Diagnostika PROFIBUS pomocou ProfiTrace 2 - praktický návod

Tester PROFIBUS a jeho diagnostické nástroje

Tester PROFIBUS slúži na monitorovanie komunikácie, diagnostiku porúch a overovanie ich odstránenia. Umožňuje sledovať správy medzi zariadeniami, kvalitu elektrického signálu aj správanie jednotlivých staníc. Pri výbere porovnávajte funkcie potrebné pre vašu inštaláciu, spôsob pripojenia, ovládanie a cenu.

Výber testeru PROFIBUS

• Čítanie a zaznamenávanie telegramov pomocou spúšťača podľa zadaných podmienok. Pomáha zachytiť aj nepravidelnú chybu, napríklad výpadok, ktorý sa vyskytuje raz týždenne.
• Filtrovanie zaznamenaných správ s cieľom zobraziť potrebné správy, napr. filter správ iba pre danú stanicu alebo iba opakované správy, poškodené, diagnostické atď. Veľmi užitočná funkcia pri objasňovaní príčin chýb v sieti.
• Prehľadné zobrazenie zoznamu aktívnych staníc v sieti vrátane zobrazenia ich stavu (v poriadku, chyba parametrizácie stanice, chyba konfigurácie, opakovanie dotazu atď.).
• Osciloskop na kontrolu kabeláže, konektorov a tvaru signálu. Dôležité je tiež rozlišovanie telegramov podľa vysielajúcej stanice MASTER alebo SLAVE.
• Prenosné vyhotovenie pre meranie na začiatku, uprostred aj na konci segmentu a za opakovačmi. Napájanie cez USB z notebooku uľahčí prácu aj v rozvádzači bez zásuvky 230 V.
• Čo najmenšie zaťaženie meranej siete. Na pripojenie použite určený Tap Connector. Nevhodná alebo dlhá odbočka mení elektrické pomery a spôsobuje odrazy signálu.

Funkcie ProfiTrace 2

ProfiTrace 2 spája niekoľko diagnostických nástrojov. Dostupnosť konkrétnych funkcií závisí od licencie a vybavenia sady:

• Vysokorýchlostný a plnohodnotný analyzátor PROFIBUS s minimálnym zaťažením siete PROFIBUS
• Čítanie a zaznamenávanie telegramov PROFIBUS, vrátane správ sietí DP, PA a DPV1
• Komplexná štatistika stavu a správ všetkých staníc v sieti
• Osciloskop pre diferenciálny signál B-A, ako aj samostatné priebehy vodičov A a B, s výberom telegramov konkrétnej vysielajúcej stanice.
• Graf napätia na staniciach, zobrazujúci napätie na všetkých staniciach naraz
• Pripojenie k PROFIBUS DP cez 9-pinový konektor D-sub; pre M12 je potrebný zodpovedajúci adaptér. Priame meranie PROFIBUS PA vyžaduje PA Probe Ultra a je určené do prostredia bez nebezpečenstva výbuchu.
• Skenovanie topológie siete, vrátane dĺžky kábla medzi stanicami
• Aktívna diagnostika a simulácia stanice MASTER v programe ProfiCaptain, podľa zakúpenej licencie.
• Generovanie správy s výsledkami merania pre servisnú dokumentáciu a vyhodnotenie stavu siete.
• České prostredie programu a možnosť vytvárať PDF správy. Dostupné jazykové verzie závisia od nainštalovanej verzie programu.

Pripojenie ProfiCore a prvé spustenie ProfiTrace 2

Nainštalujte program ProfiTrace 2 a potrebný ovládač ProfiCore z inštalačného balíka. ProfiCore Ultra pripojte k notebooku cez USB, ktoré zároveň zabezpečuje jeho napájanie. Krátky pripojovací kábel Tap Connector pripojte do priechodného portu PG na konektore PROFIBUS. Aj krátka odbočka má elektrický vplyv na zbernicu; namiesto nej nepoužívajte ľubovoľný dlhý kábel.

Licencia ProfiTrace 2

Otvorte licenčný portál HMS Anybus Diagnostics

Licencia ProfiTrace 2 je viazaná na sériové číslo ProfiCore Ultra. Licenčný súbor je možné nainštalovať na viacero počítačov, pri samotnom meraní však musí byť pripojený príslušný ProfiCore. Licencia sa ukladá do súboru s príponou .pld.

Získanie a inštalácia licencie:

1) Otvorte licenčný portál HMS Anybus Diagnostics. Vyberte skupinu produktov (Product Group): PROFITRACE, vyplňte objednací kód sady, sériové číslo ProfiCore a hlavnú verziu (Major Version): 2.

2) Sériové číslo nájdete na spodnej strane zariadenia ProfiCore. Stiahnutý licenčný súbor musí zodpovedať tomuto číslu.

3) Súbor nainštalujte prostredníctvom Help > License info tool. Pri ručnej inštalácii ho uložte do priečinka App v inštalačnom adresári ProfiTrace alebo do priečinka C:\ProgramData\procentec\proficoreultra.

Prípadne pripojte počítač k internetu, inicializujte ProfiCore a v licenčnom dialógovom okne vyberte Download & Install license. Ak sa dialógové okno neotvorí, nájdete ho cez Help > License info tool.

Príprava programu

Po prvom spustení novo nainštalovanej aplikácie ProfiTrace 2 je potrebné vykonať nasledujúce kroky:

1) Skontrolujte, či je nainštalovaný ovládač a licencia pre pripojené zariadenie ProfiCore.

2) Nastavte jazyk programu cez Nastavenia > Jazyk.

