Control Systems and Components Fehlersuche in Seriellen S-Bus RS485 Netzen

Transkript

1 Control Systems and Components Fehlersuche in Seriellen S-Bus RS485 Netzen

2 Realität bei der Inbetriebnahme von Netzwerken Der Elektriker meldet, dass der Bus komplett verdrahtet ist. Die Busleitung ist getrennt von Starkstromleitungen verlegt. Es sind keine Kabeldreher oder Unterbrechungen vorhanden. Die Abschlusswiederstände an den Endpunkten sind gesetzt. Die Kommunikation wird eingeschaltet in der Hoffnung, dass es auf Anhieb funktioniert. Die Kommunikation läuft sofort und wird nicht in Frage gestellt Die Kommunikation läuft nicht: Netzwerken 2

3 Qualität des Netzwerkes Wie zuverlässig ist die Kommunikation? Wie viele Schritte trennen uns noch vom Abgrund?? Netzwerken 3

4 Topologie von RS 485 S-BUS Netzwerken Abzweigungen und Baumstrukturen sind über Konverter an zu koppeln. Netzwerken 4

5 RS 485 Segmente Abschliessen Jedes Segment ist am Anfang und Ende mit Abschlusswiderständen zu versehen. Anfangsstation Zwischenstationen Endstation PCD2.M.. PCD2.M.. PCD2.M.. PCD2.M.. +5 V +5 V Pull up 330 Ohm Abschluss widerstand 150 Ohm Bus RS485 /RX - /TX RX - TX Pull down 330 Ohm Segmentlänge m ax m max. 32 Stationen Netzwerken 5

6 Kabelspezifikation S-Bus RS 485 Bus-Leitung: 2-adrig verdrillt, abgeschirmt, min. 2*0,5 mm² Länge max m pro Segment (z.b. UNITRONIC LIYCY) Anzahl Stationen: Max. 32 pro Segment, total max. 255 Anzahl Segmente: Max. 8 Segmente, via PCD7.T100 Repeater miteinander verbunden. Netzwerken 6

7 Schirmkonzept Den Schirm durchkontaktieren In Schaltschrank auf kürzestem Wege, grossflächig geerdet Keine Verbindung zur S-Bus - Signalmasse (SGND) Auf guten Potentialausgleich zwischen den Erdungspunkten achten Abschlusswiderstand gesetzt Abschlusswiderstand gesetzt Netzwerken 7

8 Vorbildliche Inbetriebnahme Überprüfen dass an beiden Enden eines jeden Segmentes die Abschlusswiederstände gesetzt sind. Überprüfen dass der Schirm durchkontaktiert und geerdet ist. Auf guten Kontakt der Klemmverbindungen achten. Klemmstellen und dadurch Übergangswiderstände sind zu minimieren. Die Ruhepegel der Busleitung an jedem Teilnehmer überprüfen (bei deaktivierter Kommunikation). Netzwerken 8

9 Statische Bus Pegel Die Steuerungen befinden sich an Betriebsspannung Keine Kommunikation auf dem Bus (Master im Stop) An den Klemmen eines jeden Busteilnehmers müssen folgende Spannungspegel anliegen. 122 Ω 224 Ω U(D) 1,91 V 1,55 V U(/D) 2.78 V 3,15 V U(D-/D) 0,87 V 1,60 V Netzwerken 9

10 Dynamischer Bustest Kommunikation einschalten. Am einfachsten mit einem kleinen Testprogramm, welches nur wenige Werte zu den Slaves überträgt. Sofern der Bus Fehlerhaft ist und Telegramme nicht beantwortet werden oder verloren gehen, zeigt die SASI-Diag Fbox retrys an. Dies ist ein untrügliches Zeichen dafür, dass das Netzwerk nicht in Ordnung ist. Netzwerken 10

11 Messungen mit dem S-Bus Analyser Mit einem Bus Analyser können die ersten Messungen gemacht werden. Es ist ersichtlich welche Stationen immer antworten, teilweise antworten oder überhaupt nicht auf Anfragen reagieren. Es ist ersichtlich in welchem Bereich die Fehler zu suchen sind. Die dazugehörigen Bussegmente und Timings der fraglichen Stationen können daraufhin überprüft werden. Saia hat einen bewährten S-Bus Analyser der unter DOS Betriebssystemen läuft und zwei Serielle Schnittstellen benötigt. Ein Windows basierender S-Bus Analyser ist momentan in Arbeit. Netzwerken 11

12 Messungen mit dem S-Bus Analyser Station 2 antwortet korrekt Station 3 antwortet auch nach 2 retrys nicht Netzwerken 12

