PROFIBUS—DP總線應用常見故障及分析

李海波+付俊峰+賈海軍

摘 要：PROFIBUS是由德國西門子公司參與開發的國際化、開放式、不依賴設備開發商的現場總線協議標準，廣泛應用于制造自動化、流程自動化和樓宇、交通等其他領域自動化，是目前世界上流行的幾種現場總線中比較出色的一種。在浮法生產線中，熱端的熔窯、錫槽、退火窯以及冷端的切裁等設備都使用PROFIBUS總線。我們對其網路組成進行學習和常見故障進行分析，對于縮短設備維修時間、減少通訊故障、提高玻璃產量有積極的作用。

關鍵詞：PROFIBUS現場總線；PROFIBUS-DP；網絡組成；終端電阻；排錯思路

PROFIBUS現場總線包括種三種協議類型：PROFIBUS-FMS 、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。其中PROFIBUS-DP用于設備控制級和分散式IO的通訊，可以替代傳統自動化系統中的24VDC或者0—20mA信號，具有速度快（最高12Mb/s）、鋪設簡單、調試周期短、成本低的優點，得到了廣泛的使用。用于現場層的高速數據傳送，主站周期性地讀取從站的輸入信息并周期性地向從站發送信息。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。

1、網絡組成

一個現場總線通訊系統必須由以下三部分構成：通信主站、連接線路、通信從站。上述三者連接起來構成一個完整的系統，協調起來進行工作。它們之間的連接方式有總線形、樹形、環形、網形等。在實際的工程應用中，總線形網絡應用最多。

熱端DCS系統的PROFIBUS-DP網絡采用總線型結構：即在一條線上順序連接多個設備，一個主站可以連接多條PROFIBUS-DP線路。如下圖所示：

在系統組態上，上圖采用一主多從的配置方式：s7 400為主站，ET200為從站，主站周期性的逐個訪問從站，從站接受主站請求，將數據發送給主站，使用兩端有終端電阻的總線拓撲。PROFIBUS 總線連接電纜為紫色的帶屏蔽雙絞電纜，訂貨號為6XV1830-0EH10。系統中采用這種電纜可以最大程度的提高系統抗干擾性、保證通訊距離和通訊速度。PROFIBUS-DP總線和設備之間按采用DP總線連接器進行連接。常見的DP連接器拆開后會看到四個接線柱，標有A1、B1、A2、B2。A1、B1用于連接進DP連接器的電纜；A2、B2連接出連接器的電纜，用于連接后續的支持DP通訊的設備。DP連接器的一側有一個終端電阻選擇開關，上面標有on和off。在on位置， A1、B1進線和終端電阻接通，A1與A2、B1與B2斷開；在off位置，A1、B1進線和終端電阻斷開，A1與A2、B1與B2接通，后續的設備連接到總線上。通過分析我們可以得知：線路兩端的DP連接器只需要連接一根電纜，所以DP連接器終端電阻選擇開關可以放在on的位置；除總線兩端以外，為了連接后續的設備，中間站點的總線連接器終端電阻選擇開關應該在off的位置。

另外，線路兩端連接器的終端電阻選擇開關置on是為了將終端電阻連接到通訊線路的兩端，以消除通訊電纜中的信號反射。線路兩端DP連接器的選擇開關錯誤將導致通訊不穩定甚至通訊失敗，中間某個位置選擇開關置位錯誤，將導致網路從此位置斷開，后續所有設備通訊中斷。

2、排錯思路

因總線系統由三部分構成，我們對三部分常見故障進行總結如下：①主站故障。因為PROFIBUS總線采用主站輪詢從站、從站響應主站的方式進行工作， 當主站故障后，整個系統將癱瘓。為了提高可靠性，主站往往采用冗余的方式進行配置。②線路故障。最常見的線路故障為DP連接器接觸不良：連線接觸不良、通訊端口接觸不良和終端電阻故障。如果通訊端口接觸不良，則單個站點會無法訪問。出現這種情況可以插拔、緊固一下或者更換連接器，通常故障就能排除。如果連線接觸不良，則其后面的從站將時而中斷、時而工作甚至整個系統停止工作。為了找到故障點，我們可以采用二分法進行診斷：將總線中間的連接器終端電阻選擇開關置on，以切斷后面的網絡。如果前段恢復正常，表示故障部位在后面的網路。如果網絡通訊故障仍然存在，故障部位應該在前面的網路中。無論故障在前面還是在后面的網路中，我們都可以繼續采用這種方法進行故障查找，直到找到故障部位。二分法采用一次，就將查找范圍縮小一倍。采用這種方法可以大大縮短排查時間。如果此連接器位于終端并且終端電阻接觸不良時，整個網絡可能中斷。此時將位于次終端連接器的電阻置ON，查看系統是否恢復工作，就可快速判斷這種故障。為了避免出現終端電阻接觸不良產生的故障，可以在總線兩終端安裝有源的終端電阻。除了上述常見的故障類型以外，還有電纜破損導致線路接地或者短路等故障也需要我們注意。③從站故障。如果單個從站故障，主站將無法對其進行訪問。只有更換從站的損壞模塊才能恢復系統工作。

結語：除了上述類型故障以外，還有電磁干擾和接地不可靠引起的故障。對于電磁干擾，在連接總線連接器時，應保證電纜的屏蔽層和連接器的金屬材料緊密可靠接觸、布線時不要和動力電纜和交流信號電纜平行、盡量遠離產生諧波的軟起動器、變頻器、調功器等設備（如避不開，可從這些設備中部水平通過，以減小影響）。對于接地，可以采用單獨走接地線和等電位雙地點接地的方法減小諧波對系統工作的影響。

參考文獻

[1]《PROFIBUS現場總線系統故障問題的探討》.馬曉光.

[2]《PROFIBUS現場總線安裝指導》.西門子公司資料.