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Mdulo 5
Temporizao de redes Profibus
Instrutor
Prof. Dr. Dennis Brando
Noes de aplicao de Profibus DP/PA em
projetos de Automao
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O tempo mnimo de atualizao de um escravo (varredura) depende dataxa de comunicao, do nmero de escravos e da quantidade de E/S.
O nmero de mestres tem pouca influncia, pois a mensagem depassagem de token muito curta
O Target Token Rotation Time, TTR, escolhido pelo usurio paraindicar um tempo de ciclo de varredura adequado, para que a redecomporte tambm operao de mestres classe II, etc
Cada mestre calcula o Token Hold Time, TTH, de acordo com a regra:
TTH = TTRTRR
Onde TRR o tempo passado desde a ltima recepo do tokene a atual.
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Tempo de ciclo da rede:
- Tempo que o token leva para circular todos os mestres- Perodo de varredura (data exchange) de cada escravo
Nota: o target rotation time, TTR, representa o tempo
mximo de ciclo, no o real ou o atual!
Tempo de Watchdog- Configurado para cada escravo na parametrizao- Determina o mximo tempo entre duas requisies a
este escravo antes de ele ir ao modo de falha segura.- Normalmente configurado como um mltiplo dotarget rotation, tipicamente entre 5 e 10 vezes o TTR.
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Aumento do Target Rotation Time, TTR
A ferramenta de configurao normalmente calcula o TargetToken Rotation Time, TTR, com base na configurao de mestres eescravos.
Um TTR permite o usurio aumentar o Target Token RotationTime para permitir outros mestres serem includos naconfigurao ou na rede.
Algumas vezes necessrio quando um mestre classe II utilizado (redes PA).
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Configurao de Sistemas Multi-Mestre
Quando se usa uma nica ferramenta de configurao para osistema multimestre, ela em geral ajusta o TTR & Watchdog timepara acomodar todos os dispositivos.
Quando se utilizam diferentes ferramentas de configurao (umapara cada mestre), voc deve modificar os fatores de tempomanualmente, isto :
Determinar os TTRs individuais de cada configurao Adicionar todos os TTRs para obter um valor global
Atualizar o TTR global encontrado em cada configurador Checar se o Watchdog time tambm foi ajustado!
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Cada mestre ativo no anel de token responsvel por detectarnovos mestres na rede eventualmente adicionados nos endereosque vo do seu at o prximo mestre conhecido, ou at o HighestStation Address, HSA.
Por exemplo, considere uma rede com dois mestres
trocando token, um com o endereo 1 e outro com 4. O HSA setado em 10:
O mestre 1 responsvel por procurar novosmestres na faixa de endereos de 2 a 3. O mestre 4 responsvel por procurar novosmestres na faixa de endereos de 5 a 10.
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Um mestre envia mensagens de request fdl_status para cadaendereo nesta faixa. Escravos respondem com o cdigo depassivos e mestre como ativos.
Quando uma nova estao ativa est pronta para receber o token, omestre anterio envia o token a ela e reduz sua faixa de procura de
novos mestres.
Se o token for perdido, por exemplo, quando um mestre que o retmfor desconectado, o mestre remanescente com o mnimo endereocria um novo token para manter a rede ativa.
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G Gap Update Factor 1 to 100
HSA Highest Station Address 2 to 126
Max retryLimit
Maximum Retries 0 to 8
G: o nmero de rotaes de token entre cada envio de fdl_request.
G=1 indica que a cada token, um fdl_request ser enviado.Altos valores para G implicam em demora para a deteco de
novos mestres na rede.
HSA baixos permitem a deteo rpida de mestres.HSA altos so mais adequados para depurao e
comissionamento.
Retry limit: o mximo nmero de tentativas de request de um mestreantes de desistir.
Altos retry limits resultam em redes mis robustas, mas podemesconder problemas! (Recomenda-se Retry limit em 3 @ 1.5Mbit/s).
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Mestre Escravo
Perda dacomunicao
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Baudrate(kBit/s)
9.6 19.2 45.45 93.75 187.5 500 1500 3000 6000 12000
Barramentomximo ( m )
1200 1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100
Observao:
- Quase todos escravos detectam automaticamente o baudrate
- Alguns escravos no suportam todos os baudrates (por reduo de custo ou
tecnologia).
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TSL Slot Time 52 to 216-1 ( bit times )
min TSDR Smallest Station DelayResponder
20 to 216-1 ( bit times )
max TSDR Largest Station Delay Responder 20 to 216-1 ( bit times )
TQUI Quiet Time 0 to 28-1 ( bit times )
TSET Setup Time 20 to 28-1 ( bit times )
TTR Target Rotation Time 20 to 224-1 ( bit times )
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PLCPLC
max TSDR ( Largest Station Delay Reponder )
Tempo mximo que o escravo pode levar para comear a responder, entre
60 e 800 TBIT.
minTSDR < Resposta < maxTSDR
maxTSDR < TSL
n 3 2 1
n321
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PLCPLC
min TSDR ( Smallest Station Delay Reponder )
Tempo que o escravo espera antes de responder.
