Diagnostika PROFIBUS pomocí ProfiTrace 2 - praktický návod

PROFIBUS tester a jeho diagnostické nástroje

Tester PROFIBUS slouží k monitorování komunikace, diagnostice závad a ověřování jejich odstranění. Umožní sledovat zprávy mezi zařízeními, kvalitu elektrického signálu i chování jednotlivých stanic. Při výběru porovnávejte funkce potřebné pro vlastní instalaci, způsob připojení, ovládání a cenu.

Výběr testeru PROFIBUS

• Čtení a záznam telegramů se spouštěčem podle zadaných podmínek. Pomáhá zachytit i nepravidelnou chybu, například výpadek, který nastane jednou týdně.
• Filtrování zaznamenaných zpráv za účelem zobrazení potřebných zpráv, např filtr zpráv pouze pro danou stanici nebo pouze opakující se zprávy, poškozené, diagnostické apod. Velmi užitečná funkce při objasňování příčiny chyb v síti.
• Přehledné zobrazení seznamu živých stanic na síti, včetně zobrazení jejich stavu (v pořádku, chyba parametrizace stanice, chyba konfigurace, opakování dotazu apod).
• Osciloskop pro kontrolu kabeláže, konektorů a tvaru signálu. Důležité je také rozlišení telegramů podle vysílající stanice MASTER nebo SLAVE.
• Přenosné provedení pro měření na začátku, uprostřed i na konci segmentu a za repeatery. Napájení přes USB z notebooku usnadní práci i v rozvaděči bez zásuvky 230 V.
• Co nejmenší zatížení měřené sítě. Pro připojení použijte určený Tap Connector. Nevhodná nebo dlouhá odbočka mění elektrické poměry a způsobuje odrazy signálu.

Funkce ProfiTrace 2

ProfiTrace 2 spojuje několik diagnostických nástrojů. Dostupnost konkrétních funkcí závisí na licenci a vybavení sady:

• Vysokorychlostní a plnohodnotný PROFIBUS analyzátor s minimální zátěží sítě PROFIBUS
• Čtení a záznam PROFIBUS telegramů, včetně zpráv sítě DP, PA a DPV1
• Komplexní statistika stavu a zpráv všech stanic v síti
• Osciloskop pro rozdílový signál B-A i samostatné průběhy vodičů A a B, s výběrem telegramů konkrétní vysílající stanice.
• Graf napětí na stanicích, zobrazující napětí na všech stanicích najednou
• Připojení na PROFIBUS DP přes 9pinový konektor D-sub; pro M12 je potřebný odpovídající adaptér. Přímé měření PROFIBUS PA vyžaduje PA Probe Ultra a je určeno pro prostředí bez nebezpečí výbuchu.
• Skenování topologie sítě, včetně délky kabelu mezi stanicemi
• Aktivní diagnostika a simulace stanice MASTER v ProfiCaptain, podle zakoupené licence.
• Generování reportu s výsledky měření pro servisní dokumentaci a vyhodnocení stavu sítě.
• České prostředí programu a možnost vytvářet PDF reporty. Dostupné jazykové verze závisejí na instalované verzi programu.

Připojení ProfiCore a první spuštění ProfiTrace 2

Nainstalujte program ProfiTrace 2 a potřebný ovladač ProfiCore z instalačního balíčku. ProfiCore Ultra připojte k notebooku přes USB, které zajišťuje také jeho napájení. Krátký připojovací kabel Tap Connector připojte do průchozího PG portu PROFIBUS konektoru. I krátká odbočka má elektrický vliv na sběrnici; nepoužívejte místo ní libovolný dlouhý kabel.

Licence ProfiTrace 2

Otevřít licenční portál HMS Anybus Diagnostics

Licence ProfiTrace 2 je vázaná na sériové číslo ProfiCore Ultra. Licenční soubor lze nainstalovat na více počítačů, při vlastním měření však musí být připojen příslušný ProfiCore. Licence se ukládá do souboru s příponou .pld.

Získání a instalace licence:

1) Otevřete licenční portál HMS Anybus Diagnostics. Zvolte Product Group: PROFITRACE, vyplňte objednací kód sady, sériové číslo ProfiCore a Major Version: 2.

2) Sériové číslo najdete na spodní straně ProfiCore. Stažený licenční soubor musí odpovídat tomuto číslu.

3) Soubor nainstalujte přes Help > License info tool. Při ruční instalaci jej uložte do složky App v instalačním adresáři ProfiTrace nebo do C:\ProgramData\procentec\proficoreultra.

Alternativně připojte počítač k internetu, inicializujte ProfiCore a v licenčním dialogu zvolte Download & Install license. Pokud se dialog neotevře, najdete jej přes Help > License info tool.

Příprava programu

Po prvním spuštění nově nainstalované aplikace ProfiTrace 2 je třeba provést následující:

1) Zkontrolujte, že je nainstalovaný ovladač a licence pro připojený ProfiCore.

2) Nastavte jazyk programu přes Nastavení > Jazyk.

3) Do podadresáře GSD instalace ProfiTrace zkopírujte GSD soubory zařízení, která budete měřit. Poté znovu načtěte knihovnu GSD. Podrobný postup je v kapitole GSD soubory.