3) Do podadresára GSD inštalácie ProfiTrace skopírujte GSD súbory zariadení, ktoré budete merať. Následne znovu načítajte knižnicu GSD. Podrobný postup nájdete v kapitole GSD súbory.

Pravidlá merania siete PROFIBUS

1) Najskôr skontrolujte inštaláciu: káble, konektory, zakončenia, tienenie, prepojenia a možné zdroje elektromagnetického rušenia. Okrem fyzickej vrstvy skontrolujte aj adresy staníc, hardvérovú konfiguráciu CPU a správne súbory GSD.

2) Výpadok spôsobuje jedna závažná porucha, napríklad skrat, alebo súbeh viacerých menších nedostatkov. Sieť niekedy funguje aj s chybami a ďalšie zhoršenie ju vyradí z prevádzky. Spoločnosť FOXON preto odporúča preventívnu diagnostiku všetkých segmentov aspoň raz ročne; interval prispôsobte dôležitosti linky a prevádzkovým podmienkam.

3) Tester poskytuje priebehy, štatistiky a telegramy. Na určenie príčiny je potrebné výsledky spojiť so znalosťou skutočného zapojenia a pravidiel inštalácie PROFIBUS. Samotný graf spoľahlivo neurčí miesto ani typ každej poruchy.

4) Pre prvé meranie vyberte začiatok alebo koniec segmentu. Potrebujete vhodný konektor s priechodným PG portom. Ak ho na konci nenájdete, merajte z iného dostupného miesta a túto polohu si zapíšte.

5) Opakovače a optické moduly OLM rozdeľujú inštaláciu na samostatné elektrické segmenty. Fyzickú kvalitu signálu merajte v každom segmente zvlášť. Tester zaznamená komunikáciu vzdialených staníc aj cez opakovač, ale ich pôvodný elektrický signál za ním nezmeria.

6) Pasívnu diagnostiku vykonávajte pokiaľ možno pri bežnom zaťažení linky. Prevádzka motorov a frekvenčných meničov odhalí rušenie, ktoré pri stojacom stroji nemusí byť zreteľné.

7) Na úvodnú kontrolu sledujte sieť približne 5-10 minút. Tento interval nevylučuje príležitostnú poruchu. V prípade nepravidelných výpadkov zvoľte dlhšie sledovanie a spúšťač zaznamenávania telegramov.

8) Ak v sieti zistíte chyby (najmä na osciloskope alebo v stĺpcovom grafe), vykonajte ešte jedno meranie z druhej strany segmentu. Neodporúčame vyvodzovať závery na základe výsledkov jedného merania.

9 Pred pripojením skontrolujte stav siete a zakončenie konektora Tap. Pasívny analyzátor má nízke elektrické zaťaženie, avšak v prípade poškodenej inštalácie nemožno zaručiť pripojenie bez vplyvu na komunikáciu.

a. Pri bežnom pasívnom meraní nechajte zakončovací odpor konektora Tap VYPNUTÝ. Dodatočné zakončenie vnútri už správne zakončeného segmentu zaťaží zbernicu a zníži amplitúdu. V pôvodnom príklade bol zaznamenaný pokles približne 0,5-1 V; nejde o univerzálnu hodnotu. Zapnutie zakončenia pri samostatnom testovaní rozhrania alebo v špeciálnej konfigurácii posudzujte podľa skutočného zapojenia.

b. V sieti s malou rezervou kvality signálu sa aj malý vplyv pripojenia prejaví výpadkom. Meranie takejto inštalácie plánujte spolu s obsluhou a údržbou; po zistení poruchy skontrolujte celý segment z viacerých miest.

Spustenie merania a prenosová rýchlosť

Pripojte ProfiCore cez USB, spustite ProfiTrace 2 a inicializujte zariadenie. Po overení licencie program zistí prenosovú rýchlosť PROFIBUS. Pri úspešnej detekcii sa stanica zobrazí v zozname LiveList. Ak automatická detekcia zlyhá, nastavte v analyzátore známu rýchlosť meranej siete pomocou tlačidla Nastaviť prenosovú rýchlosť. Tým meníte nastavenie analyzátora, nie rýchlosť prevádzkovej siete. Ak stanicu stále nevidíte, skontrolujte pripojenie a prítomnosť komunikácie.

LiveList a štatistiky staníc

LiveList - zoznam aktívnych staníc

Karta ProfiTrace - LiveList

LiveList zobrazuje adresy staníc a ich stav. Červená číslica označuje MASTER, modrá SLAVE. Ak sa farba číslice strieda, zariadenie môže pracovať v oboch rolách, napríklad niektoré obslužné panely. Farbu číslice odlišujte od farby pozadia poľa.

Pozadie čísel v LiveListe je vyplnené farbou, ktorá má nasledujúci význam:

