Profibusネットワークレイテンシーとデータ損失の問題のトラブルシューティング

予防接種と一般的な問題の紹介

Profibus(プロセスフィールドバス)は、製造およびプロセスオートメーションにおけるセンサー、アクチュエータ、PLCを接続し、最も広く採用された産業通信規格の1つです。 RS-485物理レイヤー技術に基づいて、Profibusは、最大12 Mbit /秒のデータレートで動作し、決定的で信頼性の高いデータ交換を提供します。堅牢性にもかかわらず、ネットワークのレイテンシーとデータ損失は、パフォーマンスを劣化させ、生産停止を引き起こし、コストダウンタイムダウンにつながる可能性があります。根本的なシステムが故障し、システムが維持される原因は、本質的な問題です。

この記事では、コアトラブルシューティング手順を拡大し、電気的および構成の問題の根本的な探求を行い、Profibusネットワークの責任者であるエンジニアや技術者のための実用的なアドバイスを提供します。

Profibusネットワークレイテンシの理解

Profibus ネットワークのレイテンシは、マスターデバイス(例えば、PLC)のリクエストを送受信する遅延を、スレーブデバイス(例えば、リモートI/Oモジュール)から受け取ることです。許容レイテンシは、アプリケーションによって異なります。モーションコントロールは、ミリ秒単位の処理を許容する可能性があります。過剰なレイテンシは、バスタイムアウト、ウォッチング、およびインタラストデータの更新を引き起こす可能性があります。

不燃性の原因

[] レートの誤差:[]]] 同じセグメントのすべてのデバイスは、同じデータレートで動作しなければなりません。不一致は、マスターが再試行、遅延を導入する強制します。単一の誤構成されたスレーブでさえ、セグメント全体を劣化させることができます。
[]ケーブル長:]] Profibus RS-485セグメントは、バウドレートが増加すると、最大ケーブル長が減少します。 12 Mbit /秒で、最大セグメント長は約100mです。 1.5 Mbit /秒で、200mです。 93.75 kbit /秒で、最大1200メートル。これらの制限を除外すると、信号の減衰と遅延を増加させるタイミングエラーが発生します。
[] ステーションの数:] プロキシバスDPは、セグメントごとに最大126ステーション(リピーターを含む)をサポートしています。各追加のスレーブは、ポーリングサイクル時間を増加させます。マスターは、各スレーブを順次クエリする必要があります。多くのデバイスでは、バスサイクルの時間は、直接レイテンシに影響を与える、リニアに成長します。
[] ポーリングサイクル構成:[]]] マスターのバスパラメータセット(Tslot、Tqui、Trdyなど)は、タイミングスロットを定義します。誤った設定されたパラメータは、アイドルギャップや早期のタイムアウトを引き起こす可能性がある、逆に、レトリーを強制します。
[] の繰り返しやカプラー: 繰り返しは信号を再生するが、小さな伝搬遅延も導入します。繰り返しが失敗すると、遅延として現れる、発疹タイミングジッタを追加できます。

予後データの損失の問題

Profibus のデータ損失は、通常、断続的に欠落している電報、CRC エラー、または破損したペイロードとして表示されます。レイテンシーとは異なり、データ損失は、メッセージが破壊されるか、まったく受信されていないことを示しています。一般的な原因は、電気騒音、悪い接地、および物理的な欠陥を含みます。

信号の整合性および電磁干渉

Profibus は、一般的なモードノイズに本質的に耐性のある差動信号(RS-485)を使用します。ただし、可変周波数ドライブ、溶接装置、高出力ケーブルから重度の EMI が受信機を圧倒できます。Simmptoms には、ノイズソースがオフになったときに消えるスラブラディック通信障害が含まれます。シールドされたツイストペアケーブル(IEC 61158)は、正しく終了し、ループを避けるために 1 端にのみ地面を張っていなければなりません。

配線と終了エラー

各 Profibus セグメントには、両端の終端抵抗(220Ωプルアップと390Ωプルダウン)が必要です。欠損または誤った終了は、電報を破損させる信号反射を引き起こします。さらに、壊れたワイヤ、緩いコネクタ(特に一般的な9ピンDサブ)、および誤ったピンの割り当ては、断続的なデータの損失の頻繁な情報源です。 RS-485ネットワークは、デイジーチェーントポロジーに依存しています。星またはスプリート(適切な範囲内では、適切な信号を繰り返すことはできません)。

系統的トラブルシューティングアプローチ

レイテンシやデータの損失に直面した場合、任意の変更をすることなく、問題を分離するために構造化されたプロセスに従ってください。

ステップ1: 物理的な層の点検

すべてのケーブル、コネクタ、および終了抵抗器の徹底した視覚的検査から始まります。ベントピン、壊れたケーブルジャケット、またはコネクタの腐食を探します。終了抵抗器が正しくインストールされていることを確認し、許容範囲内にあることを確認するためにマルチメーターを使用してください(各端にピン3と8の間の測定 - 約220Ωを表示する必要があります)。各デバイスのバスコネクタは、エンドポイントである場合にのみ「オン」に設定されている内部の終了スイッチを持っていることを確認してください。

長いセグメントでは、ケーブルテスターを使用して、ショート、開いて、またはインピーダンスの不一致を検出します。 Profibus仕様は、150Ωの特有インピーダンスで3〜20MHzのケーブルが必要です。誤ったケーブルを使用して、重度の反射を引き起こす可能性があります。

