Zdążyć przed awarią

W rozwijanej w Polsce od ponad 30 lat diagnostyce wyróżnia się dwa obszary. Diagnostyka maszyn zajmuje się oceną stanu urządzeń mechanicznych za pomocą badań bezpośrednich i badań pośrednich procesów towarzyszących funkcjonowaniu tych urządzeń – tzw. procesów resztowych (o charakterze mechanicznym, elektrycznym, termicznym itp.). Szczególną rolę odgrywają procesy wibroakustyczne (drgania i hałas) – stąd określenie diagnostyka wibroakustyczna. Diagnostyka procesów przemysłowych dotyczy natomiast rozpoznawania zmian stanów procesów, których przyczynami są uszkodzenia i inne zdarzenia destrukcyjne, takie jak np. zużycie. Zadaniem diagnostów jest wczesne wykrywanie i dokładne rozpoznawanie (rozróżnianie) powstających uszkodzeń.

Współczesne procesy technologiczne, obecne w kluczowych gałęziach przemysłu (chemicznym, hutniczym, energetycznym, spożywczym) mają architekturę rozproszoną. Mimo doświadczenia technologów i automatyków, projektantów oraz integratorów, a także mimo stosowania urządzeń o dużej niezawodności, trudno uniknąć uszkodzeń elementów instalacji technologicznych, urządzeń pomiarowych, elementów wykonawczych, układów logicznych oraz systemów komunikacji. Awaria któregokolwiek z nich może unieruchomić część systemu, powodując poważne uszkodzenia. Ewentualne awarie grożą katastrofami o zróżnicowanych skutkach: gospodarczych (np. zniszczenie instalacji technologicznej), ekologicznych (np. skażenie środowiska naturalnego), społecznych (np. utrata pracy), ale mogą też stanowić zagrożenie dla życia ludzi. Zwykle powodują zakłócenia przebiegu procesu produkcyjnego, zmniejszają jego wydajność, niekiedy prowadzą też do zatrzymania procesu i zawsze powodują znaczne straty finansowe. Statystyki i analizy przyczyn awarii pokazują, że najczęściej są to błędy ludzkie oraz uszkodzenia aparatury obiektowej – układów wykonawczych i pomiarowych. Ich bieżąca diagnostyka polega na detekcji, lokalizacji i identyfikacji uszkodzeń.

Systemy SCADA (ang. Supervisory Control and Data Acquisition) ułatwiają kontrolę procesów technologicznych, sterowanie nadrzędne, archiwizowanie danych procesowych oraz zdarzeń. Do najważniejszych komponentów systemów SCADA należą moduły alarmowania, których zadaniem jest rozpoznawanie stanów odbiegających od normy. Stanowią one najprostszą i bardzo niedoskonałą wersję systemu diagnostycznego realizującego detekcję uszkodzeń. Stosowane metody sygnalizowania sytuacji alarmowych mają wiele wad, takich jak:

• duża liczba alarmów sygnalizowanych w krótkim czasie (w przypadku groźnych uszkodzeń),
• brak możliwości detekcji niektórych uszkodzeń i/lub duże opóźnienia detekcji,
• brak mechanizmów wnioskowania, ułatwiających lokalizację uszkodzenia.

Detekcja uszkodzeń w systemach diagnostycznych bazuje na stosowaniu modeli analitycznych elementów instalacji technologicznej i polega na porównaniu i ocenie różnicy między wartością mierzoną a wartością modelowaną. W wyniku analizy sygnałów diagnostycznych wskazywane są uszkodzone elementy i następuje lokalizacja uszkodzeń. Niezbędna jest tu wiedza ekspercka umożliwiająca powiązanie sygnałów diagnostycznych z uszkodzeniami prostymi lub złożonymi regułami typu: jeśli symptom si to uszkodzenie fk. W złożonych procesach technologicznych zebranie danych pomiarowych dla wszystkich stanów awaryjnych obiektu jest niemożliwe, niektóre z nich występują sporadycznie. Zarówno podczas detekcji uszkodzeń, jak i ich lokalizacji stosowana jest logika rozmyta w celu wyeliminowania niepewności pomiarów, zakłóceń, szumów pomiarowych oraz niedokładności modelowania.

