Priemyselné siete bez dohľadu sú ako časovaná bomba

Spoľahlivá a bezporuchová komunikácia je nevyhnutnou podmienkou plynulosti výroby. Spoločnosť Indu-Sol GmbH si stanovila cieľ vyvíjať prostriedky určené pre objektívne hodnotenie kvality a stability priemyselných sietí. Vo svojom portfóliu má diagnostické nástroje pre priemyselné zbernice ako  AS-I, INTERBUS, DeviceNet, CAN, SafetyBUSp a samozrejme aj pre najrozšírenejšie zbernice využívané v priemysle - PROFIBUS a PROFINET.

Je PROFIBUS už len dožívajúca legenda ?

Od prvého uvedenia siete PROFIBUS ubehlo už takmer 30 rokov, preto aj znalosti o tejto zbernici sú na slušnej úrovni. Väčšine projektantov, údržbárov aj koncových užívateľov sú známe aspoň základné podmienky jej správneho fungovania, ako napr. počet účastníkov na jednom segmente, dĺžka kábla v závislosti na rýchlosti komunikácie, či nutnosť ukončovacích odporov na oboch koncoch segmentu. Hoci sa nám môže zdať táto zbernica v dnešnej dobe zastaraná, štatistika hovorí niečo iné. V roku 2009 bol odhad okolo 30 miliónov inštalovaných PROFIBUS účastníkov na celom svete a aj napriek masívnemu rozvoju priemyselného ethernetu, sa odvtedy toto číslo ešte viac ako zdvojnásobilo. Dnes (r. 2017) je odhadovaný počet okolo 65 miliónov inštalovaných PROFIBUS účastníkov (uzlov).  Aj keď sa na základe našich skúseností, mnohým užívateľom javí táto zbernica jednoduchá a bezproblémová, nie je to tak. PROFIBUS dopláca hlavne na svoj vek, nakoľko niektoré inštalácie už majú za sebou roky prevádzky a samozrejme chyby sa nevyhnú ani novým zariadeniam. Tu sa opäť odkážeme na štatistiku, ktorá hovorí že 90% problémov so sieťou PROFIBUS tvoria problémy s inštaláciou. To znamená skraty, prerušené vedenie, chybne zapojené konektory a podobne. Ľudia, ktorí s touto zbernicou pracujú nám teraz dajú za pravdu, že nájsť takúto chybu nie je vždy jednoduché. Najmä, keď je prerušená výroba a každá ďalšia minúta hľadania problému stojí nemalé peniaze. Častým problémom je, že vplyvom odrazov elektrického signálu z dôvodu  inštalačnej chyby, je signál deformovaný tak, že sa porucha prejavuje na úplne inom mieste, ako sa nachádza skutočný problém. Nájdenie problémového miesta však môže byť jednoduchšie s použitím nového analyzátora siete PROFIBUS od firmy Indu-Sol s názvom PB-Q ^ONE. Pripojením tohto analyzátora kdekoľvek na sieť počas prevádzky, je možné sledovať na osciloskope rušenia a deformácie signálu a nájsť tak zdroj problému. Nakoľko ide o analyzátor určený pre sieť PROFIBUS, osciloskop má k dispozícii viacero spôsobov zobrazenia priebehu signálu.  Samozrejmosťou je sledovanie komunikácie na logickej úrovni, čiže sledovanie a vyhodnocovanie všetkých telegramov v sieti.  

Iným typom problémov na sieti sú sporadické výpadky, spôsobené napríklad pohybom niektorých zariadení alebo vplyvom elektromagnetického rušenia. Vtedy je potrebné sledovať sieť dlhodobo a firma Indu-Sol poskytuje na tieto účely zariadenie  PROFIBUS INspektor. Tento prístroj je možné pripojiť počas prevádzky kdekoľvek na sieť a trvale monitorovať stav siete na základe odpočúvania komunikácie. Pracovníkom údržby veľmi pomáha, že stav staníc môžu sledovať v zobrazení topológie siete cez webový prehliadač a nemusia listovať v neprehľadných elektroprojektoch.

Bezproblémový PROFINET nie je samozrejmosť

PROFINET je tu s nami oveľa kratšie ako PROFIBUS, ale počet inštalácii na celom svete rastie obrovskou rýchlosťou. Za jeho rast môže okrem iného jednoduchá inštalácia podobná klasickému ethernetu, s ktorým už má väčšina ľudí skúsenosti.  PROFINET mnohými firmami prezentovaný ako sieť, ktorá je úplne bezproblémová v štýle "plug and play", nakoľko netreba riešiť rôzne pravidlá, ktoré už boli spomenuté v súvislosti so sieťou PROFIBUS. Tu si však treba uvedomiť, že PROFINET nie je kancelárska sieť s navzájom prepojenými počítačmi a pripojeným internetom, kde nezáleží či sa dáta prenesú za 10ms alebo 100ms. V sieťach reálneho času je situácia odlišná, na čo sa pri projektovaní a návrhu siete trochu zabúda. Ak pri riadení stroja potrebujeme nové dáta za 2ms, tak jednoducho musia prísť za 2ms, prípadne s malou odchýlkou, ale nie je prípustná strata dát alebo väčšie meškanie. Meškanie telegramov však pozorujeme na sieťach PROFINET dosť často a väčšinou za to môže  zle navrhnutá a nakonfigurovaná sieť. Často sa totiž pri návrhu siete nemyslí na to, ako často potrebuje náš riadiaci systém nové dáta. Zvyčajne programátor ponechá základné nastavenie (napr.2ms), čo v prípade väčšieho počtu zariadení spôsobí zvýšenú záťaž siete a dáta, ktoré potom skutočne potrebujeme, meškajú. Čísla hovoria jasne. Typický PROFINET RT paket odosielaný každé 2ms generuje na sieti záťaž približne 0,43%. Smernica vytvorená organizáciou PI (PROFIBUS International) hovorí o maximálnej odporúčanej záťaži na sieti 20%.  V prípade, že máme na sieti PROFINET len 50 účastníkov s aktualizačným časom 2ms, máme na sieti už záťaž okolo 21.5%. Meškanie dát nespôsobuje, samozrejme, len záťaž siete. Telegram sa určitý čas zdrží v každom zariadení, cez ktorého prepínač (switch) musí prejsť na ceste k svojmu cieľu napr. k PLC. Preto treba dbať aj na parameter s názvom "line depth" (tzv. hĺbka switchovania alebo počet prechodov), čiže počet prepínačov, cez ktoré telegram musí prejsť. Smernica hovorí, že pri použití prepínačov typu  ,,store and forward" a aktualizačného času 2ms, by paket  PROFINET RT nemal prechádzať cez viac ako 14 zariadení.

