PROFIBUS: SERVIÇOS DE TRANSMISSÃO E FRAMES

Neste artigo detalharemos alguns dos tipos de serviços de transmissão e formato de frames dos protocolos Profibus-DP e Profibus-PA.
 
PROCEDIMENTOS DE TRANSMISSÃO NO PROFIBUS
 
O Profibus-DP utiliza dois tipos de serviços de transmissão no envio de telegramas de mensagens que são definidos na camada 2 (a camada de enlace de dados) do modelo ISO / OSI e resumidas abaixo:
 
SRD (Send and Request Data with acknowledge)

Com o SRD, os dados são enviados e recebidos em um ciclo de telegrama. Ou seja, o mestre envia dados de saída para o escravo e recebe dados de entrada do escravo em sua resposta (se aplicável) dentro de um período de tempo especificado. É importante lembrar neste serviço que um mestre pode enviar dados de saída para um escravo e requisitar dados do escravo, tudo em um único ciclo de telegrama. Este é o serviço de transmissão mais frequentemente usado em Profibus-DP e que faz com que a troca de dados seja muito eficiente para dispositivos de E/S mistas.
 
SDN (Send Data with No acknowledge)

Este serviço é utilizado quando uma mensagem deve ser enviada simultaneamente a um grupo de escravos (multi-cast), ou a todos os escravos (broadcast). Os escravos não respondem ou reconhecem mensagens de difusão ou multi-cast.
 
SDA (Send Data with Acknowledge)

Um  terceiro  tipo de  serviço  de  transmissão  utilizado  em  Profibus  é  o  SDA  (Send  Data  with Acknowledge), com dados enviados para um mestre ou escravo e de reconhecimento breve enviado como resposta. 

TROCA DE MENSAGENS NO PROFIBUS
 
A troca de mensagens no Profibus acontece em ciclos e cada pacote de dados é conhecido como mensagem ou frame. Cada frame de requisição de dados ou de envio de dados a uma estação mestre Profibus está associado a um frame de confirmação ou resposta de uma estação mestre ou escrava.
 

Os  dados  podem ser  transmitidos  em  frames  de  envio  ou  resposta,  sendo  que  o  frame  de confirmação não contém dados, isto é, somente apresentará em seus campos códigos de reconhecimento do frame pela estação. Isto avisa a estação mestre que o escravo irá processar e responder ao mestre em breve.

 
O ciclo de mensagens é somente interrompido quando se tem a transmissão do frame de token (o token é passado entre as estações mestres em uma ordem numérica ascendente de endereços por meio do frame de token e com isto o mestre que o recebe dominará a comunicação por um determinado tempo) e pela transmissão de dados sem confirmação, necessária para mensagens broadcast. Em ambos os casos não há confirmação.
 
Todas as estações, exceto a que detém o token, monitoram todas as requisições e confirmam ou respondem somente quando são endereçadas. A confirmação ou resposta retornará em um tempo predefinido, o slot time (máximo tempo que o mestre irá esperar por uma resposta do escravo). Caso contrário, a requisição será repetida.   A estação que não confirmar ou responder depois de um certo número de tentativas (retries) será listada como “não operacional” pela estação mestre.

Profibus NRZ-Coded Character Frame (Even Parity)
 

Figura 2 – Caracteres UART Profibus.

 

Este frame de caracteres aplica-se a todos os bytes de dados/caracteres, incluindo os bytes de cabeçalho do telegrama (header). Quando as mensagens são transmitidas, cada caractere ou dado é enviado na ordem do bit menos significativo (LSB) para o bit mais significativo (MSB), como mostrado acima. Para a transferência de uma palavra (mais do que 1 byte), o byte MSB é transmitido em primeiro lugar, seguido pelo byte LSB (formato Big-Endian/Motorola).
 
O Profibus utiliza o método de paridade  par para a verificação de erros de dados. Quando uma mensagem é transmitida, o bit de paridade é calculado e aplicado a cada caractere transmitido.
 
 
ESTRUTURA DOS FRAMES PROFIBUS
 
Inicialmente veremos como é formado um caractere UART no Profibus.
 
Cada frame consiste de um número de caracteres, os chamados caracteres UART. O caractere UART (UC) é um caractere start-stop para transmissão assíncrona, consistindo de 11 bits: um start bit, que é sempre “0”, 8 bits de informação, que podem ser “0” ou “1”, um bit de paridade, que pode ser “0” ou “1” e um stop bit, que é sempre “1”, conforme a Figura 2.

A especificação do Fieldbus Data Link Profibus apresenta 4 tipos diferentes de frames, onde:

•  SD1, SD2, SD3 e SD4: bytes de início (Start Delimiter), podendo possuir os valores 10H, 68H, A2H e DCH. Veja os frames a seguir.
 
•  DA: byte de endereço de destino (Destination Address);
 
•  SA: byte de endereço fonte (Source Address);
 
• FC: byte de controle (Frame Control). O campo FC dos frames SD1, SD2, SD3, além de outra informações de controle, identifica a função do frame. De acordo com a configuração de seus bits, pode-se identificar o tipo de estação que o enviou, se o mesmo é de pedido, resposta ou confirmação e a natureza das informações que contém.
 
•  FCS: byte de checagem (Frame CheckSequence);
 
•  LE: byte de comprimento (OctetLength), podendo assumir valores entre 4 e 249;
 
• LEr: byte de comprimento repetido;

•   DATA_UNIT (DU): campo de dados que pode ser fixo (8) ou variável, podendo variar de 1 a 246 bytes;

•  ED: byte finalizador (EndDelimiter), sendo seu valor sempre 16H;
 
•  SC: frame de resposta curta (Short Acknowledgement), tendo como valor E5H.

Nos tipos de frames a seguir cada coluna representa 1 byte (“1 octet”), exceto o campo DATA_UNIT (DU) que é variável.
 

SD	1 byte	Start Delimiter (usado para diferenciar os formatos dos telegramas).
LE	1 byte	Net Data Length (DU) + DA + SA + FC + DSAP + SSAP.
LEr	1 byte	Byte de comprimento repetido.
DA	1 byte	DestinationAddress– Para onde a mensagem vai.
SA	1 byte	SourceAddress – Origem da mensagem.
FC	1 byte	FunctionCode (FC=Tipo/Prioridade da mensagem): Usado para informações de controle, identifica a função do frame. FC=13: signals diagnostic data.
DSAP	1 byte	Destination Service Access Point (porta COM do receptor). A estação de destino utiliza este campo para determinar qual serviço a executar.
SSAP	1 byte	Source Service Access Point (porta COM do remetente).
DU	1 a 32 bytes (ou 1-244 bytes)	Data Units/ de 1 a 244 bytes.
FCS	1 byte	Byte de checagem (Frame CheckSequence).
ED	1 byte	EndDelimiter (sempre 16H).