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Tutorial: Cosa posso fare con ProfiTrace 2?

02 luglio 2018

Un analizzatore di rete è uno strumento essenziale per trovare i problemi sul bus, monitorare e in generale controllare lo stato di salute della rete. Permette all’utilizzatore di vedere i telegrammi effettivamente trasmessi da un dispositivo a un altro. [Articolo di Andy Verwer, Verwer Training & Consulting Ltd]

Analizzatori per la rete PROFIBUS sono venduti da diversi produttori, tuttavia essi variano enormemente per capacità di analisi, facilità di utilizzo e prezzo.

Un analizzatore base per rete PROFIBUS dovrebbe avere le seguenti caratteristiche:

1. Acquisizione e visualizzazione dei messaggi con l’abilità di ‘triggerare’ determinati telegrammi o condizioni. Questo permette di esaminare telegrammi che si presentano in modo sporadico (una volta ogni decina di secondi è infatti una ricorrenza occasionale su una rete che viaggia a velocità elevate). Individuare questi errori non è semplice, è come cercare un ago nel pagliaio.

2. Possibilità di filtrare i messaggi per permettere di mostrare solo quelli desiderati. Questo permetterebbe di nascondere telegrammi a cui non siamo troppo interessati e che quindi possono essere tralasciati.

3. Live List per avere una visione di insieme di tutti i dispositivi connessi alla rete. Una panoramica sui dispositivi presenti e sul loro stato di funzionamento.

4. Al fine di fare una diagnosi dei problemi di cablaggio (causati dai cavi non idonei, connettori o dispositivi con interfaccia di bus malfunzionante), dobbiamo essere in grado di vedere la forma d’onda del segnale presente sul bus. Pochi analizzatori presenti sul mercato hanno un visualizzatore di forme d’onda integrato di base, che permetta anche di fare un trigger per visualizzare il segnale da un dispositivo particolare.

5. Per rendere l’analizzatore utile nelle situazioni reali all’interno di un impianto di produzione, diventa essenziale che esso sia portatile e che possa funzionare senza alimentazione. In passato si usavano analizzatori e oscilloscopio distinti con diverse connessioni al bus, alimentazione separata e numerosi cavi con cui fare i conti. Era quindi complicato girare per l’impianto con tutti questi strumenti.

6. Infine, per essere in grado di connettere l’analizzatore ad una rete funzionante senza che ci sia il blocco della comunicazione, esso dovrebbe garantire un’impedenza di carico bassa. L’analizzatore non dovrebbe richiedere la presenza di lunghe linee “stub” o “spur”. Una linea spur è semplicemente un cavo che connette l’analizzatore alla rete. Ma perché non si deve utilizzare una lunga linea spur? Linee spur troppo lunghe (come un cavo troppo lungo per connettere l’analizzatore) possono causare riflessioni di segnale all’interno del cavo e questo potrebbe corrompere i messaggi che viaggiano ad alta velocità da un dispositivo ad un altro.

Come avremo modo di scoprire, ProfiTrace 2, dispositivo potente per l’analisi della rete, è molto più di un analizzatore di base per reti PROFIBUS, infatti presenta una serie di caratteristiche che altri analizzatori non possiedono e che lo hanno decretato il dispositivo per il troubleshooting PROFIBUS più usato dai centri di Competenza riconosciuti da PROFIBUS International. 

Ecco una breve lista:
• Analizzatore PROFIBUS ad alta velocità con minimo carico sul bus
• Piena decodifica dei telegrammi (DP, PA e DPV1)
• Statistiche della rete per un controllo della salute della rete
• Oscilloscopio integrato per la visualizzazione delle forme d’onda
• Visione dell’intensità del segnale tramite un grafico a barre
• Connessione diretta a segmenti PROFIBUS DP o segmenti PA non-EX
• Scansione della topologia della rete e del layout dei dispositivi
• Generazione di un report automatico e personalizzabile.

ProfiTrace 2 Vaigia portatile PROFIBUS analizzatore

Il kit è contenuto in una valigetta portatile, pratico e comodo.

