Introdução. Plantas fabris são automatizadas utilizando redes industriais - PDF
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Débora Marinho Regueira
1 Análise e verificação de redes industriais
2 Introdução Plantas fabris são automatizadas utilizando redes industriais Coleta de dados Controle do processo Automatização da produção Os sistemas estão migrando do sistema analógico para o digital redes industriais DeviceNet Fieldbus Foundation ProfiBus
3 Composição das redes industriais Rede de comunicação possui três elementos Cabeamento e infra-estrutura : Transmite sinais elétricos Sinalização da camada física: Sinais digitais que transmitem os dados Protocolo de comunicação: Controlar a comunicação de dados (TCP/IP, DeviceNet, ASi, ModBus, RS-485 etc). Bons cabos + Bons sinais digitais + Protocolo de operação = Comunicação de dados sem erros
4 Cabeamento Conectar dispositivos em rede requer vários elementos físicos Cabo adequado UTP/STP Coaxial AWG 18, 16, 14 outros Terminações Necessitam terminações em cada extremidade do segmento de rede Junção/Blocos terminais Estrela ou dispositivos em cadeia em um segmento Cada Rede define uma norma Comprimento máximo do cabo Impedância e/ou capacitância Resistor de terminação Número de cruzamentos ou de dispositivos conectados Cada elemento tem que estar dentro das especificações e funcionando corretamente
5 Sinalização da camada física Forma de onda analoga é usada para transmitir informações digitais sob a forma de "1" e "0" Single Ended ControlNet, RS-485, RS-232 e outras Differential Serial Data (2 ou 4 pares) CAN, DeviceNet, ProfiNet, Ethernet etc. Usa Manchester, NRZ ou PAM codificação CSMA/CD ou Switched Point to Point Sinalização devem estar em conformidade com a norma (EIA/TIA, IEC, IEEE,NBR ) Bus Power, fornece tensão DC para transdutores, atuadores e controladores Amplitude Tempo do sinal Ruido & Distorção
6 Protocolo de comunicação Sinal analógico é codificado / decodificado com a informação digital Pacote digital contém Endereçamento/Informações de cabeçalho Bits de dados Informação do protocolo Error Check Data
7 Redes industriais Redes industriais o que vai mal? 1. Sistemas de controle industriais operam em condições e ambientes agressivos Severo ambiente elétrico * Circuitos de alta tensão com disjuntores e contatores de abertura e fechamento * Grande carga nos circuitos de grandes máquinas * Aterramentos * Discargas estáticas Severa condição do ambiente de trabalho * Muita umidade e grandes variações de temperatura * Poluentes atmosféricos, tais como gases, poeira e vapores químicos Produz perturbações elétricas e ruído Causa corrosão, solta conectores = falhas intermitentes * Vibração e choque Causar problemas em redes industriais que são difíceis de diagnosticar. *Perturbações elétricas aleatoriamente pode redefinir ou perturbar os dispositivos de comunicações *Transientes podem ao longo do tempo degradar circuitos dos transceiver *Condições ambientais que provocam a corrosão dos conectores, mudança da impedância ou simplesmente abertura ou curto-circuito *Gerar reflexões de sinais, induzir ruído ou atenuar os sinais elétricos
8 Redes industriais Redes industriais o que vai mal? 2. Instalação de rede imprópria. Poucos ou muitos resistores de terminação Cabos incorretos, uso AWG 18 especificação 21.8 Ω/km, certo AWG 14 especificação 8.6 Ω/km Não checar a planta, adicionando muitos dispositivos 3. Instalação ou erros de configuração Parâmetros do dispositivo incorreto de comunicação como o limite de tempo constantes, taxas de transmissão etc 4. As coisas vão mal! dispositivos eletrônicos quebram fato da vida!
