Métodos de diagnóstico existentes para redes Profibus DP

Oii pessoal, tudo bem com vocês? No post de hoje vou falar sobre os métodos de diagnósticos existentes para as redes Profibus DP. Espero que gostem.

As redes Profibus, assim como outros fieldbuses, podem apresentar problemas na operação. Devido à necessidade de se encontrar rapidamente a falha e resolver esses problemas, o profissional pode contar com diversos métodos para diagnosticar e avaliar o desempenho de uma rede Profibus DP.

Estes métodos abrangem a validação dos critérios de projeto, configuração e instalação da rede, verificação de versões de firmware e dos arquivos GSD (General Slave Data) e a verificação do meio físico [1]. O arquivo GSD é um datasheet eletrônico que especifica as características básicas do equipamento como, velocidade de comunicação e diagnóstico.

Os métodos aqui apresentados que baseiam-se no diagnóstico da camada Física e Enlace são:

• Inspeção Visual da Rede;
• Testes utilizando Multímetro;
• Testes utilizando Handhelds Devices;
• Testes utilizando Osciloscópio;
• Testes utilizando Repetidores com Diagnóstico;
• Ferramentas de Monitoração da Rede.

1. Inspeção Visual da Rede

As redes Profibus apresentam a desvantagem de serem sensíveis a falhas em sua instalação. É muito importante que o projeto da rede seja bem implementado e realizado por profissionais devidamente qualificados para este tipo de trabalho, a fim de se evitar futuros transtornos.

Porém, de acordo com [1], existem algumas condições geradoras de falhas que podem ser visualmente observadas com as seguintes verificações:

• Se as curvaturas existentes no cabo estão dentro de um raio mínimo recomendado pelo fabricante;
• Se o cabeamento possui comprimentos específicos de acordo com a velocidade de transmissão escolhida;
• Se a blindagem do cabo não está sendo vista de fora do conector e que esta esteja fazendo contato com a parte metálica interna existente no conector;
• Se a blindagem e os dispositivos estão aterrados nas extremidades do segmento de rede e que todos os dispositivos estejam energizados.
• Se todos os dispositivos estão endereçados corretamente.

As Figuras 1 e 2 mostram alguns exemplos de problemas detectáveis com uma simples inspeção visual:

2. Testes utilizando Multímetro

Com o uso do multímetro pode-se detectar as seguintes falhas na rede:

• Curto-circuito entre as linhas de dados A e B;
• Curto-circuito entre as linhas de dados A e B e a blindagem do cabo;
• Inversão simples das linhas de dados A e B;
• Interrupção de uma das linhas de dados A e B;
• Interrupção na blindagem do cabo.

Além destes, pode-se determinar também o comprimento aproximado do segmento de rede. Para isso, é necessário conhecer a Resistência de Loop do cabo Profibus, que é uma medida de resistência por comprimento (Ohm/m).

O comprimento Lsegmento em metros é determinado pela Equação 1:

R.específica = Resistência de Loop Específica, dada em Ohm/km e fornecida pelo fabricante do cabo.

Rloop = É determinada através de um curto-circuito entre os conectores em uma das extremidades do cabo.

Assim, mede-se a resistência entre os dois conectores na outra extremidade com um multímetro e aplicam-se os valores à seguinte fórmula [3]:

Onde:

Vm = valor medido em Ohm;
Ccabo = comprimento do cabo tomado como referência em metro (m).

Para determinar o comprimento do segmento, é necessário se atentar para as seguintes condições:

• Os dispositivos Profibus não podem estar conectados ao segmento de rede;
• O cabo Profibus deve estar desenergizado;
• As terminações do barramento deverão estar desconectadas;
• Caso seja uma rede DP/PA, que contenham componentes como couplers ou Módulos de LinkÓtico (OLM´s), esses componentes deverão ser desconectados.

3. Testes utilizando Handhelds Devices

De acordo com [3], os handhelds devices foram desenvolvidos para simplificar os procedimentos de testes em instalações Profibus. Esses equipamentos oferecem uma checagem da rede mais rápida que o multímetro, resultados claros e maiores possibilidades de diagnósticos. Verificando-se a linha de dados também é possível realizar medições e checagens nas estações Profibus.

Atualmente existem disponíveis no mercado três opções de handheld devices, que são similares em questão de funcionalidade e escopo, porém, se diferem na forma como são operados. São eles:

• BT200, da Siemens;
• NetTest II, da Consoft;
• Bustest, da HMS Industrial.