13 Oszilloskopmessungen: Anforderungen an das Messinstrument Mit einem Speicheroszilloskop lassen sich die unterschiedlichsten Fehler in einem Bus schnell und einfach erkennen. Je höher die Baudraten, desto höher steigen auch die Anforderungen an die Busverkabelung und somit die Notwendigkeit qualitative Aussagen über das Bussignal ab zu geben. Gerätevoraussetzungen: Speicheroszilloskop mit 2 Kanälen 3ter virtueller Kanal (mathematische Funktion aus Kanal 1+2) Netzwerken 13

14 Osziloskop Settings Single shot mode DC coupling 2 V / div CH1 = A resp. RX-TX resp. D CH2 = B resp. /RX-/TX resp. /D Math = CH2 CH1 Typische Time divisions bei unterschiedlichen Baudraten 9600: 500 µs / division 38.4 k: 100 µs / division k: 20 µs / division 1.5 M: 2 µs / division Netzwerken 14

15 Versuchsaufbau: Vorbildlicher Bus Messpunkt 100 m Profibuskabel 100 m Profibuskabel Netzwerken 15

16 Oszilloskopmessungen: Ideales Bussignal Ruhepegel D = 2 V Ruhepegel /D = 3 V Ruhepegel Differenzsignal > 1 V Differenzsignalhub = 5V Bedenklich ab < 3,5 V Minimum = 2 V Die Flanke von D und /D sind entgegengesetzt, D steigend, /D fallend Signifikante Oszilation nur an den Flankenübergängen Netzwerken 16

17 Versuchsaufbau: gekreuzte Signalleitungen 100 m Profibuskabel 100 m Profibuskabel Messpunkt Netzwerken 17

18 Oszilloskopmessungen: Signalleitungen gekreuzt Die Ruhepegel D und /D sind identisch ca. 2,4 V Der Ruhepegel des Differensignals ist = 0 V Hinter der Kreuzung sind die Flanken des Signalanfangs vertauscht D fallend und /D steigend Netzwerken 18

19 Versuchsaufbau: Unterbrechung einer Signalleitung 100 m Profibuskabel 100 m Profibuskabel Messpunkt Netzwerken 19

20 Oszilloskopmessungen: Unterbrechung einer Signalleitung Variante A: Ein Signal vorhanden Das zweite Signal nicht oder nur mit Peaks an den Flanken. Deformiertes Differensignal Variante B: Beide Signale sind nahezu identisch Konstantes Differensignal Netzwerken 20

21 Versuchsaufbau: Unterbrechung des Schirms 100 m Profibuskabel 100 m Profibuskabel Messpunkt Netzwerken 21

22 Oszilloskopmessungen: Unterbrechung des Schirmes Dem Signal sind deutliche Störungen überlagert. Netzwerken 22

23 Versuchsaufbau: Unterbrechung des Schirms mit Telefonleitung 100m J-YStY 100 m Profibuskabel 100 m Telefonleitung J-YStY Messpunkt Netzwerken 23

24 Oszilloskopmessungen: Unterbrechung des Schirms mit Telefonleitung 100m J-YStY Netzwerken 24

25 Versuchsaufbau: keine Abschlusswiderstände 100 m Profibuskabel 100 m Profibuskabel Messpunkt Netzwerken 25

26 Oszilloskopmessungen: Keine Abschlusswiderstände Der Ruhepegel des Differensignals ist nicht 1V Deutliche Überschwinger und exponential abfallenden Signalverläufe Netzwerken 26

27 Versuchsaufbau: ein Abschlusswiderstand fehlt 100 m Profibuskabel 100 m Profibuskabel Messpunkt Netzwerken 27

28 Oszilloskopmessungen: ein Abschlusswiderstand fehlt korrekte Ruhepegel Deutliche Überschwinger der Signalverläufe (Reflexionen) Netzwerken 28

29 Versuchsaufbau: non konformes Kabel Signalleitung 400m, 54 Ω pro Ader, 34 Ω Schirm 100 m Profibuskabel 400 m Signalleitung Messpunkt Netzwerken 29

30 Oszilloskopmessungen: non konformes Kabel Deutlich deformierte Signalform Reduzierte Signalpegel Differenzsignal auf 3 V reduziert Noch keine Errors auf dem Bus dedektiert. Signalleitung 400m, 54 Ω pro Ader, 34 Ω Schirm Netzwerken 30

31 Software Oszilloskop für PC Handyscope 3 Über USB an zu schliessen Preis: 1140,- 50 MHz Version 1350,- 100 MHz Version Sehr klein und handlich Dokumentation der Messergebnisse und screenshots sind sehr einfach. Abspeichern von Messgeräteeinstellungen. Netzwerken 31

32 Oszilloskop Standgerät von Tektronix Tektronix TDS 1012 Preis: < 1500 Euro für 2 Kanäle monochrom version, 400 Euro Aufpreis für die PC Option und RS 232 Schnittstelle. Leicht zu benutzen Kompakte Bauform Netzwerken 32

33 Jetzt wissen wir wo wir stehen! Netzwerken 33