Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích

Průmyslové datové sběrnice pracují při na­prosto rozdílných podmínkách, než je běž­né u komerčních datových sítí. V průmyslo­vém prostředí působí na zařízení, jako jsou např. PLC, síťové kontroléry a další části da­tové sítě podporující řízení výrobního pro­cesu, mnoho vnějších vlivů. Tyto vlivy lze rozdělit na dvě kategorie, a to rušivé pod­mínky prostředí a elektrická rušení.
Seznamte se s více informacemi uvnitř článku a poznejte bateriové osciloskopy Fluke 215 a Fluke 225.


1) Rušivé podmínky prostředí, které zahrnují mechanické vibrace, velké změny teploty, velká úroveň vlhkosti a špatná kvalita ovzduší, způsobená chemickým znečištěním a další vlivy. Přičemž tyto vlivy mohou způsobit trvalé nebo částečné přerušení spojení, korozi vodičů a propojovacích míst anebo změny impedance.


2) Elektrické rušení, přicházející z rozličných zdrojů. Jističe výkonového napájení při vypínání a zapínání generují špičky napětí.
Dopravníkové pásy a mechanické pohony produkují vysokonapěťové statické rázy do elektronických systémů. Změny v zátěži obvodů v provoze vytvářejí změny napájecího napětí a mnoho dalších možných zdrojů rušení.


Oba tyto zdroje rušení mohou přechodně nebo trvale nepříznivě ovlivňovat součásti datového systému, a to zakončovací prvky, vstupní komponenty i kabeláž. Výsledkem je často rušení na úrovni milivoltových signálů, které narušuje výrobní procesy. Tato situace pak vytváří potřebu zabránit takovýmto potenciálním komunikačním problémům a ukazuje možnost monitorování potíží na průmyslových komunikačních systémech pomocí osciloskopu.
Při problému například na systému Fieldbus je třeba nejprve zdokumentovat současné změny systému a klást si následující otázky:
Jsou některé části nebo zařízení systému odpojena?

Bylo něco do systému přidáno nebo modifikováno před tím, než problém nastal?
Určit co pracuje a co ne.

Sepsat co bylo pozorováno proti tomu, co bylo předpokládáno.
Vystopovat odkud mohou pocházet rušení a spojit je nastalými událostmi, jako jsou zapínání motorů, přerušování pojistek, rozsvěcení světel a podobně.
Dále je potřeba provést měření na datové síti a pochopit oč jde. Přitom musíme pečlivě dokumentovat každé měření. Co a kde bylo přesně měřeno. Za jakých podmínek toto měření proběhlo.
Začneme měřením na obou koncích vedení a porovnáme výsledky. Dále měříme na jednom nebo více místech podél vedení a porovnáme výsledky. Má-li jedno zařízení problém, provedeme měření poblíž tohoto zařízení. Je-li problém na více zařízeních, snažíme se srovnáváním nalézt místo příčiny. Pokud bylo přidáno nějaké zařízení či provedena změna v nastavení samozřejmě měříme v těchto místech.
Snažíme se zjistit který segment má problém a který ne. Pro nalezení rozdílů a problémů je třeba provést mnoho měření, která zahrnují tato:
- Kapacita a odpor mezi vodiči
- Nedostatečné stínění a kontakt vodičů
- Stejnosměrná napětí
- Úrovně střídavých signálů
- Šum a kvalita signálu
Pro takováto měření vyvinula společnost Fluke několik přístrojů, postavených na bázi populárních scopemetrů řady Fluke 120 a Fluke190.
Jedná se o kompaktní na baterie pracující přístroje zahrnující dvoukanálový osciloskop, digitální multimetr a rozšíření o potřebné funkce pro ověřování průmyslových sběrnic. Oba kanály přístroje Fluke 125 jsou galvanicky oddělené od země přístroje. Přístroje tedy pracují s tak zvanou plovoucí zemí. U přístrojů řady Fluke 225 (obr. 1) pak jsou navíc navzájem odděleny i oba kanály přístroje.

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr1-1.jpg

Obr. 1 Scopemeter Fluke 225

Takováto konstrukce přináší důležitou schopnost neovlivnit měřený obvod, což je zvláště při měření na sběrnicích důležité. Obě řady přístrojů jsou samozřejmě vybaveny možností ukládat naměřené výsledky do paměti pro další zpracování, například pro vytvoření zprávy o měření.
Většina průmyslových sběrnic, jako například Fieldbus, kterou zde vezmeme jako příklad, vytváří dlouhá vedení. U sběrnice Fieldbus i dalších se jedná o vedení o dvou vodičích s polaritou + a - proti zemi.

Při ověřování funkce je obvykle nutné měřit napětí proti zemi. Pro takové měření bývá jako referenční zem používáno stínění vedení, které vždy nemusí být připojeno na kostru zařízení či zem v místě přístroje. Dle specifikace sběrnice, stínění má být připojeno pouze v jednou místě na zem či kostru, tak aby, nebyli tvořeni zemní smyčky, a tím nebylo produkováno rušení.
Další potřebnou kontrolou při ověřování poruchy nebo uvádění do provozu nového vedení, je kontrola kapacit vedení a zjištění případných svodů a zkratů na vedení a propojovacích bodech. Pro všechny tyto kontroly lze s výhodou použít funkce zabudovaného multimetru, který využívá třetí pár svorek jak u přístrojů
řady Fluke 125 tak i u Fluke 225.

Tyto svorky jsou samozřejmě také plovoucí proti zemi.
Lze tak snadno ověřit kapacitu mezi datovými vodiči a stíněním, vodiči navzájem, ověřit případný svod či přerušení (obr. 2).