Pravidla měření sítě PROFIBUS

1) Nejprve prověřte instalaci: kabely, konektory, zakončení, stínění, pospojování a možné zdroje elektromagnetického rušení. Vedle fyzické vrstvy kontrolujte také adresy stanic, HW konfiguraci CPU a správné GSD soubory.

2) Výpadek způsobí jedna závažná závada, například zkrat, nebo souběh několika menších nedostatků. Síť někdy pracuje i s chybami a další zhoršení ji vyřadí. FOXON proto doporučuje preventivní diagnostiku všech segmentů alespoň jednou ročně; interval přizpůsobte významu linky a provozním podmínkám.

3) Tester poskytuje průběhy, statistiky a telegramy. K určení příčiny je nutné výsledky spojit se znalostí skutečného zapojení a pravidel instalace PROFIBUS. Samotný graf neurčí spolehlivě místo ani typ každé závady.

4) Pro první měření zvolte začátek nebo konec segmentu. Potřebujete vhodný konektor s průchozím PG portem. Pokud jej na konci nenajdete, měřte z jiného dostupného místa a tuto polohu si zaznamenejte.

5) Repeatery a optické moduly OLM rozdělují instalaci na samostatné elektrické segmenty. Fyzickou kvalitu signálu měřte v každém segmentu zvlášť. Komunikaci vzdálených stanic tester uvidí i přes repeater, ale jejich původní elektrický signál za ním nezměří.

6) Pasivní diagnostiku provádějte pokud možno při běžném zatížení linky. Provoz motorů a frekvenčních měničů odhalí rušení, které při stojícím stroji nemusí být patrné.

7) Pro úvodní kontrolu sledujte síť přibližně 5-10 minut. Tento interval nevylučuje občasnou závadu. U nepravidelných výpadků zvolte delší sledování a spouštěč záznamu telegramů.

8) Objevíte-li v síti chyby (zejména v osciloskopu nebo sloupcovém grafu), proveďte ještě jedno měření z druhé strany segmentu. Nedoporučujeme vyvozovat závěry na základě výsledků jednoho měření.

9) Před připojením zkontrolujte stav sítě a zakončení Tap Connectoru. Pasivní analyzátor má malou elektrickou zátěž, ale u poškozené instalace nelze slíbit připojení bez vlivu na komunikaci.

a. Při běžném pasivním měření ponechte zakončovací odpor Tap Connectoru VYPNUTÝ. Dodatečné zakončení uvnitř již správně zakončeného segmentu zatíží sběrnici a sníží amplitudu. V původním příkladu byl pozorován pokles asi 0,5-1 V; nejde o univerzální hodnotu. Zapnutí zakončení při samostatném testu rozhraní nebo zvláštní konfiguraci posuzujte podle skutečného zapojení.

b. U sítě s malou rezervou kvality signálu se i malý vliv připojení projeví výpadkem. Měření takové instalace plánujte s obsluhou a údržbou; po zjištění závady ověřte celý segment z více míst.

Spuštění měření a přenosová rychlost

Připojte ProfiCore přes USB, spusťte ProfiTrace 2 a inicializujte zařízení. Po kontrole licence program detekuje přenosovou rychlost PROFIBUS. Při úspěšné detekci se stanice zobrazí v LiveListu. Pokud automatická detekce selže, nastavte v analyzátoru známou rychlost měřené sítě tlačítkem Nastavit přenosovou rychlost. Měníte tím nastavení analyzátoru, nikoli rychlost provozní sítě. Pokud stanice stále nevidíte, prověřte připojení a přítomnost komunikace.

LiveList a statistiky stanic

LiveList - seznam živých stanic

Záložka ProfiTrace - LiveList

LiveList zobrazuje adresy stanic a jejich stav. Červená číslice označuje MASTER, modrá SLAVE. Pokud se barva číslice střídá, zařízení může pracovat v obou rolích, například některé operátorské panely. Barvu číslice odlišujte od barvy pozadí pole.

Pozadí čísel v LiveListu je vyplněno barvou, která má následující význam:

• Zelené pozadí: stanice SLAVE je v cyklické datové výměně se stanicí MASTER. Samotná zelená barva ještě nepotvrzuje bezchybný elektrický signál.
• Bílá barva = stanice aktivně nekomunikuje se stanicí MASTER. Stanice má svoji adresu, je na sběrnici, ale MASTER o ni neví. Programátor ji patrně zapomněl přidat do HW konfigurace CPU nebo naopak ji tam záměrně ještě nepřidal - má ji zatím jen připravenou. Dalším důvodem může být nesprávně nastavená PROFIBUS adresa dané stanice.
• Žlutá barva = stanice se během měření testerem ztratila. Patrně došlo k fyzickému odpojení kabelu stanice, zkrat na kabelu apod.)
• Červená barva = stanice má chybu parametrizace. Často je to způsobené nesprávným GSD souborem, který je nahrán ve stanici MASTER. Tester zobrazí danou stanici červeně a zároveň nám ukáže identifikační číslo této stanice. Tomuto ID číslu musí odpovídat ID číslo zvoleného GSD souboru.
• Fialová barva = stanice má chybu konfigurace. Nahraná konfigurace v CPU neodpovídá instalovaným IO modulům stanice SLAVE. ProfiTrace 2 nám ukáže seznam IO modulů, které jsou nakonfigurovány v CPU. Sami si pak porovnáte, zda-li odpovídají zastrčeným IO modulům ve stanici. Pokud máte zakoupenu i licenci ProfiCaptain, můžete vzdáleně přečíst i moduly, které jsou v dané SLAVE stanici fyzicky nainstalovány.
• Blikající červený roh pole: stanice hlásí rozšířenou nebo statickou diagnostiku. Po kliknutí zobrazte podrobnosti. Příčinou je například vadná I/O karta nebo nepřipravená procesní data; nemusí jít o poruchu sběrnice.