Systemy diagnostyczne procesów przemysłowych

Podstawowym celem systemów diagnostycznych jest wczesne wykrywanie i lokalizacja powstających uszkodzeń oraz ich dokładne rozróżnianie, a także wsparcie operatorów w obsłudze stanów awaryjnych. Celem diagnostyki jest też określenie przyszłych stanów obiektu, jak również wyprzedzenie i przeciwdziałanie uszkodzeniom, awariom oraz sytuacjom kryzysowym.

Realizacja zadań postawionych przed systemami diagnostycznymi jest trudna ze względu na złożoność instalacji technologicznych, zawierających nawet tysiące urządzeń pracujących w trudnych warunkach, co implikuje możliwość występowania dużej liczby różnorodnych uszkodzeń. Dodatkowo na system diagnostyczny nakładane są liczne ograniczenia, wynikające ze specyfiki procesów przemysłowych:

• diagnostyka musi być realizowana na bieżąco, na podstawie dostępnych danych,
• struktura procesu ulega częstym zmianom,
• brak danych pomiarowych      charakteryzujących stany awaryjne,
• brak możliwości modelowania obiektów z uwzględnieniem wpływu uszkodzeń,
• brak możliwości budowy modeli opisujących zjawiska fizyczne,
• skumulowanie i konieczność przetwarzania informacji niepewnych,
• zmieniający się (rosnący wraz z upływem czasu) poziom wiedzy o diagnozowanym procesie.

Diagnostyka w układach automatyki powinna być realizowana na wszystkich poziomach i powinna uwzględniać:

• diagnostykę komunikacji w systemie,
• diagnostykę elektronicznych modułów systemu sterującego,
• diagnostykę inteligentnych urządzeń pomiarowych i wykonawczych,
• diagnostykę procesu.

System diagnozowania procesów przemysłowych powinien być wyposażony w algorytmy diagnozowania, które uwzględniają i efektywnie rozwiązują wymienione problemy. Takich rozwiązań nie oferują firmy z branży automatyki.

Systemy AMandD i DiaSter

Systemy AMandD oraz DiaSter realizują metody podwyższenia odporności systemu diagnostycznego. Głównym zadaniem opracowanego w Instytucie Automatyki i Robotyki Politechniki Warszawskiej systemu AMandD jest wczesne i dokładne rozpoznawanie nieprawidłowych stanów procesu przemysłowego oraz uszkodzeń urządzeń technologicznych, wykonawczych i pomiarowych. W stanach odbiegających od normy i awaryjnych system wspomaga operatorów procesu, przekazując im generowane diagnozy o uszkodzeniach oraz komunikaty doradcze, informujące o niezbędnych działaniach zabezpieczających. Diagnozy te określają stan procesu dokładniej niż sekwencje alarmów generowanych we współczesnych systemach automatyki.

System jest wyposażony w zaawansowane narzędzia do modelowania obiektów i tworzenia programowych sensorów i analizatorów. Rozbudowany moduł przetwarzania zmiennych umożliwia budowę symulatorów procesów. System może być stosowany m.in. w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, energetycznym, hutniczym i spożywczym.

Podstawowe zadania systemu AMandD to:

• modelowanie i symulacja,
• detekcja i lokalizacja uszkodzeń,
• wizualizacja oraz wspomaganie decyzji operatorów,
• przetwarzanie zmiennych oraz wirtualne sensory i analizatory.

System AMandD może współpracować ze zdecentralizowanymi systemami automatyki DCS (ang. Distributed Control Systems) oraz z systemami nadzorowania i monitorowania procesów (SCADA). Dane pomiarowe są wymieniane między systemem diagnostycznym AMandD oraz systemem automatyki w postaci cyfrowej za pomocą standardu OPC.

