Pistas de soluciones de problemas del PROFIBUS-DP

César Cassiolato

Introducción

Aunque muy sencilla  y, sin duda, siendo la tecnología de medio físico más utilizada en el PROFIBUS-DP, la RS485 todavía  encuentra problemas en el campo que podrían evitarse y ahorrar tiempo de instalación y puesta en marcha, evitando las condiciones de intermitencia e interrupciones indeseables durante el proceso. En otro artigo les presentaremos mas detalles.

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Atención

Siempre que posible, consulte la EN50170 para reglamentaciones físicas y también las prácticas de seguridad de cada sector.

Es necesario actuar con seguridad en las mediciones, evitándose el contacto entre terminales y el cableado, pues el alto voltaje podrá causar choques eléctricos. Acuérdese de que cada fábrica y sistema tiene sus propios detalles de seguridad. Infórmese sobre ellos antes de iniciar el trabajo!

A fin de reducir el riesgo de posibles problemas, es necesario cumplir con los estándares relativos a seguridad y a los sectores clasificados oportunos que regulan la instalación y el funcionamiento de los equipos. Estos estándares varían según el sector y se actualizan constantemente. El usuario es responsable por determinar cuales normas se deben seguir en las aplicaciones y garantizar que cada instalación específica cumpla con las mismas.

Una instalación o el uso  inadecuados de un equipo en aplicaciones no recomendadas pueden perjudicar el desempeño de un sistema y consecuentemente el proceso, además de representar un fuente de peligro y accidentes. Por esta razón, se recomienda utilizar solamente profesiones entrenados y calificados para instalación, operación y mantenimiento.

El medio físico RS485

En este estándar hay dos canales independientes conocidos como A y B,  que transmiten niveles de voltaje iguales, pero con polaridades opuestas (VOA y VOB o  simplemente VA y VB).

Por esta razón, es importante que la red esté conectada con la polaridad correcta.
Aunque las señales estén opuestas, no sirven de retorno entre ellas, o sea, no existe un circuito de corriente.

Cada señal tiene su retorno por tierra o por un tercer conductor de retorno, aunque la señal debe leerse por el receptor de manera diferencial sin referirse al tierra o al conductor de retorno.

El conductor a tierra de este sistema de comunicación es la gran ventaja de la señal diferencial: observe en la figura  1a que la señal transita con las fases invertidas en los conductores del cabo, mientras el ruido transita con la misma fase.

En los terminales de entrada del amplificador diferencial, la señal de comunicación PROFIBUS llega en modo diferencial y el ruido en modo común, rechazándolo. Por lo tanto, la mayoría de todo el ruido inducido en el cable, en general de origen electromagnético, será rechazado.

Figura 1a – Señal del PROFIBUS-DP - RS485

Figura 1b – Red PROFIBUS-DP – RS485

Las líneas de transmisión diferenciales solo utilizan como información la diferencia de potencial existente entre los dos conductores de par tranzado, sin tener en cuenta la diferencia de potencial entre ellos y el referencial de voltaje (común o tierra).

Pistas para algunas situaciones con la red PROFIBUS-DP:

• La RS-485 usa un par diferencial desequilibrado, lo que significa que cada dispositivo de la red debe conectarse al tierra, posibilitando un retorno de señal para reducir el ruido de las líneas de datos. El cable utilizado debe ser de par tranzado blindado, y siempre que necesario se debe utilizar protectores de transientes.

Figura 1c – Red PROFIBUS-DP – RS485 con protector de transiente

• Terminación: Sobre este punto, en la práctica se han visto muchos errores conceptuales. El terminador es una impedancia que se acrece a la red PROFIBUS con la función de armonizar la impedancia de la red. Cuanto más larga es la red, mas grande podrá ser la distorsión de las señales. El terminador elimina errores de comunicación causados por distorsión de señales. Vale la pena recordar que si no se instala el terminador, el cableado funciona como una antena, propiciando la distorsión de señales y aumentando la propensión a ruidos. La impedancia característica es el valor de la carga que, colocada en el final de esta línea, no refleja ninguna energía. En otras palabras, es el valor de la carga que posibilita un coeficiente de reflexión cero, o aun, una relación de ondas estacionarias igual a uno.

La tabla 1 muestra como verificar la red PROFIBUS-DP con relación a los terminadores y mismo al cable utilizando un multímetro.

