PROFIBUS-DP網絡故障診斷及優化

張 巖

秦皇島港務股份有限公司第九分公司，河北秦皇島 066000

PROFIBUS-DP網絡故障診斷及優化

張 巖

秦皇島港務股份有限公司第九分公司，河北秦皇島 066000

在工業控制方面，PROFIBUS-DP網絡是一種常見的工業總線型網絡。我公司裝船機以前常發生PROFIBUSDP網絡閃斷故障，我們通過故障統計和分析，查找到了可能引發故障的部位，并安裝了中繼器，增強了網絡傳輸能力，解決了設備故障。

PROFIBUS-DP；網絡；通訊故障

1 立項背景

1）裝船機的控制系統網絡由Control-Net網絡和PROFIBUS-DP網絡組成。PROFIBUS-DP網絡是AB-PLC系統的控制器與外圍其他設備實現通訊的一種網絡結構。由于裝船機控制系統在網絡構架設計中存在一定的問題，且在后期的一些設備改造項目中我們增加了一些新的設備，導致裝船機控制系統中PROFIBUS-DP網絡可能出現網絡通訊不穩定的故障。

2）經過現場勘查和經驗總結，以及與西門子公司的專家進行溝通論證，我們初步確定了該故障發生的原因主要由以下幾個方面組成：通訊線路原因，電纜中間的屏蔽層斷開或屏蔽層兩端未可靠接地；網絡結構問題，由于前期改造在PROFIBUS-DP網絡增加了幾個新的設備，造成網絡結構不合理，抗干擾能力差；外部環境問題，由于變頻器起停時產生的諧波較大，影響通訊。

3）綜上原因，我們決定對裝船機的PROFIBUS-DP控制網絡實施整改和改造，以便降低設備的故障率。

2 故障分析

1）檢查故障現象，記錄故障狀態。我們通過長期記錄裝船機PROFIBUS-DP網絡故障發生時的故障報警記錄，通過數據記錄，篩選出其中的發生短時不穩地故障的站點，得到了如圖1所示的網絡站點故障統計。

圖1

2）檢查可能引發故障的部位，開展深入的技術分析。由之前得到的統計結果，我們發現：這些可能引發PROFIBUS-DP網絡通訊故障的站點全部都安裝在室外，屬于通訊線路走線布置環境惡劣且線路較長的站點部分。

3）根據分析結果，查找故障的根本原因。在分析故障統計結果的同時，我們還采取了一些手段來排除可能存在的故障誘因。首先，我們測量了變頻器的CBP2通訊板的供電電壓以及他設備的電源電壓，用示波器捕捉了電壓的波形圖，并未發現異常，這就排除了是由于供電電源不穩定引發故障的可能。其次，我們更換了變頻器CUVC的通訊板和AFE柜的CBP2通訊板，發現故障依舊，這也就排除了由于變頻器通訊板不穩地工作造成的故障可能。

通過對照PROFIBUS-DP網絡配置圖，我們發現可能存在問題的網絡站點距離PROFIBUS-DP網絡模塊通訊距離較大，參考PROFIBUS-DP網絡通訊波特率和通訊距離的關系原則，我們懷疑這個PROFIBUS-DP網絡不穩地故障的原因是由于通訊距離太長與通訊速率偏高造成的。

裝船機使用的500K的網絡波特率，通訊電纜長度約為390m，已近接近500K通訊波特率的最大距離，這是可能造成通訊效果不好的一個原因。如果將通訊波特率修改為187.5K，又會造成影響通訊效果，有可能產生通訊過程中的數據丟包的現象，造成裝船機的動作延遲。因此，PROFIBUS-DP網絡降速的可行性不高。

3 改造方案

1）制定整改和改造方案。根據之前的分析結果，我們基本上確定了裝船機的PROFIBUS-DP網絡通訊不穩定故障主要是由于個別站點間的通訊線路有問題以及通訊線路長度接近極限所導致。針對上述原因，我們計劃采取以下措施以解決這個故障。

2）查找室外網絡站點之間通訊線路的破損情況，如確實嚴重，則更換線路。同時將通訊線路與動力纜間隔過近的電纜進行分隔處理，按要求盡量做到間隔10cm以上。

3）全面檢查整個PROFIBUS-DP網絡的接地系統和各個站點的通訊接地是否良好。同時還要檢查PROFIBUS D型9針插頭的內部接線情況、多芯軟線電纜端頭鍍錫處理。要求電纜屏蔽必須可靠與插頭接觸，嚴格按D型插頭內圖例規范剝線和安裝。

4）在電氣室增加一臺DP網絡中繼器，將電氣室內的站點與電氣室之外的站點隔離開，一方面增大傳輸距離，另一方面中繼器將傳動通訊網絡與室外部分隔離（室內線路穩定性好，室外工況復雜，易造成總線故障），增加通訊質量。增加中繼器后，室內部分的站點直接接入PLC的DP網絡模塊，室外部分站點的繼續分為兩路分別接入中繼器的兩路出口。由于中繼器的效果，將整個網絡的最大通訊距離增大到800m，不但增加了通訊效果和最大距離，還為以后增加其他的設備站點奠定了基礎。修改后的網絡配置圖如圖2。

圖2

通過實施上述改造后，我們又統計了近幾個月設備運行情況，發現：原有的網絡不穩定故障次數已經趨近于零。基本解決了裝船機發生的PROFIBUS-DP網絡通訊不穩定故障。

［1］程金良，單恩芝，林海，等.Profibus-DP網絡故障及診斷［J］.冶金自動化，2013，37（4）.

［2］陳衛國，陶慶才，盧錦川，等.基于Profibus-DP網絡的故障分析及診斷［J］.制造技術與機床，2012（10）.

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1674-6708（2016）167-0102-01

張巖，秦皇島港務股份有限公司第九分公司。