A Tabela 1 apresenta as funcionalidades destes equipamentos:

4. Teste utilizando o Osciloscópio

O osciloscópio é muito utilizado no diagnóstico de redes Profibus, porém exigem experiência do usuário tanto para manusear o equipamento quanto para interpretar as formas de ondas apresentadas por ele. Essas formas de onda são obtidas através da medição entre as linhas de dados A e B. O Profibus utiliza as duas linhas de dados para transportar a informação, sendo que o sinal transmitido na linha B nada mais é que o sinal da linha A invertido.

Devido ao fato de o sinal ser diferencial, o ruído é gerado uniformemente em ambas as linhas. Portanto, quando se faz a diferença de um para o outro, o telegrama de dados é percebido sem as distorções. Veja na Figura 3 um exemplo de sinal diferencial mostrado no osciloscópio.

As ferramentas apresentadas fornecem um diagnóstico da rede, através da análise de sua camada física. Porém, existem outras ferramentas disponíveis que, além de analisarem a camada física, analisam também a camada de enlace, através dos telegramas gerados. Essas ferramentas são detalhadas abaixo.

5. Testes utilizando Repetidores com Diagnóstico

Esses repetidores são similares aos repetidores comuns, porém possuem a capacidade de monitorar os segmentos de rede a fim de detectar defeitos. De acordo com [4], com este repetidor é possível encontrar os seguintes problemas na rede:

• Curto-circuito entre as linhas de dados A e B;
• Interrupção de uma das linhas de dados A e B;
• Ausência das terminações;
• Perda de conexões;
• Reflexões excessivas, mostrando a distância a partir do repetidor;
• Número de estações acima do permitido em um segmento;
• Distância muito grande entre as estações e o repetidor;
• Telegramas com mensagens de diagnósticos.

6. Ferramentas de Monitoração da Rede Profibus

Atualmente, além de todos os métodos de diagnósticos apresentados anteriormente, é possível também realizar análise de uma rede Profibus utilizando-se ferramentas avançadas de monitoração da rede. Essas ferramentas, em geral, são executadas em PC com o acessório de interface à rede (cabo/hardware) e são capazes de mostrar e registrar o tráfego de dados na rede e fornecer dados para que se possa mennsurar o desempenho da comunicação entre as estações Profibus. Porém, a análise das informações registradas exige do operador experiência e conhecimento detalhado do protocolo Profibus e das interações entre Mestres e Escravos.

A Tabela 2 resume algumas características principais das ferramentas apresentadas neste item. A primeira coluna desta tabela apresenta as ferramentas utilizadas para monitoramento avançado da rede e na segunda coluna são apresentados os respectivos fabricantes. A terceira coluna indica se a ferramenta possui ou não uma interface de osciloscópio. Caso apresente, nessa interface é possível vizualizar as formas de onda do sinal Profibus. Já a quarta coluna indica se a ferramenta apresenta uma interface de análise dos frames Profibus. Neste caso, ao invés de se analisar as formas de ondas, são analisados os telegramas de mensagens. A coluna nomeada Live List indica se o equipamento apresenta uma interface onde são listados todos os dispositivos que estão endereçados na rede Profibus. O campo Filtro para Mensagens permite a visualização apenas dos telegramas selecionados. Já na coluna Geração de Triggeré mostrado se o equipamento fornece a funcionalidade de se “triggar” um determinado dispositivo, possibilitando assim, que a forma de onda de um dispositivo específico seja separada da forma de onda da rede como um todo. E, por fim, no campo denominado Decodificação de Telegramas mostra os telegramas que foram capturados para análise.

É isso aí pessoal. Estes são os métodos de diagnóstico de redes mais utilizados atualmente.

Até mais!

Referências Bibiográficas:

[1] SILVA, W. (2008). Métodos para Diagnóstico de Falhas e Avaliação de Desempenho em Redes Profibus DP. 2008. Monografia (Especialização em Automação Industrial) – Escola de Engenharia, UFMG, Belo Horizonte.
[2] ALASMAR, M.; ANGELOTI, L.R.; GARCIA, L.M. (2008). Redes Industriais, Profibus/DP – CCM, Profibus/PA – Instrumentação. III Fórum Internacional de Automação do Setor Sucroalcoleiro e Alimentício. 2008.
[3] Profibus Installation Guideline for Commissioning. Version 1.0.2. November 2006.
[4] MITCHELL, R. W. Profibus – A Pocket Guide. Research Triangle Park: ISA – The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2004.
[5] SOUZA, R. C. (2012). Diagnóstico de Redes Profibus DP baseado em Redes Neurais Artificiais. 2012. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica – Escola de Engenahria de São Carlos, USP, São Carlos.