Cuidados e recomendações básicas para garantir integridade dos sinais de comunicação em uma rede Profibus
Hoje a grande realidade é o uso de redes digitais em sistema de controle e automação, onde é obrigatório o uso dos terminadores de barramento, onde sua ausência causa o desbalanceamento, provocando atraso de propagação, assim como a oscilações ressonantes amortecidas causando transposição dos níveis lógicos (thresholds). Além disso, melhora a margem de ruído estático. No Profibus PA deve-se ter terminadores no barramento, um no início e outro no final. Não se deve ligar a blindagem ao terminador e sua impedância deve ser 100 Ohms +/-20% entre 7.8 a 39 kHz. Este valor é aproximadamente o valor médio da impedância característica do cabo nas freqüências de trabalho e é escolhido para minimizar as reflexões na linha de transmissão, assim como para converter o sinal em níveis aceitáveis de 750 a 1000 mV.
O cabo de par trançado é composto por pares de fios. Os fios de um par são enrolados em espiral a fim de, através do efeito de cancelamento, reduzir o ruído e manter constantes as propriedades elétricas do meio por toda a sua extensão. O efeito de cancelamento reduz a diafonia (crosstalk) entre os pares de fios e diminui o nível de interferência eletromagnética/radiofreqüência. O número de tranças nos fios pode ser variado a fim de reduzir o acoplamento elétrico. Com sua construção proporciona um acoplamento capacitivo entre os condutores do par. Tem um comportamento mais eficaz em baixas freqüências (< 1MHz). Quando não é blindado, tem a desvantagem com o ruído em modo-comum. Para baixas freqüências, isto é quando o comprimento do cabo é menor que 1/20 do comprimento de onda da freqüência do ruído, a blindagem (malha ou shield) apresentará o mesmo potencial em toda sua extensão, neste caso recomenda-se conectar a blindagem em um só ponto de terra. Em altas freqüências, isto é quando o comprimento do cabo é maior que 1/20 do comprimento de onda da freqüência do ruído, a blindagem apresentará alta suscetibilidade ao ruído e neste caso recomenda-se que seja aterrada nas duas extremidades. O shield é normalmente aterrado na fonte de alimentação ou na barreira de segurança intrínseca. Deve-se assegurar a continuidade da blindagem do cabo em mais do que 90% do comprimento total do cabo. O shield deve cobrir completamente os circuitos elétricos através dos conectores, acopladores, splices e caixas de distribuição e junção. A topologia e a distribuição do cabeamento são fatores que devem ser considerados para a proteção de EMI.Lembrar que em altas freqüências, os cabos se comportam como um sistema de transmissão com linhas cruzadas e confusas, refletindo energia e espalhando-a de um circuito a outro. Mantenha em boas condições as conexões. Conectores inativos por muito tempo podem desenvolver resistência ou se tornar detectores de RF.
Aterramento: a dica é agrupar circuitos e equipamentos com características semelhantes de ruído em distribuição série e unir estes pontos em uma referência paralela. Um erro comum é o uso de terra de proteção como terra de sinal.Lembre-se que este terra é muito ruidoso e pode apresentar alta impedância. É interessante o uso de malhas de aterramento, pois apresentam baixa impedância. Condutores comuns com altas freqüências apresentam a desvantagem de terem alta impedância. Deve-se evitar os loops de correntes. O sistema de aterramento deve ser visto como um circuito que favorece o fluxo de corrente sob a menor indutância possível.
Deve-se evitar splice, que é qualquer parte da rede que tenha comprimento descontínuo de um meio condutor especificado, por exemplo, remoção de blindagem, troca do diâmetro do fio, conexão a terminais nus, etc. Em redes com comprimento total maior do que 400 m, a somatória de todos os comprimentos de todos os splices não deve ultrapassar 2% do comprimento total e ainda, em comprimentos menores do que 400m, não deve exceder 8m.
Em áreas sujeitas à exposição de raios e picos de alta tensão, recomenda-se os protetores de surtos.
Isolar sinal fieldbus de fontes de ruídos, como cabos de força, motores, inversores de freqüência. Colocá-los em guias e calhas separadas.
Quando possível utilizar filtros de linha, ferrites para cabo, supressores de transientes, centelhadores (spark gaps), feedthru, isoladores óticos, para proteção.
O ideal seria utilizar canaletas de alumínio onde se tem a blindagem eletromagnética externa e interna. São praticamente imunes as correntes de Foucault devido à boa condutibilidade elétrica do alumínio.
Em áreas perigosas deve-se sempre fazer o uso das recomendações dos órgãos certificadores e das técnicas de instalação exigidas pela classificação das áreas. Um sistema intrinsecamente seguro, basicamente, deve possui componentes que devem ser aterrados e outros que não. O aterramento tem a função de evitar o aparecimento de tensões consideradas inseguras na área classificada. Na área classificada evita-se o aterramento de componentes intrinsecamente seguros, a menos que o mesmo seja necessário para fins funcionais, quando se emprega a isolação galvânica.A normalização estabelece uma isolação mínima de 500Vca. A resistência entre o terminal de aterramento e o terra do sistema deve ser inferior a 1 Ohm. No Brasil a NBR-5418 regulamenta a instalação em atmosferas potencialmente explosivas.
Os diversos tipos de sistemas de aterramento devem ser realizados de modo a garantir a melhor ligação com a terra. Os principais tipos são:
Uma simples haste cravada no solo;
Placas de material condutor aterradas no solo;
Fios ou cabos enterrados no solo, formando diversas configurações, tais como:
Estendido em vala comum;
Em cruz;
Em estrela;
Quadriculados, formando uma malha de terra.
O tipo de sistema de aterramento a ser adotado depende da importância do sistema envolvido, local e custo. O mais eficiente é, sem dúvida, a malha de terra.
Devemos colocar sempre o repetidor quando temos que expandir a capacidade de escravos no Profibus-DP, considerando como limite 32 devices/seguimento, sendo que o mestre conta como um device e o repetidor também, e neste caso teríamos 30 slaves. No próximo seguimento teríamos mais 30 devices, pois dois endereços já foram ocupados pelos dois repetidores.
Além disso, como o repetidor garante isolação galvânica, deve-se tê-lo sempre que tenhamos uma área geradora de ruídos e com isto reduziremos o ruído e potencial transientes em modo comum. Pode ser difícil, mas pode haver alguns slaves que não são isolados galvanicamente e isto com certeza minimizará os ruídos.
Pode ser que se tenha diferença de terra entre as áreas por onde passa o Profibus-DP e por isto, devemos colocar como, por exemplo, no CCM o repetidor para que tenhamos a isolação galvânica e ainda, isto fará com que o sinal não seja afetado pelo diferencial de terra de outra área ou mesmo afete outra área.
Quem já não teve problemas produzidos por relâmpagos? Um relâmpago é uma corrente elétrica muito intensa que ocorre na atmosfera com típica duração de meio segundo e típica trajetória com comprimento de 5 a 10 km. Estes podem acontecer mesmo a longas distâncias do ponto onde aconteceu a descarga. No Brasil, a corrente de descarga média é de 42 kA. Em geral, a corrente atinge seu pico em alguns microssegundos e decai a metade deste valor em cerca de 50 μs. Em regiões tropicais, as descargas atmosféricas são mais intensas que em regiões frias ou temperadas. Sendo assim, um bom aterramento, distribuição de cabos, protetores de seguimento, etc. se fazem necessários.