Como melhorar uma rede PROFIBUS com ferramentas e profissionais especializados?

Autor: Douglas Gomes da Rocha
Pós-graduado Lato Sensu em Automação Industrial
Depto de Engenharia da Westcon Instrumentação Industrial Ltda


Introdução

Embalagens plásticas são muito populares devido à sua durabilidade, flexibilidade e leveza. A demanda por esse tipo de material cresceu exponencialmente, principalmente durante o período de pandemia, fazendo com que os fornecedores buscassem maneiras de manter seu maquinário sempre com alta disponibilidade. Nesse cenário, qualquer parada ou instabilidade no sistema acarreta prejuízos a toda uma cadeia de suprimentos.

Com um histórico anterior de falhas, que não foram devidamente diagnosticadas, uma empresa de embalagens plásticas solicitou a análise da rede PROFIBUS de sua máquina extrusora. Uma rede pequena, com apenas um Mestre e dois dispositivos Escravos.

Ao analisar uma rede PROFIBUS, é possível identificar eventuais situações de instabilidade, mascaradas pela robustez desse protocolo industrial.

Nas redes PROFIBUS, muitos casos de instabilidade ocorrem por falhas no meio físico e localizá-las requer um conhecimento específico da tecnologia e uso de ferramentas de análise apropriadas. Muitas redes “caem”, repentinamente, por conta de problemas encobertos ou não visíveis aos olhos dos operadores.

Naquela máquina, mesmo contando com dispositivos (Mestre e Escravos) considerados robustos e confiáveis, pois já funcionavam há alguns anos, as instabilidades começaram a ocorrer com frequência, sem uma causa aparente.

Em uma rede com histórico de instabilidade, como nesse caso, atividades comuns, como a troca de dispositivo, adição de um Escravo ou até mesmo a simples manipulação de cabos, podem ocasionar uma parada de máquina inesperada, causando prejuízos à empresa.

 

Diagnosticando a rede PROFIBUS com o analisador ProfiTrace

Com o analisador ProfiTrace, foi possível identificar diversas situações com potencial de falha que, certamente, passariam desapercebidas.

A função Live List (fig.1), que mostra a lista dos dispositivos presentes na rede (“vivos”), identificou um terceiro dispositivo Escravo, que ocupava o nó 05, e que, apesar de conectado à rede, não tinha nenhuma função na máquina e não estava trocando nenhum tipo de informação com o controlador Mestre.

Como melhorar rede PROFIBUS - Fig1

Fig.1 – Live List

 

Como melhorar rede PROFIBUS - Fig2

Fig. 2 – Legendas das cores do Live List

 

Esse dispositivo foi removido, com a autorização do cliente, após os técnicos terem se certificado de que ele era realmente inútil na rede.

Esse tipo de situação deixa clara a importância de o cliente conhecer a topologia de sua rede e manter a documentação técnica atualizada.

 

Inspeção visual

Durante a inspeção visual, foram identificados conectores PROFIBUS montados de maneira incorreta, como mostram as imagens a seguir:

Fig. 3 – Erros na montagem dos conectores

Esse tipo de situação é frequente na indústria, devido à montagem incorreta desses componentes e/ou ao uso de ferramentas inadequadas para essa atividade. Foram identificados cabos sobressalentes nos conectores.

Foi possível constatar também que nenhum dos conectores PROFIBUS da rede estava com a terminação ativada, como mostra a imagem abaixo:

Fig. 4 – Falta de terminação de rede no conetor

Em redes PROFIBUS, cada segmento precisa sempre ter uma terminação em cada extremidade, para garantir o casamento de impedâncias. A falta de uma terminação causa problemas, como baixos níveis de tensão (Idle Voltage) e formas de onda distorcidas.

As falhas detectadas durante a inspeção visual da rede foram validadas com a análise da ferramenta ProfiTrace.

Por meio da função Bargraph, foi possível identificar que os níveis de tensão em cada dispositivo da rede estavam abaixo dos recomendados pela PI (PROFIBUS & PROFINET International) em suas Guidelines, que são os guias de orientação para montagem de redes PROFIBUS.

Fig. 5 – Bargraph mostrando a qualidade do sinal nos vários nós da rede

Conforme descrito no documento PROFIBUS Commissioning Guideline, os valores de tensão em cada nó de um segmento devem estar entre 4 e 7V. Esse guia encontra-se disponível no site da PROFIBUS International (PI).

As oscilografias a seguir confirmam a situação de falta de terminação em um segmento identificada durante a inspeção visual. A deformação da forma de onda pode levar a erros de comunicação, com a consequente parada da rede.

Fig. 6 – Oscilografia do endereço 05

Fig. 7 – Oscilografia do endereço 20

Fig. 8 – Oscilografia do endereço 61

Fig. 9 – Oscilografia do endereço 62

 
Os ruídos ficam mais evidentes quando os canais A e B são analisados individualmente (imagem abaixo):

Como melhorar rede PROFIBUS - Fig10

Fig. 10 – Oscilografia do endereço 62, canais A e B

 

Resultados obtidos após a correção dos erros

As imagens a seguir exibem os conectores com as conexões dos cabos refeitas, utilizando as ferramentas apropriadas.

Fig. 11 – Conectores montados corretamente

Com os conectores refeitos e as terminações corretamente configuradas, foi executada uma nova medição utilizando o ProfiTrace.

As imagens a seguir mostram os resultados das melhorias executadas na rede PROFIBUS.

Agora, os níveis de tensão encontram-se dentro dos valores recomendados na Guideline da PI.

Fig. 12 – Qualidade do sinal após as melhorias executadas na rede

Nas oscilografias a seguir, é possível observar que as distorções das formas de onda foram eliminadas. Os níveis lógicos estão bem definidos, em conformidade com as diretrizes PROFIBUS.

Fig. 13 – Oscilografia do endereço 20

Fig. 14 – Oscilografia do endereço 61

Fig. 15 – Oscilografia do endereço 62

Fig. 16 – Oscilografia do endereço 62, canais A e B

Referências bibliográficas:
PROFIBUS International (PI). PROFIBUS – Installation Guideline for Cabling and Assembly. Karlsruhe: PROFIBUS Nutzerorganisation e.V., 2006.

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