Rede FOUNDATION Fieldbus
Com certeza a rede FOUNDATION Fieldbus não foi desenvolvida para enfeitar sua árvore de natal, mas essa aplicação foi bem interessante. (rs)
Separei algumas perguntas sobre esse protocolo que normalmente são mais pesquisadas no Google utilizando as buscas relacionadas.
O que vamos ver?
A ideia é fazer uma abordagem sobre o funcionamento da rede e também explicar a sua diferença com outras redes utilizadas na automação industrial.
Na empresa na qual você trabalha tem FOUNDATION Fieldbus? Então, deixe seu comentário! Talvez sua história alguma forma pode ajudar outros leitores aqui do blog!
No meu caso, quando conheci protocolo e aprendi sobre seu funcionamento, lembro de ter ficado fascinado e ao mesmo tempo amedrontado.
Entretanto, aprendi em uma interface nem um pouco amigável, mas no dia a dia vi que não era tão difícil quanto parecia, acredite!
Vamos às perguntas!!!
O que é uma rede FOUNDATION Fieldbus?
A rede FF foi a primeira rede 100% digital no nível dos instrumentos de campo, diferente do seu antecessor, o protocolo HART.
O protocolo HART é um protocolo que faz a junção do digital+analógico. O protocolo foi desenvolvido pela Rosemount Inc. em cima do padrão Bell 202.
Criado para substituir o 4-20mA e comunicações on/off, o protocolo FOUNDATION Fieldbus é um protocolo digital que utiliza apenas um par de fios para realizar a comunicação e alimentação da maioria dos instrumentos.
O FF pode trabalhar em áreas classificadas e não classificadas.
Nesta rede é possível ter instrumentos de medições como medidores de vazão, pressão, nível e outros. Além desse equipamentos, a rede suporta sinais discretos, válvulas elétricas, válvulas motorizadas, etc.
FOUNDATION Fieldbus H1:
A rede é dividida em FOUNDATION Fieldbus H1 que opera em 31.25Kbit/s e usualmente aplicada no campo com os instrumentos de medição, utilizando um cabo de par trançado para comunicação e alimentação.
FOUNDATION Fieldbus HSE:
O FOUNDATION Fieldbus HSE (High-speed Ethernet) operando em alta velocidade (100/1000 Mbit/s). Esta rede é utilizada para fazer a conexão entre gateways, host system, subsystems e dar acesso a rede H1.
Sua estrutura utiliza o padrão Ethernet, trabalhando com os Device Descriptions (DDs) e os famosos blocos de funções.
Peer-to-Peer:
A rede FF no geral trabalha com conceito peer-to-peer, isto quer dizer, que os instrumentos de campo podem falar entre si.
Os instrumentos não tem a necessidade esperar um comando vindo de um mestre, sendo possível a troca de informações, diagnósticos, alarmes e até mesmo controle no campo.
No entanto, a rede permite mestres temporários, como comunicadores de campo, laptops, tablets e calibradores.
Os blocos de funções são utilizados para fazer a configuração dos instrumentos e toda lógica de controle. Esta é uma característica trazida pelo protocolo e que dá bastante liberdade em sua utilização.
Qual a diferença entre a rede FOUNDATION Fieldbus e o protocolo HART?
Simples, o protocolo HART é digital sobre o analógico e o FOUNDATION Fieldbus é totalmente digital, certo? Sim, mas vou explicar em detalhes esses pontos.
Protocolo HART:
A aplicação convencional do HART é apenas para configuração e diagnóstico do instrumentos, mas existem casos onde o sistema de controle ao invés de ler o 4-20mA, lê o sinal HART diretamente para fazer o controle.
No entanto, a aplicação multidrop que seria o “puro HART” pensando em você que gosta de “Android puro”, não é utilizado ou quase nunca utilizada.
No multidrop, o sinal de corrente se mantém fixo e você só tem o sinal HART entre os instrumentos.
Além disso, sua estrutura se assemelha bastante ao FF, onde instrumentos são alimentos pelo mesmo par de fios e conectados a uma rede “tronco”.
FOUNDATION Fieldbus:
Totalmente digital, a rede traz reduções de custos consideráveis comparado as instalações convencionais 4-20mA/HART.
Por se tratar de uma rede digital, além da informação do processo, os instrumentos enviam alarmes e diagnósticos na rede.
Outro ponto relevante é o possível controle em campo que não é muito utilizado. Mesmo assim, está é uma caraterística muito poderosa da rede, onde não requer um controlador ou o controle pode ser temporariamente feito no campo para manutenção dos controladores.
Instrumentos inteligentes:
Uma semelhança importante entre as duas redes, é que ambas as redes os instrumentos tem o IDM (Intelligent device management) ou gerenciamento inteligente dos dispositivos.
