Fehlersuche am CAN I/O Bus bei SMC-42.

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1 Fehlersuche am CAN I/O Bus bei SMC-42. Eine Fehlersuche von sporadisch aufgetretenen Fehler am CAN I/O Bus ist relativ schwierig und zeitaufwendig. Diese Anleitung zeigt die verschiedenen Möglichkeiten auf, die in der Praxis bisher bekannt geworden sind. Massnahmen für die Fehlersuche werden hier vorgeschlagen. Bei einem einwandfrei funktionierenden CAN I/O Bus kann man in der CAN Statistik im Servicemodus keine Fehlermeldungen finden. Der Servicemodus kann aus dem manuellen Modus abgerufen werden und die Statistikdaten jedes einzelnen CAN I/O Moduls angesehen werden. Bei aufgetretenen Problemen sollten die analogen Signale am CAN Bus mit einem K.O. angesehen und analysiert werden. Das SMC-42 Programm muss auf seine Richtigkeit überprüft oder für bestimmte Untersuchungsmethode angepasst werden. Sehr wichtig ist die Ausmessung der Leitungen, Abschirmung und der Abschlusswiderstände. Inhaltsverzeichnis 1 Anwahl Servicemodus CAN_H und CAN_L Signale am K.O Ausmessung der Verdrahtung und Abschirmung Ausmessung der Verdrahtung CAN Repeater Ausmessung der Abschusswiderstände Ausmessung der Abschirmung Bekannte Probleme und Lösungen SMC-42 Programm Baudrate Deklaration LIMITS Deklaration CAN_DEVICE Deklaration CAN_ON und CAN_OFF Befehle CAN_CHECK Befehl Systemfehler Fehlende Module Störung oder Kurzschluss am Ausgang eines Moduls Kurzschluss am Eingang eines Treibers Zusammenfassung der Systemfehlermeldungen Filter der CAN Nachrichten nach einem Systemfehler R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 1 von /PH

2 1 Anwahl Servicemodus Die Statistik aller CAN I/O Module, welche in der.can_device Tabelle deklariert worden sind, kann im Servicemodus abgerufen werden. In den Servicemodus kann man nur im Manuellmodus wechseln. Zum Starten des Servicemodus die Tasten SHIFT und 6 nacheinander betätigen. Die LED's ESC, MAN und STAT leuchten auf, um den Servicemodus anzuzeigen. Um in die Statistik der CAN I/O Module zu gelangen, Taste RECHTS (>) drücken. Die Statistik des ersten Moduls in der.can_device Tabelle wird angezeigt. z.b.: SERV left,right,exit with ESC UP/DOWN 1, HIGH/LOW 10 INDEX = 0 IDENT = 4 M_ERR = 0 MESGS = REPEAT= 0 EMERG = 0 Mit den AUF und AB Tasten gelangt man zum nächsten oder zum vorherigen I/O Module oder seiner I/O Gruppe in Schritten von 1. Mit den HIGH und LOW Tasten gelangt man zum nächsten oder zum vorherigen I/O Module oder seiner I/O Gruppe in Schritten von 10. Die I/O Gruppe ist identisch mit dem Modul bei den Modultypen T0, T1 und T4. Modultyp T2 besitzt 3 I/O Gruppen, weil er 24 Ausgänge beinhaltet. Jede I/O Gruppe repräsentiert ein I/O Byte. Der einzige Unterschied ist der höhere INDEX mit gleichem Identifier ID. Der INDEX wird beim Initialisieren des CAN I/O Busses nach der Reihenfolge der Module in der.can_device Tabelle gebildet und wird bei jeder I/O Gruppe inkrementiert. IDENT ist der Identifier der indizierten I/O Gruppe. M_ERR ist die maximale Anzahl der gleichen Nachrichten, die bei der betreffenden I/O Gruppe wiederholt worden sind. Diese Fehlernachrichten werden von der I/O Gruppe gesendet, wenn einer der Ausgänge überlastet oder kurzgeschlossen wurde. MESGS ist die Gesamtanzahl herausgegangener Nachrichten zu der betreffenden I/O Gruppe seit der Einschaltung des CAN I/O Busses mit dem CAN_ON Befehl. REPEAT ist die Gesamtanzahl der wiederholter Nachrichten. EMERG ist die Gesamtanzahl der Fehlernachrichten der betreffenden I/O Gruppe, wenn sich das I/O Modul am CAN I/O Bus nicht synchronisieren konnte. M_ERR, REPEAT und EMERG müssen bei einwandfreien Betrieb gleich NULL sein! Bei den Modulen mit der Version 1, 2 oder 3 (Baujahr 1999) darf REPEAT > 0 sein. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 2 von /PH