Padro: 11 bit times
n 3 2 1
n321
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Clculo do ciclo de uma mensagem DP
Um byte transmitido como 11 Bits
O header e trailer (Overhead) consistem de 11 Bytes ou 9 Bytes 1 TBit @ 1.5 MBaud = 0.6667 Qs (1 byte = 1.33 Qs) 1 TBit @ 12 MBaud = 83 ns (1 byte = 0.913ns)
As regras para clculos precisos esto na EN 50170 Volume 2.
O tempo de ciclo depende de:Taxa de comunicao (Baud rate)Nmero de escravos.Quantidade de dados de E/S
Delay de transmisso, TTDComprimento do barramento (aprox. 5ns/m de cabo)Nmero de repetidores (1 Tbit por repetidor).Pode ser desprezado!
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Tid = 105 TBit
min TSDR = 11 TBit
max TSDR = 60 ... 800 TBit
TSDR
Mensagem de RespostaTid = 105 TBit
Mensagem de RequisioTmensagem
Clculo do ciclo de uma mensagem DP
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TMC = ( TID + TSDR + Header + I x 11TBit + O x 11TBit ) x Slaves
TMC = Message Cycle Time (em TBit)
TID = Idle Time no mestre = tipicamente 105 TBit
TSDR = Station Delay Time no escravo = tipicamente 11TBit
Header = Cabealhos no Request e na Resposta = 198 TBit
I = Nmero de Entradas por escravo
O = Nmero de Sadas por escravo
Slaves = Nmero de escravos
Clculo do ciclo de uma mensagem DP
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Sistema PROFIBUS-DP com 1 Mestre e 20 Escravos cada
qual com 2 Bytes de Entrada e 2 Byte de Sada.
TMC = (105 + 11 + 198 + 22 + 22 ) x 20 = 7160 TBit
7160 TBit (1.5 MBaud) = (TBit = 0.66 Qs) = 4.8 ms
7160 TBit (12 MBaud) = (TBit = 0.83 ns) = 0.6 ms
Na prtica, deve-se considerar um adicional de aprox. 10 - 20%
(administrao, diagnsticos e retransmisses).
Exemplo:
Clculo do ciclo de uma mensagem DP
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Se os escravos no possuem entradas, ento a resposta ao DataExchange um reconhecimento curto. Nestes casos o tempo deciclo deve ser menor de que o estimado.
A maioria dos configuradores realiza este clculo.
Note que o nmero de mestres no afeta significativamente otempo do ciclo das mensagens.
Clculo do ciclo de uma mensagem DP
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Min_Slave_Intervall
- Mnimo tempo permitido entre varreduras sucessivas em umescravo.
- Este parmetro dado no GSD em mltiplos de 100s (0.1ms).Exemplo: Min_Slave_Intervall = 25
Significa que o tempo de ciclo deve ser maior de 25x0.1ms =2.5ms.
Se o ciclo de mensagens for mais rpido, o mestre deve atrasarsua requisio.
O clculo do tempo de ciclo dado pela frmula ser incorreto se oMin_Slave_Intervall de qualquer escravo na configurao for maiorde que o TMC calculado
Clculo do ciclo de uma mensagem DP
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TSL Slot Time 52 to 216-1 ( bit times )
min TSDR Smallest Station DelayResponder
20 to 216-1 ( bit times )
max TSDR Largest Station Delay Responder 20 to 216-1 ( bit times )
TQUI Quiet Time 0 to 28-1 ( bit times )
TSET Setup Time 20 to 28-1 ( bit times )
TTR Target Rotation Time 20 to 224-1 ( bit times )
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SLOT TIME (TSL)
O Slot Time (TSL) define o tempo mximo aguardado por um reconhecimentoou resposta, aps transmisso da mensagem. Se esse tempo se expirar antes doreconhecimento ou resposta, a estao que fez a requisio deve repetir o pedido,respeitando o nmero de retransmisses suportadas.
QUIET TIME (TQUI)Tempo que a eletrnica ou o software do emissor de uma mensagem leva
para ligar o modo de escuta ou de recepo aps o envio da mensagem. Esteparmetro deve ser configurado em situaes de reflexes de sinais. Tipicamente de0 TBIT.
SETUP TIME (TSET) um tempo de espera adicional que comea a ser contado antes do envio
de uma mensagem. Geralmente configurado em redes com couplers DP/PA ou outros
conversores de mdia. Deve ser configurado no dispositivo que necessita de um tempode setup longo (de acordo com o manual).
DELIVERY DELAY (TID)Tempo que um dispositivo leva para envias dados de rede para seu software
de aplicao.
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22ms
20ms
20ms20ms
20ms20ms
1ms
1ms
Comunicaocclica
100msec
4
msec1ms 1ms
Comunicao
acclica
Estao deengenharia
PROFIBUS PA 31,25Kbps
PROFIB
US DPat 12 Mbps
ES
Varivel extra
Tpico ciclo DP & PA
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