Zobrazení statistik stanic

Záložka ProfiTrace -Zobrazení statistik stanic

Pro první vyhodnocení sledujte zejména Syncs, opakování, nejhorší sekvenci opakování, ztracené stanice, nedovolené zprávy a diagnostiku při datové výměně (DX). Po úvodním spuštění a vlastních aktivních dotazech vytvořte nový výchozí stav statistik. Nárůst chyb během ustáleného provozu vyšetřete; obecný počet povolených opakování nelze stanovit pouze podle rychlosti sítě.

Nejdůležitější statistiky

• Syncs: analyzátor eviduje začátky navazování komunikace stanice MASTER s danou stanicí. Při startu nebo záměrném restartu se objevit mají. Jejich opakovaný nárůst za ustáleného provozu ukazuje na nové navazování spojení a vyžaduje kontrolu. Tuto statistiku nezaměňujte s režimem synchronizace výstupů SYNC.
• Opakování: MASTER znovu vysílá požadavek, protože nedostal očekávanou odpověď. Počet pokusů závisí na nastavení sítě. Přetrvávající ztráta odpovědí vede k přerušení datové výměny a novému navazování komunikace.
• Opakování, nejhorší sekvence: nejvyšší počet po sobě jdoucích opakování. Porovnejte jej s nakonfigurovaným limitem opakování. Například dvě opakování znamenají původní dotaz a dva další pokusy; nejde o pevnou vlastnost každé sítě.
• Ztracená stanice - kolikrát se stanice SLAVE během měření testerem ztratila, tzn. kolikrát došlo k jejímu odpojení ze sítě, příp. výpadku napájení, zkratu na kabelu apod.
• Nedovolené odpovědi na požadavky: poškozené nebo neplatné zprávy, například s chybou parity nebo formátu. Hledejte souvislost s nízkou amplitudou, rušením, poškozenou kabeláží, konektory nebo zkratem. V některých uvedených příkladech amplituda klesala pod 2,5 V; rozhodující je celý průběh signálu a související statistiky.
• Počet odpovědí ze stanice SLAVE při DX - tato statistika eviduje počet „stížností“ stanice SLAVE ke stanici MASTER. PROFIBUS zařízení mají základní diagnostiku komunikace, která je určena pro diagnostiku spojení MASTER - SLAVE. Řada zařízení ale disponuje i tzv., rozšířenou diagnostikou, která nám pomůže lokalizovat problémy samotné stanice, nebo připojených IO periférií. Často se stane, že SLAVE zařízení hlásí chybu, ale tato chyba nemá nic společného s PROFIBUSem. Spojení MASTER-SLAVE je v pořádku, nicméně chyba je v připojených perifériích do stanice SLAVE, případně ve vadné IO kartě v modulu SLAVE.

Ukázka statistiky „Nedovolené odpovědi na požadavky“. Vidíme počet špatných zpráv vázaných na každou adresu v síti PROFIBUS.

Osciloskop a vyhodnocení signálu PROFIBUS

Osciloskop zachycuje v místě připojení testeru telegramy vysílané jednotlivými stanicemi. Výběrem adresy zobrazíte průběh telegramů této stanice, aniž byste tester vždy přepojovali. Nejde však o přímé měření napětí na vzdáleném konektoru stanice. Pro lokalizaci závady porovnávejte měření z více míst; každý elektrický segment měřte samostatně.

Měřené napětí:

• B-A: rozdílový signál mezi vodiči B a A. Rušení, které se na oba vodiče přenese stejně, se v rozdílovém zobrazení do značné míry potlačí. Proto se tento režim používá pro základní kontrolu signálu PROFIBUS.
• A & B: samostatný průběh každého vodiče vůči referenci. Tento režim pomáhá rozlišit nesymetrii, poškozený vodič a rušení, které rozdílové zobrazení částečně skryje.

Ve spodní části okna vyberte stanici v LiveListu dvojklikem. Postupně zkontrolujte telegramy všech dostupných vysílajících stanic v měřeném segmentu.

Odrazy komplikují určení místa závady. Nejhůře vypadající telegram nemusí pocházet ze stanice nejblíže závadě.