• Zelené pozadie: stanica SLAVE je v cyklickom výmene dát so stanicou MASTER. Samotná zelená farba ešte nepotvrdzuje bezchybný elektrický signál.
• Biela farba = stanica aktívne nekomunikuje so stanicou MASTER. Stanica má svoju adresu, je na zbernici, ale MASTER o nej nevie. Programátor ju pravdepodobne zabudol pridať do hardvérovej konfigurácie CPU alebo ju naopak zámerne ešte nepridal - zatiaľ ju má len pripravenú. Ďalším dôvodom môže byť nesprávne nastavená adresa PROFIBUS danej stanice.
• Žltá farba = stanica sa počas merania testerom stratila. Pravdepodobne došlo k fyzickému odpojeniu kábla stanice, skratu na kábli atď.)
• Červená farba = stanica má chybu v parametrizácii. Často je to spôsobené nesprávnym súborom GSD, ktorý je nahratý v stanici MASTER. Tester zobrazí danú stanicu červenou farbou a zároveň nám ukáže identifikačné číslo tejto stanice. Tomuto ID číslu musí zodpovedať ID číslo zvoleného súboru GSD.
• Fialová farba = stanica má chybu konfigurácie. Konfigurácia nahratá v CPU nezodpovedá nainštalovaným IO modulom stanice SLAVE. ProfiTrace 2 nám zobrazí zoznam IO modulov, ktoré sú nakonfigurované v CPU. Sami si potom porovnáte, či zodpovedajú zasunutým IO modulom v stanici. Ak máte zakúpenú aj licenciu ProfiCaptain, môžete na diaľku prečítať aj moduly, ktoré sú v danej stanici SLAVE fyzicky nainštalované.
• Blikajúci červený roh poľa: stanica hlási rozšírenú alebo statickú diagnostiku. Po kliknutí sa zobrazia podrobnosti. Príčinou je napríklad chybná I/O karta alebo nepripravené procesné údaje; nemusí ísť o poruchu zbernice.

Zobrazenie štatistík staníc

Karta ProfiTrace - Zobrazenie štatistík staníc

Pri prvom vyhodnotení sledujte najmä synchronizácie (Syncs), opakovania, najhoršiu sekvenciu opakovaní, stratené stanice, neplatné správy a diagnostiku pri výmene dát (DX). Po úvodnom spustení a vlastných aktívnych dotazoch vytvorte nový počiatočný stav štatistík. Nárast chýb počas stabilnej prevádzky prešetrite; celkový počet povolených opakovaní nemožno stanoviť iba na základe rýchlosti siete.

Najdôležitejšie štatistiky

• Syncs: analyzátor zaznamenáva začiatky nadväzovania komunikácie stanice MASTER s danou stanicou. Mali by sa objaviť pri spustení alebo úmyselnom reštarte. Ich opakovaný nárast pri ustálenom prevádzke poukazuje na nové nadviazanie spojenia a vyžaduje kontrolu. Tieto štatistiky nezamieňajte s režimom synchronizácie výstupov SYNC.
• Opakovanie: MASTER opäť odosiela požiadavku, pretože nedostal očakávanú odpoveď. Počet pokusov závisí od nastavení siete. Trvalá strata odpovedí vedie k prerušeniu výmeny dát a k novému nadviazaniu komunikácie.
• Opakovanie, najhoršia sekvencia: najvyšší počet po sebe idúcich opakovaní. Porovnajte ju s nakonfigurovaným limitom opakovaní. Napríklad dve opakovania znamenajú pôvodný dotaz a dva ďalšie pokusy; nejde o pevnú vlastnosť každej siete.
• Stratená stanica - koľkokrát sa stanica SLAVE počas merania testerom stratila, t. j. koľkokrát došlo k jej odpojeniu zo siete, prípadne k výpadku napájania, skratu na kábli atď.
• Nepovolené odpovede na požiadavky: poškodené alebo neplatné správy, napríklad s chybou parity alebo formátu. Hľadajte súvislosť s nízkou amplitúdou, rušením, poškodenou kabelážou, konektormi alebo skratom. V niektorých uvedených príkladoch amplitúda klesla pod 2,5 V; rozhodujúci je celý priebeh signálu a súvisiace štatistiky.
• Počet odpovedí zo stanice SLAVE pri DX - táto štatistika zaznamenáva počet „sťažností“ stanice SLAVE adresovaných stanici MASTER. Zariadenia PROFIBUS disponujú základnou diagnostikou komunikácie, ktorá je určená na diagnostiku spojenia MASTER - SLAVE. Mnohé zariadenia však disponujú aj tzv. rozšírenou diagnostikou, ktorá nám pomôže lokalizovať problémy samotnej stanice alebo pripojených IO periférií. Často sa stáva, že zariadenie SLAVE hlási chybu, ktorá však nemá nič spoločné s PROFIBUSom. Spojenie MASTER - SLAVE je v poriadku, chyba sa však nachádza v perifériách pripojených k stanici SLAVE alebo prípadne v chybnej IO karte v module SLAVE.

Ukážka štatistiky „Nepovolené odpovede na požiadavky“. Vidíme počet chybných správ viazaných na každú adresu v sieti PROFIBUS.

Osciloskop a vyhodnotenie signálu PROFIBUS

Osciloskop zachytáva v mieste pripojenia testeru telegramy vysielané jednotlivými stanicami. Výberom adresy zobrazíte priebeh telegramov tejto stanice bez toho, aby ste museli tester vždy prepojovať. Nejde však o priame meranie napätia na vzdialenom konektore stanice. Na lokalizáciu poruchy porovnávajte merania z viacerých miest; každý elektrický segment merajte samostatne.

Merané napätie:

• B-A: rozdielový signál medzi vodičmi B a A. Rušenie, ktoré sa prenáša rovnako na oba vodiče, sa v rozdielovom zobrazení do značnej miery potlačí. Preto sa tento režim používa na základnú kontrolu signálu PROFIBUS.
• A & B: samostatný priebeh každého vodiča voči referencii. Tento režim pomáha rozlíšiť nesymetriu, poškodený vodič a rušenie, ktoré diferenciálne zobrazenie čiastočne skryje.

V spodnej časti okna vyberte stanicu v zozname LiveList dvojitým kliknutím. Postupne skontrolujte telegramy všetkých dostupných vysielajúcich staníc v meranom segmente.

Odrazy sťažujú určenie miesta poruchy. Telegram, ktorý vyzerá najhoršie, nemusí pochádzať zo stanice najbližšej k poruche.