9 Problemas na rede A rede cai ou erros aleatórios estão ocorrendo o que fazer a seguir? 1. Verifique midia Verifique falhas no cabeamento 2. Verifique a integridade da sinalização elétrica Bus health 3. Analisar o desempenho do protocolo de rede
10 1) Instalação Medições dos cabos Comprimento dos cabos Distância até a falha aberto ou em curto Especificado Ethernet RJ45 e M12: Wiremap (pinagem), Crosstalk (diafonia ) Continuidade de ponta a ponta Impedância e/ou capacitância do cabo Impedância através de conexões e derivações do tronco Fluke Networks DTX or Microscanner Fluke 125 ou 225C ScopeMeter or Fluke 287 DMM
11 Medições do cabeamento Verificação do cabeamento pode ser realizado com algumas simples medições Medir capacitância entre condutores individuais e shield As leituras devem ser aproximadamente a mesma Medir a capacitância entre os dois condutores Compare as leituras com a especificação do cabo, tendo a distância do cabo em conta. Medir a resistência entre os condutores individuais e shield As leituras devem ser elevados - indicando que não há curto-circuito para o shield Install a short at the opposite end of the trunk Medir a resistência entre os condutores Isso deve medir a resistência de cobre sobre o comprimento total do tronco. Compare isto com a especificação do cabo, tendo o comprimento do cabo em conta Shield
12 Diagnostico do cabeamento Se houver um erro em uma ou mais das medições. Isolar a seção do tronco Começando pelo controlador, a resistência ou capacitância medida em cada derivação ou ligação Certifique-se de medida de continuidade através de cada conexão Elimine cada seção do tronco de uma seção de cada vez
13 2)Integridade do sinal elétrico Com a rede ativa Use um osciloscópio para medir os parâmetros-chave da onda. Tensões de alimentação e níveis de sinal, utilizando o modo de aplicação de forma de onda de captura Qualidade do sinal, usando o modo Bus Health Sinal de ruído e distorção, com exibição da onda padrão, modo eye pattern"
14 Sinal da rede industrial Principais parâmetros do sinal V Bias Hi Limit Range Rise Time CAN-Hi Fall Time Pulse Period V Bias Lo Limit Range CAN-Lo Ground Ref
15 Integridade do sinal elétrico Verifique os níveis de sinal em todo o tronco. Níveis de sinal são impactados por qualquer desvio em relação à impedância nominal. Terminadores de rede incorreta, poucos / muitos podem criar reflexos de sinais, ou distorção Terminadores adicionais podem atenuar sinal em até 3 db, 30% Os sinais são atenuados com cabos de grande comprimento ou muitos dispositivos ligados Sobre freqüências no Fieldbus, cabo AWG típico, atenua em ~ 0,3 db/100m
16 Integridade do sinal elétrico Analisar a forma de onda para anomalias de sinal Mudança offsets DC ou flutuações de onda, indica problemas de aterramento Excessivos impulsos de alta ou transientes, prova da HV equipamentos irradiando energia para o cabeamento Tente correlacionar as alterações aos acontecimentos externos, como os equipamentos de ligar / desligar
17 Integridade do sinal elétrico Rapidamente verificar parâmetros de forma de onda de críticas contra os padrões da indústrial Use 125 ScopeMeter modo Bus Health, verificar a sinalização da camada física está dentro do padrão Verificar a amplitude do sinal Procure por grandes atenuações Verifique velocidade da comunicação Verifique erros de forma de onda Distorção/ Jitter Forma de onda fora do padrão
18 Sinal da rede industrial Distorção ou Anomalias Ressonância: Problema casamento da impedância Jitter: Cria erros de sincronização do dispositivo Transientes Abertura ou fechamento disjuntor / fusíveis Descarga estática Indução de ruido por dispositivos de alta tensão tais com: VFD s Hi Efficiency lighting systems etc. Ringing Jitter Noise or Electrical interference Transient Impulses
19 Rockwell Example: VFD Induzindo ruido (Reference) DNet continua operando!
20 Rockwell Example: problema com impedância Verifique: Pontos de transição da forma de onda limites de queda e elevação do especificado. Poderia levar a erros de transmissão ou erros de temporização Possivel causa: Má conecções, falha no circuito de entrada/saida do dispositivo conectado no segmanto
21 Rockwell Example: Conector danificado, Reflecção Dano no condutor causando onda refletida Fonte da impedância
22 Rockwell Example:Descarga de alta energia Descarga elétrica de 50KV induzindo na rede DNet Verifique: Grave a forma de onda durante longos períodos ou configure para capturar apenas onda que excedam um montante definido. Possivel causa: Falhas no chaveamento, descargas indutiva nos circuitos de alta energia na mesma rede elétrica, ou estática.
23 Integridade do sinal elétrico Captura de distúrbios e distorção do sinal elétrico Usando o ScopeMeter 125 modo Eye Pattern localizando distorção e distúrbios Qualquer anomalia na amplitude ou no eixo horizontal será claramente visível The clearer the center of the eye the more distortion free the signal
24 Integridade do sinal elétrico Metodos de localização de defeitos da integridade do sinal elétrico Sempre usando como referência o sinal da rede capturando as formas de ondas e medições no comissionamento Use-os como um ponto de referência, à procura de qualquer alteração significativa. Iniciar em um lado do tronco, fazer medições ao longo do cabo de rede em cada junção ou ponto de conexão. Principais parametros documentados em cada ponto Procure por mudanças significativas Quanto mais longe da fonte de alimentação, esperamos ver mais atenuação Isolar as seções uma de cada vez, verificando se o sinal retorna ou melhora Isolar dispositivos suspeitos, removendo-os um de cada vez, testando para ver se retorna de sinalização ou melhora Use o ScopeMeter 125 para recolher dados, em seguida, tirar conclusões sobre o estado da integridade de sinal de rede
25 3) Desempenho do protocolo da rede Com a rede ativa Use um analisador de redes para: Monitorar a rede Verifique interfaces sobrecaregadas, tráfego excessivo, erros Analise da rede Veja o que esta fora e o que não esta Analise do pacote de informações Encontrando / Depurar problemas de aplicações Etherscope Consulte a Fluke para maiores informações
26 Mantenha o sistema de automação funcionando 1. Verifique o cabeamento e infra-estrutura 2. Verificar a sinalização está em conformidade com a norma 3. Analisar o desempenho do protocolo da rede