PROFIBUS y PROFINET resolución de problemas


Una de las grandes ventajas de los buses de campo y los protocolos Ethernet industriales en general, y PROFIBUS y PROFINET en particular, es la información de diagnóstico. Esta información de diagnóstico puede evitar tiempos de inactividad y acelerar la resolución de problemas en redes PROFINET.

En primer lugar, una explicación de las tecnologías: Profibus y PROFINET International (PI) crearon, apoyan y mantienen los estándares PROFIBUS y PROFINET. Ambas especificaciones forman parte del estándar IEC 61158. PROFIBUS es un protocolo que trabaja sobre dos capas físicas diferentes: RS-485 para PROFIBUS DP en aplicaciones discretas y codificación Manchester, alimentado por bus (Manchester Bus Poweed o MBP) para PROFIBUS PA en aplicaciones de proceso. PROFIBUS PA incluye suministro de energía sobre el bus y es adecuado para ambientes peligrosos. PROFINET se ejecuta en Ethernet IEEE 802.3 con cable de cobre (y fibra) e IEEE 802.11 Wireless Ethernet. PROFIBUS se integra en PROFINET utilizando un proxy. (Un proxy es como una pasarela en la que se conecta y mapea dos redes dispares, pero a diferencia de una pasarela, los proxies se definen en la especificación de PROFINET.) El concepto de proxy ha tenido tanto éxito que se ha ampliado a Interbus, DeviceNet, Foundation Fieldbus y muchos otros.

PROFIBUS y PROFINET utilizan múltiples medios para ayudar a prevenir los tiempos de inactividad y recuperarse de ellos. La primera línea de defensa son las alarmas, que se pueden anunciar en una interfaz hombre-máquina ( Human Machine Interface  o HMI). Las alarmas están disponibles en:

  • Variables de proceso (p. ej., zona 1 alta temperatura)
  • Hardware conectado (p. ej., rotura de cable en la salida digital 7 [calentador encendido])
  • Dispositivos de control (p. ej., rack 1, módulo 3 faltante)

Los protocolos PROFIBUS y PROFINET definen y soportan las alarmas. Además, los protocolos transmiten información de diagnóstico sobre las variables que se están comunicando. Una «bandera» acompaña a las variables de un instrumento de proceso e indica si el valor es bueno o sospechoso. Además, los protocolos notifican y transmiten información sobre la gestión de activos. Est información se puede utilizar para el mantenimiento predictivo o la monitorización basada en condiciones.

Finalmente, la información sobre la red en sí, también está disponible. Las herramientas de configuración de red del controlador se pueden utilizar como una herramienta de diagnóstico de primera línea. Para una red PROFIBUS, existen herramientas especiales para monitoreo ad hoc o herramientas permanentemente conectadas en la red. Existen herramientas similares disponibles para PROFINET. Adicionalmente, en PROFINET, se pueden utilizar los protocolos estándar de la tecnología de la información (IT) para monitorear la red. Estos protocolos también pueden mostrar alarmas y condiciones en un HMI.

Cuando los dispositivos necesitan ser reemplazados, hay dos métodos disponibles. Si un dispositivo PROFIBUS PA necesita ser reemplazado y se utiliza un perfil genérico, solo se requiere asignar la dirección usada en el nuevo dispositivo y reemplazar el dispositivo anterior, ¡aún si el dispositivo es de un fabricante diferente! PROFINET ofrece la funcionalidad «reemplazo de dispositivo simple» (Simple Device Replacement), donde se puede reemplazar un dispositivo sin establecer una dirección o usar un configurador o un ordenador. Simplemente reemplace el dispositivo, y el controlador lo localiza y lo activa. Los dispositivos PROFIBUS usan un conjunto de DIP switches (Dual In-line Package o DIP) o interruptores giratorios apara asignar la dirección; la configuración de PROFINET se realiza electrónicamente.

Nuevos proyectos en la industria utilizan PROFINET, pero actualmente hay más de 50 millones nodos de PROFIBUS instalados. PROFINET proporciona más espacio para direcciones, velocidades más rápidas y es a prueba de futuro, ya que aprovecha las ventajas que ofrece Ethernet. También añade capacidades de diagnóstico adicionales más allá de PROFIBUS. Comenzaremos explicando los diagnósticos de red de PROFIBUS, y luego veremos cómo PROFINET se basa en ellos.

Diagnóstico de resolución de problemas en PROFIBUS DP

Para PROFIBUS DP, la primera línea de diagnóstico es el estado de alarma. Las alarmas se pueden generar desde el proceso y desde el hardware. La Figura 1 muestra las alarmas del hardware.

Figura 1. Las alarmas de hardware

Hay herramientas para verificar la red tanto en los modos estático y on-line. Las herramientas de prueba de capa física estática pueden detectar muchos tipos de errores de cableado:

  • cables intercambiados
  • cable roto
  • cortocircuito entre líneas A-B
  • cortocircuito entre líneas A/B y malla
  • malla abierta
  • terminación excesiva o faltante
  • longitud de segmento
  • reflexiones

Las herramientas de análisis on-line se conectan a un bus operativo y realizan:

  • determinación de una «lista de vivos» (todas las estaciones activas en el bus)
  • análisis de protocolo para redes y dispositivos PROFIBUS DP y PA
  • ayuda a encontrar problemas de inicialización
  • recolección de estadísticas para detección de repeticiones, mensajes perdidos, mensajes corruptos, etc.
  • funciones de activación/decodificación/registro

Muchos proveedores proporcionan herramientas para PROFIBUS DP (RS-485). Las herramientas de análisis en tiempo de ejecución realizan funciones de osciloscopio (como formas de onda, niveles de señal y reflexiones) y determinaciones de topología de red, y ayudan a localizar errores de cableado, dispositivos defectuosos, etc.