 Ora esamineremo alcuni esempi di problemi legati alla rete che possono essere diagnosticati e localizzati con il kit ProfiTrace Ultra.

Errori di comunicazione

Quando utilizziamo ProfiTrace 2 in una rete in funzione, non avremo bisogno di creare una lunga linea spur, questo grazie all’hardware in dotazione, il ProfiCore (Figura 2). Esso è un dispositivo hardware tascabile che comunica con il ProfiTrace 2 (software installato sul PC) tramite un cavo USB. Nota importante è che il ProfiCore è alimentato grazie alla connessione con il PC: non è necessario avere un cavo supplementare di alimentazione.

Connessione del ProfiCore
Connessione del ProfiCore

Ora possiamo avviare il software ProfiTrace 2 sul nostro portatile. Che cosa succede a questo punto? 

Già all’avvio del programma ci viene presentata una schermata dove si intuisce immediatamente lo stato della rete grazie ad un semaforo. Il verde indica che la rete è in buono stato, giallo indica di porre attenzione e prendere eventuali precauzioni e infine rosso segnala la presenza di un problema serio che deve essere immediatamente risolto.

 

Un buon punto di partenza è quello di esaminare la “Live List”, una overview della rete che mostra i dispositivi connessi e il loro stato cioè se sono attivi, in scambio dati o in errore. L’interpretazione è semplice e immediata grazie al colore univoco assegnato dal sistema.

 

ProfiTrace Livelist

Si possono diagnosticare velocemente alcuni problemi, come ad esempio:
Slave e Master possono differenziarsi sulla live list per il colore del font. Non bisogna pensare che un dispositivo che passa da un font blu a rosso o viceversa abbia dei problemi: semplicemente significa che quel dispositivo può comportarsi come master/slave. Alcuni PLC e i dispositivi HMI si comportano in questa maniera.

• Se gli Slave connessi mostrano un colore di sfondo rosso nella live list significa che vi è un “errore di parametrizzazione”. Questo è causato di solito da una configurazione errata del dispositivo (File GSD) nel master. ProfiTrace 2 rende la diagnosi ancora più semplice perché la live list ci mostra il numero di identificazione del dispositivo (ID number) e il nome del modello insieme con il numero configurato dell’ID number e il nome del modello per eseguire un confronto. Semplice!

• Slave con lo sfondo di colore viola indicano un “errore di configurazione”. Gli errori di configurazione sono causati da moduli configurati in modo errato nel dispositivo, oppure moduli non idonei che vengono collegati direttamente al dispositivo fisico. ProfiTrace 2 può addirittura mostrarci i moduli che attualmente sono configurati nel master e questo ci permette di individuare subito il problema. Se disponi di una licenza ProfiCaptain (con master di classe1/classe2) è addirittura possibile leggere da remoto i moduli collegati al dispositivo fisico.

• Slave che non sono presenti sul bus anche se noi pensiamo che essi siano stati configurati, mostreranno un rettangolo completamente bianco in live list. Questo può dipendere da un dispositivo malfunzionante, non alimentato correttamente oppure indirizzo sbagliato settato nel dispositivo. Oppure non è stato ancora installato? Sfortunatamente per capire quali di queste circostanze si tratti, dovrai alzarti, camminare fino al dispositivo e guardare. Non c’è modo di fare diversamente.

• Slave che hanno sfondo bianco ma all’interno un font blu sono presenti sulla linea di bus, ma non stanno scambiando dati. Come è possibile? Essi potrebbero non essere stati configurati nel master. Oppure il dispositivo ha un indirizzo errato. Ma questo è tutto, più semplice di quanto pensassimo inizialmente.