3 2 CAN_H und CAN_L Signale am K.O. Bild 1. CAN Bus Signale am K.O. Im oberen Bild sind CAN_H (Kanal 1), CAN_L (Kanal 2) Signale und ihre Differenz (berechneter Kanal A) aufgezeichnet. Bei einem dominanten Signal muss die Differenz zwischen CAN_H und CAN_L mehr als 1.5 Volt (1.5 bis 3 Volt nach Datenblatt des Leitungstreibers) betragen. Bei einem recessiven Signal ist die Differenzspannung gleich Null. Das letzte Differenzsignal einer CAN Nachricht ist das sogenannte ACK Signal und dieses wird von allen CAN Modulen am Bus bestätigt. Die Differenzspannung des ACK Signals ist damit grösser als die der vorherigen Signale. Dieses Beispiel wurde mit einer Baudrate von 125 kbit gemacht. Der verwendete Speicher- K.O. war LeCroy mit einer 2.5 Gbit Abtastrate. Die Einstellung der Spannungspegel und der Triggerung ist aus dem Bild ablesbar. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 3 von /PH

4 3 Ausmessung der Verdrahtung und Abschirmung 3.1 Ausmessung der Verdrahtung Mir einem geeigneten Ohmmeter (Messbereich < 200? ) werden folgende Messungen zwischen zwei CAN Steckern an den jeweiligen Leitungsenden ausgeführt. CAN_24V CAN_L CAN_0V CAN_H Pin 1 Anfang der Leitung bis Pin 1 Ende der Leitung Pin 2 Anfang der Leitung bis Pin 2 Ende der Leitung Pin 3 Anfang der Leitung bis Pin 3 Ende der Leitung Pin 4 Anfang der Leitung bis Pin 4 Ende der Leitung Messanordnung: Anfang der Leitung Hilfsdraht Ende der Leitung 1 2 Ohmmeter 4 3 Bild 2. Ausmessung der Leitungswiderstände Der gemessene Widerstand ist die Summe der Widerstände in der Steckerverbindung (ca Miliohm/Steckverbindung) und der Leitungswiderstände. Das verwendete CAN Kabel weist etwa160 Miliohm/m Widerstand auf. Bei einer 30 m Kabellänge werden je nach Anzahl der Module etwa 4.8 bis 5.8 Ohm auf den CAN_H und CAN_L Leitungen gemessen. Es ist zu beachten, dass die CAN_H und CAN_L Leitungen nur einfach und die CAN_0V und CAN_24V Leitungen doppelt geführt sind, womit die Widerstände dieser Leitungen etwa die Hälfte betragen. Wurde ein CAN Repeater eingesetzt, sollen die CAN_H und CAN_L Leitungen vor und nach dem Repeater ausgemessen werden, weil der Repeater diese Leitungen galvanisch trennt. Die CAN_0V und CAN_24V Leitungen überbrücken den Repeater. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 4 von /PH

5 3.2 CAN Repeater Der galvanisch trennende CAN Repeater überträgt und verstärkt die CAN-Signale. Die Buszuleitung und die Busweiterleitung sind je mit einem 120O Widerstand abgeschlossen (D-SUB-9 Pin 2 nach Pin 7). Die CAN_0V und CAN_24V Leitungen sowie die Abschirmung sind direkt verdrahtet und zwischen den CAN_0V und CAN_24V Leitungen sind Stützkondensatoren angeordnet. Buszuleitung 1 2 CAN_2 Busweiterleitung 3 4 Stecker 2 female GND Schirm Stecker 3 male O + 390µF 50V 330nF 63V 120O +V Pin Bezeichnung Funktion 2 CAN_L CAN- Datenleitung dominant low 3 CAN_0V Masse 7 CAN_H CAN- Datenleitung dominant high 9 CAN_24V Positive Versorgung +24V Bild 3. CAN Repeater R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 5 von /PH

6 3.3 Ausmessung der Abschusswiderstände Messanordnung: CAN Stecker Ohmmeter Bild 4. Ausmessung der Abschlusswiderstände Anfang der Leitung Ende der Leitung SMC-42 CAN Repeater Abschlusswiderstand Bild O Abschlusswiderstände Die Werte der Abschlusswiderstände jeweils an Enden der Leitungen sind 120O. Bei einer Messung am CAN Repeater werden auf der Buszuleitung und auf der Buswegleitung jeweils ca. 60 Ohm gemessen, wenn die CAN Leitung nicht unterbrochen ist. Alle Messungen müssen bei einer abgeschalteten Anlage ausgeführt sein. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 6 von /PH