Diagnóstico de resolución de problemas en PROFIBUS PA

Después de las alarmas, que son similares a las de PROFIBUS DP, la comprobación de la red es un buen punto de partida para solucionar problemas. Los analizadores de bus y de protocolo están disponibles de varias fuentes. Algunos dispositivos se pueden conectar permanentemente a la red y algunos son portátiles para uso ad hoc.

Durante el funcionamiento, los instrumentos PROFIBUS PA llevan un byte de estado con la variable de proceso en cada ciclo. El byte de estado proporciona información sobre la «usabilidad» del valor del proceso. El byte de estado se considera una parte integral de cualquier variable de proceso de entrada, y especifica la «calidad/estado» de la variable:

  • bueno: el valor es una variable de proceso real (PV)
  • condicionalmente utilizable: puede ser de menor precisión o puede ser un valor sustituto
  • falla: el valor no representa el PV debido a un error
  • comprobación de función/anulación local: el dispositivo está bajo control local, mantenimiento o realizando una comprobación de función
  • pasivado (alertas de diagnóstico inhibidas): dispositivo forzado a un modo inactivo por el operador

El byte de estado también indica la presencia de una advertencia o alarma del límite alto/bajo con respecto al valor de la variable de proceso, y proporciona la información sobre la condición del dispositivo:

  • Bueno: dispositivo OK, sin necesidad de mantenimiento
  • mantenimiento requerido: en base a las condiciones previas, el «margen de desgaste» se agotará a medio plazo o más rápido de lo esperado
  • mantenimiento exigido: en base a las condiciones previas, el «margen de desgaste» se agotará en el corto plazo
  • mantenimiento necesario en el corto plazo para garantizar la disponibilidad de alarma de mantenimiento: el «margen de desgaste» se agota o se produjo un defecto repentino; mantenimiento necesario inmediatamente
  • comprobación de función/anulación local: el dispositivo está bajo control local, mantenimiento o realizando una comprobación de función

Información de administración de activos: los proveedores pueden incorporar muchas capacidades en los dispositivos, incluida la predicción de fallas (para mejorar la disponibilidad de activos) o mensajes detallados para el técnico de mantenimiento. Los usuarios pueden ajustar los límites para que coincidan con su proceso como en este ejemplo:

Perfiles: los dispositivos PROFIBUS PA se proporcionan con uno de dos tipos de perfiles de aplicación. (Un perfil de aplicación es un archivo que es un objeto. Define las características del instrumento al que acompaña.) El perfil específico del fabricante permite que el fabricante amplíe el perfil para incluir las características singulares de sus dispositivos. Pero los perfiles genéricos disponibles para su descarga desde PI permiten sustituir un dispositivo por uno de otro fabricante. El uso del perfil genérico es un beneficio claro para el usuario si un dispositivo necesita ser reemplazado y un dispositivo exacto que coincida no está disponible.

Diagnóstico de resolución de problemas en PROFINET

PROFINET utiliza el mismo esquema de alarmas que PROFIBUS (como en la figura 1), luego añade protocolos de IT como el protocolo de transferencia de hipertexto (Hypertext Transfer Protocol o HTTP), el protocolo simple de administración de red (Simple Network Management Protocol o SNMP) y el protocolo de detección de capas de enlaces (Link Layer Discovery Protocol  o LLDP). Como PROFINET es solo Ethernet estándar sin modificar, estos protocolos comparten fácilmente la misma infraestructura que PROFINET.

HTTP: muchos dispositivos PROFINET tienen páginas web internas, por lo que la información de configuración y diagnóstico se puede ver con un simple navegador web.

SNMP: SNMP proporciona el acceso a los bloques de información de administración estándar (Management Information Blocks o MIB) en los switches Ethernet, tanto si los switches son autónomos o se encuentran embebidos en un dispositivo de automatización tal como un controlador. Los MIB contienen datos útiles para resolución de problemas y prevención de los tiempos de inactividad, tales como el número de reintentos en un puerto determinado. Se puede acceder a esta información en un HMI, por ejemplo, utilizando un servidor OPC de SNMP.

LLDP: la compatibilidad con LLDP es obligatoria en PROFINET. Este protocolo permite a los dispositivos saber qué dispositivos están conectados a sus puertos. Sabiendo esto, la topología de toda la red se puede obtener y mostrar.

PROFINET – reemplazo simple de dispositivos: el reemplazo simple de dispositivo (Simple Device Replacement) permite que los equipos PROFINET sean reemplazados sin tener que establecer una dirección y sin usar un ordenador.

Resumen

PROFIBUS y PROFINET proporcionan información de diagnóstico completa. Las alarmas, las pantallas HMI, las herramientas especial y los protocolos de IT estándar cumplen un rol para evitar el tiempo de inactividad y ayudar a solucionar problemas. Para evitar el tiempo de inactividad, elija redes, dispositivos y controladores redundantes. Para obtener información adicional, visite https://us.profinet.com/profi-diagnostics/.

Figura 2. A medida que la sonda se recubre en servicio, el dispositivo emite una alerta de mantenimiento.

Este artículo apareció originalmente en la revista INTECH como“Profibus and Profinet troubleshooting, una guía completa. «