現場總線抗干擾能力的提升和故障處理研究

王友林

摘 要：現場總線控制技術是當今電氣設備中十分常見的自動化系統技術分支，在實踐應用中獲得較高的實用評價。然而，在部分實際試生產期間，現場總線控制技術頻發故障，以卻現場總線網絡工作受干擾為主要誘因。為了提高現場總線控制技術的應用價值，本文主要圍繞其干擾故障原因展開分析，并以故障排查和處理為途徑對其抗干擾系統設計進行進一步探討，以期為整個控制系統的穩定運行與效率提升奠定安全基礎。

關鍵詞：現場總線；抗干擾能力；故障處理

現場總線屬于綜合性較強的通信網絡結構，是一種串行式與數字式兼并的并且存在多分支結構特色的通信網絡。在科學技術的不斷進步背景下，計算機控制技術水平日益提升，其中，在現場總線的日常運行技術結構內被廣泛采用；作為一種數據傳輸技術，現場總線控制技術具有通信快、成本低等優勢[1-2]。然而，當現場總線的穩定性受到干擾，將對傳輸中的數據可靠性形成消極影響，并導致設備發生停止運轉的情況，不利于生產安全的保障以及產品質量的提升。為此，通過對現場總線故障的描述以及排查，提出幾點在設計和施工中必須注意和采取的切實可行的對策措施。

一、現階段的故障問題分析

據現階段現場總線抗干擾能力的故障調查資料顯示，總體控制系統在上層結構中的通訊模式與現場信號采集以及傳輸的現場總線方式不相匹配，這將造成現場總線控制技術的抗干擾能力下降的后果，長期導致生產質量水平降低等情況發生。其次，在施工現場，調試狀態下的系統雖然在運行過程中能基本保持穩定狀態，但仍然容易發生間歇性電源燒損的現象；并且，在信號模塊的更寒段子過程中，極易發生模件通道燒壞的事故，與此同時，在其他類型的故障處理過程中情況相似。另外，設備在起動的過程中，由于各種類型的具體因素干擾，導致設備發生變頻器故障報警頻發的情況，與此同時，設備的起動也頻發故障。可見，在設備系統現場總線的運作過程中，仍然存在較多的漏洞，由此引發的故障將直接對設備形成損害，長期對生產質量造成不良影響。

以上述情況以及故障現象為基礎，為了避免故障對生產造成進一步的消極影響，以保障生產得以順利開展，相關技術人員對生產過程進行跟蹤并做出統計，根據跟蹤統計結果可總結為以下幾種情況：1、在設備運作過程中，對每一環節進行跟蹤，跟蹤得出當設備處于起動瞬間，通訊模件系統內的故障指示燈就開始產生閃爍的情況，因而導致設備無法正常啟動的后果。2、設備在起動的過程中容易產生抱閘故障的現象，且同樣在此基礎上出現指示燈發生閃爍的情況；另在進一步的細致檢查中，變頻器內發生故障的情況較為頻繁，且發現設備運行故障時主要歸為通訊故障。3、通過內部的故障診斷緩存結果統計可知，在設備運行中通常出現現場變頻器故障中斷的現象，不過現象一出即瞬間返回。上述故障是較為常見的主要問題之一，在實際運作時仍存在其他類別的質量隱患，應引起相關人員的廣泛關注。

