Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 7/2017 vyšlo
tiskem 28. 6. 2017. V elektronické verzi na webu od 28. 7. 2017. 

Téma: Kabely, vodiče a kabelová technika; Konektory; Software; Značení a štítkování

Hlavní článek
Elektrická izolace a tepelná vodivost

Aktuality

Finálové kolo soutěže EBEC přivede do Brna 120 nejlepších inženýrů z celé Evropy Co vše je možné stihnout navrhnout, smontovat a následně odprezentovat během dvou dní? To…

Co si akce „Světlo v praxi“ klade za cíle V České republice se prvním rokem koná akce v oblasti světelné techniky, která chce…

Startuje hlasování veřejnosti o vítězích 9. ročníku ekologické soutěže E.ON Energy Globe V Praze byly 20. 6. 2017 slavnostně představeny nominované projekty 9. ročníku prestižní…

Nejnovější monopost týmu ČVUT eForce FEE Prague Formula se představil na Václavském náměstí Dne 16. června se v dolní části Václavského náměstí prezentoval tým Fakulty…

IQRF Summit 2017 svědkem reálných IoT aplikací Akce zaměřená na reálná řešení v oblasti chytrých měst, budov, domácností, transportu,…

Konference Internet a Technologie 17 Sdružení CZ.NIC, správce české národní domény, si Vás dovoluje pozvat na již tradiční…

Více aktualit

Použití scopemetrů Fluke pro odhalování problémů na průmyslových sběrnicích

Ing. Jaroslav Smetana, Blue Panther s. r. o.
 
Průmyslové datové sběrnice pracují při na­prosto rozdílných podmínkách, než je běž­né u komerčních datových sítí. V průmyslo­vém prostředí působí na zařízení, jako jsou např. PLC, síťové kontroléry a další části da­tové sítě podporující řízení výrobního pro­cesu, mnoho vnějších vlivů. Tyto vlivy lze rozdělit na dvě kategorie, a to rušivé pod­mínky prostředí a elektrická rušení.
 

1. Rušivé podmínky prostředí

Zahrnují mechanické vibrace, velké změny teplot, velkou úroveň vlhkosti a špatnou kvalitu ovzdu­ší způsobenou chemickým znečiš­těním a další vlivy. Přičemž tyto vlivy mohou způsobit trvalé nebo částečné přerušení spojení, korozi vodičů a propojovacích míst anebo změny impedance.
 

2. Elektrická rušení

Tato rušení přicházejí z rozlič­ných zdrojů. Jističe výkonového napájení při vypínání a zapínání generují špičky napětí. Dopravní­kové pásy a mechanické pohony produkují vysokonapěťové static­ké rázy do elektronických systé­mů. Změny v zátěži obvodů v pro­vozu vytvářejí změny napájecího napětí a mnoho dalších možných zdrojů rušení.
 
Oba tyto zdroje rušení mohou přechodně nebo trvale nepříznivě ovlivňovat součásti datového sys­tému, především zakončovací prvky, vstupní komponenty i kabeláž. Výsledkem je často rušení na úrovni milivoltových signálů, které negativně ovlivňuje výrobní procesy. Tato si­tuace vyvolává potřebu předcházet takovým­to potenciálním komunikačním problémům. Řešení nabízí možnost monitorování potíží na průmyslových komunikačních systémech pomocí osciloskopu.
 
Při problému – např. na systému Field­bus – je třeba nejprve zdokumentovat sou­časné změny systému a poté najít odpovědi především na tyto otázky: Jsou některé části nebo zařízení systému odpojeny? Bylo něco do systému přidáno nebo modifikováno před tím, než problém nastal?
 
Je třeba určit, co pracuje, a co ne. Sepsat, co bylo pozorováno v porovnání s tím, co bylo předpokládáno. Vystopovat, odkud mo­hou pocházet rušení, a spojit je s nastalými událostmi, jako jsou zapínání motorů, přeru­šování pojistek, rozsvěcení světel apod. Dále je třeba vykonat měření na datové síti a po­chopit, oč jde. Přitom se musí pečlivě zdoku­mentovat každé měření. Co a kde bylo přes­ně měřeno. Za jakých podmínek toto měře­ní proběhlo.
 
