Một hướng dẫn ngắn để giải quyết EMI trên PROFIBUS 

Sự rối loạn điện trên một nhà máy công nghiệp có thể xảy ra do sự quá tải điện áp, điện thế đột ngột, sags hoặc transients. Tiếng ồn (các tín hiệu điện không mong muốn làm bóp méo hoặc cản trở tín hiệu gốc hoặc tín hiệu mong muốn) cũng có thể khá phổ biến do hậu quả của việc nối đất sai, cáp che chắn hoặc sự gần nhau của cáp điện.

Trong một mạng PROFIBUS, những rối loạn này có thể ảnh hưởng đến truyền thông và gây ra trục trặc. Một số trong nhiều loại sự cố khác nhau có thể xảy ra bao gồm: mất liên lạc với thiết bị mạng, báo động, các thành phần hỏng hoặc hư hỏng, và quá tải điện. Thời gian chết là cực kỳ bất lợi vì nó có thể dẫn đến tổn thất lớn và nguy cơ an toàn tại cơ sở của bạn. Do đó cần thiết phải thực hiện các biện pháp để tránh nhiễu điện từ.

Sự cố thường gặp nhất trên các mạng PROFIBUS bắt nguồn chủ yếu từ các vấn đề truyền thông, phản hồi tín hiệu và nhiễu điện từ. Chúng ta có thể giới hạn hoặc hoàn toàn ngăn chặn ba sự kiện này với một thiết kế mạng thích hợp. Để thiết kế một mạng lưới đáng tin cậy và vững chắc, chúng ta cần phải hiểu những sự kiện này có thể xảy ra bằng cách đặt ra một số câu hỏi đơn giản:

Profibus International (PI) cung cấp một loạt các hướng dẫn và thực tiễn tốt nhất về thiết kế và lắp đặt mạng PROFIBUS, bao gồm làm thế nào để giảm thiểu các rối loạn. Làm theo các khuyến cáo này có thể làm giảm đáng kể nguy cơ can thiệp.

Khi cài đặt mở rộng, các mạng PROFIBUS có thể có hàng trăm nút yêu cầu phân chia các đơn vị tự động và phân đoạn trong các khu vực khác nhau. Các quy trình khác nhau đòi hỏi phải đặt tốc độ truyền khác nhau (tốc độ truyền), có thể với giao thức PROFIBUS.

Khi tốc độ truyền thay đổi nên độ dài của cáp cũng thay đổi tối đa. 1.5 Mbps là tốc độ truyền dẫn được sử dụng phổ biến nhất (đó là trường hợp của 76% ứng dụng được kiểm tra), vì đây là tốc độ mặc định khi bạn tạo một dự án mới trong hầu hết các công cụ cấu hình PLC. Mạng có 30 thiết bị chạy ở tốc độ 1,5 Mbps có thời gian chu kỳ trung bình nhỏ hơn 10 ms. Nếu không cần thời gian chu kỳ này, bạn nên giảm tốc độ truyền; Khi tốc độ truyền thấp hơn, bạn có thể cài đặt cáp dài hơn và dây kéo dài hơn, và dữ liệu ít bị tổn thương hơn do nhiễu điện từ.

Tăng tốc độ baud cũng làm tăng khả năng xảy ra lỗi truyền thông. Trừ khi nó là cần thiết, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng một tốc độ thấp hơn để có được sự cân bằng giữa hiệu suất và độ tin cậy. Tuy nhiên, khi đòi hỏi độ dài đáng kể, nên lắp đặt một bộ lặp PROFIBUS. Các bộ lặp lặp lại tín hiệu điện và được sử dụng để đạt được khoảng cách xa hơn, cả đến đoạn và mạng.

Vấn đề phổ biến nhất là kết quả của sự phản xạ của tín hiệu, được tạo ra bởi sự thiếu kết thúc hoạt động hoặc sự mòn của cáp. Trọng tâm cần đặc biệt chú ý đến cáp: nhờ cấu trúc bên trong của nó, dây cáp cung cấp khả năng chống lại sự nhiễu sóng điện từ. Nếu dây cáp bị hư hỏng hoặc bị mòn, nó không cung cấp bảo vệ.

Trong trường hợp cần giám sát mạng vĩnh viễn, bạn có thể cài đặt thiết bị được kết nối 24/7. ComBricks là giải pháp theo dõi lý tưởng cho việc này. Nó là một công cụ mô-đun để theo dõi thường xuyên và chẩn đoán mạng PROFIBUS. Với ComBricks, bạn có thể phân tích các lỗi từ một khu vực an toàn và ngăn chặn các phản xạ tín hiệu, ngoài việc ngăn ngừa các vấn đề nhờ hệ thống cảnh báo đơn giản qua email.

Nhiễu điện từ (EMI) là sự thay đổi vĩnh viễn hoặc tạm thời trong tín hiệu điện, do trường điện hoặc từ phát hiện trên cáp truyền tải hoặc trong thiết bị. Điện trường được tạo ra bởi một sự khác biệt điện áp đơn giản, trong khi từ trường được tạo ra bất cứ khi nào có một dòng điện. Vì các thiết bị xử lý các tín hiệu điện, chúng có thể nhạy cảm với sự nhiễu sóng như vậy.