Badania systemu AMandD przeprowadzono w laboratorium do diagnozowania instalacji generatora pary Uniwersytetu w Lille. System wdrożono pilotażowo w 2004 r. do diagnozowania części instalacji IDR w zakładzie produkcji mocznika w Zakładach Azotowych Puławy oraz do diagnostyki stacji wyparnej w Cukrowni Lublin. W 2008 r. prowadzono pilotażowe testy systemu AMandD w PKN Orlen na instalacji hydroodsiarczania gudronu (HOG). Zadaniami systemu jest wczesne wykrywanie i lokalizacja uszkodzeń urządzeń pomiarowych i wykonawczych w obrębie pieca H302 oraz kolumny destylacji próżniowej C303. Ma to na celu ograniczenie ryzyka wystąpienia stanów niebezpiecznych i awaryjnych w instalacji, a tym samym przestojów. Odrębnym zadaniem jest monitorowanie stopnia zakoksowania aparatów technologicznych pieca oraz kolumny destylacji próżniowej na podstawie bieżącej oceny stanu technicznego instalacji.

Program DiaSter jest rozszerzoną funkcjonalnie i programowo wersją systemu AMandD, rozwijaną przez zespół specjalistów z Politechnik: Warszawskiej, Śląskiej, Rzeszowskiej oraz Uniwersytetu Zielonogórskiego.

Głównym jego zadaniem jest realizacja zaawansowanych funkcji modelowania procesów, sterowania nadrzędnego, optymalizacji oraz diagnostyki procesów przemysłowych. System udostępnia zaawansowane narzędzia do modelowania obiektów niezbędnych do sterowania, nadzoru, optymalizacji i diagnostyki procesów. Umożliwiają one tworzenie programowych sensorów i analizatorów oraz wydobywanie wiedzy z baz danych systemów SCADA i DCS. Dzięki rozbudowanemu modułowi przetwarzania zmiennych procesowych można realizować symulatory procesów. System realizuje zaawansowane algorytmy sterowania nadrzędnego oraz optymalizacji punktów pracy procesów. Udostępnia narzędzia do nadrzędnego strojenia oraz adaptacji pętli regulacyjnych w sterownikach współpracującego systemu automatyki.

Udoskonalono też platformę informatyczną systemu. System (podobnie jak AMandD) zawiera implementację szerokiej gamy najnowszych algorytmów z zakresu obliczeń inteligentnych stosowanych do modelowania, sterowania nadrzędnego, optymalizacji, detekcji i lokalizacji uszkodzeń. Otwarta architektura systemu DiaSter umożliwia połączenie z dowolnym systemem automatyki.

Diagnostyka przemysłowych sieci komunikacyjnych

Kręgosłupem nowoczesnych procesów technologicznych są sieci przemysłowe odpowiadające za komunikację w systemie, gdzie prowadzona jest automatyzacja na dużą skalę i gdzie wykonywane są pomiary oraz sterowanie pracą urządzeń. Są one nieodzowną częścią maszyn oraz instalacji technologicznych. Poprawna komunikacja ma charakter krytyczny z punktu widzenia technologii, ekonomii i bezpieczeństwa prowadzenia procesu, szczególnie w przypadku systemów DCS.

Warunki przemysłowe

Zanieczyszczenia, szeroki zakres temperatury, wilgotność, hałas, zakłócenia elektromagnetyczne, drgania, wstrząsy oraz uderzenia, zapylenie, duże odległości, duża liczba urządzeń, wycieki, naprężenia mechaniczne oraz opary i oleje to czynniki, które charakteryzują warunki przemysłowe. Specjalne warunki przemysłowe wiążą się z zagrożeniem wybuchem, obecnością substancji chemicznych (zakwaszenie, korozja), obcowaniem z materią biologiczną, pracą w trudnych warunkach (na wysokości, pod ziemią, na morzu, w powietrzu oraz podczas ruchu). Dane w sieciach przemysłowych są przesyłane często, ale w małych porcjach. Reprezentują wyniki pomiaru, rozkazy start/stop, alarmy, a także wartości zadane dla układów regulacji itd. Zazwyczaj informacja ma postać jednego bitu lub jednego słowa. Sieciom przemysłowym stawiane są wygórowane wymagania, do których należą: wysoka niezawodność, przewidywalność/determinizm procesu komunikacji, praca w czasie rzeczywistym, efektywność w przekazywaniu krótkich wiadomości, standaryzacja interfejsów, łatwość podłączania dużej liczby urządzeń obiektowych, możliwość podłączenia do zewnętrznych sieci oraz proste lokalizowanie usterek.