V nasledujúcom príklade sa odraz prejaví takto:

• Pri stanici v blízkosti nesprávneho zakončenia má signál relatívne priaznivý tvar.
• Na stanici na opačnej strane segmentu je tento problém kvôli oneskoreniu odrazu výraznejší. Túto situáciu overte podľa topológie a meraním z oboch koncov; nejde o všeobecné pravidlo platné pre všetky poruchy.

Príklad: Máme správne zapojenú sieť PROFIBUS, kde je 1 x MASTER / 5 x SLAVE, na každom konci segmentu je správne zapnutý odpor. Namerané signály sú nasledujúce:

V demonštračnej sieti bol následne vypnutý ukončovací odpor poslednej stanice č. 44. Signál pri tejto stanici vyzerá priaznivejšie, zatiaľ čo pri stanici č. 2 na opačnom konci je výrazne skreslený. V prevádzkovej sieti ukončenie kvôli tejto ukážke nevypínajte.

V tomto príklade sa príčina nachádza na opačnom konci segmentu, ako je miesto, kde vidíme najhorší priebeh signálu. Samotné hodnotenie vzhľadu signálu stanice č. 2 by viedlo k nesprávnemu záveru.

Príklady signálov a porúch PROFIBUS

Štandardný signál

Nasledujúce obrázky znázorňujú priebehy pri rôznych prenosových rýchlostiach. Drobné prekyvky na hranách posudzujte spolu s dobou ustálenia a štatistikami komunikácie. Výrazné poklesy smerom k nulovej diferenciálnej úrovni alebo deformácie vnútri bitu si vyžadujú kontrolu. Príčinou býva odraz, skrat, nevhodné zakončenie alebo poškodené vedenie.

Signál pri 187,5 kbit/s. Časové zobrazenie zodpovedá pôvodnému záznamu z osciloskopu.

Signál pri rýchlosti 1,5 Mbit/s. Porovnávajte tvar v príslušnom časovom meradle.

Signál pri 12 Mbit/s.

Zaoblený signál zo vzdialenej časti segmentu si vyžaduje kontrolu dĺžky a kvality kábla, konektorov a prípustnej topológie. Ak je potrebné segment rozdeliť, vyberte vhodný opakovač, napríklad B1, a jeho umiestnenie overte meraním.

Odrazy signálu

Odrazy vznikajú pri zmenách impedancie vedenia, napríklad pri odbočkách, nesprávnom zakončení alebo poškodenom kábli a konektore.

Možný dôvod:

• vypnutý odpor na koncovom konektore/opakovači/atď. zariadení v segmente
• Poškodený koncový konektor segmentu. Skontrolujte odpory na oboch koncoch segmentu.

Neaktívny koniec segmentu

Segment PROFIBUS DP musí byť správne zakončený na oboch koncoch. Ukončenie je zvyčajne napájané z príslušnej stanice alebo z aktívneho prvku. Pri výpadku napájania sa zmení pokojová úroveň signálu a zníži sa rezerva komunikácie. V uvedenom príklade klesla približne z 1 V na 0,5 V; skutočný priebeh závisí od zapojenia a zostávajúceho ukončenia.

Možný dôvod:

• Jedno alebo obe zakončenia segmentu nie sú napájané. Skontrolujte ich napájanie.

Prerušené vedenie a zmena impedancie

Prerušený vodič, uvoľnené spojenie alebo iná zmena impedancie deformujú priebeh signálu. V ukážke signál dosiahne určitú úroveň a následne sa ešte zvýši. Skontrolujte utiahnutie spojov, kontinuitu vodičov a konektory. Typ poruchy potvrďte ďalšou kontrolou; samotný tvar nie je jednoznačným dôkazom.

Skrat a prechodový odpor

Skrat alebo prechodný odpor sa prejaví deformáciou a poklesom amplitúdy. V uvedených príkladoch sa úroveň signálu po prechode zráža smerom k nule.

Možný dôvod:

• Vodič A alebo B je niekde v sieti skratovaný na zem alebo sú oba vodiče skratované navzájom, napríklad v mieste ohybu kábla.
• skrat v konektore v dôsledku opotrebovania, znečistenia, nesprávneho zapojenia konektora atď.).

Stručný prehľad:

Úplné skratovanie červeného vodiča so stienením kábla. Ukážky z osciloskopu na rôznych staniciach v sieti:

Závadné zariadenia s rozhraním PROFIBUS

Poruchové môže byť samotné rozhranie zariadenia, napríklad port CPU. Nasledujúci samostatný test vyžaduje odpojenie prevádzkového kábla od stanice, a teda odstavenie príslušného spojenia. Vykonávajte ho v dohodnutom servisnom režime. Pripojte tester priamo k podozrivej stanici a zabezpečte správne zakončenie tejto testovacej konfigurácie. Nezamieňajte ho s bežným pasívnym meraním na aktívnej zbernici.

V ukážke je pripojená len stanica č. 2. Ostatné skôr zaznamenané stanice majú žlté pozadie, pretože už nie sú dostupné. Po prepnutí na A & B jeden z vodičov nevykazuje očakávaný priebeh. Podozrenie sa tým zužuje na samotné rozhranie a testovacie pripojenie; pred opravou vylúčte aj poruchu konektora a kábla.

Elektromagnetické rušenie EMC

Elektromagnetické rušenie hľadajte podľa trasy kábla, tienenia, prepojovania a súbežných vedení so silovými vodičmi. Skontrolujte najmä výstupné káble frekvenčných meničov. Dodržujte inštalačné pravidlá pre konkrétne káble, spôsob uloženia a použité oddeľovače. Pri riadenej kontrole sledujte, či bezpečné oddelenie káblov odstráni rušenie na osciloskope. V pôvodných prípadoch pomohla zmena trasy o desiatky centimetrov; nejde o všeobecne platnú minimálnu vzdialenosť.

