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La física del bus en la red Profibus

A nivel mundial, Profibus es el bus de campo digital más difundido, pero aun cuando se instala correctamente puede producirse una disminución progresiva de las reservas de operación en la comunicación del bus de campo. Esto puede causar, en última instancia, graves trastornos de la comunicación y provocar interrupciones repentinas en la producción.

Una red Profibus siempre debe revisarse cuidadosamente. A nivel de la capa física (Physical Layer), pueden realizarse diferentes tipos de análisis en redes Profibus. Además de la revisión de los cables (incluyendo las terminaciones de bus), se miden las señales eléctricas de la tecnología de transmisión EIA-485 y se examinan los parámetros característicos de la comunicación Profibus.

En este sentido, los primeros indicios del estado físico de un sistema Profibus- DP los entrega la prueba de los cables, la que permite detectar errores de cableado que generan errores esporádicos irreproducibles a causa de una mayor susceptibilidad y conllevan a una pérdida de comunicación (Figura 1). Además, con este test, es posible detectar roturas de línea o blindaje, hilos intercambiados y cortocircuitos entre las dos líneas de señal Profibus o entre línea de señal y blindaje. Asimismo, se pueden descubrir ramas de líneas, tramos de línea no homogéneas y terminaciones incorrectas o sin suministro de tensión.

El reconocimiento de la topología (Figura 2) provee información si se llevó a cabo correctamente el cableado de los segmentos de la red Profibus.

Figura 1. Prueba de cable con Profibus-Tester.

simulador de maestro quien consulta de forma individual a todos los miembros del bus existentes.

Al esperar las respuestas, el maestro varía la impedancia del cable.

Basándose en los resultados de esta prueba, se determina el orden de todos los esclavos pasivos y sus distancias correspondientes al simulador maestro Profibus.


Siguiendo la pista a la calidad de transmisión

Un criterio importante para la evaluación de una señal eléctrica en la comunicación Profibus es el valor de la calidad, el que se compone de diferentes parámetros que describen la calidad de una red como, por ejemplo, mediciones de voltajes, cálculos de pendientes de frentes, sobremodulación, subarmónicas y caídas de señal por reflexiones. Las deformaciones permanentes de señal causadas por la misma línea de transmisión tienen un impacto directo sobre el valor de calidad, mientras que perturbaciones esporádicas causadas por interferencias electromagnéticas no se tienen en cuenta.

Figura 2. Diagnóstico de red Profibus.

La relación señal a ruido (en inglés, “Signal to Noise Ratio” o SNR) proporciona información sobre la frecuencia de las desviaciones de la forma de onda ideal. Tales desviaciones pueden ser causadas por influencias externas (interferencia electromagnética), por efectos adversos en el cableado (reflexiones, atenuación), y drivers de buses defectuosos en los participantes. También es posible que las perturbaciones se acoplen a través de un participante del bus. Con la SNR es posible detectar las fallas esporádicas.

Otro parámetro importante en el análisis físico del bus en una red Profibus-DP es la pendiente de frentes. Para su determinación, se analiza la forma de onda (Figura 3) a través de cambios de señal de 0 lógico a 1 lógico (y viceversa). Una alternativa adicional para el análisis de señales eléctricas en la comunicación Profibus-DP la ofrece el osciloscopio, en los que se muestra la forma de onda de la tensión aplicada en las líneas de señal. La visualización está basada en un trigger (disparador) definido por el usuario para el registro de una señal de un telegrama determinado. La forma de onda permite la detección de deformaciones de señal, así como reflexiones en la línea debido a cables instalados de forma incorrecta o fallos físicos en la red. Mediante la forma de onda, se pueden descubrir diferentes causas de errores con mayor precisión comparado con métricas comprimidas como valor de calidad o relación señal a ruido. Sin embargo, una interpretación detallada de la forma de onda requiere la experiencia y los conocimientos técnicos apropiados.

Figura 3. Análisis de forma de onda en red Profibus.

Tecnología de transmisión especial para la automatización de procesos

También pueden examinarse el cableado y las señales en las redes Profibus-PA. No obstante, requiere métodos de ensayo distintos de Profibus-DP, pues se utiliza la técnica de transmisión de Manchester Coded Bus Powered (MBP). De este modo, los dispositivos conectados pueden ser alimentados a través del bus.

El análisis físico del bus de redes Profibus- PA incluye diversas mediciones. Los métodos de análisis físicos individuales pueden combinarse para una evaluación global de un segmento Profibus-PA. Por ejemplo, la medición de la tensión continua en dicho segmento tiene que dar resultados entre 9V y 32V a lo largo del bus para estar de acuerdo a la norma. Si se detecta una tensión continua menor al límite inferior definido por el usuario (normalmente de 9 V), aparece un mensaje de error.

Otro indicador para la calidad de la señal es la medición de los niveles de la señal de corriente alterna modulada para cada participante. Además, es posible medir para cada participante de una red Profibus- PA la desviación del valor nominal de la velocidad de transmisión de 31,25 Kbit/s y además se puede determinar la polaridad de la señal de comunicación para cada participante.


Artículo gentileza de Fabelec Ltda. Artículo original (en alemán) fue publicado en la revista SPS-Magazin (09/09/15). Por Georg Süss y Dr. Hans Endl, ambos de Softing Industrial Automation GmbH. www.fabelec.cl
Septiembre 2016
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