Začne se měřením na obou koncích ve­dení a porovnají se výsledky. Dále se měří na jednom nebo více místech podél vedení a výsledky se porovnají. Má-li jedno zaříze­ní problém, vykoná se měření poblíž toho­to zařízení. Je-li problém na více zařízeních, je prioritní snahou nalézt srovnáváním mís­to příčiny. Bylo-li přidáno nějaké zařízení či provedena změna v nastavení, měření se sa­mozřejmě vykoná v těchto místech. Je tře­ba zjistit, který segment má problém, a který ne. Pro nalezení rozdílů a problémů je obec­ně nutno vykonat mnoho měření, mezi která patří hlavně měření:
  • kapacit a odporů mezi vodiči,
  • nedostatečného stínění a kontaktů vodičů,
  • stejnosměrných napětí,
  • úrovně střídavých signálů,
  • šumu a kvality signálu.
Pro takováto měření vyvinula společnost Fluke několik přístrojů postavených na bázi populárních scopemetrů řady Fluke 120 a Fluke 190. Jde o kompaktní bateriové pří­stroje zahrnující dvoukanálový osciloskop, digitální multimetr a rozšíření o potřebné funkce pro ověřování průmyslových sběrnic. Oba kanály přístroje Fluke 125 jsou galvanic­ky oddělené od země přístroje. Přístroje tedy pracují s tzv. plovoucí zemí. U přístrojů řady Fluke 225 (obr. 1) jsou navíc navzájem od­děleny i oba kanály přístroje. Takováto kon­strukce přináší důležitou schopnost neovlivnit měřený obvod, což je důležité zvláště při mě­ření na sběrnicích. Obě řady přístrojů jsou sa­mozřejmě vybaveny možností ukládat namě­řené výsledky do paměti pro další zpracování, např. pro vytvoření zprávy o měření. Většina průmyslových sběrnic, např. Fieldbus, vytvá­ří dlouhá vedení. U sběrnice Fieldbus i dal­ších jde o vedení se dvěma vodiči s kladnou a zápornou polaritou proti zemi.
 
Při ověřování funkce je obvykle nutné měřit napětí proti zemi. Pro takové měření se jako referenční zem využívá stínění vede­ní, které nemusí vždy být připojeno na kos­tru zařízení či zem v místě přístroje. Podle specifikace sběrnice má být stínění připojeno pouze v jednom místě na zem či kostru tak, aby se nevytvářely zemní smyčky, a tím ne­vznikalo rušení. Další potřebnou kontrolou při ověřování poruchy nebo uvádění do pro­vozu nového vedení je kontrola kapacit ve­dení a zjištění případných svodů a zkratů na vedení a propojovacích bodech. Pro všech­ny tyto kontroly lze s výhodou použít funk­ce zabudovaného multimetru, který využívá třetí pár svorek jak u přístrojů Fluke 125, tak i u Fluke 225. Tyto svorky jsou samozřejmě také plovoucí proti zemi. Lze tak snadno ově­řit kapacitu mezi datovými vodiči a stíněním, vodiči navzájem, ověřit případný svod či pře­rušení (obr. 2).
 
Velmi důležitá je u sběrnice Fieldbus úro­veň napájecího napětí. Protože napájení je rozváděno po vedení, může docházet k jeho poklesu a jeho nízká úroveň pak způsobí ne­správnou funkci koncových zařízení. Mini­mální napájecí napětí u sběrnice Fieldbus je 9 V a maximální 32 V. Scopemetry řady Flu­ke 125 i 225 mohou velmi snadno automa­ticky otestovat dodržení stanovených limitů napájení porovnáním úbytku (obr. 3) s mož­ností uživatelsky nastavit velikost minimál­ní a maximální hodnoty. Scopemetr indiku­je jednoduše značkou J nebo X, zda je úro­veň správná. Na obr. 3 je snímek obrazovky Fluke 125, která dále ukazuje pomocí ikony přesýpacích hodin měření času náběžné hra­ny signálu. Měřením předpětí v různých bo­dech sítě lze zjistit např. špatná propojení ko­nektory, dlouhé vedení atd.
 