V následujícím příkladu se odraz projeví takto:

• U stanice blízko nesprávného zakončení má signál relativně příznivý tvar.
• U stanice na opačné straně segmentu je stejný problém kvůli zpoždění odrazu patrný výrazněji. Tuto situaci ověřte podle topologie a měřením z obou konců; nejde o obecné pravidlo pro všechny závady.

Příklad: Máme správně zapojenou síť PROFIBUS síť, kde je 1x MASTER / 5x SLAVE, na každém konci segmentu je správně zapnutý odpor. Naměřené signály jsou následující:

V demonstrační síti byl následně vypnut zakončovací odpor poslední stanice č. 44. Signál u této stanice vypadá příznivěji, zatímco u stanice č. 2 na opačném konci je výrazně zkreslený. V provozní síti zakončení kvůli této ukázce nevypínejte.

V této ukázce je příčina na opačném konci segmentu, než kde vidíme nejhorší průběh. Samotné hodnocení vzhledu signálu stanice č. 2 by vedlo k chybnému závěru.

Příklady signálů a závad PROFIBUS

Standardní signál

Následující obrázky ukazují průběhy při různých přenosových rychlostech. Drobné překmity na hranách posuzujte společně s dobou ustálení a statistikami komunikace. Výrazné propady směrem k nulové diferenciální úrovni nebo deformace uvnitř bitu vyžadují kontrolu. Příčinou bývá odraz, zkrat, nevhodné zakončení nebo poškozené vedení.

Signál při 187,5 kbit/s. Časové zobrazení odpovídá původnímu snímku osciloskopu.

Signál při 1,5 Mbit/s. Porovnávejte tvar v odpovídajícím časovém měřítku.

Signál při 12 Mbit/s.

Zaoblený signál ze vzdálené části segmentu vyžaduje kontrolu délky a kvality kabelu, konektorů a přípustné topologie. Pokud je nutné segment rozdělit, zvolte vhodný repeater, například B1, a jeho umístění ověřte měřením.

Odrazy signálu

Odrazy vznikají na změnách impedance vedení, například u odboček, nesprávného zakončení nebo poškozeného kabelu a konektoru.

Možný důvod:

• vypnutý odpor na krajním konektoru/repeateru/apod. zařízení v segmentu
• poškozený krajní konektor segmentu. Zkontrolujte odpory na obou koncích segmentu.

Nenapájené zakončení segmentu

Segment PROFIBUS DP musí být správně zakončen na obou koncích. Zakončení bývá napájeno z příslušné stanice nebo z aktivního prvku. Při ztrátě napájení se změní klidová úroveň signálu a sníží rezerva komunikace. V uvedeném příkladu klesla přibližně z 1 V na 0,5 V; skutečný průběh závisí na zapojení a zbývajícím zakončení.

Možný důvod:

• jedno nebo obě zakončení segmentu není napájeno. Zkontrolujte toto napájení.

Přerušené vedení a změna impedance

Přerušený vodič, uvolněný spoj nebo jiná změna impedance deformují průběh. V ukázce signál dosáhne určité úrovně a následně se ještě zvýší. Prověřte dotažení spojů, kontinuitu vodičů a konektory. Typ závady potvrďte další kontrolou; samotný tvar není jednoznačný důkaz.

Zkrat a přechodový odpor

Zkrat nebo přechodový odpor se projeví deformací a poklesem amplitudy. V uvedených příkladech se po hraně úroveň signálu propadá směrem k nule.

Možný důvod:

• linka A nebo B je někde v síti zkratována se zemí nebo mezi sebou (např. zkrat v kabelu v místě ohybu)
• zkrat v konektoru v důsledku stáří, znečištění, špatně provedeného zapojení konektoru apod.).

Malý zkrat:

Totální zkrat červeného vodiče se stíněním kabelu. Ukázky osciloskopu na různých stanicích v síti:

Vadné PROFIBUS rozhraní zařízení

Vadné může být samotné rozhraní zařízení, například port CPU. Následující samostatný test vyžaduje odpojení provozního kabelu od stanice a tedy odstávku příslušného spojení. Provádějte jej v dohodnutém servisním režimu. Připojte tester přímo k podezřelé stanici a zajistěte správné zakončení této testovací konfigurace. Nezaměňujte jej s běžným pasivním měřením na živé sběrnici.

V ukázce je připojena jen stanice č. 2. Ostatní dříve zaznamenané stanice mají žluté pozadí, protože již nejsou dostupné. Po přepnutí na A & B jeden z vodičů nevykazuje očekávaný průběh. Podezření se tím zužuje na samotné rozhraní a testovací připojení; před opravou vylučte také závadu konektoru a kabelu.

Elektromagnetické rušení EMC

Elektromagnetické rušení hledejte podle trasy kabelu, stínění, pospojování a souběhů se silovými vodiči. Zkontrolujte zejména výstupní kabely frekvenčních měničů. Dodržte instalační pravidla pro konkrétní kabely, způsob uložení a použité přepážky. Při řízené kontrole sledujte, zda bezpečné oddálení kabelů odstraní rušení v osciloskopu. V původních případech pomohla změna trasy o desítky centimetrů; nejde o obecně platnou minimální vzdálenost.