Ak nie je možné zmeniť trasu kábla, zvážte rozdelenie segmentu pomocou vhodného opakovača a úpravu tienenia alebo prepojenia. Opakovač môže obmedziť šírenie rušenia medzi segmentmi, ale sám neodstráni zdroj rušenia ani nezaručí opravu chybnej inštalácie.

Možný dôvod:

• PROFIBUS kábel je v žľabe položený blízko fázového vodiča
• Elektrikár v snahe upratať kabeláž zviazal silové káble a káble PROFIBUS v rozvádzači k sebe.
• Chýbajúce alebo nesprávne pripojené tienenie kábla, napríklad pri svorkách stanice SLAVE.
• Stanica SLAVE sama o sebe vytvára EMC rušenie a prenáša ho do siete PROFIBUS
• Rad frekvenčných meničov je navrhnutý tak, že napájacie káble a kábel PROFIBUS vedú z meniča rovnakým smerom, sú veľmi blízko pri sebe a stačí málo, aby sa dotýkali

Príklady vplyvu elektromagnetického rušenia na komunikáciu PROFIBUS

Stĺpcový graf napätia staníc

Stĺpcový graf znázorňuje amplitúdu telegramov jednotlivých vysielacích staníc v mieste pripojenia testeru. Nejde o priame meranie napätia na každom vzdialenom konektore. Typická diferenciálna amplitúda sa pohybuje okolo 5 V; podozrivé odchýlky posudzujte podľa režimu grafu, osciloskopu a štatistík. Za opakovačom vidíte jeho znovu vytvorený signál, preto tam vykonajte samostatné meranie.

Sledujte zmeny amplitúdy, výrazne odlišné stanice a súvislosť s chybami komunikácie. Nehodnotte sieť len na základe jedinej číselnej hranice.

Napätie a skutočná topológia

Každá stanica v sieti PROFIBUS má svoju adresu, ktorú vidíme v spodnej časti grafu. POZOR - čísla v grafe sú síce zoradené za sebou (alebo ich môžete zoradiť podľa úrovne napätia min-max/max-min), ale to rozhodne neznamená, že stanice sú v tomto poradí fyzicky prepojené medzi sebou! Ak chcete odstrániť nežiaduce napätie na staniciach v sieti PROFIBUS, je dôležité poznať presnú topológiu meranej siete. Iba na jej základe zistíte, ako sú stanice usporiadané za sebou a ktorá z nich má aké napätie. Spôsoby detekcie topológie siete nájdete v kapitole Topológia.

Pri hodnotení zohľadnite najmä:

1) Opakovač oddeľuje elektrické segmenty a obnovuje signál. Telegramy staníc za ním preto v mieste merania často majú veľmi podobnú amplitúdu. Na kontrolu ich skutočnej fyzickej vrstvy presuňte tester do príslušného segmentu.

2) Prenosová rýchlosť ovplyvňuje citlivosť inštalácie na dĺžku vedenia, odrazy a ďalšie nedostatky. Pri rýchlosti 500 kbit/s sa porucha prejaví inak ako pri rýchlosti 12 Mbit/s. Nižšia rýchlosť neznamená, že bola príčina odstránená.

3) Pri zastavenom stroji sa rušenie vznikajúce pri prevádzke motorov a meničov nemusí prejaviť. Porovnajte signál pri reprezentatívnom prevádzkovom zaťažení.

4) Rôzne rozhrania majú odlišnú amplitúdu. Vyššia hodnota sama o sebe nepotvrdzuje poruchu ani bezchybný stav. Skontrolujte priebeh a štatistiky chýb.

5) Ak má starší menič alebo iná stanica nápadne nízku amplitúdu, skontrolujte osciloskop, opakovanie správ a straty stanice. Nízka úroveň môže súvisieť s rozhraním, kabelážou, dĺžkou segmentu aj zakončením.

Samotná nízka amplitúda nie je dôvodom na výmenu celého meniča. Najskôr overte inštaláciu z viacerých meracích miest a súvislosť so stratami komunikácie. Podľa výsledku zvoľte opravu alebo výmenu rozhrania, zariadenia alebo úpravu segmentu s vhodným opakovačom. Zmenu následne overte novým meraním.

6) Chyby inštalácie - úroveň napätia na staniciach samozrejme ovplyvňuje samotné vykonanie inštalácie, t. j. skraty, prerušené vodiče, zlomený kábel, nesprávny kábel, nesprávne zapojený konektor atď. Dôsledky týchto chýb si ukážeme na nasledujúcich grafoch.

Príklady grafov napätia

Prijateľné napätie

Nasledujúce grafy zachytávajú príklady inštalácií, v ktorých sa počas merania nezaznamenali žiadne chyby ani opakované správy. Amplitúdy jednotlivých staníc nemusia byť zhodné. Z grafu nevyvodzujte všeobecnú toleranciu napätia; vždy ju posudzujte spolu s osciloskopom a štatistikami.

Opakovač v sieti

1) Po pripojení na začiatok segmentu vidíme veľmi podobné amplitúdy staníc 66-86 a tiež staníc 2, 40, 42 a 46. V ukážke to vedie k podozreniu na spoločný segment za opakovačom, ktorého signál má v mieste merania približne 6,24 V. Bežný transparentný opakovač nemá vlastnú adresu PROFIBUS, preto ho v LiveListe nenájdete. Vyhľadajte ho fyzicky a overte, ktoré stanice sa nachádzajú pred ním a za ním.