7 3.4 Ausmessung der Abschirmung Der am meisten vorkommende Fehler ist, dass die CAN Stecker an den Modulen nicht genügend angezogen sind, oder dass die Kabelverschraubung am Stecker für die Kontaktierung der Abschirmung zuwenig fest angezogen ist. Die gemessenen Widerstände zwischen den CAN Brücken von einem zum anderen Modul sollten unter 0,4 Ohm liegen. Bild 5. Ausmessung der Abschirmung Wenn die gemessenen Ohmwerte höher sind, sollte man die Stecker am CAN Kabel mehr anziehen. Eine gute Abschirmung erhöht die Störsicherheit des CAN I/O Busses wesentlich. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 7 von /PH

8 4 Bekannte Probleme und Lösungen Für ein richtiges Funktionieren des CAN I/O Busses müssen mehrere Voraussetzungen erfüllt sein. 1) Die Deklarationen der CAN I/O Module im SMC-42 Programm sollten in der gleichen Reihenfolge aufgeführt sein, wie sie verdrahtet sind. 2) Die Deklaration der Baudrate muss mit allen Modulen übereinstimmen. 3) Das CAN Kabel muss abgeschirmt sein, bei jedem Modul die CAN Stecker angezogen sein und am Ende muss beim letzten Modul der Stecker für den Abschlusswiderstand vorhanden sein. Trotz allen diesen Massnahmen kann es infolge fehlerhafter Kabel, CAN I/O Module, fehlender Abschusswiderstände oder schlechter Abschirmung zu Problemen kommen. 4.1 SMC-42 Programm Das SMC-42 Programm wird vom Compiler insofern überprüft, dass keine Ein- und Ausgänge im Programm vorkommen können, die nicht entweder als lokale und erweiterte (Extension I/O) oder als CAN I/O Ein- und Ausgänge deklariert sind. Mit einer Ausnahme (Ausklammerung der Module mit dem < Operator, oder Anwendung des Befehls CAN_CHECK 0) werden auch die CAN I/O Module ständig auf ihre Anwesenheit überwacht. Die wichtigsten Sprachelemente sind dabei: BIT_RATE.LIMITS.CAN_DEVICE,.END_CAN_DEVICE CAN_ON, CAN_OFF CAN_CHECK Die Bedeutung dieser Befehle kann man im SMC-42 Manual ansehen. Eine gekürzte Erklärung folgt Baudrate Deklaration Am Anfang des SMC-42 Programms muss die Baudrate am CAN I/O Bus deklariert werden. Beispiel: BIT_RATE 125k Alle Module müssen für diese Baudrate vorprogrammiert sein. Der CAN I/O Bus kann nicht aufgestartet werden, wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 8 von /PH

9 4.1.2.LIMITS Deklaration Beispiel:.LIMITS SMC1,I ,O ,F ,D , CI ,CO ,T6,Z4,X5,Y6,S18,W44,J1024,G47 Dabei sind unter anderem: - I LOCAL INPUTS - O LOCAL OUTPUTS - CI CAN-BUS INPUTS - CO CAN-BUS OUTPUTS - G CAN-BUS DEVICES CAN_DEVICE Deklaration Für jedes einzelne Modul muss in der SMC 42 die Modulnummer, der Modultyp, die Zuweisung des ersten Eingangs und des ersten Ausgangs spezifiziert werden. Beispiel :.CAN_DEVICE ID1,T0,E0193,A0193 ID2,T0,E0201,A0201 ID3,T1,E0209,A0209 ID4,T1,E0217,A ID127,T4,E0281,A0281 ID63,T2,E0287,A ID56,T2,E0409,A0409 ID8,T2,E0441,A END_CAN_DEVICE ;Starterbox Kommentar : ID1 ist die Modulnummer 1, T0 ist der Modultyp mit 8 Eingängen und 4 Ausgängen, T1 ist der Modultyp mit 4 Eingängen und 8 Ausgängen, T2 ist der Modultyp mit 24 Ausgängen, T4 ist der Modultyp mit 8 Eingängen und 8 Ausgängen, E0193 ist die Nummer des ersten Einganges am Modul 1, A0193 ist die Nummer des ersten Ausganges am Modul 1, Bei fehlerhafter Angabe des Modultyps wird der Systemfehler 51 (CAN modul_type error ID=) mit der Angabe der ID Nummer ausgelöst. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 9 von /PH

