Profibus—DP常見故障的分析與處理

龔遠令

摘 要：Profibus-DP總線運行—段時間以后，經常會出現設備通訊不穩定、瞬間通信故障、數據跳變、設備失聯等故障。分析認為是通訊電纜太長導致信號衰減、DP通訊頭阻值過小、網絡末端為連接終端電阻、電磁干擾和接地等原因所致，通過采用加裝中繼器，重新敷設通訊電纜，確保接地良好等相關措施，確保通訊的網路正常。

關鍵詞：Profibus-DP；電磁干擾；PLC；故障診斷

中圖分類號：TP336 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0098-02

公司自動化系統由西門子S7-300PLC、S7-200PLC和S7-1200PLC系列控制器組成，各個獨立的控制系統通過Profibus-DP總線進行組網。西門子控制器下掛了多個ET-200M、閥島系統、貝加萊、托利多稱重系統、EM277、變頻器、西門子流速儀等子站。西門子控制器的從站主要通過Profibus總線進行組網。當系統運行一段時間后經常出現Profibus-DP故障，隨著系統應用的普及，維護人員逐漸掌握了該系統的故障處理方法，通過Step7硬件組態、總線上各設備故障指示燈等診斷方法，全面排查優化，可以有效地發現現場總線故障，提高了設備運行的可靠性。以下內容主要結合現場公司自動化系統運行中Profibus-DP故障進行分析及其處理措施。

1 常見的故障現象

故障l：白蛋白分離系統在正常生產運行過程中，閥島子站突然出現掉網，閥島子站BF紅色指示燈亮。將閥島系統斷電復位重新上后電通訊連接無法恢復正常。粗略地測量—下回路的電阻，其電阻值為56Ω左右，阻值不在正常的范圍內。

故障2：在正常生產的時候，西門子流速儀子站會隨機出現通訊故障，造成無法測量藥品進罐流速，無法繼續進行生產。各個流速儀子站之間只是通過端子連接沒有使用DP頭。將流速儀斷電復位重新上電通訊連接恢復正常。

故障3：在正常的生產過程中，攪拌電機變頻器子站偶爾出現報通訊故障，導致攪拌電機無法正常運行，但不是很頻繁。經過粗略地檢測一下電阻，電阻值為110Ω左右，屬于在正常的范圍內，偶爾會出現波動，阻值屬于在正常范圍內。將攪拌電機變頻器斷電復位重新上電通訊連接恢復正常。

2 故障的分析及其處理

現場總線故障主要是由于這些原因引起的，如：某些線路有破損、DP接頭損壞、電源干擾、中間網絡DP接頭的開關位置不正確、接頭處進出線接反、某一通訊模塊損壞等。下面是公司通信故障實例。

對于故障1，將DP頭的撥碼開關從OFF撥到ON時，此DP網絡后面的子站全部掉網，又將DP頭的撥碼開關從ON撥到OFF時，此DP網絡后面的子站全部恢復正常。應該檢查子站的DP通訊頭，結果發現DP通訊頭電阻值異常，應該為110Ω，通過測量大約56Ω左右，更換成正常的DP通訊頭以后，即可恢復正常。

對于故障2，首先應該檢查這個DP網絡的基本網絡結構，通過現場的檢查發現西門子流速儀子站之間的連接并沒有使用DP接頭，檢查網絡的末端并沒有使用終端電阻；經常出現偶爾流速儀子站掉網現象。同時我們還應該檢查接線是否有接觸不良的現象等。通過測量此DP網絡雙絞線的長度發現電纜的總長應該是大約200m左右。造成這種故障一般可能屬于信號衰減，或者接線不良兩方面的原因。解決方案是檢查接線，我們在網絡的末端通過增加終端電阻，在最近配電控柜里對網絡增配一個RS485中繼器從而能夠穩定信號。通過調試運行觀察西門子流速儀子站系統未出現掉網現象。

對于故障3，在經過排除了故障1、2以后，如果是在變頻器運行的時候報故障，則認為是由于變頻器的運行而導致產生故障，應該屬于電磁干擾，因為變頻電機運行的時候會影響通訊。攪拌電機的動力電纜與通訊電纜是放在同一電纜槽中的。判斷故障的原因可能是干擾造成的。首先我們應該檢查接地系統，測量發現屏蔽對地電阻值異常，發現自動化接地與保護接地是混接在一起，這樣各個接地點的電位分布不均勻，不同的接地點之間就會存在地電位差，就有可能會導致接地環路電流。接地系統混亂了，通訊就不能夠穩定的進行通訊，嚴重的可能會干擾整過自控系統。通過將攪拌電機的動力電纜與通訊電纜是分開在不同的電纜槽。更改接地，將控制柜內自動化的接地與保護地分開接線。通過調試運行觀察攪拌系統穩定運行。因此在今后自控系統我們應該要求有專業的自動化接地系統，保證系統的穩定運行。

3 PLC程序對Profibus網絡故障的監控通常情況下，可以通過PLC程序來快速、準確地查找出DP網絡中存在的問題，主要通過以下方法來實現

PLC程序對Profibus網絡中斷塊的處理：當發生網絡故障時，I/O遠程通道故障，為避免PLC進入停止狀態，PLC將會依據實際的編程啟動OB中斷塊解決此類突發事件，OB中斷塊臨時的數據區保存有相應的故障信息，經過對臨時數據區的數據分析以后，就可以找到出現故障的原因。

PLC診斷緩存區：包括故障事件；操作模式轉變以及其它對用戶重要的操作事件；用戶定義的診斷事件。通過診斷緩存區更快地識別故障源，提高系統的可用性。評估CPU停止之前的最后事件，并尋找引起CPU停止的原因。

在系統運行中，可以通過軟件診斷郵件組態信息查找總線上的故障點。打開Simatic Manager項目管理器找到硬件配置Hardware，切換到在線模式Online，可以檢測到系統總線到從站的各個站點的設備狀態和故障點，并給出詳細的報錯信息。

4 結語

現場總線故障基本上都是前期設計不完善以及施工不嚴謹造成的，因此，在規范設計和現場施工時，應該注意以下幾點：

（1）注意通訊類型的標準。通訊類型不同，各自的規范要求也不盡相同。

（2）注意電纜的選擇和敷設。電纜類型選擇和敷設是解決電磁干擾的一個重要措施。采用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，就能降低動力線生產的電磁干擾。不同類型的信號應該分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敷設，不得使用用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。通訊電纜應該單獨進行敷設。

（3）注意控制系統的接地。Profibus-DP通訊應該在控制柜內連接自動化專業接地，當通訊線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，避免多點接地，在整個控制系統應該有一個統一接地，避免接地不一致造成干擾故障。

參考文獻：

[1]王永華.現場總線技術及應用教程[M].北京：機械出版社，2012.02.

[2]張萬忠.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業出版社，2008.01.

[3]孫勇.現場總線通信技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2005.