Em uma rede FF ou Profibus, o sistema de controle já faz a leitura dos diagnósticos dos instrumentos, além das informações de processo. Em uma rede só 4-20mA, toda informação diagnóstico “morre” no campo.
Todavia, isto não quer dizer que o instrumento FF ou PROFIBUS é mais inteligente que um instrumento HART.
As característica das redes fazem com que seja mais fácil a leitura dos diagnósticos na FF e PB do que em uma rede 4-20mA/HART.
Uma possível solução é utilizar adaptadores Wireless para ler diagnósticos dos instrumentos HART sem mudar estrutura da rede.
Está aplicação faz com que toda inteligência do instrumento HART não morra no campo.
Qual a diferença entre a rede FOUNDATION Fieldbus e o PROFIBUS?
Basicamente, as duas redes trazem bastante semelhanças quando o assunto é a rede FOUNDATION Fieldbus H1 e o PROFIBUS PA que são aplicadas no nível da instrumentação de campo.
Ambas as redes são idênticas, você utiliza apenas um cabo de par trançado para alimentar e também fazer a comunicação do instrumento.
Além disso, você tem uma arquitetura semelhante quando um rede é dimensionada.
No lado operacional, encontramos uma grande diferença. A rede PROFIBUS PA é um rede mestre-escravo enquanto da rede FOUNDATION Fieldbus H1 é um rede peer-to-peer.
Isto quer dizer, que os instrumentos de campo em uma rede PROFIBUS PA esperam o comando do mestre para fazer comunicação.
Na rede FF H1 os instrumentos podem falar entre si, sem necessidade de esperar comando do mestre.
Teoricamente, a rede PROFIBUS PA tem uma configuração mais simplifista, pois você tem uma menor quantidade de blocos nos instrumentos. Este cenário é bem diferentes nos instrumentos FOUNDATION Fieldbus.
Bloco de função na rede FOUNDATION Fieldbus?
Os blocos de funções são uma caraterística dos instrumentos FOUNDATION Fieldbus.
Basicamente, cada instrumento que trabalha com FF pode ter vários blocos de funções para funções específicas para aplicação de controle. Cada configuração será diferente, pois cada sistema e aplicação tem diferente características.
O Fieldcomm group antiga Fieldbus FOUNDATION são responsáveis por regulamentar e padronizar a rede. Então o FieldComm Group definiu os blocos de funções e a serventia de cada um deles.
Vocês tem blocos de entrada analógica (AI), saída analógica (AO), proporcional-integral-derivativa (PID) entre outros. Todos os blocos são padronizados em relação as configurações, input, eventos, alarmes, modos, etc.
Além dos blocos de funções, os instrumentos possuem dois blocos adicionais, denominados Resource Block e Transducer block.
Basicamente, o resource block tem todas informações do instrumentos e suas características e o bloco transducer faz a conexão dos blocos de funções e também o comando nos elementos finais de controle.
Quais as característica da rede FOUNDATION Fieldbus?
Vou listar algumas das característica da rede, para melhor entendimento:
- Nível de tensão da rede: 750 a 1000 milivolts.
- FOUNDATION Fieldbus H1: Velocidade de transmissão é 31.25Kbps
- FOUNDATION Fieldbus HSE: Velocidade de transmissão é 100/1000Mbps
- Tipo de Alimentação: A alimentação é feita no próprio barramento da rede ou externamente para instrumentos que requerem mais alimentação. Os instrumentos alimentados na rede requerem o mínimo de 9 Volts.
- Número de equipamentos na rede: É possível implementar até 32 instrumentos na rede, mas este número depende de outros fatores como o consumo de corrente dos equipamentos, classificação de área, distâncias, tipo de cabos, etc.
- Tipos de topologia de rede: árvore, estrela ou barramento
- Aplicações intrínsecas: A rede pode ter até 9 instrumentos em áreas Grupo IIC e em áreas Grupo IIB a rede suporta até 23 equipamentos.
Você tem dúvidas ou algo para compartilhar sobre a rede FOUNDATION Fieldbus? Deixe um comentário abaixo e compartilhe com colegas da área.
Como dica, um excelente livro escrito pelo Augusto Pereira e Ian Verhappen!
Vale cada centavo! Livro: FOUNDATION Fieldbus, 4th edição
Até a próxima.
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Fabrício Andrade
Tenho 12 anos de experiência no mundo da Automação industrial, comecei minha carreira na JAT Instrumentação, depois trabalhei na Emerson Automation Solutions e Endress+Hauser. Tive a chance de implementar projetos, ministrar treinamentos e resolver problemas em diversas empresas no Brasil e Latina América. Trabalhei por 3 anos na Alemanha em um e-commerce de automação industrial e hoje sou gerente de marketing digital global na Endress+Hauser Suiça focado em IIoT. Além disso, sou cartunista e baterista nas minhas horas de folga.
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