Protocolo Profibus: Características e Aplicações

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FBUNI
DISCIPLINA DE REDES INDUSTRIAIS DE 
COMUNICAÇÕES
Protocolo Profibus
Profa. Rebeca Catunda
➢ Objetivos
• Identificar uma rede PROFIBUS;
• Entender os tipos de rede PROFIBUS;
• Listar as principais características da rede PROFIBUS;
• Descrever topologias aceitas e formas de transmissão
de dados.
➢ Introdução
NÍVEL DE
CONTROLE
NÍVEL DE 
CAMPO
NÍVEL DE 
PLANTA
A outros níveis
Supervisão
3
Banco de
Dados
Rede de Planta
Rede de Controle
Rede de
Campo
➢ Introdução
O protocolo PROFIBUS atende a vários níveis dentro de um sistema de
automação.
• No nível de sensores e atuadores: permite a interoperabilidade com
outros protocolos ou padrões, como RS-485, fibra óptica, IEC 611158-2 ou
o protocolo AS-i;
• No nível de campo: os protocolos PROFIBUS-DP ou PROFIBUS-PA
permitem a transmissão de dados a partir de módulos de E/S,
transdutores, acionamentos (drivers), válvulas em tempo real com o
nível superior correspondente ao nível de célula.
• No nível de célula: o PROFIBUS-FMS é utilizadocom eficiência.
➢ Profibus
• O PROFIBUS (PROcess FIeldBUS) é um padrão aberto de rede de
comunicação industrial, utilizado em um amplo espectro de
aplicações em automação da manufatura e de processos.
• Sua total independência de fabricantes e sua padronização são
garantidas pelas normas EN50170e EN50254.
• O PROFIBUS pode ser utilizado tanto em aplicações com
transmissão de informações em alta velocidade como em tarefas
complexas e extensas de comunicação.
➢ Interoperabilidade
Na rede Profibus podem estar interligados equipamentos de diversos
fabricantes. Todos se comunicam perfeitamente bem, sem a
necessidade de adaptação na interface, graças à padronização do
protocolo.
➢ Histórico:
• Em 1987, na Alemanha, quando 21 companhias e institutos uniram
forças e criaram um projeto estratégico fieldbus.
• O objetivo era a realização e estabilização de um barramento de campo
bitserial (apenas um dado de cada vez), sendo o requisito básico, a
padronização da interface de dispositivo de campo.
• Este protocolo começou seu avanço inicialmente na automação de
manufatura e, desde 1995, na automação de processos (Profibus-PA).
• No nível de campo, a periferia distribuída, como módulos de E/S,
transdutores, acionamentos (drives), válvulas e painéis de operação,
comunicam-se como sistemas de automação por um eficiente sistema de
comunicação em tempo real, o PROFIBUS DP ou DA.
• A transmissão de informações do processo é efetuada ciclicamente,
enquanto alarmes, parâmetros e diagnósticos são transmitidos
aciclicamente, somente quando necessário.
CP
Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Nível de 
Planta
Ciclo
< 1000 ms
Nível de
Controle
Ciclo
< 100 ms
Nível de 
Campo
Ciclo
< 10 ms
➢ Possui três tipos de tecnologias distintas:
– PROFIBUS DP - Periferia Descentralizada 
(Decentralized Periphery)
– PROFIBUS PA – Automação de Processo (Process Automation)
– PROFIBUS FMS - (Fieldbus message specification)
➢ PROFIBUS DP
• É o perfil mais frequentemente utilizado.
• É utilizado para alta velocidade e conexão de baixo custo.
• Projetado especialmente para a comunicação entre sistemas de controle 
de automação e seus respectivos I/Os distribuídos ao nível de dispositivo 
(chão de fábrica);
• O meio físico mais utilizado é o RS-485, conhecido como cabo roxo.
• Esta é a versão do PROFIBUS otimizada para melhor desempenho,
dedicado especificamente a aplicações com tempos críticos entre
sistemas de automação e periferia distribuída;
• Pode ser utilizado para substituir sistemas centralizados com CLPs em
automação de manufatura, assim como para a transmissão de sinais de
4 a 20 mA para automação de processos analógicos (nesse caso, há
algumas limitações relativas a configurações e parametrizações que a
versão PA supre).
• Essa transferência é tipicamente cíclica.
• O mestre lê as informações de entrada dos escravos e envia as
informações de saída para eles.
• O PORFIBUS DP necessita de aproximadamente 6 ms em 1,5 Mbit/s e
menos que 2 ms em 12 Mbit/s para a transmissão de 512 bits de
entrada/saída distribuídos em 32 estações;
• Para casos com mais de 32 estações, devem ser utilizados repetidores.