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr2-1.jpg

Obr. 2 Ověření případného svodu či přerušení


Velmi důležitá je u Fieldbusu úroveň napájecího napětí. Protože napájení je rozváděno po vedení může docházet k jeho poklesu, a jeho
nízká úroveň pak způsobí špatnou funkci koncových zařízení. Minimální napájecí napětí u Fieldbusu je 9 V a maximální pak 32 V. Scopemetry
řady Fluke 125 i 225 mohou velmi snadno otestovat dodržení stanovených limitů napájení automaticky porovnáním úbytku (obr. 3) s možností uživatelsky nastavit velikost minimální a maximální hodnoty. Scopemetr pak indikuje zda je úroveň správná. Na obrázku 3 je snímek obrazovky
Fluke 125, která dále ukazuje pomocí ikony přesýpacích hodin měření času náběžné hrany signálu. Měřením předpětí v různých bodech sítě lze pak například zjistit špatná propojení konektory, dlouhé vedení atd.

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr3-1.jpg

Obr. 3 Automatický test dodržení stanovených limitů

Úroveň signálu je měřena jako napětí špička- špička střídavého průběhu signálu. Tato velikost je v přímém vztahu k impedanci vedení a jakákoliv její změna má vliv na velikost signálu.
V případě Fieldbus H1 již více než dva zakončovací prvky na vedení způsobí změnu velikosti signálu. Třetí zakončovací prvek sníží úroveň o 3 dB (-30 %) a naopak chybějící nebo poškozený zakončovací prvek způsobí zvýšení úrovně o 60 %. Jmenovitá úroveň na Fieldbusu je mezi 800 mV a 900 mV. Fluke 125 i 225 lze nastavit tak, aby měřil jak úroveň špička-špička, tak i nejvyšší a nejnižší úroveň signálu. Toto měření je patrné na obrázku 4.

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr4-1.jpg

Obr. 4 Měření úrovně špička-špička i nejvyšších a nejnižších úrovní signálu

Dochází-li například k problémům na některém zařízení, měříme na všech stranách spojovacího bodu, zde by neměli být žádné rozdíly v úrovni signálu.
Měříme také na konci u zařízení i na opačném konci vedení, a provedeme srovnání s hodnotami na propojovacím bodě.
V režimu vysílání by zařízení mělo generovat 800-900 mV špička-špička. Pokud je toto napětí kolem 1 V je problém se zakončením.
V běžném provozu jsou akceptovatelné úrovně 250-950 mV. Při úrovních pod 250 mV Fieldbus bude vykazovat chyby. Kromě správných úrovní napájení a úrovně signálu je samozřejmě u průmyslových sběrnic velmi důležitá i kvalita signálu. Sem patří kromě vlastního rušení datového signálu vnějšími vlivy
i rychlost náběžné a sestupné hrany jednotlivých impulzů. U Fieldbusu H1 není tento parametr příliš kritický, ale u ostáních sběrnic pracujících
na vyšších rychlostech tento parametr může být zásadním problémem. Z tohoto důvodu jak Fluke 125 tak i Fluke 225 jsou vybaveny měřením a vyhodnocením tohoto parametru.
Rychlost hran může indikovat například přílišnou délku segmentu při kulatých hranách nebo nevhodné či poškozené zakončovací prvky. Stejně tak zákmity na průběhu indikují problém na vedení. K problémům s přenosem přispívá i kolísání hodinové frekvence signálu nazývané Jitter, které většinou způsobuje rozpad
spojení.Přístroje Fluke 125 a 225 všechny toto parametry měří a zobrazují ve formě jednoho parametru, jak je vidět opět na obrázku 4, případně
je možné přejít do grafického zobrazení signálových parametrů a sledovat například přenosové parametry jako průběh tvaru vlny nebo ve formě „diagramu oka" známého například z telekomunikační techniky. Při tomto zobrazení dochází k překládání velkého počtu průběhů přes sebe. Toto měření sice nezobrazí
rychlé aktivity sběrnice, ale velmi dobře indikují přenosové vlastnosti (obr. 5.).

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr5-1.jpg

Obr. 5 Indikace přenosových vlastností přenosového zařízení

V blízkosti přenosového zařízení bude úroveň signálu větší a i velikost oka větší. Dále od přenosového zařízení bude vnitřní prostor oka menší.

Tento diagram může signalizovat také úroveň šumu v signálech. Využitím standardní osciloskopické funkce lze zobrazit samozřejmě i reálný průběh signálů a ověřit tak například skutečný tvar a zjistit rušivé impulzy způsobující poruchy přenosu (obr. 6)

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr6.jpg

Obr. 6 Zobrazení reálného průběhu signálů


Přístroje řady Fluke 125 a 255 podporují množství průmyslových sběrnic jak pomalých, jako jsou Foundation Fieldbus, MOD-bus a CANbus, tak i sběrnice rychlé, jako Ethernet 10/100 Mb, Profibus a další. Pro možnost připojení k daným průmyslovým systémům jsou k dispozici různé připojovací přechodky (obr. 7)
a speciální hroty (obr 8).

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr7.jpg

Obr. 7 Příklad připojovacích přechodek

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích obr8.jpg

Obr. 8 Příklad speciálních hrotů

Další podrobnosti o přístrojích pro ověřování průmyslových sběrnic a případně školeních z této oblasti získáte u zástupce firmy Fluke
pro ČR společnosti Blue Panther Instruments (www.blue-panther.cz).

Autor: Ing. Jaroslav Smetana

Publikováno: časopis Elektro ročník: 2009 číslo: 5 strana: 45

Publikováno: časopis ETM ročník: 2009 číslo: 5 strana: 42

Verze v PDF: Časopis Elektro - Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích

Verze v PDF: Časopis ETM - Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích

Elektronická verze: http://www.odbornecasopisy.cz

Elektronická verze: http://www.etm.cz

 
live chat service provider