Skuteczna diagnostyka i zwiększanie niezawodności sieci PROFIBUS DP

-- wtorek, 18 maj 2010 21:19

Sieć PROFIBUS DP jest obecnie najpopularniejszą siecią przemysłową stosowaną do komunikacji pomiędzy systemem sterowania a urządzeniami peryferyjnymi. Do jej podstawowych cech należy zaliczyć łatwą integrację urządzeń różnych producentów w ramach jednego systemu, odporność na zakłócenia oraz szerokie wsparcie wśród producentów sprzętu.

Połączenie wielu urządzeń w ramach jednej sieci jednak spowoduje, że stabilność i niezawodność sieci może decydować o dyspozycyjności nawet całej linii produkcyjnej.

Celem tego artykułu jest przedstawienie narzędzi pozwalających na szybką i skuteczną lokalizację przyczyn nieprawidłowego funkcjonowania sieci PROFIBUS, a także możliwości działań prewencyjnych.

Możliwości diagnostyczne udostępniane przez protokół PROFIBUS DP
Ze względu na ponad piętnastoletnią obecność na rynku, system PROFIBUS można z całą pewnością uznać za rozwiązanie z jednej strony dopracowane przez producentów sprzętu, z drugiej za dobrze rozpoznane przez użytkowników. System ten najczęściej nie sprawia większych problemów na etapie uruchomienia oraz eksploatacji.
Stosując urządzenia obsługujące rozszerzoną diagnostykę lub funkcjonalność DPV1, użytkownik może mieć do dyspozycji informacje diagnostyczne opisujące aktualny status urządzenia.

Rozszerzone informacje diagnostyczne związane są przede wszystkim z układami peryferyjnymi stacji DP Slave:

• informacja o braku zasilania obwodów wykonawczych,
• informacja, który z modułów w stacji nie pracuje prawidłowo,
• szczegółowa informacja diagnostyczna dla poszczególnych kanałów (np. kanał cyfrowy, wejściowy, numer 3 w module umieszczonym w slocie 5 konfiguracji stacji zwraca błąd typu zwarcie).

Dostęp do tych informacji odbywa się z poziomu aplikacji (programu sterowania lub narzędzia inżynierskiego) i może być udostępniony później użytkownikowi na panelu operatorskim lub w systemie wizualizacji. Informacja ta udostępniana jest także przez nowoczesne narzędzia inżynierskie.

Możliwości diagnostyczne mogą zostać rozbudowane na bazie rozszerzeń DPV1, dzięki którym możliwy jest acykliczny dostęp do informacji w stacji DP Slave. Mogą to być informacje diagnostyczne, ale również parametry urządzenia. Aby wykorzystać te możliwości, najczęściej wymagane jest dodatkowe oprogramowanie oraz interfejs PROFIBUS DP dla komputera PC.

Dzięki tym możliwościom możemy mieć pełną kontrolę nad bieżącym statusem oraz parametrami urządzeń… pod jednym warunkiem – komunikacja z urządzeniami działa.
Dla celów diagnostycznych użytkownik najczęściej wykorzystuje te same narzędzia (narzędzia inżynierskie), które są wykorzystywane w procesie konfiguracji oraz uruchomienia systemu.

Poza informacją o statusie poszczególnych stacji DP Slave narzędzia inżynierskie najczęściej udostępniają także informację o statusie komunikacji z poszczególnymi stacjami DP Slave. Dostępna jest więc ogólna informacja typu: komunikacja działa lub stacja udostępnia informacje diagnostyczne, ewentualnie wymiana danych nie jest możliwa. Przykład tego typu informacji pokazano na ilustracji 2.

Informacja dostarczana przez narzędzia inżynierskie pozwala na detekcję błędów typu:

• brak stacji w sieci,
• wielokrotne przypisanie tego samego adresu,
• niewłaściwa konfiguracja stacji,
• nieprawidłowe parametry określone dla stacji.