Assim, no máx. 127 estações.
• As várias funções de diagnósticos do PROFIBUS DP permitem rápida
localização de eventuais problemas na rede;
• As mensagens de diagnóstico são enviadas através do barramento e
coletadas no mestre.
➢ O PROFIBUS DP define três tipos de dispositivos básicos:
✓ Mestre DP Classe 1 (DPM1)
✓ Mestre DP Classe 2 (DPM2)
✓ Escravo DP
✓ Mestre DP Classe 1 (DPM1)
o Controlador central que troca informações com escravos DP
✓ Mestre DP Classe 2 (DPM2)
o São equipamentos de configuração, monitoração ou ferramentas 
de engenharia utilizadas para configurar a rede ou parametrizar 
escravos DP
✓ Escravo DP
o Dispositivos periféricos que interliga diretamente os sinais de I/O 
ao mestre classe 1.
o Podem ser: módulos de entrada, saída, drivers, válvulas, 
painéis de operação, entre outros.
➢ PROFIBUS PA – Automação de Processo (Process
Automation)
• É a solução PROFIBUS para processos contínuos de automação. É
considerado a versão mais moderna e segura desse protocolo.
• Conecta sistemas de automação e sistemas de controle de processo
com os dispositivos de controle, tais como: Válvulas, controladores de
pressão, temperatura e transmissores nivelados;
• O uso deste protocolo permite economias de custo na ordem de 40%
nos planos de cabeamento, comunicação e manutenção, pois os
dados podem trafegar pela mesma linha de alimentação DC, além de
aumentar a funcionalidade e a segurança;
• Sua velocidade é fixa em 31,25 Kbps,
• Depende da versão DP para entrar em operação e possui um custo 
maior se comparado à versão DP;
• A taxa de transmissão é menor que o Profibus DP, e o protocolo de 
comunicação é idêntico.
• Sua grande vantagem em relação à versão DP é ter a possibilidade de 
configuração e parametrização integradas no instrumento de campo e 
a padrões de supervisão avançados do mercado, como: FDT (Field 
Device Tool) ou DTM(Device Type Manager)
• Permite controle em área classificada, ou seja, projetada para utilização 
em áreas de perigo de explosão.
➢ PROFIBUS FMS - (Fieldbus message specification)
• É projetado para uma comunicação ao nível de células, onde os
dispositivos inteligentes como: controladores programáveis,
computadores ou outros sistemas que precisam de alta demanda de
transmissão de dados estão nivelados e se comunicam entre si.
• Nesta área de aplicação, um elevado grau de funcionalidade é mais
importante do que o tempo de resposta do sistema;
• Assim como o PROFIBUS DP até 126 nós estão disponíveis e 
todos podem ser mestres se foro desejo.
• É um formato de mensagem ponto-a-ponto,que permite mestres 
comunicarem-se com outros.
➢ Três meios físicos de transmissão:
– RS-485: utilizado na versão DP para uso universal, em especial em 
sistemas de automação da manufatura (conhecido como cabo roxo).
– Manchester: utilizado na versão PA para aplicações em sistemas de 
automação em controle de processo (similar à rede AS-I).
– Fibra Óptica: utilizado na versão DP para aplicações em sistemas que 
demandam grande imunidade a interferências eletromagnéticas e 
grandes distâncias.
PROFIBUS DP PROFIBUS PA PROFIBUS FMS
Aplicação Chão de Fábrica Processos Células
Padrão EN50170 IEC 61158-2 EN50170
Dispositivos Dispositivos
de campo digitais e 
analógicos, 
Acionamentos
Dispositivos de 
campo digitais e 
analógicos
CLP, disp. de campo
Tempo de reação 1 a 5 ms Menos que 60ms Menos que 60ms
Distâncias Até 23 km Máx de 1.9 km Até 23 km
Taxa de
transmissão
9.6 Kbps - 12Mbps 31.25 kbps 9.6 Kbps - 1.5Mbps
1. Quanto aos meios de transmissão a rede PROFIBUS pode ser:
a) RS-485, Radio frequência, Fibra Óptica
b) RS-232, RS-485, Fibra Óptica
c) RS-485, infra vermelho, Fibra Óptica
d) RS-485, Manchester, Fibra Óptica2. Complete e sentença acerca da rede PROFIBUS:
"O é o perfil PROFIBUS mais frequentemente utilizado. Ele 
atua em alta velocidade e foi projetado para comunicação entre e 
seus respectivos I/Os distribuídos ao nível de dispositivo. Sua faixa de 
transmissão dados é ."