Alcuni problemi sono più difficili da individuare, come ad esempio la duplicazione di un indirizzo, problemi intermittenti di una linea o malfunzionamenti vari dei dispositivi. Con un po' di formazione si potrà rapidamente imparare a riconoscere, diagnosticare e risolvere queste problematiche. E’ possibile individuare tutti questi disservizi grazie ad un training della durata di circa un giorno (Troubleshooting & Maintenance). Se si necessita di una formazione più approfondita, si consiglia di frequentare il Certified PROFIBUS Engineer course, che prevede un attestato finale di Certified Engineer riconosciuto da PI International.

Errori delle periferiche

I dispositivi PROFIBUS non solo sono provvisti di un minimo di diagnostica per comunicare un guasto, ma molti di essi hanno anche azioni di diagnostica “attiva ed estesa”, cioè forniscono dettagli sull’errore di periferica.
Un errore di periferica è associato ad un errore del sensore, attuatore, dispositivo I/O.
Queste informazioni di ‘diagnostica estesa’ vengono indicate su ProfiTrace da un quadratino rosso lampeggiante all’interno della Live List. 

Peripheral faults
Errori nelle periferiche

 

 

 

 

 

Possiamo anche acquisire il telegramma di diagnostica del dispositivo utilizzando la capacità di triggering del ProfiTrace 2.

ProfiTrace 2 interprets device related diagnostics and also module and channel delated diagnostics
ProfiTrace 2 interprets device related diagnostics

 

 Riflessioni sul segnale

Le riflessioni del segnale rappresentano la prima problematica sulle reti PROFIBUS. Esse possono essere generate da una qualsiasi discontinuità elettrica lungo il cavo, come ad esempio una linea spur molto estesa.
PROFIBUS richiede delle terminazioni per ridurre le riflessioni a fine linea, ma molte cose possono andare storte.

Posso individuare problemi di riflessione con ProfiTrace 2? Certamente sì.
L’oscilloscopio integrato ad alta velocità può mostrare la forma d’onda di qualsiasi dispositivo connesso al cavo (segmento) permettendo anche di rilevare la presenza di riflessioni. Esse generano dei picchi brevi ma intensi nel segnale. 

Reflections can be easily seen on the ProfiTrace oscilloscope (ScopeWare)
Reflections can be easily seen on the ProfiTrace oscilloscope (ScopeWare)

 

Non solo si ha la possibilità di determinare le riflessioni, ma utilizzando una semplice tecnica è possibile misurare rapidamente la distanza tra qualsiasi dispositivo sul segmento e la causa della riflessione, in modo da individuare subito il problema. Senza ProfiTrace 2, localizzare la causa del fenomeno di riflessione è molto difficile. Perché questo? Perché i dispositivi che sono più affetti dalla riflessione sono di solito lontani dalla causa che ha generato il fenomeno. Con ProfiTrace 2 e una formazione di base è possibile individuare il guasto lungo il cavo entro 1 metro. 

Misurare la lunghezza del cavo

Abbiamo visto precedentemente che normalmente connettiamo l’interfaccia ProfiCore alla rete PROFIBUS tramite un piccolo connettore TAP. Questo connettore altro non è che una piccola rete spur che causa una leggera riflessione. La riflessione è di entità molto piccola e questo non causerà problemi particolari. La leggera riflessione generata da questa linea spur può comunque essere utile per misurare la lunghezza del cavo di ogni dispositivo nel segmento. Utilizzando il ‘TAP connector’ incluso nella valigetta, si va a cambiare l’impedenza caratteristica del cavo, si genera perciò una riflessione del segnale. Quando il dispositivo, collocato a n metri dal TAP, manda un messaggio. Questo messaggio viaggia lungo la linea e arriva al TAP dove verrà riflesso. Misurando il tempo dall’inizio del bit (positivo o negativo) al momento della riflessione si può sapere a che distanza è il dispositivo rispetto al TAP.

Con la nuova funzionalità di Cable Length measurement è possibile avere una misura passiva del cavo con pochi click. Questa funzione è presente dalla versione 2.9.6 di ProfiTrace2.

