Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
 


 

Решения, технологии, стандарты - статьи Ua.Automation.com

Profibus и Profinet: устраняем неисправности

Profibus и Profinet: устраняем неисправности

Карл Хеннинг, для InTech

Одной из сильных сторон полевых шин и протоколов промышленного Ethernet в общем, а также Profibus и Profinet в частности, является их диагностическая информация. Она позволяет существенно понизить вероятность простоев и ускорить устранение неисправностей.
 
Сначала поговорим о технологиях: Profibus and Profinet International (PI) создали, продвигают и поддерживают стандарты Profibus и Profinet. Обе спецификации входят в IEC 61158. Profibus это единый протокол, существующий на двух физических уровнях: RS-485 для Profibus DP в дискретных приложениях, и с кодированием по типу «Манчестер», а также, питанием по шине (MBP) для Profibus PA в процессных приложениях. Profibus PA, поддерживающий питание по шине, пригоден для опасных сред. Profinet использует проводной (или оптический) Ethernet IEEE 802.3, а также, беспроводной Etnernet IEEE 802.11. Profibus интегрируется в Profinet c помощью прокси (подобие шлюза, которое осуществляет соединение и мэппинг двух отдельных сетей, но, в отличие от шлюзов, прокси описаны в спецификации Profinet). Концепция прокси оказалась настолько успешной, что была расширена на Interbus, DeviceNet, Foundation Fielbus и т.д.
 
Profibus и Profinet используют разнообразные способы предотвращения простоев и устранения их причин, в случае возникновения. На «первой линии обороны» находятся тревоги, оповещение о которых происходит с помощью HMI. Тревоги бывают связаны с:
  • процессными переменными (высокая температура в зоне 1)
  • аппаратным обеспечением (разрыв проводника в цифровом выводе №7 – [обогрев включен])
  • средствами управления (модуль 3 в стойке 1 отсутствует).
Протоколы определяют и поддерживают тревоги. Кроме того, протоколы поддерживают диагностическую информацию о передаваемых переменных: флаг, сопровождающий переменную от процессного устройства, сообщает, «хорошая» это переменная, или «подозрительная». Более того, протоколы генерируют и передают информацию об управлении производственными активами, которая может быть использована для предиктивного ТО или мониторинга состояния оборудования.
 
Наконец, доступна информация о собственно сети. Инструменты настройки сети от производителя контроллера могут использоваться в качестве первого шага. Для сетей Profibus доступны специальные инструменты для разового (в случае необходимости) или постоянного мониторинга сети. Похожие инструменты есть и для Profinet. Более того, в случае с Profinet, можно использовать стандартные ИТ-протоколы для мониторинга сети. Они могут выводить тревоги и состояния на HMI.
 
Когда нужно заменить устройства, можно использовать два метода для ускоренного решения задачи. Если нужно заменить устройство Profibus PA и используется общий профиль – введите адрес и замените устройство, даже если оно от другого производителя! Profinet использует «Простую замену устройств», при которой устройство можно заменить без задавания адреса или использования конфигуратора/компьютера. Просто замените устройство, и контроллер найдет и активирует его. В устройствах Profibus есть DIP-переключатели или поворотные. Настройки Profinet меняются электронным способом.
 
Новые проекты, как правило, используют Profinet, однако все еще существует и работает больше 50 000 000 устройств Profibus, и это количество растет год от года. Profinet обеспечивает более обширное адресное пространство, более высокие скорости и учитывает потребности будущего, так как основан на Ethernet. Также, он обеспечивает дополнительные диагностические возможности по сравнению с Profibus. Однако, мы начнем с диагностики сетей Profibus, а затем перейдем к Profinet.
 
Диагностика Profibus DP
 
Для Profibus DP первой линией диагностики является статус тревог. Тревоги могут быть вызваны как процессами, так и аппаратным обеспечением. На рис. 1 изображены аппаратные тревоги.
 
Существуют инструменты для проверки сети как в статическом, так и рабочем режимах. Инструменты для тестирования статического физического уровня могут обнаруживать многие ошибки соединения:
  • Перепутанные провода
  • Разрывы проводов
  • Короткое замыкание на линиях А-В
  • Короткое замыкание экрана А/В
  • Отсутствующая или избыточная терминация
  • Длина сегмента
Инструменты для анализа сети в рабочем режиме подсоединяют к работающей сети для решения следующих задач:
  • Определения «живого списка» (все активные станции на шине).
  • Анализа протокола для сетей и устройств Profibus DP и PA. Помогает найти проблемы при старте.
  • Сбора статистики для повторов, выпадений, испорченных сообщений и т.д.
Многие вендоры предлагают инструменты для Profibus FP (RS-485). Инструменты для анализа работающей сети обладают осциллоскопическими функциями (форма волны, уровень сигнала, отражения), определяют топологию сети и помогают в обнаружении ошибок кабелей, неработающих устройств и т.д.
 