Pokud trasu kabelu nelze změnit, posuďte rozdělení segmentu vhodným repeaterem a úpravu stínění či pospojování. Repeater může omezit šíření rušení mezi segmenty, ale sám neodstraní zdroj rušení ani nezaručí opravu vadné instalace.

Možný důvod:

• kabel PROFIBUS je ve žlabu položen blízko silového vodiče
• elektrikář ve snaze o pořádek v kabelech svázal silové a PROFIBUS kabely v rozvaděči k sobě
• Chybějící nebo nesprávně připojené stínění kabelu, například u svorek stanice SLAVE.
• Stanice SLAVE sama o sobě produkuje EMC rušení a přenáší ho do sítě PROFIBUS
• Řada frekvenčních měničů je navržena tak, že silové kabely a PROFIBUS kabel vedou z měniče stejným směrem, jsou velmi blízko sebe a stačí málo, aby se dotýkaly

Ukázky působení elektromagnetického rušení na komunikaci PROFIBUS

Sloupcový graf napětí stanic

Sloupcový graf ukazuje amplitudu telegramů jednotlivých vysílajících stanic v místě připojení testeru. Nejde o přímé měření napětí na každém vzdáleném konektoru. Typická diferenciální amplituda se pohybuje kolem 5 V; podezřelé odchylky posuzujte podle režimu grafu, osciloskopu a statistik. Za repeaterem vidíte jeho znovu vytvořený signál, proto tam proveďte samostatné měření.

Sledujte změny amplitudy, výrazně odlišné stanice a souvislost s chybami komunikace. Neposuzujte síť jen podle jediné číselné hranice.

Napětí a skutečná topologie

Stanice v síti PROFIBUS mají každý svoji adresu a tuto adresu vidíme v dolní části grafu. POZOR - čísla v grafu jsou sice za sebou (nebo je můžete řadit dle úrovně napětí min-max/max-min), ale rozhodně to neznamená, že stanice jsou v tomto pořadí fyzicky propojeny mezi sebou! Chcete-li odstranit nežádoucí napětí na stanicích v síti PROFIBUS, je důležité znát přesnou topologii měřené sítě. Jedině podle ní zjistíte, jak jsou stanice řazeny za sebou a která má jaké napětí. Způsoby detekování topologie sítě najdeme v kapitole Topologie.

Při vyhodnocování zohledněte zejména:

1) Repeater odděluje elektrické segmenty a obnovuje signál. Telegramy stanic za ním proto v místě měření často mají velmi podobnou amplitudu. Pro kontrolu jejich skutečné fyzické vrstvy přesuňte tester do příslušného segmentu.

2) Přenosová rychlost mění citlivost instalace na délku vedení, odrazy a další nedostatky. Při 500 kbit/s se závada projeví jinak než při 12 Mbit/s. Nižší rychlost neznamená, že byla příčina odstraněna.

3) Při stojícím stroji se nemusí projevit rušení vznikající při práci motorů a měničů. Porovnejte signál při reprezentativním provozním zatížení.

4) Různá rozhraní mají odlišnou amplitudu. Vyšší hodnota sama o sobě nepotvrzuje závadu ani bezchybný stav. Zkontrolujte průběh a chybové statistiky.

5) Pokud má starší měnič nebo jiná stanice nápadně nízkou amplitudu, prověřte osciloskop, opakování zpráv a ztráty stanice. Nízká úroveň může souviset s rozhraním, kabeláží, délkou segmentu i zakončením.

Samotná nízká amplituda není důvod k výměně celého měniče. Nejdříve ověřte instalaci z více měřicích míst a souvislost se ztrátami komunikace. Podle výsledku zvolte opravu či výměnu rozhraní, zařízení nebo úpravu segmentu s vhodným repeaterem. Změnu následně ověřte novým měřením.

6) Chyby instalace - úroveň napětí na stanicích ovlivňuje samozřejmě provedení samotné instalace, tzn zkraty, přerušené vodiče, nalomený kabel, nesprávný kabel, špatně zapojený konektor atd. Dopady těchto chyb si ukážeme na následujících grafech.

Příklady grafů napětí

Vyhovující napětí

Následující grafy zachycují příklady instalací, v nichž nebyly během měření pozorovány chyby ani opakování zpráv. Amplitudy jednotlivých stanic nemusejí být shodné. Z grafu neodvozujte univerzální toleranci napětí; vždy jej posuzujte společně s osciloskopem a statistikami.

Repeater v síti

1) Po připojení na začátek segmentu vidíme velmi podobné amplitudy stanic 66-86 a také stanic 2, 40, 42 a 46. V ukázce to vede k podezření na společný segment za repeaterem, jehož signál má v místě měření přibližně 6,24 V. Běžný transparentní repeater nemá vlastní PROFIBUS adresu, proto jej v LiveListu nenajdete. Vyhledejte jej fyzicky a ověřte, které stanice jsou před ním a za ním.

Podobná amplituda stanic 66-86 a 2, 40, 42, 46 je podnětem ke kontrole repeateru a topologie; sama o sobě jejich polohu nedokazuje.

