Profibus-dp總線系統性能改善

李 偉

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

我單位駕駛室涂裝車間的設備網絡布局與控制結構，總體上采用“集中監視、分散控制”的典型傳統模式。其中用于分散控制的各獨立子控制系統均以三菱Q06型CPU為主體，依托西門子Profibus-dp總線完成現場各類IO信號的傳遞，以實現網絡設備層的各功能。

1 原理結構

我車間共計16套PLC及西門子總線IO系統。西門子Profibus-dp現場總線依靠RS485通訊電纜，完成現場各類IO信號的傳遞。在各PLC控制系統中，依靠西門子總線接頭、通訊電纜等部件完成網絡連接，按RS485通訊要求，在西門子的總線接頭內已經內置了終端和偏置電阻，通過一個開關進行接通或斷開。網絡終端的接頭，其終端電阻放在“ON”的位置，以吸收網絡反射波，增強信號；中間站點的接頭，開關放在“OFF”位置，起到偏置電阻作用。常規的故障診斷形式都以測量線路電阻及總線接頭電阻是否符合要求規范或更換總成逐步排查來完成。

2 主要問題

伴隨近年來使用，主要存在以下問題：①dp網絡故障后，會導致子控制系統癱瘓，設備失控，產生嚴重設備事故和隱患，多見于機械化輸送系統信號紊亂后，程序中缺乏必要的保護，導致產生設備事故；②總線故障發生后、因站點數量多，需反復排查上下游站點是否正常，故障原因定位困難、修理時間長，設備停機時間長；③因總線線纜鋪設在橋架內，日常點檢維護困難，很難發現其自身存在隱患，維護人員往往處于被動。

因此，迫切需要建立完整的總線系統故障預防與診斷系統，以實現dp總線的高可靠性運行。并且實現網絡故障的提前預警和保護停機，便于準確定位故障源，提前檢修規避損失。

3 改善方案

3.1 改善思路

基于現場所有各三菱子控制系統的PLC、HMI和中控室上位機系統設計總線運行狀態的監控預警畫面及控制保護程序，采用西門子總線通訊中繼和通訊接頭完成硬件改善提升。

3.2 完善控制程序與HMI

在每個PLC子系統中，編制dp總線系統各個站點網關的故障讀取程序保存在寄存器中，并將故障軟元件寫入到子站的總控程序中，以實現發生通訊故障時，切斷總控程序，停止現場設備功能。在現場HMI中設計通訊組態圖，便于定位故障站，通過故障站點維護人員可縮小故障排查范圍。以機械化輸送系統為例，先定義軟元件，再編制故障讀取與控制程序，圖1：故障程序示例。

圖1 故障程序示例

3.3 設計中控系統組態監控

依靠編制的控制程序讀取總線故障狀態信息并上傳到中控PLC，在上位機按每個PLC系統中總線分站排列的實際順序進行組態，形成目視化信號流，從而進行車間所有PLC網絡故障點的監控識別，達到集中監控，提前預防發現故障通訊不穩定部位目的。在識別出具體故障位置后。將dp總線通訊中繼接入到已經識別出信號衰減的網絡部位，實現網絡的擴展，信號的再生，提高通訊穩定性。

根據上位機對通訊狀態的持續監控結果，識別出2處不穩定通訊點位，這些點位在寫入控制保護程序后，往往表現為間歇性無規律報警停機，排查線路電阻、模塊等附件時又正常，分析原因為，在設備安裝調試最初時，此處站點距離過遠導致，因此在上述識別出的機械化系統中共計增加2套通訊中繼進行驗證，最終有效解決了通訊報警，提高了網絡穩定性。具體方法為：

（1）根據profibus-dp總線通訊原理，選用西門子RS485總線中繼，其在1.5M bps的波特率時，可擴展的通訊距離達200米，將其接入到衰減站點，有效實現信號的再生，擴展新的網段。如下圖2，中繼在網絡中布局圖。

圖2 中繼布局示意圖

（2）按西門子 RS485中繼器使用方法，其上端接線口A1/B1和A1’/ B1’是一個網絡接口，代表了網段1，A2/B2和A2’/ B2’是另一個網絡接口，代表了網段2，由于中繼器內部是隔離的，對于網段 1，中繼器就是該網段的一個終端設備，因而在網段 1中其接線方式是將 Profibus網線接在A1/B1上，同時網段1的終端電阻設置為“On”；而網段2與網段1接線規則相同，也需要將電纜連接在A2/B2上，同時終端電阻設置為“On”。接線結束后進行檢查務必打開連接 2個網段的開關。

3.4 其余故障與預防

3.4.1 網關供電電源問題

當總線電源模塊上供電指示燈忽明忽暗時，說明供電電壓已經低于總線模塊工作的開關電壓，對于整流電源模塊，應根據使用壽命定期更換，尤其在工作環境溫度過高環境下。當外部接近開關及線路發生短路等情況時時，也會導致電壓不穩定，需定期對外圍線路開關進行檢查預防，對所有中轉的接線端子進行緊固，防止接觸不良。

3.4.2 系統配置問題

在三菱Q系列PLC系統中，dp總線主站與分站在進行各項排除后仍然無法連接時，一般會采用更換CPU及dp主站模塊重新導入配置文件來排查。因此需保存好原總線配置文件、對應的三菱組態軟件及目前使用網關的GSD文件。若丟失，需盡快購置網關及下載對應的GSD文件，提前進行配置保存。

4 結語

伴隨著設備使用壽命增加，原穩定的通訊網絡，往往頻發故障，其原因呈現多元性，許多因素會造成總線網絡的不穩定，從而影響數據的可靠傳輸，這都會造成設備的突然停止，通過現場觸摸屏及中控系統通訊狀態的監控和程序保護控制完善，降低了設備運行風險和提高了維修效率。其實應在現場設備設計、安裝乃至日常維護過程中，都按照產品規范、規則進行選型、接線和施工，才能保障現場工業控制網絡系統高可靠性穩定運行。