Ako firma zaoberajúca sa diagnostikou priemyselných sietí riešime problémy s výpadkami komunikácie priamo u zákazníka. Dôvodmi porúch v priemyselných sieťach sú starnutie jednotlivých komponentov, porucha niektorého komponentu, ale často sú problémy spôsobené aj ľudským faktorom, a to hlavne neznalosťou správnej inštalácie a projektovania priemyselných sietí.

PROFIBUS – technológia overená časom

Návrh siete PROFIBUS DP je jednoduchší ako v prípade sietí PROFINET. Treba dodržať základné pravidlá, napr. maximálnu dĺžku kábla v závislosti od komunikačnej rýchlosti a maximálny počet 32 zariadení na jeden segment. Samozrejmosťou sú tienené káble certifikované pre PROFIBUS. Pokiaľ je inštalácia v poriadku a každý segment je ukončený na oboch koncoch ukončovacími odpormi (termináciou), sú splnené základne predpoklady správnej funkčnosti.  Na zvýšenie spoľahlivosti odporúčame už pri návrhu alebo počas rekonštrukcie inštalovať tzv. mulitrepeatre, ktoré rozdelia sieť na viacero elektrických segmentov (obr1).

V prípade problémov s komunikáciou je nevyhnutný správny diagnostický nástroj. Na trhu existujú prístroje od rôznych výrobcov.Rozdeľujú sa hlavne podľa toho, či sú určené na okamžitú diagnostiku alebo na dlhodobý monitoring a s tým spojenú trvalú inštaláciu do rozvádzača. Nevýhodou siete PROFIBUS, na rozdiel od priemyselných sietí  na eternetovom základe,  je skutočnosť, že všetky stanice sú v rámci segmentu pripojené na spoločný pár vodičov. Toto elektrické spojenie komplikuje hľadanie problému, pretože porucha sa často prejavuje výpadkom stanice, ktorá je vzdialená od miesta samotnej poruchy.

Veľmi často sa hlavne pri starších inštaláciách stretávame s tým, že elektroprojekty neobsahujú skutočné zapojenie staníc, ktoré je pre diagnostiku nevyhnutné. Keďže zariadenia PROFIBUS nepodporujú žiadne možnosti zistenia topológie, je na výrobcoch diagnostických prístrojov, ako sa s tým popasujú. Niektoré firmy implementovali do svojich diagnostických prístrojov možnosť skenovania topológie, ktoré je však vždy závislé od kvality komunikačného signálu (obr2).
Preto niekedy nezodpovedá zistená topológia realite. Z toho dôvodu odporúčame zákazníkom, aby od svojich dodávateľov vždy vyžadovali zakreslenú topológiu siete PROFIBUS ako súčasť dokumentácie k stroju/linke. Rovnako je dôležité aktualizovať dokumentáciu pri úpravách alebo rozširovaní siete. V prípade problémov tak možno nájsť kritické miesto oveľa rýchlejšie.  

PROFINET – bezpečne do budúcnosti

Trochu odlišná situácia je pri sieťach PROFINET, ktoré sú často prezentované ako bezproblémové siete typu plug and play. Čiastočne je to pravda, pretože v prípade malých sietí PROFINET sú riziká nesprávneho návrhu a následných problémov minimálne. Problém nastáva pri rozľahlejších sieťach s väčším počtom pripojených zariadení. Tu treba dbať na správny návrh takejto siete.

Jeden z parametrov, ktorý musí projektant pri návrhu siete zohľadniť, je záťaž siete (Netload). Hodnota záťaže by mala byť známa (alebo aspoň odhadnutá) v každom bode siete. V opačnom prípade sa môže stať, že sieť je predimenzovaná alebo v horšom prípade poddimenzovaná.  Často sa totiž nasadzujú prepínače konkrétneho odporučeného výrobcu, bez toho, aby projektant poznal ich výkonové parametre. Ideálne je preto použiť niektorý z dostupných plánovacích nástrojov (obr3), pomocou ktorých je možné nasimulovať budúcu sieť, zistiť požadované hodnoty záťaže a vyhnúť sa tak nevhodne zvolenej topológii alebo poddimenzovaným aktívnym prvkom .