a) PROFIBUS-DP, Sistemas de controle de automação, 9.6 Kbps -
12Mbps
b) PROFIBUS-PA, Sistemas de processo, 31.25 kbps
c) PROFIBUS-DP, Sistemas de processo, 9.6 Kbps - 12Mbps
d) PROFIBUS-FMS, Sistemas de controle de 
automação, 9.6 Kbps - 31.25 kbps
➢ Características do Protocolo Profibus
• Possibilita a comunicação de dados e alimentação no mesmo
barramento, usando tecnologia a 2 fios, de acordo com o padrão
internacional IEC 1158-2.
• Pode ser configurado como um sistema multimestre e permite a
operação conjunta de diversos sistemas de automação, engenharia ou
visualização, com seus respectivos dispositivos periféricos.
• Diferencia seus dispositivos entre mestres e escravos.
• Um mestre pode enviar mensagens, sem uma requisição externa,
sempre que possuir o direito de acesso ao barramento (token).
• O token, também chamado de “bastão”, é um mecanismo de
arbitragem que deve ser implementado para evitar possíveis
colisões no barramento quando mais de uma estação deseja
transmitir uma mensagem.
• Os mestres também são conhecidos como estações ativas no
protocolo PROFIBUS.
• Os escravos são chamados também de estações passivas (dispositivos
de periferia). Ex: válvulas, módulos de I/O, posicionadores,
transmissores, etc.
• Os escravos não tem direito de acessar o barramento e só podem
enviar mensagens ao mestre ou reconhecer mensagens recebidas
quando solicitados.
➢ O PROIBUS-DP permite sistemas mono e multimestre, oferecendo
um alto grau de flexibilidade na configuração do sistema.
• Até 127 dispositivos (mestres e escravos) pode ser ligados a um
barramento;
• Sua configuração consiste na:
– definição do número de estações;
– dos endereços da estações e de seus I/Os;
– do formato dos dados de I/Os;
– do formato das mensagens de diagnóstico e os parâmetros de
barramento
Comunicação Mono-Mestre
PROFIBUS MONO-MESTRE
-Possibilita o menor 
ciclo de barramento
- Participantes:
+ 1 DP-Mestre
(classe 1)
+ 1 a máx. 125 DP-
Escravos
Comunicação Multi-Mestre
PROFIBUS MULTI-MESTRE
▪ Vários Mestres DP 
podem acessar 
escravos com funções 
de leitura (apenas um 
com escrita)
▪Configuração multi-
mestre: por questões de 
segurança, um escravo 
somente por ser acessado 
para escrita pelo mestre 
que o parametrizou e
o configurou.
PROFIBUS MULTI-MESTRE
PROFIBUS-DP Multi-
mestre contém:
-múltiplos Mestres 
(Classe 1 ou 2)
- 1 a max. 124 Escravos-
DP
-max. 127 dispositivos
no mesmo barramento
3. Relacione as colunas acerca da 
rede PROFIBUS:
1. Mestre DP Classe 1 (DPM1)
2. Mestre DP Classe 2 (DPM2)
3. Escravo DP
4. PROFIBUS-PA
5. PROFIBUS-FMS
Marque a opção correta:
a) 1,5,3,2,4.
b) 2,5,3,1,4.
c) 1,4,3,2,5.
d) 2,3,1,5,4.
( ) São equipamentos de configuração,
monitoração ou ferramentas de engenharia
utilizadas para configurar a rede ou
parametrizar escravos DP.
( ) É projetado para uma comunicação
ao nível de células, onde os controladores
programáveis estão nivelados e se
comunicam entre si.
( ) Podem ser: módulos de entrada,
saída, drivers, válvulas, painéis de
operação, entre outros.
( ) Controlador central que troca
informações com escravos DP;
( ) A taxa de transmissão é menor que o
Profibus DP, e o protocolo de comunicação é
idêntico.
