Introdução ao Foundation Fieldbus

O meio físico de comunicação dos instrumentos de campo é conhecido como H1.

A velocidade de comunicação da rede H1 é:

• 31.25 Kbit/s

Geralmente válvulas e transmissores são os equipamentos conectados a rede H1.

O HSE (High Speed Ethernet ou Ethernet de Alta Velocidade) define o meio de comunicação via red Ethernet¹ e IP².

Tipicamente possui velocidade de:

• 100 Mbit/s ou superior

A rede HSE possibilita o envio de informações da rede H1 para sistemas de supervisão e engenharia.

Os elementos da rede FF no nível H1 são:

• Fonte de Energia DC
• Equipamentos de Campo
• Terminadores
• Interface Fieldbus (Bridge)
• Cabos
• Caixas de junção/distribuicão
• Repetidores/Acopladores/Barreiras (usados quando necessário)

Trunk é definido como o caminho mais longo entre dois equipamentos de campo.

A regra geral diz que os dois terminadores do sistema devem ser localizados nas pontas do trunk, ou seja, um no começo do cabo e outro no final.

Após a definição de Trunk todos os demais cabos que compõe o segmento são chamados de Spurs.

A tabela seguir mostra os tipos de cabos e seus tamanhos máximos:

O cabo Tipo A é usado preferencialmente nas instalações Fieldbus.

Tipicamente os equipamentos fieldbus são alimentados pelo mesmo par de fios que é usado para comunicação.

O equipamento deve receber uma voltagem mínima de 9 Volts nos terminais positivo/negativo. O máximo pode chegar até 32 Volts.

Um equipamento fieldbus transmitindo gera uma corrente de 10 mA em um carga de 50 Ohms para criar uma voltagem pico a pico de 1 Volt.

Esse sinal é modulado sobre o sinal de voltagem DC.

Os elementos da rede FF no nível HSE são:

• Sistema Host
• Linking Devices/Bridges/Gateways

Linking Devices/Bridges conectam redes FF com velocidades e meios físico diferentes, ou seja, conectam rede H1 e HSE.

Gateways conectam a rede FF a outros tipos de protocolos (exemplo Modbus ³).

A topologia é a maneira como os equipamentos FF estarão interligados fisicamente em rede.

Na prática as topologias de rede mais usadas são:

• Bus with spurs (Barramento com segmentos): consiste em um cabo principal como barramento onde os equipamentos são conectados por meio de ramificações chamadas Spurs.
• Tree (Árvore): os equipamentos são conectados a um cabo através principal de uma única caixa de junção com ramificações.

Combinações dessas topologias também pode ser usada, contanto que respeitem o máximo comprimento dos cabos permitidos pela regras FF.

Os blocos básicos definidos no Foundation Fieldbus são:

As ligações (links) conectam os blocos entre si permitindo construir estratégias e/ou lógicas de controle.

Um controle PID com blocos Fieldbus é representado abaixo:

A figura acima mostra 3 links conectando os três blocos:

1. Link entre o bloco AI e PID
2. Link entre o bloco PID e AO
3. Link entre o bloco AO e PID

É possível fazer diversas combinações de blocos e links e construir diferentes estratégias.

Abaixo um exemplo de controle com PIDs em cascata:

Cada link transporta em si um valor e um status.

O valor é a variação numérica, por exemplo, no bloco de entrada analógica (AI) o valor de saída pode ser uma grandeza como pressão, temperatura, nível, etc.

O status define a qualidade do valor:

• Se a qualidade for Ruim (Bad) o valor do link não será usado na estratégia de controle.
• Se a qualidade for Boa (Good) o valor pode ser usado no controle e cálculos do blocos Fieldbus.
• Se a qualidade for Incerta (Uncertain) o valor pode ser usado ou não.

Em alguns casos é possível usar o valor mesmo que o status seja Ruim/Incerto. É possível configurar o bloco FF para aceitar o valor.