Profibus op een boei. Een uitdaging?!

Binnen Gain Automation gebruiken wij een technische WhatsApp-groep, waarin een collega een vraag stelde. Hij werd benaderd door een klant om bij een Profibus-communicatieprobleem te helpen, waarvoor hij nog geen passende oplossing had gevonden. Aangezien ik in het verleden succesvol diverse problemen heb opgelost met Profibus op schepen en draadloze communicatie, bood ik mijn hulp en ondersteuning aan. We hebben een gezamenlijke brainstorm sessie gepland om het probleem te bespreken.

Het systeem waarin het Profibus-communicatieprobleem zich voordeed, wordt gebruikt om zeeschepen tussen kade en boeien vast te leggen. Met bestuurbare haken kan een schip snel worden losgemaakt. De PLC-besturing (Siemens) bevindt zich op de kade en bestuurt alle haken op de kade en de vier boeien. Het was alleen mogelijk om direct vanaf de kade draadloos met de eerste boei te communiceren, omdat het schip de communicatie tussen de kade en de andere boeien verstoorde. Om toch met alle boeien te kunnen communiceren, is besloten de eerste boei met de tweede boei te laten communiceren, en de tweede met de derde, enzovoort.

Het probleem dat zich nu voordeed, was dat de communicatie van de kade naar de boeien niet stabiel was. De klant had al metingen verricht op de draadloze signaalsterkte, die goed was. Daarom lag onze focus op de Profibus-kabels en instellingen. Een mogelijke, en voor de hand liggende oorzaak, is een slechte aarding. Voor Profibus is aarding van groot belang omdat alle stations elektrisch aan elkaar zijn gekoppeld door middel van de afscherming van de Profibus kabels. Wanneer een station niet goed geaard is, gaat er door de mantel een vereffeningsstroom lopen. Deze stroom verstoort het Profibus signaal. Het is echter een uitdaging bij een boei of drijvend object  omdat er geen aarde aanwezig is. Ook de huid van een schip of boei is geen goede aarde referentie vanwege wervelstromen die in de huid kunnen ontstaan door stroomkabels, zenders en onzuiverheden in het ijzer, wat spanningsverschillen veroorzaakt tussen willekeurige plaatsen op de huid. Wanneer Profibus-deelnemers hierop worden geaard, kunnen de spanningsverschillen vereffeningstromen op de Profibus-mantel veroorzaken.

Uiteindelijk hebben we twee mogelijke oplossingen bedacht:

1. De keuze om Profibus-deelnemers niet te aarden. Het nadeel hiervan is dat EMC-signalen nog steeds spanningsverschillen kunnen opwekken, waardoor de verstoring blijft bestaan omdat deze niet wordt afgevoerd naar aarde. Wat weer nieuwe communicatieproblemen kan veroorzaken.
2. Een beter oplossing is het plaatsen van een RC (weerstand 10MΩ en condensator 22nF parallel) tussen de deelnemer en de huid. Dit minimaliseert vereffeningsstromen en zorgt ervoor dat EMC-verstoringen wel kunnen worden afgevoerd.

Vanwege de beperkte tijd en de noodzaak om het werk in een besloten ruimte uit te voeren, is voorlopig gekozen om alleen de aarding van de radio’s los te maken. De controllers in de boeien zijn geaard op de backplane, die op zijn beurt is gemonteerd in een kast die in verbinding staat met de huid van de boei. Hierdoor is het probleem nog niet volledig opgelost,  maar het systeem draait stabiel totdat er activiteit (van schepen) in de buurt van de boeien of antenne op de wal is. We hopen in de toekomst de mogelijkheid te krijgen om de tweede oplossing, het toepassen van een RC,  te realiseren, waarmee we verwachten het hele probleem op te lossen.

Jarik, control engineer

Geplaatst november 2023