10 Beim Aufbau oder bei der Fehlersuche am CAN I/O Bus kann man die Module ausklammern, die noch nicht am Bus angeschlossen sind. Beispiel:.CAN_DEVICE ID1,T0,E0193,A0193 ID2,T0,E0201,A0201 <ID3,T1,E0209,A0209 <ID4,T1,E0217,A <ID127,T4,E0281,A0281 <ID63,T2,E0287,A <ID56,T2,E0409,A0409 <ID8,T2,E0441,A0441.END_CAN_DEVICE ;Starterbox Das am Anfang der Zeile eingeführte Zeichen < erlaubt zwar die Verwendung der Ein- und Ausgänge im SMC-42 Programm, ohne das der Compiler Fehlermeldungen bringt, aber die ausgeklammerten Module werden beim Aufstarten und im Betrieb des CAN Busses nicht berücksichtigt. Damit ist es möglich einzelne Module nacheinander in Betrieb zu nehmen oder bei elektrischen Problemen nacheinander einzelne Kabel und Module nacheinanderfolgend dazuschalten. Deshalb wird dringend empfohlen, die gleiche Reihenfolge der Module im.can_device Programmblock aufzuführen, wie in der Wirklichkeit verdrahtet CAN_ON und CAN_OFF Befehle Diese Befehle dienen zum Ein- und Ausschalten des CAN I/O Busses. Bei einem fehlendem Modul wird sofort der Systemfehler 59 (CAN missing modul at ID=) mit der Angabe der ID Nummer ausgelöst CAN_CHECK Befehl Mit diesem Befehl wird die Häufigkeit der periodischen Überprüfung aller CAN I/O Module festgelegt. Beispiel: CAN_CHECK 5 CAN_ON Beim Ausfallen eines Moduls mitten im Betrieb wird der Systemfehler 53 (CAN timeout error at ID=) mit der Angabe der ID Nummer ausgelöst. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 10 von /PH

11 4.2 Systemfehler 58 Die Ursachen sind: - fehlerhafter Treiber an der Frontplatte SMC-42 - keine Module angeschlossen - falsche Baudrate - Kurzschluss oder Unterbruch am Bus Die Systemfehlermeldung 58 zeigt den CAN I/O Bus Fehlerstatus an, in welchem der Fehlerstatus des Statusregisters im Controller abgebildet ist. BIT Name: BOff Warn Wake RXOK TXOK LEC2 LEC1 LEC0 Tabelle 1. Statusregister des CAN Controllers Die Bedeutung der einzelnen Bits ist im Datenblatt ausführlich angegeben. Eine gekürzte Version der Bedeutung der Bits im Statusregister ist: BITS NAME Bedeutung 7 BOff 0 = CAN Bus ist eingeschaltet 1 = CAN Bus ist ausgeschaltet, weil mehr als 256 Fehler 6 Warn 0 = weniger als 96 Fehler am CAN Bus oder keine 1 = Warnung, mehr als 96 Fehler am CAN Bus 5 Wake Sleep Modus Umschaltung 4 RXOK 1 = letzte Nachricht fehlerfrei erhalten 3 TXOK 1 = letzte Nachricht fehlerfrei gesendet 0-2 LEC0-2 0 = kein Fehler 1 = Stuff Fehler (mehr als 5 gleiche Bits in der Nachricht) 2 = Form Fehler (falsches Format der erhaltenen Nachricht) 3 = Ack Fehler (kein CAN I/O Modul hat die gesendete Nachricht empfangen und bestätigt) 4 = Bit 1 Fehler (die letzte Nachricht konnte noch nicht abgesetzt werden) 5 = Bit 0 Fehler (eigene Nachricht falsch gelesen) 6 = Checksum Fehler Tabelle 2. Bits des Statusregisters im CAN Controller Beispiel: p_index = CAN_OFF STOP at system error NR: 58 CAN 8257 error status = STATUS = 43HEX 67 Das STATUS 43HEX bedeutet, dass die Bits 6, 1 und 0 (=3) hoch sind. Das 3 zeigt einen ACK Fehler an, wenn z.b. kein CAN I/O Modul am Bus angeschlossen ist. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 11 von /PH

