PROFIBUS jest popularnym standardem komunikacyjnym wykorzystywanym w automatyce przemysłowej i procesowej. Doczekał się wersji dostosowanych nie tylko do transmisji z wykorzystaniem technologii RS-485, ale również technologii bezprzewodowej i światłowodowej.
O zaletach sieci PROFIBUS można by pisać wiele. Użytkownicy cenią ją za prostotę, uniwersalność i możliwość komunikowania się z wieloma urządzeniami. Ale i w przypadku tej sieci zdarzają się problemy. Do najczęściej spotykanych zalicza się:
- niewłaściwe wykonanie instalacji sieci PROFIBUS, np. niezachowanie wymaganych odległości od kabli siłowych,
- przekroczenie dopuszczalnej długości kabla w sieci w stosunku do wymaganej prędkości sieci,
- niewłaściwe uruchomienie terminatorów na segmencie sieci,
- uszkodzenia mechaniczne kabla lub światłowodu,
- zbyt duża liczba urządzeń w segmencie.
Każdy błąd czy zakłócenie w sieci sygnalizowane są przez świecącą się diodę BF (busfault). W takim przypadku powinniśmy przede wszystkim sprawdzić instalację, bo 90 procent wszystkich błędów wynika z luzów na stykach urządzeń. Warto zadać sobie pytanie, jak długo jest już eksploatowana sieć? Czy była wykonywana jej modernizacja? Czy w pobliżu jest inna instalacja, która może zakłócić działanie sieci PROFIBUS?
Dokonując oględzin instalacji, warto kierować się określonymi zasadami
- Im większa odległość między kablami (różnych kategorii), tym mniejsze ryzyko wzajemnej interferencji.
- Jeżeli kable muszą się przeciąć, należy dopilnować, żeby były ułożone pod kątem prostym.
- W przypadku niewystarczającej odległości pomiędzy kablami różnych kategorii, należy zastosować metalowe korytka. W każdym korytku powinny być kable tej samej kategorii. Korytka możemy prowadzić równolegle obok siebie.
Metalowe korytka powinny być przykręcone do konstrukcji lub obudowy szaf co 50 cm.
- Uziemiamy ekrany wszystkich kabli w miejscu wprowadzenia do szafy. Ekrany łączymy do uziemienia szafy na możliwie jak największej powierzchni. Do montażu wykorzystujemy różne obejmy montażowe. Należy przymocować kabel nad i pod obejmą uziemienia w celu zmniejszenia ryzyka uszkodzeń mechanicznych.
Warunkiem zapewnienia ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi przewodu PROFIBUS jest uziemienie. Wprowadzając przewód do szafy sterowniczej należy zaraz za wpustem połączyć jego ekran z szyną uziemiającą. Dzięki temu minimalizuje się możliwość zakłóceń w szafie sterowniczej. Działanie takie wykonujemy przy każdej stacji. - Zdarza się, że potencjał punktu uziemienia różni się w odległych częściach instalacji, co może spowodować przepływ prądu poprzez ekran kabla. Sytuacja taka może mieć miejsce przy łączeniu sieci między budynkami. Należy unikać przepływu prądu przez ekran kabla PROFIBUS, ponieważ to może powodować nieprawidłową pracę urządzeń. W celu eliminacji prądu przepływu przez ekran stosujemy połączenia wyrównujące pomiędzy poszczególnymi elementami systemu, posiadające różne potencjały odniesienia.
Parametry transmisji sieci PROFIBUS
W celu zapewnienia właściwej transmisji danych i redukcji zakłóceń konieczne jest dopasowanie impedancji w ramach sieci PROFIBUS. W przypadku PROFIBUS RS-485 uzyskujemy to za pomocą trzech rezystorów. Rezystory zamykające magistralę nazywamy terminatorami. Są one wbudowane we wtyczkę i wyposażone w wyłączniki, dzięki którym można je załączać lub wyłączać. Terminatory pozwalają na dowolną konfigurację sieci. Należy pamiętać o tym, aby w danym segmencie sieci PROFIBUS rezystory terminujące były załączone na segmentach obu węzłów końcowych.
Każdy dodatkowy rezystor włączony w obwód segmentu może spowodować nieprawidłową pracę całej sieci.
Poniższa tabela pokazuje osiągalne prędkości transmisji w zależności od długości linii (bez stosowania repeaterów).
Wzmacniacz (repeater) stosowany jest do wzmacniania i regeneracji cyfrowego sygnału danych przesyłanych za pomocą magistrali PROFIBUS.
Stosujemy go, gdy:
- w sieci jest więcej niż 32 stacje (łącznie z istniejącymi wzmacniaczami),
- przekroczona jest maksymalna dopuszczalna długość kabla danej magistrali przy określonej prędkości.
Diagnostykę sieci PROFIBUS możemy wykonać za pomocą oscyloskopu, testera czy analizatora, ale wymaga to specjalistycznej wiedzy (np. trzeba znać charakterystykę sygnału profibusowego) i dużego doświadczenia. Część parametrów można jednak sprawdzić za pomocą multimetru. Dzięki temu można wykryć:
- zamienione miejscami żyły A/B przewodu,
- przerwaną linię danych A lub B (Rys. 8),
- zwarcie pomiędzy liniami danych (sprawdzamy rezystancję pomiędzy liniami A i B),
- przerwany ekran kabla,
- zwarcie pomiędzy liniami danych a ekranem,
- załączone dodatkowe terminatory na wtyczkach
- oraz określić długość przewodu.
Przed przystąpieniem do pomiaru trzeba odłączyć wszystkie elementy sieci PROFIBUS (wtyczki, styki bezpośrednie). Terminatory powinny być wyłączone w całym segmencie. Uwaga: każdy segment mierzymy oddzielnie.
Multimetr pozwala nam również na orientacyjne określenie długości linii. Dzięki temu możemy sprawdzić, czy długość linii jest odpowiednia do ustawionej prędkości transmisji.
Rezystancja kabla powinna być podana w karcie katalogowej producenta.
Jak przeprowadzić test? Linie A i B zwieramy na jednym z końców przewodu. Na drugim końcu należy wykonać pomiar rezystancji pętli pomiędzy liniami A i B. Zmierzoną wartość rezystancji podstawiamy do powyższego wzoru.
W ten sposób możemy wyznaczyć jedynie przybliżoną długość magistrali, gdyż nie uwzględnia ona chociażby rezystancji połączeń wewnętrznych wtyczek. W związku z tym najlepiej wypiąć linię A i B z zacisków. Należy również pamiętać, że podana w karcie katalogowej wartość rezystancji pętli przewodu PROFIBUS RS-485 typu A wynosi 110 Ω/km przy temperaturze 20°C. Wartość rezystancji zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury.
Opisany powyżej sposób pozwala jedynie na diagnostykę podstawowych błędów i zakłóceń w sieci PROFIBUS. Do pogłębionej analizy warto zastosować specjalistyczne urządzenia, np. oscyloskop, tester czy analizator.
Grzegorz Włosek, WAGO.PL
