Topologias

Existem diversas topologias possíveis para construção de uma rede Foundation Fieldbus. A figura apresenta algumas delas.

[pic 7]Figura 2: Tipos de topologias.

• Ponto-a-Ponto: cada dispositivo é ligado diretamente ao Link Device.

• Barramento: nesta topologia utiliza-se um barramento único onde equipamentos ou barramentos secundários (spurs) são conectados diretos a ele.

• Cadeia: todos os equipamentos são ligados em série. Devem ser utilizados conectores para que quando um equipamento for desconectado a rede continue a funcionar.

• Árvore: um equipamento (caixa de junção) concentra a ligação de vários equipamentos.

Todas as topologias citadas podem ser encontradas separadamente ou combinadas em uma determinada rede.

3.1.3 Camada de Enlace de dados

Esta camada tem como objetivo garantir a integridade dos dados transmitidos entre os dispositivos e controlar quem terá acesso ao meio em determinado instante.

Para realizar a primeira tarefa são acrescentados dados de controle no final de cada mensagem. A segunda tarefa é executada acrescentando-se um dispositivo que irá controlar o acesso determinístico ao meio, chamado LAS (Link Active SchedulerI).

Uma rede FF H1 é formada por dispositivos que podem ser de três tipos:

• Link Master (A): este dispositivo executa as funções de um dispositivo de campo básico podendo suportar as funções de LAS.

• Básico (B): este dispositivo apenas executa sua função (válvula, atuador, etc).

• Linking Device (C): este dispositivo executa a função de LAS podendo atuar interligando outros segmentos H1.[pic 8]

[pic 9]Figura 3: Camadas de Enlace[pic 10][pic 11]

O padrão H1 especifica que deve existir somente um Link Master executando o papel de LAS em um segmento. Caso exista mais de um dispositivo capaz de assumir este papel, o que possuir menor número de nós terá a capacidade de controlar a comunicação no barramento. Caso o LAS saia do ar, haverá a tentativa de eleger um novo Link Master para atuar como controlador do barramento.

3.1.4 Camada de aplicação

A camada de aplicação é responsável por oferecer serviços de comunicação para as aplicações que estão na camada de usuário.

Esta camada é divida em duas subcamadas, Fieldbus Acess Sublayer e Fieldbus Message Specification.

3.1.4.1 Fieldbus Access Sublayer (FAS)

O FAS tem por objetivo oferecer serviços de comunicação à camada superior (FMS) utilizando as funções fornecidas pela camada de enlace de dados.

3.1.4.2 Fieldbus Message Specification (FMS)

O FMS fornece um serviço de comunicação padronizado entre aplicações de usuários, descrevendo os serviços de comunicação, formatos de mensagens e comportamento do protocolo necessário para que a comunicação possa ser realizada de forma correta.

3.1.5 Camada de usuário

A camada de usuário trabalha com as aplicações que irão realizar as atividades no processo de controle da planta. Nesta camada é utilizado o conceito de Function Blocks, que são estruturas que representam os dispositivos de campo.

O protocolo especifica três grupos de blocos de função:

• Blocos funcionais: a norma define blocos funcionais como elementos de software que modelam algoritmos paramétricos, os quais transformam parâmetros de entrada em parâmetros de saída [PANTONI,2006].

• Blocos transdutores: são blocos que ficam entre os blocos