Podobných kritérií s odporúčanými hodnotami je, samozrejme, viac. Smernica PROFINET Design Guideline vytvorená organizáciou PI, obsahuje viac ako 200 strán informácii o správnom návrhu siete PROFINET.

Diagnostikovať a vyhodnocovať kvalitu siete PROFINET je  možné aktívnymi a pasívnymi diagnostickými prístrojmi. Rozdiel medzi aktívnou a pasívnou diagnostiku je v spôsobe získavania informácii o stave siete. Aktívne nástroje sa dopytujú samotných sieťových prvkov, naproti tomu pasívna diagnostika spočíva v  odpočúvaní a online vyhodnocovaní komunikácie. Priekopníkom v oblasti pasívnej diagnostiky je opäť firma Indu-Sol, ktorá pre diagnostiku siete PROFINET vyvinula prístroj s názvom PROFINET INspektor. Ide o zariadenie, ktoré trvale monitoruje stav siete a v prípade prekročenia niektorého z kvalitatívnych parametrov nás  o tom rôznymi spôsobmi informuje. Medzi parametre, ktoré zariadenie vyhodnocuje, patrí napríklad meškanie telegramov, výpadky telegramov, záťaž siete, objem inej ako PROFINET  komunikácie v sieti, rôzne diagnostické telegramy a podobne. Všetky parametre vyhodnocuje výhradne na základe odpočúvania, takže nijako neovplyvňuje komunikáciu a nehrozia tým žiadne riziká výpadkov, ako je tomu v prípade aktívnej diagnostiky. Zariadenie sa umiestňuje medzi CPU ( PROFINET controller) a nasledujúci prepínač alebo device zariadenie, pretože v tomto mieste  sú k dispozícii všetky pakety, ktoré vysiela a prijíma CPU od pripojených zariadení.

Komplikácia pri použití pasívnej diagnostiky môže nastať vtedy, ak sa pri návrhu siete neprihliadalo na smernicu PI, ktorá hovorí, že medzi PN Controller a prvé zariadenie je potrebné inštalovať merací bod. Pri pripájaní pasívneho diagnostického nástroja, je potom potrebné prerušiť komunikáciu a tým aj pozastaviť produkciu linky/stroja. Tu je potrebné ešte dodať, že použitie  tzv. mirroring portu ethernetových prepínačov pre potreby diagnostiky nie je vhodné riešenie. Samotné vysvetlenie a porovnanie výhod meracieho bodu oproti "zrkadliaceho portu" by bolo na samostatný článok. V skratke však môžeme povedať, že pri diagnostike potrebujeme odchytiť stav  práve v momente, v ktorom má sieť problém a práve v tomto okamihu môže mirroring port prestať pracovať. Dôvodom môže byť  okamžitá vysoká záťaž siete, prípadne sieťové problémy môže spôsobovať samotný prepínač, čo nie je nič nezvyčajné.    

Centrálny monitoring na jednom mieste

V prípade použitia viacerých zariadení na monitoring priemyselných sietí ponúka firma Indu-Sol  softvér s názvom PROmanage NT. Tento softvér dokáže zbierať dáta zo všetkých zariadení poskytovaných firmou Indu-Sol, ktoré nesú v názve slovo INspektor (nie len PROFINET-ových) a vyhodnocovať ich na jednom mieste. V praxi to znamená, že ak máme v prevádzke viacero rôznych liniek alebo strojov s rôznymi priemyselnými sieťami (PROFIBUS, PROFINET, ASi atď..) a ich stav kontroluje INspektor, nemusíme sledovať každý INspektor samostatne, ale máme k dispozícii  všetky informácie a poruchové hlásenia v jednom počítači. Komunikačné parametre a udalosti sú navyše dlhodobo archivované  v databázovom systéme.

Nechajte si poradiť

Na sieť PROFIBUS A PROFINET má firma Indu-Sol v ponuke viacero, nielen diagnostických, ale aj infraštruktúrnych prvkov, ako sú repeatre a konektory , ktoré sú obohatené o rôzne diagnostické funkcie. Keďže nebolo možné do jedného článku obsiahnuť všetky produkty, preto budeme radi, ak  sa na nás obrátite s otázkami o správnom návrhu vašej siete alebo s konkrétnym technickým problémom.