Monitoraggio del livello fisico del bus di campo

L'industria di processo si rivolge sempre più alla trasmissione dati digitale mediante bus di campo. I vantaggi sono evidenti: riduzione del numero di cavi con conseguente risparmio di tempo e costi durante la progettazione, l'installazione e la messa in servizio. Durante il normale funzionamento, la tecnologia a bus di campo, grazie, tra l'altro, alla grande accuratezza nella trasmissione di dati e risultati, consente di migliorare notevolmente la qualità in fase di produzione. Dispositivi di campo intelligenti mettono a disposizione più funzioni consentendo una configurazione remota del dispositivo stesso. Il bus di campo consente la programmazione remota e la lettura di informazioni utili per la manutenzione che vengono così inviate direttamente al sistema di controllo. Gli investimenti sono giustificati da una minor numero di interventi di manutenzione e da maggiori tempi operativi del sistema.
La tecnologia a bus di campo e la tecnologia 4...20 mA hanno in comune, per quanto riguarda l'installazione, molto di più di quanto possa sembrare a prima vista. I cavi devono essere stesi correttamente. I metodi di schermatura e messa a terra sono simili e devono essere scelti correttamente in base al sistema. Molti utenti non sanno che è possibile connettere fino a 31 nodi ad un unico segmento del bus di campo, utilizzando gli stessi conduttori sia per l'alimentazione che la comunicazione. Anche il metodo di protezione antideflagrante deve essere progettato tenendo conto del fatto che numerosi nodi sono connessi a una linea. Secondo il relativo standard IEC 61158-2 la lunghezza massima della linea è di 1.900 m. Lo standard definisce inoltre una topologia per quanto riguarda il segmento principale e le sue derivazioni. Ogni dispositivo di campo viene alimentato attraverso la sua derivazione, portando sul segmento principale i massimi valori di tensione e corrente grazie al metodo di cablaggio a sicurezza aumentata. Quasi tutte le installazioni moderne sono eseguite in questo modo (vedere anche: Segmento High Power).

I segnali usati per la trasmissione dati devono essere facili da misurare così da poter documentare la qualità della trasmissione. In aggiunta alle classiche misure di tensione di alimentazione e corrente di carico è molto importante poter misurare una serie di parametri  quali livello del segnale, disturbi del segnale e distorsioni (vedere inserto). Le normative esistenti impongono che i controlli e le verifiche siano documentati. Oltre alla canalina portacavo e all'isolamento, è necessario misurare la resistenza e la capacità e documentarle per ogni dispositivo. La persona che esegue la messa in servizio deve utilizzare una moltitudine di dispositivi in campo. La lista dei dispositivi comprende multimetri digitali, tester del bus e, meno frequentemente, un oscilloscopio digitale. I dispositivi di misura devono essere spesso collegati in campo. Ciò significa che i pannelli di distribuzione e le cassette di derivazione devono essere aperti ogni volta che è necessario collegare gli strumenti di verifica. A tale scopo è spesso necessario anche rimuovere alcuni cablaggi  nell'armadio o in campo. Le stesse procedure di verifica richiedono anche che venga collegato ogni dispositivo di campo per essere misurato e documentato separatamente. Si tratta insomma  di un grande lavoro manuale.

Ciò che era impensabile per il cablaggio punto a punto, può essere realizzato per il bus di campo: il nuovo Modulo di Diagnostica Avanzata di Pepperl+Fuchs effettua la misurazione e il monitoraggio della struttura fisica del bus di campo direttamente dalla sala di controllo. Sviluppato come scheda plug-in per il sistema di alimentazione modulare Power Hub, il modulo rileva tutte le misurazioni del livello fisico del bus di campo per tutti i segmenti del bus di campo, convogliando tutti i parametri misurati  su di un'unica stazione di lavoro di manutenzione online e in tempo reale.  La diagnostica del livello fisico del bus di campo e la misurabilità dei segnali effettivamente trasferiti mettono a disposizione degli installatori e degli operatori dei sistemi di processo un quadro più completo del comportamento del bus di campo. Ciò consente di analizzare con precisione comportamenti che altrimenti sarebbero spesso inesplicabili. È anche possibile misurare e verificare la tensione e corrente disponibile sul bus di campo.

Un vantaggio del bus di campo è che meno del 2% di tutte le installazioni presenta un comportamento errato. Ciò significa che il 98% delle installazioni è di buona qualità e deve essere solamente verificato. Pertanto, non è più veramente necessaria una presenza sul posto per la messa in servizio di un sistema. È meglio effettuare l'installazione e la messa in servizio in fasi separate.

Gli strumenti di campo pre-programmati nel laboratorio di verifica sono tutti connessi direttamente al bus di campo. La misurazione, documentazione e messa in servizio sono stati combinati in una unica fase operativa. Se dovesse essere necessario, è possibile eseguire una ricerca guasti successivamente.

Dalla sala di controllo la persona che effettua la messa in servizio esegue tutti i passaggi necessari utilizzando il Modulo di Diagnostica Avanzata. Le misurazioni e la registrazione delle attività eseguite possono essere effettuate facilmente attraverso menu e interrogazioni. Una documentazione esaustiva viene generata automaticamente al termine della fase di messa in servizio e resa disponibile sia in formato elettronico che cartaceo. La procedura garantisce che:

• L'installazione soddisfa i requisiti dello standard IEC 61158-2.
• Ogni dispositivo di campo soddisfa i requisiti dello standard del bus di campo scelto

Inoltre viene calcolata la tensione e corrente erogata su segmento del bus di campo. La procedura potrebbe essere la seguente:

• Connessione di tutti i segmenti e della strumentazione in campo nonché dell'alimentazione del bus di campo
• Verifica visiva della schermatura - La schermatura è stata fissata ed isolata correttamente ad ogni dispositivo di campo
• Attivazione dell'alimentazione del bus di campo e attivazione del sistema di controllo per comandare tutti i dispositivi di campo.
• Esecuzione di tutte le misurazioni, memorizzazione e documentazione delle stesse mediante il Modulo di Diagnostica Avanzata.

Questa breve procedura di verifica fa risparmiare molto tempo durante la fase di messa in servizio dell’impianto. È inoltre necessario disporre di conoscenze approfondite della tecnologia del bus di campo solo per la verifica di quei segmenti che non hanno superato il controllo. Da ultimo, le operazioni di installazione e messa in servizio, che devono essere eseguite in termini di tempo sempre più ristretti, vengono effettuate con qualità elevata.
La fase di messa in servizio è supportata da finestre di dialogo: dapprima viene verificato il segmento insieme alla tensione di alimentazione, corrente erogata e all'isolamento del carico. Quindi vengono verificati i segnali di comunicazione di ogni dispositivo di campo per quanto concerne l’intensità, disturbi e distorsioni. I valori limite per il monitoraggio online del livello fisico del bus di campo vengono suggeriti e memorizzati nel modulo di diagnostica.

Tutto ciò ed altro ancora è reso possibile dall'integrazione del modulo di diagnostica direttamente nel sistema di alimentazione fieldbus senza dover intervenire sui terminali per realizzare la connessione di dispositivi di misura. Non è necessario intervenire sul cablaggio nell'armadio di distribuzione.