V tomto příkladu jsou stanice 22-27 za repeaterem a mají velmi podobnou amplitudu. Ostatní stanice se liší. Při měření neznámé instalace tuto interpretaci nejprve ověřte podle kabeláže.

Úbytek napětí na části segmentu

Tester jsme připojili na MASTER (č.2), v testeru jsme aktivovali simulaci MASTER stanice (č.0) a vidíme napětí na ostatních SLAVE stanic v síti. Na první pohled je evidentní úroveň napětí cca 3,6 V, která je stejná pro naprostou většinu stanic. V tomto případě instalace odpovídá posloupnost čísel stanic reálnému zapojení, takže topologie sítě je skutečně 2 ↔ 40 ↔ 41 ↔ 42 ↔ 43 ↔ 44 ↔ atd.. Evidentní nežádoucí změna napětí je mezi stanicemi 41 a 42, kde se pak napětí drží na stejné úrovni i dalších stanic. Problém je třeba hledat mezi těmito stanicemi, tzn. zkontrolovat kabel, zkontrolovat konektory apod. V tomto případě byla chyba v zakončovacím odporu konektoru na stanici č. 41, který byl v určité „mezipoloze“ a díky tomu zapojil odpor na odchozí kabel z konektoru stanice č. 41.

Obr. Nápadný úbytek napětí ukazuje na zkrat mezi stanicemi 41-42 a způsobuje úbytek napětí pro stanice 42-53

Vliv přenosové rychlosti

Ukázka porovnává stejné stanice při dvou přenosových rychlostech. Po snížení rychlosti se u stanice č. 19 zvýšila amplituda. Změna rychlosti může dočasně zlepšit komunikaci, ale neopraví kabeláž nebo konektory. Rychlost provozní sítě měňte pouze v rámci řízené změny konfigurace.

Měření topologie sítě PROFIBUS

ProfiTrace 2 odhaduje vzdálenosti a pořadí stanic z naměřených elektrických vlastností segmentu. Výsledek je pomůcka pro kontrolu zapojení, nikoli náhrada ověření skutečné kabeláže.

Měření vyžaduje zdravý, správně instalovaný segment bez rušení, odboček a chybného zakončení. Výsledky mohou být nepřesné zejména u krátkých úseků. Vzdálenosti pod 2 m nebo nad 230 m vzhledem k měřicímu místu nelze spolehlivě určit. Mezi stanicemi se předpokládá alespoň 1 m kabelu. Počítají se jen stanice aktuálního segmentu.

1) Měření topologie za plného provozu linky

2) Měření při odstavené lince vyžaduje odpovídající testovací konfiguraci a případně aktivní komunikaci. Nevytvářejte ji neřízeně na provozní síti.

Topologie za provozu linky

Podmínky pro měření topologie za provozu sítě:

1) Topologický výpočet podporuje rychlosti 500 kbit/s a 1,5 Mbit/s.

2) Tester musí být připojen na konci nebo začátku segmentu, ne uprostřed

3) Síť musí být zdravá, tzn. osciloskop neukazuje žádné anomálie v síti, napětí je v pořádku, statistiky sítě neukazují žádné chyby atd.

Klikněte na Spočítat topologii. Volba Kompenzovat konektory zahrnuje do výpočtu elektrické vlastnosti konektorů; využití zvažte zejména u krátkých sítí přibližně do 20 m. Přesnost vždy posuďte podle skutečného zapojení.

V následujícím dialogu zvolte stanici sítě, ke které je právě tester připojen. Tzn. tester je připojen na konektor PROFIBUS, který je napojen do stanice XY, jejiž číslo právě zvolte v list boxu.

Ukázky změřené topologie sítě:

1) Správně změřená topologie

2) Příklad chybného výsledku: program topologii nedokreslí nebo zobrazí nevěrohodné pořadí a vzdálenosti. Takový výsledek nepoužívejte jako potvrzený plán sítě.

GSD soubory

GSD je textový popis vlastností konkrétního PROFIBUS zařízení. Engineering jej používá pro konfiguraci stanice SLAVE; ProfiTrace z něj získává názvy zařízení a informace pro dekódování diagnostiky. Samotné nahrání GSD do testeru nemění konfiguraci CPU.

Základní soubor používá příponu .GSD. Jazykové varianty mohou mít například příponu .GSE pro angličtinu nebo .GSS pro španělštinu.

Informace v GSD souboru

• Jméno výrobce
• Identifikační číslo stanice
• Identifikace podporované varianty zařízení a hardwarových či softwarových revizí. Ověřte správný GSD podle konkrétního zařízení.
• Seznam podporovaných rychlostí sítě
• Příklad seznamu rychlostí: 9,6; 19,2; 93,75 a 187,5 kbit/s, 500 kbit/s a 1,5 Mbit/s. Tento seznam patří ukázkovému zařízení, ne všem stanicím PROFIBUS.
• MaxTsdr: maximální doba odpovědi stanice SLAVE pro danou rychlost, vyjádřená v bitových časech.
• Freeze: podpora zmrazení vstupních dat.
• AutoBaud: podpora automatického rozpoznání přenosové rychlosti.
• Fail Safe: vlastnost definovaná v GSD pro chování při příslušném stavu komunikace. Nenahrazuje funkční bezpečnost ani obecně nezaručuje nulovou hodnotu všech výstupů.