W aplikacjach przemysłowych stosowane są różne standardy sieciowe – zarówno specjalizowane, jak też bazujące na protokołach otwartych, zaczerpniętych z klasycznych sieci komputerowych, w tym z Ethernetu. Sieci przemysłowe, tzw. sieci polowe (ang. fieldbus), zaliczają się do grupy sieci lokalnych, których wielkość uzależniona jest od wielkości sterowanej instalacji. Sieci te mogą być łączone z innymi segmentami sieci ogólnozakładowych, stając się elementem niejednorodnej sieci rozległej.

W strukturze informacyjnej przedsiębiorstwa można wyróżnić trzy poziomy:

• poziom obiektowy (ang. field) – czujniki i przetworniki pomiarowe, koncentratory sygnałów pomiarowych, urządzenia wykonawcze, wyspy zaworowe, rozproszone układy wejść/wyjść,
• poziom procesowy (ang. process) – systemy DCS, systemy SCADA, regulatory wielofunkcyjne i sterowniki swobodnie programowalne PLC,
• poziom zarządzania (ang. business) – analizy i raporty ekonomiczne, optymalizacja procesu produkcyjnego.

Transmisja szeregowa

W sieciach przemysłowych stosowana jest szeregowa komunikacja między elementami sterowania, jakimi mogą być pojedyncze sterowniki mikroprocesorowe lub sterowniki PLC, stanowiące część sieci monitorujących, sieci sterujących i nadzorujących, np. Modbus, PROFIBUS, CANopen, DeviceNet. Niezbędna jest też komunikacja między sterownikami mikroprocesorowymi a peryferiami, bez których współczesny układ sterowania nie może istnieć. Peryferiami są przetworniki A/C i C/A, układy rozszerzeń portów, pamięci nieulotne, zegary czasu rzeczywistego, wszelkie czujniki itp. Do wymiany informacji między tymi urządzeniami stosowane są interfejsy SPI, 1-WIRE, I2C.

Model OSI i stosowane topologie

Struktura informacyjna przedsiębiorstwa

Informacje przesyłane są w sposób szeregowy ze względu na proste łączenie urządzeń w sieć. Połączenia szeregowe są łatwiejsze w realizacji, tj. w układaniu i ekranowaniu. Elementy transmisji szeregowej emitują mniej zakłóceń i są na nie bardziej odporne. Łatwo też stosować izolację galwaniczną między takimi elementami transmisji.

Podobnie jak w przypadku sieci komputerowych, dla sieci przemysłowych obowiązuje model referencyjny ISO/OSI dzielący systemy sieciowe na siedem warstw, współpracujących ze sobą w ściśle określony sposób. W sieciach przemysłowych dostępne są usługi warstw 1., 2. oraz 7.

Bazą, na której zbudowany jest model referencyjny OSI, jest warstwa fizyczna (ang. Physical Layer). Określa ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi elektrycznego, optycznego lub radiowego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych: mechanicznego, elektrycznego, funkcjonalnego i proceduralnego. W przemysłowych sieciach warstwę fizyczną stanowią kable sieciowe – miedziane (współosiowe lub skręcane) lub światłowody. Przetwarzanie danych obiektowych polega na zamianie informacji na sygnał, który będzie przesyłany (elektryczny, świetlny, radiowy).

Stosowane sieci mają najczęściej topologię magistrali. W rozwiązaniach przemysłowych zwykle stosowane są warianty redundantne zwiększające niezawodność. Obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie elektryczne powodujące przepływ prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji, elektroniczne składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny kształt złącza używanego do przyłączenia nośnika. Przykładami mechanizmów, które potrzebne są do obsługi przesyłania danych, lecz nie należą do zakresu warstwy fizycznej, są nośniki fizyczne oraz koncentratory.

Funkcje warstwy fizycznej

Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane do wszystkich protokołów jej stosu oraz do końcowych aplikacji. Wykonywane funkcje są związane z nadawaniem i/lub odbieraniem danych.

W pierwszym przypadku (nadawanie danych) warstwa fizyczna:

• zamienia dane znajdujące się w ramkach na strumienie binarne,
• realizuje metodę dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych,
• przesyła ramki danych szeregowo w postaci strumieni binarnych.