Najčastejším problémom, s ktorým sa stretávame v praxi, je používanie nemanažovaných prepínačov, prípadne prepínačov, ktoré nie sú certifikované pre sieť PROFINET. V takomto prípade nemôžeme plnohodnotne využívať nástroje tzv. aktívnej diagnostiky (obr4), ktoré nám poskytujú dôležité informácie, ako je topológia, údaje z portov prepínačov o stratených, pokazených alebo zahodených telegramoch a podobne. Samozrejme aj výkon takéhoto prepínača je otázny. To, či je konkrétny prepínač  certifikovaný pre sieť PROFINET, sa dá jednoducho overiť na internetovej stránke organizácie PROFIBUS&PROFINET International. Rovnako ako v prípade sietí PROFIBUS, aj na sieťach PROFINET musia byť použité tienené káble. Občas sa v praxi stretávame s netienenými káblami, ktoré sú určené do kancelárskeho prostredia. Priemyselné siete v takomto prípade nie sú chránené proti elektromagnetickému rušeniu.

Ako sa vyhnúť vysokej záťaži v sieti PROFINET

Prekročenie maximálnej prípustnej záťaže, ktorú spolu s inými parametrami meriame pomocou tzv. pasívnej diagnostiky (obr5),  býva obyčajne spôsobené nevhodne nastaveným aktualizačným časom (update time) účastníkov siete. Tu ti si treba uvedomiť, že čím kratší aktualizačný čas má zariadenie nastavený, tým vyššiu komunikačnú záťaž v sieti vytvára.  Treba preto zvážiť, ako často potrebuje PN Controller dáta od jednotlivých PN device zariadení a podľa toho tento čas nastaviť. S aktualizačným časom súvisí aj ďalší parameter s názvom linedepth. Hodnota tohto parametra určuje počet staníc, ktoré sa nachádzajú v ceste medzi zariadením PN device a PN Controller. Smernica vydaná organizáciou PI odporúča napr. pri použití prepínačov Store and Forward a nastavenom aktualizačnom čase  1ms, aby bola maximálna hodnota  parametra linedepth v sieti maximálne  7 staníc.

Vysoká záťaž v sieti nemusí byť vždy spôsobená komunikáciou PROFINET. Môže ju vytvárať iný typ komunikácie, ako je napr. TCP komunikácia medzi vizualizačnými zariadeniami a CPU, archivácia obrázkov z kamier alebo pravidelné skenovanie siete IT oddelením. Takúto tzv. acyklickú komunikáciu súčasne s cyklickou (PROFINET) komunikáciou nemusia niektoré menej výkonné prvky siete zvládať. Preto treba aj tento typ komunikácie zahrnúť do výpočtu záťaže ešte vo fáze projektu.

Diagnostika bez prerušenia prevádzky

Veľa prevádzkovateľov sietí PROFINET si neuvedomuje, že pri použití tzv. pasívnej diagnostiky nestačí voľný port na prepínači. Analyzátor musí byť vložený priamo do komunikačnej linky medzi PN Controller a prvý prepínač.  Ak je z pohľadu zabezpečenia výroby prevádzka stroja kritická, zvyčajne je takýto analyzátor inštalovaný trvale. Počas celej životnosti zariadenia monitoruje komunikáciu a informuje a každom príznaku vznikajúceho problému. Preto aj organizácia PI odporúča vo svojej smernici  v tomto mieste siete inštalovať merací bod (TAP), ktorý by umožňoval pripojenie analyzátora bez nutnosti prerušenia komunikácie.

Siete PROFIBUS a PROFINET zastrešuje organizácia s názvom PROFIBUS&PROFINET International alebo skrátene PI. Na internetovej stránke tejto organizácie www.profibus.com je možné po registrácii bezplatne stiahnuť dokumenty na správne plánovanie a inštaláciu sietí. Všetky tipy spomenuté v tomto článku sú zahrnuté v týchto publikáciách. 

Ing. Ján Šuchaň, Certified Profibus Engineer, ControlSystem, s.r.o.