ステップ2:構成検証

実際のハードウェアに対するプロジェクト構成全体を確認します。各スレーブには独自のProfibusアドレス(1–125; アドレス 0 が masters 、126 の委託ツールで予約されます)が含まれていることを確認してください。重複するアドレスは、データ損失のような通信衝突を引き起こします。バウドレートとバスのパラメーターを確認します。多くの設定ツール(例: ])) Siemens TIA Portal または Profibus International [FLT:[FLT] パラメータをマスターに読み込む] と、マスターパラメータをマスターにチェックします。

スレーブのGSD(General Station Description)ファイルをチェックしてください。正しいバージョンでインストールされたハードウェアと一致することを確認してください。誤ったGSDは、マスターが誤ったデータの長さを期待し、データ損失として現れるエラーにつながる可能性があります。

ステップ3:トラフィックとタイミング分析

]などのProfibus診断ツールを使用します。Procentec ProfiTraceまたはバスのトラフィックをキャプチャする類似のアナライザ。これらのツールは、電報カウント、エラーフレーム、バスの負荷率を表示します。高バス負荷(平均50〜60%)は、遅延のリスクを増加させます。アプリケーションが本当にそのようなトラフィックを必要とするかどうかを検討してください。繰り返しCRCエラーやトークンの回転の問題(Profibus FMSまたはマルチマスター設定)を検索して、バスのサイクルを分析することもできます。期待する値も測定します。

タイミングによるデータの損失は、特定のスレーブ電報のスプラディックCRCエラーとしてしばしば表示されます。アナライザのタイムスタンプは、植物床(例えば、モーターが始まる)活動でエラーを関連付けるのに役立ちます。

ステップ4:EMIと接地チェック

ケーブルのルーティングを点検して下さい- Profibusケーブルは電源ケーブルから少なくとも20 cmであり、避けられないとき90度でそれらを交差するべきです。すべての装置が共通の参照の地面(Profibusケーブルの地上線)を共有することを確かめて下さい。知られている騒音源の近くでケーブルでフェライトの中心を使用して下さい。

デバイス間の地上の潜在的な差を測定する - 理想的には1 V未満でなければなりません。より大きな違いは、トランシーバーの許容を超える一般的なモード電圧を引き起こすことができるグラウンドループを示しています(±7 V典型的)。地上ループを破壊するガルバニック絶縁でRS-485リピータをインストールします。

高度な診断ツールとテクニック

Profibus Analyzer の使用

ProfiTrace 2やソフトウェアツール(例えば、Wireshark は USB インターフェイスを介して Profibus のdissector )のようなハードウェアアナライザは、深い洞察を提供します。それらは、「ステーションを従順に」、間違ったアドレス、CRC エラー、または「承認なし」という欠陥を分類できます。特定のスレーブアドレスをフィルタリングすることにより、すべての試みと応答を見ることができます。スレーブが応答しない場合、問題は物理的(電源障害、壊れたケーブル、または間違ったアドレス)です。応答がCRC またはエラーが発生した場合、CRC またはエラーが発生した可能性があります。

振動子およびビットタイミング

振動子上のRS-485差動信号(ピン3と8)を観察すると、信号品質が明らかになります。クリーンな移行、適切な電圧レベル(論理0/1の±0.2 Vししきい値の間)、およびオーバーシュートまたはリングの欠如を探します。高ベイドレートでは、単一の無確定なスタブは、主要なパルス後に顕著な反射を作成できます。スコープは、バスが適切にバイアス状態であることを確認するのに役立ちます(BVは200V)。

予防的メンテナンスとベストプラクティス

積極的な対策は、レイテンシーとデータの損失の事故の頻度を大幅に削減します。

ケーブリングおよびコネクターの維持

唯一のProfibus-gradeシールドねじれ式ケーブル(IEC 61158)あたりA/Bタイプ。
破損したコネクタをすぐに交換します。9ピンのD-subのはんだジョイントは、振動の年後の亀裂をすることができます。
取り外し可能な場合のレトルク終了抵抗器プラグ - 緩い接触は断続的な欠陥を引き起こします。
簡単なトラブルシューティングのために各セグメントおよびデバイスアドレスをラベル付けします。

ネットワークのセグメンテーションと冗長性

複数のセグメントに大きなネットワークを分割するリピーターを使用して。各セグメントは、独自の終端を持つ別々のバスとして機能し、1つの欠陥セグメントの影響を制限します。重要なアプリケーションの場合、異なるProfibusライン上で通信する2つのPLC(例えば、異なるProfibusライン)の冗長マスター構成を考慮するか、または、光学ファイバーインターフェイス(例えば、])を使用して、長距離および高EMI環境のための光ファイバー上のProfibus。

ファームウェアとソフトウェアの更新

最新ファームウェアバージョンに更新されたマスター、スレーブ、ゲートウェイをすべて保持します。製造業者は、タイミングバグの修正、CRCエラーの処理の改善、ノイズの免疫の改善など、さまざまな修正を頻繁にリリースします。 GSDファイルと設定ツールをそれに応じて更新します。

コンテンツ

Profibus ネットワークレイテンシーとデータ損失は、方法論的にアプローチしたときに解決できる問題です。徹底した物理的検査、正しい構成、トラフィック分析、ベストプラクティスの地盤化を組み合わせることで、エンジニアは決定的なパフォーマンスを回復できます。適切な診断ツールに投資し、Profibus の基礎に関するメンテナンス担当者を訓練します。安定したネットワークは、計画されていないダウンタイムを削減し、自動化機器の寿命を延ばします。