Úroveň signálu je měřena jako napětí špička–špička střídavého průběhu signálu. Tato velikost je v přímém vztahu k impe­danci vedení a jakákoliv její změna má vliv na velikost signálu. V případě Fieldbus H1 již více než dva zakončovací prvky na ve­dení způsobí změnu velikosti signálu. Tře­tí zakončovací prvek sníží úroveň o 3 dB (–30 %) a naopak, chybějící nebo poškoze­ný zakončovací prvek způsobí zvýšení úrov­ně o 60 %. Jmenovitá úroveň na Fieldbusu je mezi 800 a 900 mV. Fluke 125 i 225 lze na­stavit tak, aby měřil jak úroveň špička–špič­ka, tak i nejvyšší a nejnižší úroveň signálu. Toto měření je patrné z obr. 4. Dochází-li např. k problémům na některém zařízení, měří se na všech stranách spojovacího bodu, kde by neměly být žádné rozdíly v úrovni signálu. Měří se také na konci u zařízení i na opačném konci vedení a výsledky měření se porovnají s hodnotami naměřenými v propo­jovacím bodu. V režimu vysílání by zaříze­ní mělo generovat 800 až 900 mV špička–špička. Je-li toto napětí asi 1 V, vzniká pro­blém se zakončením. V běžném provozu jsou akceptovatelné úrovně 250 až 950 mV. Při úrovních pod 250 mV bude Fieldbus vyka­zovat chyby. Kromě správných úrovní napá­jení a úrovně signálu je samozřejmě u prů­myslových sběrnic velmi důležitá i kvalita signálu. Sem patří mimo vlastní rušení dato­vého signálu vnějšími vlivy i rychlost náběž­né a sestupné hrany jednotlivých impulzů. U sběrnice Fieldbus H1 není tento parametr příliš kritický, ale u ostaních sběrnic pracu­jících na vyšších rychlostech může být ten­to parametr zásadním problémem. Z tohoto důvodu jak Fluke 125, tak i Fluke 225 jsou vybaveny měřením a vyhodnocením tohoto parametru. Rychlost hran může indikovat např. přílišnou délku segmentu při zaoble­ných hranách nebo nevhodné či poškozené zakončovací prvky. Stejně tak zákmity na průběhu indikují problém na vedení. K pro­blémům s přenosem přispívá i kolísání ho­dinové frekvence signálu (tzv. jitter), které většinou způsobuje rozpad spojení.
 
Přístroje Fluke 125 a 225 měří všechny toto parametry a zobrazují je v podobě jed­noho parametru, jak je patrno opět z obr. 4. Je možné přejít také do grafického zobrazení signálových parametrů a sledovat např. přeno­sové parametry jako průběh tvaru vlny nebo v podobě diagramu oka, známého např. z te­lekomunikační techniky. Při tomto zobrazení dochází k překládání velkého počtu průběhů přes sebe. Tato měření sice nezobrazí rych­lé aktivity sběrnice, ale velmi dobře indikují přenosové vlastnosti (obr. 5). V blízkosti pře­nosového zařízení bude úroveň signálu větší, tedy i velikost oka bude větší. Dále od pře­nosového zařízení bude vnitřní prostor oka menší. Tento diagram může signalizovat také úroveň šumu v signálech. Využitím standard­ní osciloskopické funkce lze zobrazit i reál­ný průběh signálů, a ověřit tak např. skutečný tvar a zjistit rušivé impulzy způsobující poru­chy přenosu (obr. 6).
 
Přístroje řady Fluke 125 a 255 podporu­jí množství průmyslových sběrnic jak poma­lých, jako jsou Foundation Fieldbus, MOD-bus a CANbus, tak i sběrnic rychlých, jako je Ethernet 10/100 Mb, Profibus aj. Pro možnost připojení k daným průmyslovým systémům jsou k dispozici různé připojovací přechodky (obr. 7) a speciální hroty (obr. 8).
 
Další podrobnosti o přístrojích pro ově­řování průmyslových sběrnic, popř. škole­ních z této oblasti, lze získat u zástupce fir­my Fluke pro ČR, společnosti Blue Panther Instruments, na webových stránkách: http://www.blue-panther.cz
 
Obr. 1. Scopemeter Fluke 225
Obr. 2. Ověření případného svodu či přerušení
Obr. 3. Automatický test dodržení stanovených limitů
Obr. 4. Měření úrovně špička–špička i nejvyš­ších a nejnižších úrovní signálu
Obr. 5. Indikace přenosových vlastností přeno­sového zařízení
Obr. 6. Zobrazení reálného průběhu signálů
Obr. 7. Příklad připojovacích přechodek
Obr. 8. Příklad speciálních hrotů