W przypadku odbierania danych konieczne jest:

• oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzenia hosta i do niego zaadresowane,
• odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni,
• przesyłanie binarnych strumieni do warstwy danych w celu złożenia ich z powrotem w ramki.

Wymienione działania nie uwzględniają weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie ma mechanizmów rozpoznawania znaczenia wysyłanych ani odbieranych danych. Służy wyłącznie przesyłaniu logicznych zer i jedynek. Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez model referencyjny ISO/OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów wymaganych do wysyłania i odbierania binarnych strumieni danych. W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model nie określa jednak samego rodzaju nośnika. To warstwa fizyczna definiuje, jakim medium przesyłane są dane (dla RS-485 jest to skrętka), jaki jest sposób łączenia urządzeń w sieć (tranceiver RS-485), liczbę elementów w sieci, a także formę przesyłania danych.

Funkcje warstwy danych

Warstwa 2. – warstwa danych (ang. Data Link Layer) zapewnia komunikację na poziomie telegramów z potwierdzeniem i bez potwierdzenia typu broadcast. Dostęp do łącza może być stochastyczny lub deterministyczny. W pierwszym przypadku najczęściej stosowane są metody CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access/Colission Detection). W modelu deterministycznym podstawowe działania to przekazywanie znacznika oraz odpytywanie. Warstwa danych opisuje sposób adresowania urządzeń w sieci, detekcję błędów i sposób potwierdzania poprawności przesłanych informacji. W sieciach przemysłowych determinizm czasowy dostarczania informacji gwarantuje sprawną i bezpieczną pracę rozproszonych układów regulacji i sterowania.

Funkcje warstwy aplikacji

Warstwa 7. – warstwa aplikacji (ang. Application Layer) zapewnia komunikację na poziomie zmiennych oraz określa sposób wykorzystania przez użytkownika danych przesyłanych w postaci aplikacji sterującej procesem lub nadzorującej. Sterownik udostępnia szereg zmiennych, łańcuchów tekstu, tablic i rekordów, podając ich nazwy. Inne sterowniki mogą czytać lub zapisywać te zmienne, w zależności od ustawionych praw. Możliwa jest również kontrola aplikacji (sterowanie, zatrzymanie, restart itp.).

Diagnostyka sieci przemysłowych

Obecnie na świecie funkcjonuje wiele różnych sieci przemysłowych, w których zaimplementowane są bardzo różnorodne mechanizmy i które korzystają z różnego okablowania. W efekcie poszczególne z nich są podatne na innego rodzaju usterki i różnią się specyfiką działania. Poniżej opisane zostały wybrane z nich.

Sieci PROFIBUS DP

Sieć PROFIBUS DP, obecna na rynku sieci komunikacyjnych od ponad 20 lat, umożliwia realizowanie kompleksowych zadań komunikacyjnych. Prosty i szybki standard protokołu PROFIBUS DP (ang. Decentralized Periphery) jest bardzo popularny w rozproszonych sieciach polowych. Do najczęściej spotykanych przyczyn problemów w sieci PROFIBUS DP, powodujących trwały lub okresowy brak komunikacji, można zaliczyć:

• nieprawidłowe wykonanie instalacji sieci PROFIBUS, m.in. ułożenie kabli niezgodnie z zaleceniami (np. niezachowanie wymaganych odległości od kabli siłowych), niewłaściwa instalacja i podłączenie konektorów, zmniejszenie odporności na zakłócenia przez przerwanie lub nieprawidłowe podłączenie ekranu kabla, użycie komponentów niezgodnych ze specyfikacją,
• zbyt duża liczba urządzeń w sieci/segmencie,
• przekroczenie dopuszczalnej  długości kabla w sieci/segmencie, przy określonej prędkości sieci,
• brak lub nieprawidłowa terminacja na zakończeniach linii/segmentu, powodująca pogorszenie jakości sygnału elektrycznego w sieci PROFIBUS DP, szczególnie przy większych prędkościach,
• uszkodzenia kabla (np. przerwa lub zwarcie jednej z linii danych lub ekranu),
• uszkodzenie mechaniczne światłowodu w przypadku wykorzystania jako warstwy fizycznej kabli światłowodowych.