Диагностика Profibus PA
 
Помимо тревог, которые аналогичны таковым для Profibus DP, проверка сети является хорошим стартом при устранении проблем. Анализаторы протокола и шины доступны из многих источников. Некоторые устройства могут быть постоянно подсоединены к сети, а некоторые доступны в мобильном варианте.
 
Во время использования устройства Profibus PA передают «байт статуса» с переменной процесса в каждом цикле. Этот байт статуса обеспечивает информацию относительно «пригодности к использованию» процессной переменной. Байт статуса считается неотъемлемой частью любой входящей переменной процесса, и определяет «качество/пригодность» переменной:
  • Хорошо: значение соответствует реальной переменной процесса.
  • Условно пригодно: может быть менее точным или «подставленным» значением.
  • Ошибка: значение не соответствует переменной процесса из-за ошибки.
  • Функциональная проверка/локальный контроль: устройство находится под локальным контролем, осуществляется ТО или функциональная проверка.
  • Пассивное состояние (диагностические тревоги отключены): устройство введено в отключенное состояние оператором.

Рис.1. Аппаратные тревоги.

Статусный байт также сигнализирует о присутствии предупреждения о верхнем/нижнем пределе значения и тревоге, касающейся значения процессной переменной, и обеспечивает информацию относительно состояния устройства: 
  • Хорошее. Техническое обслуживание не требуется.
  • Требуется обслуживание: основываясь на прежних показателях состояния, «запас прочности» устройства подходит к концу и скоро потребуется обслуживание.
  • Тревога поддержки: ресурс устройства исчерпан или обнаружен неожиданный дефект. Техническое обслуживание требуется немедленно.
  • Функциональная проверка/локальный контроль: устройство находится под локальным контролем, осуществляется ТО или функциональная проверка. 
Информация об управлении промышленными активами: вендоры могут встраивать много возможностей в свои устройства, включая прогнозирование отказов (для улучшения показателей доступности оборудования), или детальные сообщения для специалистов по ТО. Пользователи могут управлять ограничениями для соответствия своим процессам, как в примере ниже:
 
Профили: Устройства Profibus PA обеспечиваются одним или двум типами профилей приложений (профиль приложения – это файл, который является объектом. Он определяет характеристики инструмента, которому он сопутствует). Профиль, адаптированный к конкретному производителю, позволяет ему включить в профиль уникальные особенности своих устройства. Однако, общие профили, доступные для загрузки, позволяют заменять устройства аналогами от других производителей. Использование общего профиля (generic profile) является очевидным преимуществом для пользователя, если устройства нужно заменить а точный аналог недоступен.
 
 
Рис.2. По мере того, как на датчике накапливаются осадки, устройство отправляет тревогу, 
сигнализирующую о необходимости ТО.
 
Диагностика Profinet
 
Profinet использует ту же систему тревог, что и Profibus (как на рис. 1), сверх того добавляет такие протоколы как Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Simple Network Management Protocol (SNMP), Link Layer Discovery Protocol (LLDP). Поскольку Profinet является простым немодифицированным Ethernet, эти протоколы легко работают на той же инфраструктуре, что и Profinet.
 
HTTP: многие Profinet-устройства используют внутренние веб-страницы, поэтому конфигурационная и диагностическая информация может просматриваться с помощью простого веб-браузера.
 
SNMP: обеспечивает доступ к стандартным блокам информации управления (MIB, management information block) в Ethernet-коммутаторах, вне зависимости от того, являются ли они отдельным устройством или встроены, к примеру, в контроллер. В этих блоках содержатся данные, полезные для устранения проблем и уменьшения времени простоев, к примеру, количество повторов на отдельном порту. К этой информации можно получить доступ в HMI, например, с помощью сервера SNMP OPC.
 
LLDP: поддержка LLDP является обязательной в Profinet. Этот протокол позволяет устройствам знать, какие устройства подключены к их портам. Благодаря этому, может быть выяснена и изображена вся топология сети. Кроме того, это протокол делает возможным одно из наиболее ценных свойств Profinet – минимальное время простоев. У этой сети есть функция простой замены устройств. Для этого не требуется задавать его адрес или использовать компьютер.
 
Весьма полная диагностическая информация доступна и для Profibus и для Profinet. Тревоги, экраны HMI, специализированные устройства, стандартные IT­-протоколы – все это используется для предотвращения простоев и помощи в устранении неисправностей. Для предотвращения неисправностей, необходимо выбирать резервированные сети, устройства и контроллеры. Больше информации можно найти на сайте www.PROFIdiagnostics.com.