Podobná amplitúda staníc 66-86 a 2, 40, 42, 46 je podnetom na kontrolu opakovača a topológie; sama o sebe ich polohu nedokazuje.

V tomto príklade sú stanice 22-27 za opakovačom a majú veľmi podobnú amplitúdu. Ostatné stanice sa líšia. Pri meraní neznámej inštalácie najprv overte túto interpretáciu na základe kabeláže.

Pokles napätia na časti segmentu

Tester sme pripojili k MASTER (č. 2), v testeri sme aktivovali simuláciu MASTER stanice (č. 0) a vidíme napätie na ostatných SLAVE staniciach v sieti. Na prvý pohľad je zrejmá úroveň napätia cca 3,6 V, ktorá je rovnaká pre absolútnu väčšinu staníc. V tomto prípade inštalácia zodpovedá poradí čísel staníc skutočnému zapojeniu, takže topológia siete je skutočne 2 ↔ 40 ↔ 41 ↔ 42 ↔ 43 ↔ 44 ↔ atď. Zreteľná nežiaduca zmena napätia je medzi stanicami 41 a 42, kde sa napätie potom drží na rovnakej úrovni aj na ďalších staniciach. Problém je potrebné hľadať medzi týmito stanicami, t. j. skontrolovať kábel, skontrolovať konektory atď. V tomto prípade bola chyba v ukončovacom odpore konektora na stanici č. 41, ktorý bol v určitej „medzipolohu“ a vďaka tomu zapojil odpor na výstupný kábel z konektora stanice č. 41.

Obr. Výrazný pokles napätia poukazuje na skrat medzi stanicami 41-42 a spôsobuje pokles napätia pre stanice 42-53

Vplyv prenosovej rýchlosti

Ukážka porovnáva rovnaké stanice pri dvoch prenosových rýchlostiach. Po znížení rýchlosti sa u stanice č. 19 zvýšila amplitúda. Zmena rýchlosti môže dočasne zlepšiť komunikáciu, ale nevyrieši problémy s kabelážou alebo konektormi. Rýchlosť prevádzkovej siete menite iba v rámci riadenej zmeny konfigurácie.

Meranie topológie siete PROFIBUS

ProfiTrace 2 odhaduje vzdialenosti a poradie staníc na základe nameraných elektrických vlastností segmentu. Výsledok slúži ako pomôcka na kontrolu zapojenia, nie ako náhrada overenia skutočného kabelážneho zapojenia.

Meranie vyžaduje funkčný, správne nainštalovaný segment bez rušenia, odbočiek a nesprávneho zakončenia. Výsledky môžu byť nepresné, najmä pri krátkych úsekoch. Vzdialenosti menšie ako 2 m alebo väčšie ako 230 m vzhľadom na miesto merania nie je možné spoľahlivo určiť. Medzi stanicami sa predpokladá aspoň 1 m kábla. Počítajú sa len stanice aktuálneho segmentu.

1) Meranie topológie pri plnej prevádzke linky

2) Meranie pri odstavenom zariadení vyžaduje zodpovedajúcu testovaciu konfiguráciu a prípadne aktívnu komunikáciu. Nevytvárajte ju nekontrolovane v prevádzkovej sieti.

Topológia počas prevádzky linky

Podmienky merania topológie počas prevádzky siete:

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

2) Tester musí byť pripojený na konci alebo na začiatku segmentu, nie uprostred

3) Sieť musí byť v poriadku, t. j. osciloskop neukazuje žiadne anomálie v sieti, napätie je v poriadku, štatistiky siete neukazujú žiadne chyby atď.

Kliknite na Vypočítať topológiu. Voľba Kompenzovať konektory zahŕňa do výpočtu elektrické vlastnosti konektorov. Jej použitie zvážte najmä pri krátkych sieťach približne do 20 m. Presnosť vždy posúďte podľa skutočného zapojenia.

V nasledujúcom dialógovom okne vyberte sieťovú stanicu, ku ktorej je tester práve pripojený. To znamená, že tester je pripojený k konektoru PROFIBUS, ktorý je napojený na stanicu XY, ktorej číslo práve vyberte v zozname.

Príklady nameranej topológie siete:

1) Správne zmeraná topológia

2) Príklad nesprávneho výsledku: program nedokáže nakresliť topológiu alebo zobrazí nesprávne poradie a vzdialenosti. Takýto výsledok nepoužívajte ako potvrdený plán siete.

GSD súbory

GSD je textový popis vlastností konkrétneho zariadenia PROFIBUS. Inžinieri ho používajú na konfiguráciu stanice SLAVE; ProfiTrace z neho získava názvy zariadení a informácie na dekódovanie diagnostiky. Samotné nahratie GSD do testeru nemení konfiguráciu CPU.

Základný súbor používa príponu .GSD. Jazykové varianty môžu mať napríklad príponu .GSE pre angličtinu alebo .GSS pre španielčinu.

Informácie v súbore GSD

• Názov výrobcu
• Identifikačné číslo stanice
• Identifikácia podporovaných variantov zariadení a hardvérových či softvérových revízií. Overte správny GSD podľa konkrétneho zariadenia.
• Zoznam podporovaných rýchlostí siete
• Príklad zoznamu rýchlostí: 9,6; 19,2; 93,75 a 187,5 kbit/s, 500 kbit/s a 1,5 Mbit/s. Tento zoznam sa vzťahuje na ukážkové zariadenie, nie na všetky stanice PROFIBUS.
• MaxTsdr: maximálna doba odpovede stanice SLAVE pre danú rýchlosť, vyjadrená v bitových časoch.
• Freeze (zmrazenie): podpora zmrazenia vstupných údajov.
• AutoBaud: podpora automatického rozpoznávania prenosovej rýchlosti.
• Fail Safe: vlastnosť definovaná v GSD pre správanie sa v príslušnom stave komunikácie. Nenahrádza funkčnú bezpečnosť ani vo všeobecnosti nezaručuje nulovú hodnotu všetkých výstupov.