➢ Transmissão de RS-485 para PROFIBUS-DP/FMS
• RS-485 é a tecnologia de transmissão usada mais frequentemente
pela PROFIBUS;
• Suas aplicações incluem todas as áreas em que uma velocidade de
transmissão e uma instalação barata e simples são necessárias;
• A estrutura de barramento permite a incorporação e a remoção de
estações ou o passo-a-passo no sistema sem influenciar nas outras
estações;
• A última estação conectada no sistema não tem influência sobre
as outras estações emoperação;
• As velocidades de transmissão podem ser selecionadas entre 9,6
kbits/s e 12 Mbits/s;
• A topologia da rede, neste caso, é;
– Barramento linear;
– Comunicação bilateral;
– Cabeamento par trançado blindado ou não;
– 32 estações em cada segmento sem repetidores e até 127
estações com repetidores;
➢ Transmissão do IEC 61158-2 para PROFIBUS-PA
• A tecnologia de transmissão, de acordo com oIEC 61158-2, 
encontra-se adequada às exigências da indústria petroquímica 
e de produtosquímicos;
• Essa tecnologia é um protocolo síncrono bit a bitcom transmissão
contínua;
• Para a modulação, supõe-se que a corrente típica básica seja, de no 
mínimo, 10 mA necessária para cada estação do barramento alimentar 
os dispositivos;
• Transmissão de dados:
– Digital
– Sincronismo bit a bit
– Código Manchester
– Velocidade de transmissão: 31.25 kbps
• Número de estações: até 32 estações por segmento de linha, no 
máximo 126 estações pode ser expandido com até 4 repetidores.
➢ Transmissão em fibra óptica
• Condutores de fibra óptica podem ser usados em PROFIBUS para 
aplicações em ambientes com interferência eletromagnética muito 
alta e para aumentar a distância máxima em altas velocidades de 
transmissão.
• Dois tipos de condutores estão disponíveis. Condutores baratos de 
fibra plástica para distâncias <= 50 m ou condutores de fibra de vidro 
para distâncias da ordem de quilometro.
4. O PROFIBUS é um padrão de rede de campo aberto e independente
de fornecedores, onde a interface entre eles permite uma ampla
aplicação em processos, manufatura e automação predial. Esse padrão é
garantido segundo as Normas EN 50170 e EN 50254. Aos requisitos de
uso genérico, tais como alta confiabilidade de transmissão, grandes
distâncias a serem cobertas e alta velocidade de transmissão, somam-se
às exigências especificas da área de automação de processos, tais como
operação em área classificada, transmissão de dados e alimentação no
mesmo meio físico.
Atualmente, dos tipos básicos de meios físicos de comunicação
disponíveis no PROFIBUS, além da fibra óptica para aplicações em
sistemas que demandam grande imunidade a interferências e grandes
distâncias, dois são destacados abaixo:
I.- para uso universal, em especial em sistemas de automação da
manufatura;
II.- para aplicações em sistemas de automação em controle deprocesso.
Esses dois tipos de meios físicos são conhecidos, respectivamente,por
a) RS485 e IEC 14543-3
b) RS485 e IEC 61158-2
c) RS422 e IEC 61158-2
d) RS422 e IEC 14543-3
e) RS232-C e IEC 61158-2
5. Em relaçãoà rede Profibus podemos afirmar que:
a) A Profibus-DP permite controle em áreaclassificada.
b) A Profibus-PA permite controle em área classificada.
c) A Profibus não permite controle em área classificada.
d) A rede Profibus-FMS permite comunicação entre sensores
inteligentes.
e) A rede Profibus-PA utiliza protocolo TCP/IP.
PROFIBUS no Modelo OSI
APRESENTAÇÃO
SESSÃO 
TRANSPORTE 
REDE 
ENLACE 
FÍSICA
Garantir uma transferência de dados segura e econômica
entre a origem e o destino.
Cuida das rotas que os dados devem seguir e controlam o 
congestionamento dos meios de transmissão quando 
existirem
Trata da detecção ou correção de erros e do controle do fluxo 
de dados.
Forma como são transmitidos bits brutos: cabeamento,
especificações elétricas, mecânicas, funcionais e procedurais.
Permite trabalhar com estrutura de dados de nível mais alto, 
como transferência de arquivos, por exemplo.
Permite a alteração dos mesmos, de acordo com a codificação
padrão máquina
Mantém o contato com o usuário, quando houver
APLICAÇÃO
4
6
• Por questões de desempenho e limitações memória, as camadas 3 a 6
são vazias ;
• Profibus-DP: utiliza somente as camadas 1 e 2, bem como a interface
do usuário. Essa arquitetura simplificada assegura uma transmissão de
informações mais eficiente e rápida;
• Profibus-PA: As camadas 1, 2, e 7 são utilizadas e de especial
importância. A camada de aplicação écomposta por blocos
funcionais e específicos de cada módulo de campo (ou escravo)
• Profibus-FMS: camada 7 existente e formada por “Fieldbus
Message Specification” (FMS) e “Lower Layer Interface” (LLI)
Obrigada!