RS-485, lớp vật lý được sử dụng bởi giao thức PROFIBUS, được tạo thành bởi một dây cáp với hai dây xoắn và một tấm che chắn. Các tín hiệu truyền là kết quả của sự khác biệt giữa các điện áp của hai dây.

Mặc dù truyền dẫn kiểu này là rất đáng tin cậy, một số tín hiệu có thể bị thay đổi trong biên độ, tạo ra một lỗi trong truyền thông. EMI có thể gây ra việc truyền lại thông tin hoặc thậm chí là thời gian chết, dẫn đến tổn thất tài chính. Để tránh nhiễu, bạn có thể thực hiện một số biện pháp phòng ngừa, chẳng hạn như:

Sử dụng cáp điện được bảo vệ và đảm bảo việc lắp đặt đã được thực hiện đúng cách (có đủ không khí hoặc tách kim loại giữa cáp điện và cáp tín hiệu).

Đảm bảo rằng nhiễu điện từ không lan sang các phân đoạn khác bằng cách cài đặt một bộ lặp đa kênh được chứng nhận. Điều này có thể ngăn sự lan truyền nhiễu và cô lập các tiếng ồn trên một đoạn bus.

Chứng nhận thiết bị PROFIBUS không bắt buộc. Tuy nhiên, nó là sự thông minh hơn để lựa chọn thiết bị được thiết kế và chứng nhận để hoạt động trong PROFIBUS trong khi đáp ứng các yêu cầu độ tin cậy nhất định. Các thiết bị được chứng nhận hoạt động như ‘Lồng Faraday’, nghĩa là chúng không bị xáo trộn bởi các yếu tố bên ngoài và thường không ảnh hưởng lẫn nhau. Điều này có nghĩa là với các thiết bị được chứng nhận, chúng tôi có thể làm giảm đáng kể nhiễu điện từ.

Cân nhắc thiết lập sự thừa cáp, sử dụng các thiết bị hỗ trợ tính năng này (như ProfiHub B5 + R bởi PROCENTEC). Sự thừa cáp là rất hữu ích để tăng độ tin cậy của mạng của bạn. Trong thực tế, nó làm tăng tính sẵn sàng của nhà máy, như sự thất bại của một cáp PROFIBUS không có ảnh hưởng đến truyền thông.

Trong thiết kế của một thiết bị chịu sự can thiệp lớn và đặt trên một diện tích lớn, hãy xem xét sử dụng cáp quang có thể đảm bảo truyền qua nhiều km và cao miễn dịch chống lại sự can thiệp từ điện. Với cấu trúc liên kết vòng, nó cũng có thể đảm bảo sự liên tục của truyền thông, ngay cả trong trường hợp các vấn đề trên một trong các thiết bị mạng. Khi nghi ngờ về loại cấu hình, bạn nên yêu cầu các chuyên gia được chứng nhận PROFIBUS ở nước bạn xử lý.

Chúng ta đang đối mặt với các vấn đề trên một cài đặt hiện có hay không, chúng ta có thể cố gắng xác định phản xạ và nhiễu điện từ. Công cụ nào tốt nhất để sử dụng cho điều này?

Để xác định các phân đoạn rắc rối, chúng ta phải sử dụng một máy phân tích mạng với một oscilloscope để kiểm soát hình dạng của sóng tín hiệu. Sóng tín hiệu có kích thước khác nhau tùy thuộc vào vấn đề. Đặc biệt, sóng thường có đỉnh bất thường trong trường hợp nhiễu điện từ.

Ở trên, chúng tôi đã đề cập đến ProfiTrace: một máy phân tích di động mạnh mẽ cho các mạng PROFIBUS. Công cụ này cho phép xác định đơn giản các rối loạn điện từ.

Nói tóm lại, chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng thiết kế ban đầu của một mạng PROFIBUS là cần thiết để ngăn ngừa các vấn đề như phản xạ hoặc nhiễu điện từ, là nguyên nhân gây ra nhiều trục trặc. Mỗi sự cố, ngay cả khi nhỏ hoặc lẻ tẻ, dẫn đến tổn thất lớn. Vì vậy, điều quan trọng là hiểu được nguồn gốc của trục trặc đó và để nắm bắt các nguyên tắc cơ bản phải được tuân theo trong việc lựa chọn các thiết bị và cáp.

Một thiết kế mạng thích hợp, kết hợp với việc lắp đặt các thiết bị phù hợp, tạo thành cơ sở trong việc tạo ra một cơ sở hạ tầng tin cậy và lâu dài được nâng cấp hoặc mở rộng mạng hiện có. Trong quá trình hoạt động bình thường của nhà máy, sự ổn định của mạng có thể thay đổi theo thời gian do điều kiện môi trường dẫn đến sự mài mòn cáp. Để đảm bảo tính toàn vẹn của mạng PROFIBUS, cần phải thường xuyên thực hiện các hoạt động chẩn đoán bằng cách sử dụng các công cụ chính xác.