Identifikácia staníc SLAVE

V LiveListe sa najskôr zobrazujú adresy staníc. Názov získa ProfiTrace z knižnice GSD až po zachytení identifikačného čísla zariadenia v diagnostickej komunikácii. Samotná prítomnosť správneho GSD teda nezaručuje okamžité zobrazenie názvu.

Inštalácia súborov GSD

1) Skopírujte súbory GSD meraných zariadení do podadresára GSD v inštalácii programu ProfiTrace. Používajte súbory určené pre presnú verziu zariadenia, najlepšie od jeho výrobcu.

2) Po dokončení kopírovania je potrebné načítať knižnicu súborov GSD. Toto načítanie je potrebné vykonať vždy, keď do adresára /GSD skopírujem nové súbory GSD.

Nastavenia - skenovať knižnice GSD

3) Po dokončení opätovného prehľadania súborov GSD si program ProfiTrace 2 zapamätá identifikačné číslo stanice z každého súboru GSD a hneď ako sa táto stanica v sieti PROFIBUS prihlási svojím identifikačným číslom, tester toto číslo zachytí a premení ho podľa súboru GSD na názov stanice. Ak v adresári /GSD nenájde súbor s daným identifikačným číslom, zobrazí iba toto identifikačné číslo stanice.

Zobrazenie názvov staníc

1. Pri spustení siete - pripojíme analyzátor k sieti PROFIBUS a zapneme linku. MASTER v rámci inicializácie komunikácie pošle do siete príkaz Get Diagnostics, stanice SLAVE sa mu nahlásia svojím ID kódom a v ProfiTrace 2 vidíme tieto ID kódy v LiveListe. Ak máme v adresári /GSD správny súbor GSD, namiesto čísla stanice sa nám zobrazí jej názov.

2. Keď stanica vykazuje chybu - ak počas prevádzky siete dôjde na stanici k nejakej chybe a stanica sa nahlási MASTERu svojím ID kódom, analyzátor ProfiTrace 2 tento ID kód opäť zachytí a v LiveListe nám zobrazí názov stanice.

3. Aktívny diagnostický dotaz: pomocou programu ProfiCaptain je možné ako ďalší MASTER požiadať o diagnostiku a zistiť identifikačné čísla. Ide o aktívny zásah do komunikácie, ktorý vyžaduje príslušnú licenciu, voľnú adresu a správne parametre siete. Vopred to dohodnite s príslušným technikom.

Identifikácia pomocou ProfiCaptain

1) V programe ProfiCaptain vyberte Setup MASTER. Pred aktiváciou vyberte voľnú adresu, ktorá nekoliduje so žiadnou stanicou v sieti, a skontrolujte oprávnenia na aktívnu diagnostiku. Na načítanie identifikácie nepreberajte riadenie zariadenia ani neprechádzajte do výmeny dát.

2) Pred samotným spustením simulácie MASTER je potrebné zistiť správnu rýchlosť a ostatné nastavenia siete PROFIBUS. Klikneme na tlačidlo Set/autodetect Bus parameters.

3) V novo otvorenom okne je zaškrtnutá voľba použiť štandardné parametre PROFIBUS (Use standard busparameters). Odporúčame túto voľbu deaktivovať a pre istotu nechať znovu detekovať parametre siete PROFIBUS stlačením tlačidla Auto detect Bus Parameters. Nasledujúcu správu potvrďte tlačidlom OK a tester začne detekovať rýchlosť siete. Akonáhle zistí správne parametre siete, vypíše ich do príslušných polí, zobrazí nájdené stanice v matici staníc a zobrazí správu o úspešne vykonanej detekcii. Oba dialógové okná potvrdíme tlačidlom OK a pripravíme sa na spustenie simulácie MASTER.

4) V ponuke simulácie MASTER máme štyri stupne funkcie MASTER stanice v sieti PROFIBUS, ktoré volíme kliknutím na príslušné tlačidlo.

Offline - Vypnutá simulácia MASTER stanice

STOP - sme pripojení k sieti ako MASTER, do siete môžeme posielať iba diagnostické správy

Clear - aktívny režim, v ktorom môže MASTER nadviazať komunikáciu so stanicami a pracuje s príznakom Clear. Nejde o záruku bezpečného stavu stroja; skutočné reakcie závisia od zariadenia a konfigurácie.

Operate - plná výmena dát medzi MASTER a SLAVE, ktorá môže riadiť výstupy. Tento režim nepoužívajte na samotné zistenie názvov staníc.

5) Na zobrazenie názvov staníc musíme do siete odoslať správu Get diagnostic, stačí teda zapnúť prvý režim - STOP. Okno zatvoríme tlačidlom Close.

Stlačíme tlačidlo Class 2 Commands a v novo otvorenom okne stlačíme Start Scan.

Program zobrazí zoznam nájdených staníc, okno zatvoríte tlačidlom Close.

Hore v záložkách kliknite na prvú záložku ProfiTrace. V LiveListe už namiesto čísel vidíme názvy staníc alebo aspoň ich identifikačné čísla. Samotný názov stanice sa prenáša z príslušného súboru GSD, ktorý máme nahratý v adresári /GSD. Ak nemáme súbor GSD, namiesto názvu sa zobrazí len identifikačné číslo stanice.