Medición de la resistencia entre los pinos.		Resistencia medida igual al infinito.	Resistencia medida = Rloop	Resistencia medida ~ 220 Ω	Resistencia medida ~ 110 Ω
8 (A)	3 (B)	Cable OK	Curto entre A y B	1 BT activo	2 BTs activos << 110 Ω, mas que 2BTs Activos
8 (A)	Blindaje	Cable OK	Curto entre A y blindaje	----	----
3(B)	Blindaje	Cable OK	Curto entre B y blindaje	----	----

Tabla 1 – Mediciones en la red PROFIBUS-DP con terminadores

• Líneas A y B del cable PROFIBUS-DP: En el campo comúnmente ocurre la inversión de estas líneas en el montaje de los conectores. El PROFIBUS-DE adopta:
  1. Línea B: Lado positivo de la señal. Color roja (Pino 3 de DB9)
  2. Línea A: Lado positivo de la señal – Color Verde (Pino 8 del DB9)

La figura 2 muestra la señal PROFIBUS-DP con las líneas A y B invertidas a 200 m de la medición.

Figura 2 – Señal PROFIBUS-DP con las líneas A y B invertidas (Cortesía de Rafaela Castellano de Souza).

This situation can be identified with the network deactivated and a voltmeter. If Line B is not more positive than Line A, there is a problem in these connections.

• Condición de Tristate e Idle (estado triple e inactivo) (1.0 V): Esta condición ocurre cuando ningún equipo PROFIBUS esté transmitiendo y los circuitos entran en estado de alta impedancia. Los resistores de las líneas A y B se ubican de modo que las líneas de datos no floten y el resultado sea una corriente DC de BIAS:
  1. Resistores con valores altos: reducen la inmunidad a ruidos y generan instabilidad en la red.
  2. Resistores con valores bajos: sobrecargan los drivers de comunicación.

Figura 3 – Terminador de barramiento PROFIBUS-DP

Figura 4 – Señal PROFIBUS-DP con problema de sobrecarga en los drivers 485

• Colisión de datos: Esta situación ocurre cuando no hay mas de un equipo enviando datos a la red PROFIBUS, una alteración en las señales que alteren el tiempo de bit, o aún que se altere el tiempo de idle. Hay que observar en las señales si algún equipo no está requiriendo datos más rápidos de que el tiempo de un byte. La colisión ocurre cuando un equipo intenta comunicar y la línea no está en tristate. Otra situación de colisión es cuando existen direcciones repetidas en el barramiento. Como la dirección estándar (default) es el 126, la condición de direcciones repetidas puede presentarse en algunas aplicaciones, principalmente durante el término de la obra o la puesta en marcha.

La figura 5 ejemplifica lo que sucede en el barramiento, en esta situación.

Figura 5 – Deformación de la señal RS485 en equipos que responden al amo por tener la misma dirección.

Este artículo no sustituye los estándares IEC 61158 e IEC 61784, ni tampoco los perfiles y guías técnicas del PROFIBUS. En caso de discrepancia o duda, los estándares IEC 61158 e IEC 61784, perfiles, guías técnicos i manuales de fabricantes prevalecen.

Para más detalles Lea los artículos:

• "Protector de transientes en redes PROFIBUS" em https://www.smar.com/es/articulo-tecnico/protector-de-transientes-en-redes-profibus

Para más informaciones sobre la tecnología PROFIBUS, vea https://www.smar.com/es/articulos-tecnicos-profibus. Para detalles de un sistema de automatización verdaderamente abierto, consulte https://www.smar.com/es/system302

Referencias:

• Manuais SMAR PROFIBUS
• Aterramento, Blindagem, Ruídos e dicas de instalação - César Cassiolato
• EMI – Interferência Eletromagnética - César Cassiolato
• https://www.smar.com/es
• Material de Treinamento e artigos técnicos PROFIBUS - César Cassiolato
• Especificações técnicas e Guias de Instalações PROFIBUS.
• https://www.smar.com/es/articulos-tecnicos

*César Cassiolato es Ingeniero Certificado en la Tecnología PROFIBUS e Instalaciones PROFIBUS por la Metropolitan University de Manchester, U.K.

Links Relacionados:

• SMAR Technical Articles list: https://www.smar.com/es/articulos-tecnicos
• PROFIBUS: https://www.smar.com/es/articulos-tecnicos-profibus