12 4.3 Fehlende Module Fehlende oder falsch konfigurierte Module (Typ) werden mit den Systemfehlern 59 bzw. 51 während des Aufstartens des CAN I/O Busses angezeigt. 4.4 Störung oder Kurzschluss am Ausgang eines Moduls Beim Kurzschluss am Ausgang eines Moduls oder bei Synchronisierungsproblemen am CAN I/O Bus werden in SMC_42 Fehlersignale von den einzelnen Modulen empfangen, was schliesslich nach mehr als 8 nacheinanderfolgenden Fehlermeldungen des gleichen Moduls zum Systemfehler 52 führt. Bei vereinzelten Fehlermeldungen wird noch kein Systemfehler ausgelöst. Die Fehlermeldungen werden aber für jedes Modul aufsummiert und erscheinen in der Fehlerstatistik. 4.5 Kurzschluss am Eingang eines Treibers Ein solcher Fehler kann nur mit dem K.O. erkannt werden. In diesem Fall wird einer der beiden Differenzsignale CAN_H oder CAN_L kurzgeschlossen. Die Folge ist eine Häufung der Fehlersignale von den CAN Modulen, die Probleme mit der Synchronisierung haben. Die Feststellung des Moduls mit dem fehlerhaften Treiber erfolgt mit einem angepassten SMC-42 Programm, in welchem z.b. alle bis auf die ersten zwei Module ausgeklammert werden. Am zweiten Modul wird der Abschlusswiderstand angeschlossen und danach sollte das K.O. Bild dem in Bild 1 gezeigtem Signalverlauf entsprechen. Danach werden weitere Module elektrisch dazugeschaltet, bis das fehlerhafte Modul entdeckt wird. Erst wenn alle Module bis auf das fehlerhafte Modul wieder angeschlossen sind und das K.O. Signal dem in Bild 1 entspricht, kann man mit Sicherheit das fehlerhafte Modul ersetzen. 4.6 Zusammenfassung der Systemfehlermeldungen Das Betriebssystem SMC42 generiert folgende Systemfehlermeldungen. Nr.: Fehlermeldung Bedeutung 51 CAN modul_type error ID= Falscher Modultyp deklariert in CAN_DEVICE 52 CAN error message at ID= Störung im CAN I/O Modul oder Kurzschluss 53 CAN timeout error at ID= CAN I/O Modul meldet sich nicht mehr 54 CAN unknown modul at ID= Modul nicht in CAN_DEVICE deklariert 55 CAN return error at ID= Falsche Meldung von CAN I/O Modul 56 CAN transmt buf overflow Sendepuffer voll 57 CAN receive buf overflow Empfangspuffer voll 58 CAN error status = CAN I/O Bus Fehlerstatus 59 CAN missing modul at ID= Fehlendes CAN I/O Modul 61 wrong CAN identifier Falscher CAN Identifier Tabelle 3. Fehlermeldungen R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 12 von /PH

13 5 Filter der CAN Nachrichten nach einem Systemfehler Im Falle eines Systemfehlers am CAN I/O Bus können ab SMC-42 Systemversion 8 die letzten Nachrichten im Klartext und mit verschiedenen Filtern angesehen werden. Nach der Systemfehlermeldung wird zuerst eine der Pfeiltasten, HIGH- oder LOW- Taste gedrückt, um jeweils Blöcke von 12 Nachrichten in Schritten 1, 10 oder 100 anzuzeigen. Für die Filterung wird danach eine Zahl zwischen 0 und 5 eingegeben. Bei der Eingabe der Zahl 0 wird Modus 0 ausgewählt. Hier werden alle CAN Nachrichten mit Klartext wie bisher angezeigt. Wird eine Zahl zwischen 1 und 4 ausgewählt, muss noch die ID (Zahlen 1 bis 127) des zu suchenden Moduls eingegeben und mit "=" quittiert werden. Danach werden nur die CAN Nachrichten von und zum CAN I/O Modul mit dieser ID gefiltert. Um diese aber anzuzeigen muss man erneut eine der Pfeiltasten, HIGH- oder LOW- Taste drücken. Wird die Zahl 5 eingegeben, so werden nur die Fehlermeldungen aller Module angezeigt. Die folgende Tabelle Zeigt die Zuordnung der Filtereigenschaften. Mode Filter 0 ohne 1 ID, alle Nachrichten 2 ID, Nachrichten Eingänge 3 ID, Nachrichten Ausgänge 4 ID, Fehlermeldungen 5 alle Fehlermeldungen Das Filter der CAN Nachrichten ist sehr empfehlenswert, damit nicht unnötig Module ausgetauscht werden, deren Fehlermeldungen als Folge anderer am CAN I/O Bus entstandener Fehler sind. R:\Smc42\Doku\TEST_CAN_SMC42.doc Seite 13 von /PH