Aktívne skenovanie pridá do siete vlastné diagnostické telegramy a ovplyvní štatistiky. Po ukončení diagnostiky vráťte ProfiCaptain do režimu Offline, uložte doterajšie výsledky a pred novým pasívnym meraním vynulujte štatistiky. Diagnostický telegram sám o sebe nie je dôkazom poruchy.

Záznam a analýza telegramov PROFIBUS

Okrem štandardných nástrojov, ako sú osciloskopy alebo meranie napäťových úrovní, je občas potrebné vykonať diagnostiku siete PROFIBUS na najpodrobnejšej úrovni - t. j. analýzu správ (telegramov). ProfiTrace 2 dokáže zaznamenávať správy v sieti, filtrovať ich, vyhľadávať v nich a hlavne dokáže spustiť nahrávanie a zaznamenať len tie správy, ktoré hľadáme (spúšťač - trigger).

Klikneme na kartu Správy a hore na tlačidlo Spustiť nahrávanie správ. V tom momente sa v okne zobrazí záznam správ, ktoré prebiehajú medzi stanicou MASTER a ostatnými stanicami SLAVE. Zaškrtnutím políčka „Umístit dolů“ potom zvolíme zobrazenie poslednej zaznamenanej správy na poslednom riadku v okne.

Príklad komunikačného cyklu

Na obrázku vidíme ukážku záznamu správ PROFIBUS z testeru ProfiTrace 2. Záznam správ by sme mohli zrozumiteľne opísať približne takto:

952736) MASTER č. 2 posiela stanici SLAVE č. 6 požiadavku Data Exchange. V nasledujúcom zázname 952737 prichádza krátke potvrdenie ACK. V tomto príklade SLAVE neposiela vstupné procesné údaje v dátovej odpovedi.

952738) to isté sa opakuje pre stanicu SLAVE č. 12

952740) MASTER v každom cykle posiela stav FDL na stanicu vždy o jednu adresu vyššie. Týmto dotazom zisťuje, či sa v sieti nenachádza nová stanica MASTER. (2->97)

952741) MASTER č. 2 odovzdáva druhému MASTERu č. 0 v sieti „právo komunikovať so stanicami pod MASTERom č. 0“. Tento MASTER však nemá pod sebou žiadne stanice (v skutočnosti sme to boli my s naším testerom, ktorí sme boli v sieti prítomní ako MASTER č. 0), takže vraciame „právo riadiť stanice SLAVE“ MASTERu č. 2.

952742) MASTER č. 2 posiela dáta na výstup stanice SLAVE č. 24 a stanica mu posiela dáta zo vstupu (2<-24).

952745) rovnaká výmena dát (Data exchange) medzi MASTER a SLAVE č. 40

952747) rovnaká výmena dát (Data exchange) medzi MASTER a SLAVE č. 6

952751) MASTER posiela stav FDL na stanicu s adresou o jednotku vyššou ako v predchádzajúcom cykle (2->98)

Dve čiary označujú začiatok a koniec jedného cyklu. Dĺžka cyklu závisí od počtu staníc v sieti a rýchlosti komunikácie. Ak klikneme na Zobrazenie štatistík staníc, nájdeme štatistiku Interval výmeny dát a zistíme, že dĺžka cyklu sa v našom prípade pohybuje okolo 1 ms.

Spúšťač záznamu a zachytávanie príležitostných chýb

V prípade občasného výpadku nastavte spúšťač tak, aby zachytil chybovú správu aj okolnú komunikáciu, napríklad 100 správ pred udalosťou a 100 po nej. Vďaka tomu uvidíte aj udalosti pred samotným prerušením spojenia.

V hornej časti okna programu klikneme na tlačidlo Nastaviť spúšťač záznamu V otvorenom okne nastavíme:

• Povoliť = aktivujem nastavenie spúšťača
• Opätovné spustenie: ďalší výskyt spúšťacej podmienky obnoví záznam podľa nastaveného počtu správ po udalosti. Voľbu zvážte podľa toho, či potrebujete zachytiť prvú udalosť alebo dlhšiu sériu opakovaných chýb.
• Počet správ pred/po: určte rozsah okolnej komunikácie. Ako východiskový odhad použite počet staníc × 4 a overte, koľko cyklov záznam skutočne obsahuje. V sieťach s viacerými mastermi alebo rôznymi typmi správ sa počet správ na cyklus líši.

Klikneme na tlačidlo Nastaviť spúšťač a ak hľadáme chybové správy, zaškrtneme nasledujúce položky:

Vybrané položky potvrdíme tlačidlom OK a v nasledujúcom okne opäť tlačidlom OK. Tlačidlom Spustiť nahrávanie správ zapnete nahrávanie.

Otáčajúce sa kolieska nám potvrdzujú, že tester monitoruje sieť PROFIBUS a že prebieha zaznamenávanie správ. Okno správ je prázdne dovtedy, kým sa v sieti neobjaví správa, ktorú sme chceli zachytiť. Nahraté správy je možné uložiť cez ponuku Súbor → Uložiť → Súbor správ.

V zobrazenej verzii programu sa používa pamäťový záznam až jedného milióna správ. Obsadenie zobrazuje modrý ukazovateľ v dolnej časti okna. Pred novým spustením záznamu uložte potrebné údaje, pretože predchádzajúci záznam sa môže prepísať.

Pre dlhší záznam použite Akcie > Spustiť záznam do súboru. Dostupné možnosti a obmedzenia si overte v nainštalovanej verzii programu.