Verifica dello stato di salute della rete

Alcuni ingegneri chiamati per fare assistenza tecnica sono convinti che il loro lavoro sia finito nel momento stesso in cui non si accendono più le “spie rosse”. Sebbene l’assenza di Bus Fault (le spie rosse) mostri che lo slave è in scambio dati con il master, non possiamo però desumere la qualità della comunicazione tra i due dispositivi. E’ più che plausibile (e anche piuttosto comune) che gli slave abbiano problemi anche se la linea non cade. Questo perché il protocollo PROFIBUS è molto robusto e continua a funzionare anche nell’eventualità di errori occasionali. Il master ripeterà la richiesta fatta qualora non vi sia una prima risposta da parte dello slave. Solo nell’eventualità in cui il numero di tentavi (retry) venga superato, il master terminerà il tentativo di comunicazione e verrà segnalato un bus-fault.
Quindi anche se non sembrano esserci problemi gravi sulla linea, è necessario usare ProfiTrace 2 per verificarne il reale stato di salute.

ProfiTrace 2 fornisce un gran numero di statistiche che mostrano se ci sono errori sul bus ed è in grado di rilevare anche errori sporadici.
Le più importanti statistiche del ProfiTrace 2 includono:

• Conteggio totale di retry effettuati – tentativi totali per ogni slave;
• Conteggio del numero di tentativi nel caso peggiore– numero massimo di tentativi consecutivi per ogni slave;
• Conteggio dei Sync – numero di volte in cui il master tenta di stabilire un contatto con uno slave che non risponde;
• Calcolo del numero di telegrammi illegali o corrotti per ogni slave;
• Calcolo dei messaggi di diagnostica – indica se ci sono state richieste di diagnostica da parte del master, possibile indice di errori periferici;
• Il massimo e il minimo del tempo di ciclo – indica il jitter nel tempo di ciclo per ogni slave e la possibilità che esista un problema da approfondire.

La modalità statistica del ProfiTrace 2 lavora in background, anche quando si stanno utilizzando altre funzionalità del software. La pagina della statistica ci comunica ogni fault registrato da quando è stato lanciato o resettato il ProfiTrace 2.

ProfiTrace statistics
ProfiTrace statistics

E’ piuttosto probabile che il segnale reale, viaggiando nella porzione di cavo prima del repeater, sia di qualità molto bassa a causa di fenomeni di interferenza e riflessioni, ma che invece il segnale che vedremo a schermo possa sembrare buono perché quello originale è stato ricreato dal repeater stesso.

Perciò, riassumendo, bisogna porre l’attenzione sul controllo delle forme d’onda di ogni segmento e controllare l’ampiezza e la qualità del segnale di ogni dispositivo del segmento. Dovremmo inoltre controllare le forme d’onda dei repeater triggerando un dispositivo che sia lontano da esso. Questo dovrebbe essere fatto in aggiunta al controllo statistico descritto precedentemente.

Segmenti PA

ProfiCore Ultra ha un interfaccia integrata RS-485 per una diretta connessione con i segmenti DP. Perciò come eseguire un controllo della rete con segmenti PA?
Basta utilizzare la sonda PA Probe Ultra (acquistando la versione PRO del Troubleshooting Kit di PROCENTEC). Questo dispositivo fornisce un’interfaccia trasparente al segnale Manchester Bus Powered (MBP) utilizzato dai segmenti e dispositivi PA. La sonda PA Probe Ultra non solo permette di leggere telegrammi e statistiche direttamente dal cavo PA, ma è dotata dell’elettronica necessaria per potersi interfacciare con l’oscilloscopio del ProfiTrace 2 e visualizzare il segnale PA.

PA signal
PA signal

 

Conclusioni

Grazie a ProfiTrace 2 quindi abbiamo finalmente a disposizione uno strumento che possa essere utilizzato per eseguire un controllo intensivo del protocollo PROFIBUS sia PA che DP. 

Unendo l’uso di ProfiTrace con una formazione su PROFIBUS è possibile individuare e risolvere la maggior parte dei problemi sugli impianti, con un enorme risparmio di costi per le attività di manutenzione. 

  

 

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