Identifikace stanic SLAVE

V LiveListu se nejprve zobrazují adresy stanic. Název získá ProfiTrace z GSD knihovny až poté, co zachytí identifikační číslo zařízení v diagnostické komunikaci. Pouhá přítomnost správného GSD tedy nezaručuje okamžité zobrazení názvu.

Instalace GSD souborů

1) Zkopírujte GSD soubory měřených zařízení do podadresáře GSD v instalaci ProfiTrace. Používejte soubory určené pro přesnou variantu zařízení, přednostně od jeho výrobce.

2) Po ukončení nakopírování je třeba provést načtení knihovny GSD souborů. Toto načtení je třeba provést vždy, když do adresáře /GSD nakopíruju nové GSD soubory.

Nastavení - skenovat GSD knihovny

3) Po ukončení přeskenování GSD souborů si program ProfiTrace 2 zapamatuje identifikační číslo stanice z každého GSD souboru a jakmile se tato stanice v síti PROFIBUS nahlásí svým identifikačním číslem, tester toto číslo zachytí a převede ho dle GSD souboru na jméno stanice. Pokud nenajde v adresáři /GSD soubor s daným ID číslem, zobrazí pouze toto ID číslo stanice.

Zobrazení názvů stanic

1. Při spuštění sítě - napojíme analyzátor do sítě PROFIBUS a zapnete linku. MASTER v rámci inicializace komunikace pošle do sítě příkaz Get Diagnostics, stanice SLAVE se mu nahlásí svým ID kódem a v ProfiTrace 2 vidíme tyto ID kódy v LiveListu. Máme-li v adresáři /GSD správný GSD soubor, zobrazí se nám místo čísla stanice její jméno.

2. Když má stanice chybu - nastane-li během provozu sítě na stanici nějaká chyba a stanice se MASTERu nahlásí svým ID kódem, analyzátor ProfiTrace 2 tento ID kód opět zachytí a zobrazí nám v LiveListu jméno stanice.

3. Aktivní diagnostický dotaz: pomocí ProfiCaptain lze jako další MASTER vyžádat diagnostiku a zjistit identifikační čísla. Jde o aktivní zásah do komunikace, který vyžaduje příslušnou licenci, volnou adresu a správné parametry sítě. Předem jej dohodněte s odpovědným technikem.

Identifikace pomocí ProfiCaptain

1) V ProfiCaptain zvolte Setup MASTER. Před aktivací zvolte volnou adresu, která nekoliduje se žádnou stanicí v síti, a zkontrolujte oprávnění k aktivní diagnostice. Pro čtení identifikace nepřebírejte řízení zařízení ani nepřecházejte do datové výměny.

2) Před samotným spuštěním MASTER simulace je třeba detekovat správnou rychlost a ostatní nastavení sítě PROFIBUS. Klikneme na tlačítko Set/autodetect Bus parameters.

3) V nově otevřeném okně je zaškrtnuta volba použít standardní parametry PROFIBUS (Use standard busparameters). Doporučujeme tuto volbu deaktivovat a nechat pro jistotu znovu detekovat parametry sítě PROFIBUS, tlačítkem Auto detect Bus Parameters. Následující zprávu potvrďte OK a tester začne detekovat rychlost sítě. Jakmile zjistí správné parametry sítě, vypíše je do příslušných kolonek, zobrazí nalezené stanice v matici stanic a zobrazí zprávu o úspěšně provedené detekci. Oba dialogy potvrdíme tlačítkem Ok a připravíme se na spuštění simulace MASTER.

4) V nabídce simulace MASTER máme čtyři stupně funkce MASTER stanice v síti PROFIBUS, které volíme kliknutím na příslušní tlačítko.

Offline - Vypnuta simulace MASTER stanice

STOP - jsme připojeni do sítě jako MASTER, můžeme do sítě posílat pouze diagnostické zprávy

Clear - aktivní režim, v němž MASTER může navazovat komunikaci se stanicemi a pracuje s příznakem Clear. Nejde o záruku bezpečného stavu stroje; skutečné reakce závisejí na zařízení a konfiguraci.

Operate - plná datová výměna MASTER-SLAVE, která může řídit výstupy. Pro pouhé zjištění názvů stanic tento režim nepoužívejte.

5) Pro zobrazení jména stanic potřebujeme do sítě poslat zprávu Get diagnostic, tedy stačí nám zapnout první mód - STOP. Okno zavřeme tlačítkem Close.

Stiskneme tlačítko Class 2 Commands a v nově otevřeném okně stiskneme Start Scan.

Program zobrazí seznam nalezených stanic, okno zavřete tlačítkem Close.

Nahoře v záložce klikněte na první záložku ProfiTrace. V LiveListu již místo čísel vidíme názvy stanic nebo aspoň jejich ID čísla. Samotný název stanice se přenáší z příslušného GSD souboru, co máme nahraný v adresáři /GSD. Pokud GSD soubor nemáme, zobrazí se místo názvu jen ID číslo stanice.