Sieci PROFINET

PROFINET jest nowoczesnym standardem dla automatyki, opartym na sieci Industrial Ethernet. Umożliwia integrację i realizację automatyki procesowej oraz sterowanie napędami (Motion Control), integrację istniejących sieci polowych (np. PROFIBUS), bez konieczności modyfikacji istniejących urządzeń. PROFINET spełnia wymagania zawarte w normie IEC 61158. Charakteryzuje się zastosowaniem otwartych standardów, prostą obsługą i integracją istniejących urządzeń. Standard PROFINET ułatwia dostosowanie istniejących sieci PROFIBUS lub innych sieci polowych – umożliwia budowanie systemów zawierających różne segmenty Ethernet i sieci polowych.

Standard PROFINET wykorzystuje różne warstwy w procesie komunikacji, różniące się wydajnością:

• PROFINET przesyła dane niekrytyczne czasowo – parametry, dane konfiguracyjne, informacje o      połączeniach – za pomocą kanałów TCP/UDP oraz IP, co umożliwia integrację poziomu automatyki z innymi sieciami informatycznymi zakładu (MES, ERP),
• do transmisji danych procesowych krytycznych czasowo wewnątrz instalacji stosowany jest kanał czasu rzeczywistego – SRT (ang. Soft Real Time), zaimplementowany jako oprogramowanie w sterownikach,
• dla aplikacji synchronizowanych czasowo dostępna jest komunikacji z izochronicznym kanałem czasu rzeczywistego (IRT), która zapewnia dokładność impulsów na poziomie 1 μs przy okresie zegara 1 ms.

Rozproszone urządzenia polowe można integrować w sieci PROFINET IO. Stosowana jest tu podobna metoda działania, jak w przypadku sieci PROFIBUS DP, gdzie dane z fizycznych wejść/wyjść urządzeń polowych są cyklicznie przesyłane do sterownika PLC. PROFINET IO ma wbudowaną wielopoziomową diagnostykę, która ułatwia szybką lokalizację oraz usuwanie usterek. W chwili wystąpienia błędu uszkodzone urządzenie IO-Device generuje alarm diagnostyczny w sterowniku IO-Controller, który uruchamia odpowiednią procedurę w programie sterownika i zapewnia właściwą reakcję na błąd. Uszkodzenie urządzenia oznacza zwykle konieczność wymiany. Sterownik IO-Controller automatycznie przeprowadzi parametryzację i konfigurację wymienionego modułu. Dane diagnostyczne mają strukturę hierarchiczną i zawierają: numer slotu (moduł), numer kanału, typ kanału (wejść/wyjść), zakodowana przyczyna błędu (np. zwarcie, przerwanie przewodu), dodatkowe specyficzne informacje producenta.

W przypadku wystąpienia błędu w kanale wejść/wyjść uszkodzone urządzenie również generuje alarm diagnostyczny w sterowniku, uruchamiający odpowiednią procedurę w programie sterującym. Dopiero po wykonaniu procedury obsługi błędu sterownik potwierdzi alarm w urządzeniu. Taki mechanizm zapewnia sekwencyjne przetwarzanie występujących błędów przez sterownik. Aby minimalizować ryzyko zatrzymania lub uszkodzeń, wskazane jest stosowanie wtyczek, przewodów typu patch cord oraz gniazd obiektowych w wykonaniu przemysłowym.

Przykładowe narzędzia diagnostyczne

Liczni producenci dostarczają specjalizowane narzędzia – testery oraz programy komputerowe do diagnostyki przemysłowych sieci komputerowych.

COMSOFT NetTEST II

Przykładem testera jest NetTEST II opracowany przez COMSOFT. Jest to ręczne, przenośne narzędzie diagnostyczne sieci PROFIBUS DP, bazującej na RS-485. Dostarcza rozbudowaną informację o błędach w instalacji i montażu segmentów sieci PROFIBUS DP, co umożliwia instalatorowi sprawdzenie poprawności instalacji, a błędy na poziomie warstwy fizycznej mogą być wyeliminowane na bieżąco.