Narzędzia inżynierskie najczęściej nie udostępniają informacji o bieżącym stanie sieci oraz o przyczynach problemów komunikacyjnych. Ich funkcjonalność ogranicza się do pobierania oraz prezentacji informacji diagnostycznych z urządzeń DP Slave.

Kiedy wymiana danych nie jest możliwa, ponieważ w sieci przykładowo wystąpiło zwarcie – system sterowania oraz narzędzie inżynierskie zwraca tylko jedną informację typu „stacja nie jest dostępna” lub „błąd komunikacji”. Taka informacja użytkownikowi mówi niewiele i najczęściej rodzi pytania typu: dlaczego stacja jest niedostępna? Czy można było tej sytuacji zapobiec? Co właściwie dzieje się z moją siecią?

Z punktu widzenia użytkownika z całą pewnością bardzo istotną informacją jest:

• bieżący status komunikacji,
• informacja o jakości sygnału,
• określenie przyczyn sporadycznych problemów,
• informacja o przyczynie braku komunikacji (np. wystąpiło zwarcie linii danych do ekranu w odległości 93 m).

Uzyskanie takich informacji wymaga dedykowanych narzędzi i odpowiedniego interfejsu pomiarowego, który zwykle nie jest implementowany w narzędziach inżynierskich.

Najczęściej występujące problemy w sieci PROFIBUS
Typowymi przyczynami utraty komunikacji w sieci PROFIBUS są:

• niewłaściwe wykonanie (lub modyfikacja) sieci PROFIBUS – okablowanie wykonane z wykorzystaniem kabla niezgodnego ze specyfikacją, występowanie odgałęzień w sieci, zbyt długie odcinki kabla (segmentu), zbyt duża ilość urządzeń dołączonych do segmentu,
• brak lub niewłaściwa terminacja (zakończenia linii) – co powoduje występowanie odbić sygnału w linii, a tym samym zniekształcenie transmitowanego sygnału: weryfikacja wizualna na podstawie położenia przełączników w urządzeniach lub konektorach może nie zawsze wskazywać na prawidłową terminację: przyczyną może być uszkodzenie przełącznika w konektorze lub brak obowiązkowego zasilania terminatora w gniazdku PROFIBUS,
• uszkodzenie interfejsu PROFIBUS skutkujące brakiem zasilania dla terminatora, całkowitym brakiem sygnału lub generowaniem napięć niemieszczących się w specyfikacji,
• niewłaściwy sposób połączenia ekranu (również wynikający z uszkodzenia), a tym samym zwiększenie podatności sieci na zakłócenia elektromagnetyczne,
• niezachowanie wymaganych odległości, szczególnie od kabli zasilających urządzenia dużej mocy oraz inwerterów/napędów (też skutkiem modyfikacji w sąsiadujących instalacjach),
• uszkodzenie kabla (zwarcia, przerwy),
• korozja połączeń, utlenianie powierzchni połączeń.

W około 80% przypadków całkowitej, częściowej lub sporadycznej utraty komunikacji w sieci PROFIBUS znajduje się na poziomie warstwy fizycznej: okablowania, ekranowania, terminacji.

W tym miejscu należy dodać, że opisane powyżej problemy dotyczą warstwy fizycznej opartej na RS-485 (kabel miedziany), który jest wykorzystywany w zdecydowanej większości systemów PROFIBUS DP (z powodu łatwości tworzenia połączeń, niskiego kosztu okablowania i potrzebnych interfejsów, możliwości odłączania stacji DP Slave w trakcie pracy sieci).

Autor: Artur Szymiczek

Linki sponsorowane

	Almanach Produkcji w Polsce Kompleksowy katalog w wersji on-online oraz drukowanej majacy na celu dostarczenie użytecznych informacji o dostawcach dla przemysłu jak i oferowanych przez nich produktach
	Produkcja od A do Z w samym sercu polskiego przemysłu Zapraszamy Państwa do udziału w Kongresie Produkcji i Technologii PROTECH.