Aktivní sken přidá do sítě vlastní diagnostické telegramy a ovlivní statistiky. Po ukončení diagnostiky vraťte ProfiCaptain do Offline, uložte dosavadní výsledky a před novým pasivním měřením resetujte statistiky. Diagnostický telegram sám o sobě není důkazem poruchy.

Záznam a analýza telegramů PROFIBUS

Vedle standardních nástrojů typu osciloskop / napěťové úrovně je občas třeba provést diagnostiku sítě PROFIBUS na té nejdetailnější úrovni - tzn. analýza zpráv-telegramů. ProfiTrace 2 umí zaznamenávat zprávy v síti, filtrovat je, vyhledávat v nich a hlavně umí spustit nahrávání a zaznamenat jen ty zprávy, které hledáme (spouštěč - trigger).

Klikneme na záložku Zprávy a nahoře na tlačítko Spustit nahrávání zpráv. V tu chvíli se v okně objeví záznam zpráv, které probíhají mezi stanicí MASTER a ostatními SLAVE stanicemi. Zaškrtávátkem Umístit dolů pak zvolíme zobrazení poslední zaznamenané zprávy na posledním řádku v okně.

Příklad komunikačního cyklu

Na obrázku vidíme ukázku záznamu PROFIBUS zpráv z testeru ProfiTrace 2. Srozumitelným způsobem bychom mohli popsat záznam zpráv asi takto:

952736) MASTER č. 2 posílá stanici SLAVE č. 6 požadavek Data Exchange. V navazujícím záznamu 952737 přichází krátké potvrzení ACK. V této ukázce SLAVE neposílá vstupní procesní data v datové odpovědi.

952738) to samé se opakuje pro stanici SLAVE č. 12

952740) MASTER s každým cyklem posílá FDL status na stanici vždy o jednu adresu vyšší. Tímto dotazem zjišťuje, zda-li v síti není nová stanice MASTER. (2->97)

952741) MASTER č.2 předává druhému MASTERu č.0 v síti „právo mluvit ke stanicím pod MASTERem č. 0“. Tento MASTER ale nemá pod sebou žádné stanice (ve skutečnosti jsme to byli s naším testerem my, kdo byl v síti přítomen jako MASTER č.0), takže předáváme zpět „právo řídit stanice SLAVE“ MASTERu č.2.

952742) MASTER č.2 posílá data na výstup stanici SLAVE č. 24 a stanice mu posílá data ze vstupu (2<-24).

952745) stejná datová výměna (Data exchange) mezi MASTER a SLAVE č. 40

952747) stejná datová výměna (Data exchange) mezi MASTER a SLAVE č. 6

952751) MASTER posílá FDL status na stanici s adresou o jednotku vyšší než v předchozím cyklu (2->98)

Dvě čáry označují začátek a konec jednoho cyklu. Délka cyklu závisí na počtu stanic v síti a rychlosti komunikace. Klikneme-li na Zobrazení statistik stanic, najdeme statistiku Interval výměny dat a zjistíme, že délka cyklu se v našem případě pohybuje kolem 1 ms.

Spouštěč záznamu a zachycení občasné chyby

Při občasném výpadku nastavte spouštěč tak, aby zachytil chybnou zprávu i okolní komunikaci, například 100 zpráv před událostí a 100 po ní. Díky tomu uvidíte i děje před vlastním přerušením spojení.

Nahoře v okně programu klikneme na tlačítko Nastavit spouštěč záznamu v otevřeném okně nastavíme:

• Povolit = aktivuji nastavení spouště
• Znovuspuštění: další výskyt spouštěcí podmínky znovu obnoví záznam podle nastaveného počtu zpráv po události. Volbu posuďte podle toho, zda potřebujete zachytit první událost, nebo delší sled opakovaných chyb.
• Počet zpráv před/po: určete rozsah okolní komunikace. Jako výchozí odhad použijte počet stanic × 4 a ověřte, kolik cyklů záznam skutečně obsahuje. V sítích s více mastery nebo rozdílnými typy zpráv se počet zpráv na cyklus liší.

Klikneme na tlačítko Nastavit spouštěč a hledáme-li chybné zprávy, zaškrtneme následující položky:

Vybrané položky potvrdíme tlačítkem Ok a v následujícím okně znovu tlačítkem Ok. Tlačítkem Spustit nahrávání zpráv zapneme nahrávání.

Točící kolečka nám potvrzují, že tester monitoruje síť PROFIBUS a že probíhá nahrávání zpráv. Okno zpráv je prázdné do té doby, než se v síti vyskytne zpráva, kterou jsme chtěli zachytit. Nahrané zprávy je možné uložit přes nabídku Soubor → Uložit → Soubor zprávy.

V ukázané verzi programu se používá paměťový záznam až jednoho milionu zpráv. Obsazení ukazuje modrý ukazatel dole v okně. Před novým spuštěním záznamu uložte potřebná data, protože předchozí záznam může být přepsán.

Pro delší záznam použijte Akce > Spustit záznam do souboru. Dostupné volby a limity ověřte v instalované verzi programu.