Diagnostyka segmentu sieci PROFIBUS obejmuje m.in. pomiar długości linii, określenie możliwego zakresu prędkości pracy segmentu (ang. baudrate), pomiar impedancji segmentu sieci, udostępnienie informacji o poprawności zaterminowania segmentu, ciągłości linii, uszkodzeniach kabla, ciągłości ekranu, poprawności okablowania, zamianie żył w linii, o zwarciu, odbiciach (ang. microreflections), niedozwolonych długościach segmentów, niewłaściwej liczbie terminatorów lub ich braku, braku zasilania dla terminatorów, a także listę wykrytych urządzeń w segmencie i dostępnych stacji w sieci oraz amplitudzie sygnału RS-485 dla każdej ze stacji.

NetTEST II jest wyposażony w pamięć danych, mieszczącą do 20 szczegółowych raportów w formacie ASCII, zgodnych z zaleceniami instalacyjnymi PNO (PROFIBUS User Organization). Raporty mogą być pobrane, przetwarzane i wydrukowane. Obsługa NetTEST II odbywa się za pomocą klawiatury 24-przyciskowej oraz graficznego wyświetlacza LCD. Czytelne menu prowadzi użytkownika przez kolejne testy.

Pakiet TH SCOPE + TH LINK

Wielofunkcyjny pakiet do szybkiej i precyzyjnej diagnostyki sieci przemysłowych PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP oraz Modbus TCP został opracowany w firmie Trebing + Himstedt (polskim dystrybutorem jest SIMLOGIC. Centrum Rozwiązań Automatyki z siedzibą w Łodzi). Diagnostyką są objęte nie tylko moduły sprzętowe i okablowanie, ale również wyższe warstwy komunikacji.

TH SCOPE to oprogramowanie diagnostyczne dla sieci PROFINET i Industrial Ethernet, może w jednej aplikacji monitorować jednocześnie wiele protokołów komunikacyjnych. Dostęp do sieci jest realizowany za pomocą TH LINK. Oprogramowanie TH SCOPE umożliwia diagnozowanie wyższych warstw modelu ISO/OSI. Można w łatwy i szybki sposób rozpoznać topologię sieci, uzyskać wszystkie niezbędne informacje o każdym urządzeniu, również o wersji firmware oraz numery zamówieniowe. Przejrzyste i tekstowe informacje diagnostyczne pozwalają na szybką reakcję podczas wystąpienia awarii, a dzięki statystykom sieci można szybko określić uszkodzony moduł. TH LINK umożliwia dostęp do systemów komunikacyjnych i łączy struktury sieci wyższego poziomu z sieci. Całość uzupełnia oprogramowanie TH SCOPE Easy do diagnostyki sieci PROFINET.

Sprawna diagnostyka przemysłowych sieci komunikacyjnych jest obecnie jednym z kluczowych elementów codziennej pracy działów utrzymania ruchu na całym świecie.

Podsumowanie

Diagnostyka sieci przemysłowych – odpowiadających za komunikację w rozproszonych przemysłowych instalacjach technologicznych oraz w nadzorujących ich pracę systemach automatyki i sterowania – doczekała się wielu rozwiązań. Producenci oferują specjalizowane testery oraz oprogramowanie ułatwiające identyfikację i lokalizację uszkodzeń oraz nadzorowanie poprawnej pracy.

Inaczej jest w przypadku diagnostyki samych procesów przemysłowych. W niewielkim stopniu pełnią tę rolę systemy SCADA. W przypadku dużej liczby alarmów (np. średnia dobowa liczba alarmów w przemyśle energetycznym wynosi około 2 tys., podczas gdy według zaleceń nie powinna przekroczyć 144) operatorzy nie nadążają z ich kwitowaniem. Jedynym rozwiązaniem są przedstawione systemy diagnostyczne – ich stosowanie zmniejsza liczbę awarii średnio o 90 proc. Zysk jest ogromny. Zaawansowana diagnostyka prowadzona w czasie rzeczywistym przynosi istotne korzyści: podwyższenie bezpieczeństwa i redukcję ryzyka technicznego, zwiększenie niezawodności systemu, ograniczenie strat w stanach z uszkodzeniem, redukcję kosztów remontu, eliminację przeciążenia informacyjnego obsługi przez system alarmowy.

Należy oczekiwać, że w najbliższych latach priorytetem będzie wdrażanie systemów diagnostycznych w kluczowych procesach przemysłowych.

dr inż. Małgorzata Kaliczyńska

PAR