二、現場總線故障排查分析

在對現場總線進行總體故障排查中，首先應檢查接地系統的具體內容。在對統計結果進行分析的過程中得出，盡管在接地搖表過程中，經測量得出了接地極出線部分的接地阻值結果，且該結果的測量值符合1Ω接地規范；但交流地與直流地仍處于分別規范在各自接地排上的狀態，無應達到的柜內分開狀態；并在此基礎上匯聚于接地極處，將極大可能干擾信號。其次，應對電纜敷設進行詳細檢查。從檢查結果看來，施工單位在進行電纜敷設時，選擇了將通訊電纜以及動力電纜進行交叉敷設的策略，而未能分別對其進行分別的標準敷設；但從實踐來看，現場總線電纜具有較高的敏感性水平，尤其對外界的干擾敏感反應更高，因此，該種敷設策略對總線傳輸的質量形成了消極影響。從上述兩方面的檢查結果進行故障處理，相關技術人員采取對所有重新規范接線的策略，并在此基礎上對所有外部與動力電纜混合敷設的總線電纜重新進行穿管敷設。完成規范與敷設環節，經再次檢查，一般可達到上述故障減少的目的，然而，經實踐證明，在上述處理的基礎上，設備變頻器在起動時的瞬間狀態還會出現通訊故障的情況。除了以上兩點故障以及解決途徑外，技術人員還可通過增加通訊元件的策略，并對其采取有效分段的方式，分段處理設備變頻器所在的總線，具體步驟可包括1、首先，采取增加通訊模件的策略，在此基礎上對其進行拆分，在兩條總線的拆分情況下達到鎖單整條總線絕對距離的效果；2、其次，在設備運作時，掛有變頻器以及馬達啟動保護器的狀態下應進行星型變動，當總線包含變頻器時，將其設置為單獨的網段，以達到提高抗干擾能力的目的。總之，分段后可防止使總線在電氣室內部敷設形成環形狀態的誤區，將總系統維持在穩定運行的狀態，長期可達到有效避免現場總線頻繁故障的設備偏差效果。

三、現場總線干擾故障問題及其設計要點

從上文分析中可知，現場總線出現干擾故障在實踐中較為頻發，對相關故障進行技術排查有助于降低干擾風險，對系統的正常穩定運行具有積極意義。為了進一步了解現場總線干擾故障問題，特從實踐出發對其故障以及涉及要點進行如下總結分析。

首先，對于電磁兼容方面的矛盾，在合理利用變頻器的狀態下可提高設備運作穩定性，且具有降低能耗的效果；然而，日漸頻繁的變頻器諧波干擾成為了熱點問題。一般來說，變頻器的輸出側交流電通常由一系列矩形波構成，該部分的運作以脈寬完成調制，且接近于三相正弦波形，其中囊括了高次諧波；可見，在諧波電力源的范疇中，各變頻器都于啟動瞬間爆發大量諧波成分進而產生噪聲，對通信系統的穩定性形成重大干擾，從而造成降低通訊質量的后果。其次，在接地系統的相關矛盾中應注意嚴格遵守既定規范，在設置接地電阻的基礎上，要保證其符合計算機系統接地的規范要求（<1Ω）；且在設計時，應嚴格設置電氣設備專用接地網，在施工時保證所需的埋設材料嚴格遵守規范要求；在進行設備接線時，應將相應線路分別接入接地極，這種策略有助于提高故障屏蔽效果。另外，在電纜敷設問題中，應采取雙層橋架策略，該策略主要將現場總線電纜進行單獨敷設，在此基礎上可有效避免出現與動力電纜混合交叉的情況；此外，還應盡量選擇變頻電纜，并在不具備采用雙層橋架的部位采取穿管防護。

四、結束語

綜上所述，現場總線技術是當今電氣工程領域中一項集控制、計算機、數字通訊等技術為一體的綜合技術，隨著科技進步已經成為自動化技術發展的熱點。由于在實際應用過程中總線通訊技術具有一定程度的隱蔽性，在發生故障時極難排除，因此，提高電氣工程的設計合理性對系統設備的穩定運行十分關鍵。總而言之，現場總線控制技術將在實踐中不斷得到總結、改良以及發展，只有以創新和實踐為先導才能實現技術的可持續發展目標。

參考文獻：

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[3]王春利，萬勇，胡博等人.現場總線設備監控管理系統應用[J].熱力發電，2014（04）：110-115.

[4]蔡晨曦.PROFIBUS 總線現場抗干擾分析[J].數字通信世界，2015.