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Mdulo 5

Temporizao de redes Profibus

Instrutor

Prof. Dr. Dennis Brando

dennis@sc.usp.br

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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