Profibus―DP常见故障的分析与处理

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摘 要：profibus-dp总线运行―段时间以后，经常会出现设备通讯不稳定、瞬间通信故障、数据跳变、设备失联等故障。分析认为是通讯电缆太长导致信号衰减、DP通讯头阻值过小、网络末端为连接终端电阻、电磁干扰和接地等原因所致，通过采用加装中继器，重新敷设通讯电缆，确保接地良好等相关措施，确保通讯的网路正常。

关键词：Profibus-DP；电磁干扰；PLC；故障诊断

中图分类号：TP336 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0098-02

公司自动化系统由西门子S7-300PLC、S7-200PLC和S7-1200PLC系列控制器组成，各个独立的控制系统通过Profibus-DP总线进行组网。西门子控制器下挂了多个ET-200M、阀岛系统、贝加莱、托利多称重系统、EM277、变频器、西门子流速仪等子站。西门子控制器的从站主要通过Profibus总线进行组网。当系统运行一段时间后经常出现Profibus-DP故障，随着系统应用的普及，维护人员逐渐掌握了该系统的故障处理方法，通过Step7硬件组态、总线上各设备故障指示灯等诊断方法，全面排查优化，可以有效地发现现场总线故障，提高了设备运行的可靠性。以下内容主要结合现场公司自动化系统运行中Profibus-DP故障进行分析及其处理措施。

1 常见的故障现象

故障l：白蛋白分离系统在正常生产运行过程中，阀岛子站突然出现掉网，阀岛子站BF红色指示灯亮。将阀岛系统断电复位重新上后电通讯连接无法恢复正常。粗略地测量―下回路的电阻，其电阻值为56Ω左右，阻值不在正常的范围内。

故障2：在正常生产的时候，西门子流速仪子站会随机出现通讯故障，造成无法测量药品进罐流速，无法继续进行生产。各个流速仪子站之间只是通过端子连接没有使用DP头。将流速仪断电复位重新上电通讯连接恢复正常。

故障3：在正常的生产过程中，搅拌电机变频器子站偶尔出现报通讯故障，导致搅拌电机无法正常运行，但不是很频繁。经过粗略地检测一下电阻，电阻值为110Ω左右，属于在正常的范围内，偶尔会出现波动，阻值属于在正常范围内。将搅拌电机变频器断电复位重新上电通讯连接恢复正常。

2 故障的分析及其处理

现场总线故障主要是由于这些原因引起的，如：某些线路有破损、DP接头损坏、电源干扰、中间网络DP接头的开关位置不正确、接头处进出线接反、某一通讯模块损坏等。下面是公司通信故障实例。

对于故障1，将DP头的拨码开关从OFF拨到ON时，此DP网络后面的子站全部掉网，又将DP头的拨码开关从ON拨到OFF时，此DP网络后面的子站全部恢复正常。应该检查子站的DP通讯头，结果发现DP通讯头电阻值异常，应该为110Ω，通过测量大约56Ω左右，更换成正常的DP通讯头以后，即可恢复正常。

对于故障2，首先应该检查这个DP网络的基本网络结构，通过现场的检查发现西门子流速仪子站之间的连接并没有使用DP接头，检查网络的末端并没有使用终端电阻；经常出现偶尔流速仪子站掉网现象。同时我们还应该检查接线是否有接触不良的现象等。通过测量此DP网络双绞线的长度发现电缆的总长应该是大约200m左右。造成这种故障一般可能属于信号衰减，或者接线不良两方面的原因。解决方案是检查接线，我们在网络的末端通过增加终端电阻，在最近配电控柜里对网络增配一个RS485中继器从而能够稳定信号。通过调试运行观察西门子流速仪子站系统未出现掉网现象。

对于故障3，在经过排除了故障1、2以后，如果是在变频器运行的时候报故障，则认为是由于变频器的运行而导致产生故障，应该属于电磁干扰，因为变频电机运行的时候会影响通讯。搅拌电机的动力电缆与通讯电缆是放在同一电缆槽中的。判断故障的原因可能是干扰造成的。首先我们应该检查接地系统，测量发现屏蔽对地电阻值异常，发现自动化接地与保护接地是混接在一起，这样各个接地点的电位分布不均匀，不同的接地点之间就会存在地电位差，就有可能会导致接地环路电流。接地系统混乱了，通讯就不能够稳定的进行通讯，严重的可能会干扰整过自控系统。通过将搅拌电机的动力电缆与通讯电缆是分开在不同的电缆槽。更改接地，将控制柜内自动化的接地与保护地分开接线。通过调试运行观察搅拌系统稳定运行。因此在今后自控系统我们应该要求有专业的自动化接地系统，保证系统的稳定运行。

3 PLC程序对Profibus网络故障的监控通常情况下，可以通过PLC程序来快速、准确地查找出DP网络中存在的问题，主要通过以下方法来实现

PLC程序对Profibus网络中断块的处理：当发生网络故障时，I/O远程通道故障，为避免PLC进入停止状态，PLC将会依据实际的编程启动OB中断块解决此类突发事件，OB中断块临时的数据区保存有相应的故障信息，经过对临时数据区的数据分析以后，就可以找到出现故障的原因。

PLC诊断缓存区：包括故障事件；操作模式转变以及其它对用户重要的操作事件；用户定义的诊断事件。通过诊断缓存区更快地识别故障源，提高系统的可用性。评估CPU停止之前的最后事件，并寻找引起CPU停止的原因。

在系统运行中，可以通过软件诊断邮件组态信息查找总线上的故障点。打开Simatic Manager项目管理器找到硬件配置Hardware，切换到在线模式Online，可以检测到系统总线到从站的各个站点的设备状态和故障点，并给出详细的报错信息。

4 结语

现场总线故障基本上都是前期设计不完善以及施工不严谨造成的，因此，在规范设计和现场施工时，应该注意以下几点：

（1）注意通讯类型的标准。通讯类型不同，各自的规范要求也不尽相同。

（2）注意电缆的选择和敷设。电缆类型选择和敷设是解决电磁干扰的一个重要措施。采用铜带铠装屏蔽电力电缆，就能降低动力线生产的电磁干扰。不同类型的信应该分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷设，不得使用用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敷设，以减少电磁干扰。通讯电缆应该单独进行敷设。

（3）注意控制系统的接地。Profibus-DP通讯应该在控制柜内连接自动化专业接地，当通讯线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，避免多点接地，在整个控制系统应该有一个统一接地，避免接地不一致造成干扰故障。

参考文献：

[1]王永华.现场总线技术及应用教程[M].北京：机械出版社，2012.02.

[2]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2008.01.

[3]孙勇.现场总线通信技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2005.