基于Profibus通訊在西門子現(xiàn)場總線的研究與應用

摘要：現(xiàn)場總線技術已成為世界自動化技術的熱點，近年來在我國工業(yè)自動化系統(tǒng)中已受到關注并推廣應用。本文著重以Profibus-DP通訊協(xié)議為基礎，現(xiàn)場總線設備采用PROFIBUS總線協(xié)議的通信互連設計、軟件硬件配置、組態(tài)及通信實現(xiàn)方法，并結合具體實例介紹了西門子PLC以及圖爾克總線產(chǎn)品PROFIBUS通訊故障的解析。

關鍵詞：西門子PLC 總線通訊 Profibus-DP

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

1 概述

PROFIBUS-DP是現(xiàn)場總線PROFIBUS中廣泛應用的一種協(xié)議，由于PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，尤其是側(cè)重于應用行規(guī)的研究開發(fā)，使得該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點，成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現(xiàn)場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現(xiàn)場總線技術領域一直是國際市場上的領導者。

2 PROFIBUS通訊故障解析

2.1 DP總線調(diào)試過程故障

通常情況下，在初期網(wǎng)絡調(diào)試階段會出現(xiàn)如下故障情況：（1）A、B的連接出錯。（2）左右進線和出線的順序出錯，注意總線接頭上的箭頭。（3）接地的屏蔽層沒有接好，或者A、B線沒有接好。（4）DP主站以及DP從站組態(tài)錯誤，如設備訂貨號錯誤（硬件在線可以找出此故障）、DP/MPI總線插口的組態(tài)錯誤等（表現(xiàn)的現(xiàn)象是可以在set pc/pg interface里面找到總線，就是連接不上）。（5）在 CPU 內(nèi)編程尋址的從站地址錯誤，可以查看診斷緩沖區(qū)。6、使用終端電阻的站點斷電，整個網(wǎng)絡癱瘓。

2.2 DP總線使用過程故障實例二

現(xiàn)場使用了西門子的S7 400和ET 200，每次ET 200有輸入信號時，所有的輸出輸入燈均閃爍，半秒鐘后系統(tǒng)恢復正常。故障分析為有相應的故障處理OB塊，系統(tǒng)的電源模塊足以現(xiàn)場操作需要。解決方法是S7 400上的DP插頭有問題，DP插頭上的終端電阻沒有打到ON上，可能操作人員不注意，當時把終端電阻打在中間的位置，所以造成整個總線出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

2.3 DP總線使用過程故障實例三

現(xiàn)場使用了西門子的S7 400、ET 200和MM 440等，每次在ET 200S上插入編程設備查看現(xiàn)場總線上的設備情況，上傳下載變頻器參數(shù)時系統(tǒng)停機。故障分析為有相應的故障處理OB塊，系統(tǒng)的電源模塊足以現(xiàn)場操作需要。造成這種問題的原因是調(diào)試所用的DP線纜為自制的總線線纜，所以診斷電阻設置不正確的話，會造成整個總線故障。解決方法是使用MPI電纜或者正確設置總線電纜的終端電阻。

2.4 DP總線使用過程故障實例四

現(xiàn)場使用了西門子的S7 400、ET 200S和MM 440，經(jīng)常系統(tǒng)報出總線故障，雖然不影響操作。故障分析為有相應的故障處理OB塊，所以不至于停機，總線的供電和接地等均沒有問題。解決方法是發(fā)現(xiàn)每次MM 440帶動電機升速時容易出現(xiàn)此問題，所以把DP總線和電機供電線纜分開排列，問題解決。

3圖爾克現(xiàn)場總線故障解析

（1）確定發(fā)生故障的總線節(jié)點，總線有錯時，DP掃描模塊上的故障指示燈亮。由此判斷是第幾條總線有問題，讀取該DP掃描模塊的診斷信息。讀取A1SJ71PB92D.Buffer.K2112–K2114，得到有問題的站點號。K2112：=0，正常；=1，子站有故障K2113-K2114：每位對應著DP網(wǎng)上以個節(jié)點，如：K2113.b0=1st站，K2113.b1 = 2nd站，K2113.b2 = 3rd站，……，K2113.b15 = 16th站；K2114.b0 = 17th站，K2114.b1 = 18th站，……，K2114.b15 = 32th站。當K2112 = 1時，發(fā)生故障的節(jié)點所對應的位被置1?；虍擪2112=1時，讀取A1SJ71PB92D.Buffer.K2040-K2044。當K2040=0200H時：K2042_L = 發(fā)生問題的節(jié)點號。K2042_H = FFH， 該故障造成通訊中斷，PLC不能讀到該節(jié)點的I/O狀態(tài)；= 0，該故障未造成通訊中斷，該節(jié)點某點有短路，但不影響其它點的讀取。K2044=該節(jié)點的ID號。

（2）由總線布置圖找到該節(jié)點，首先排除斷線或接錯線的可能性，該節(jié)點是PDP模塊時：BUS燈不亮POWER燈不亮，Ub < 18V， 總線電源分配不合理，增加電源或移動電源位置接近模塊。BUS燈亮紅燈POWER燈亮綠燈，更換模塊，并確認模塊型號無誤（與PLC總線配置一致）。BUS燈亮紅閃POWER燈亮綠燈，模塊參數(shù)設置有誤。BUS燈亮綠燈POWER燈亮紅燈，Ul < 18V，增加輔助電源或移動輔助電源位置。BUS燈亮綠燈POWER燈亮綠燈，排除I/O短路故障（I/O上有紅燈）。短路故障應盡快排除。雖然模塊有保護，但短路會產(chǎn)生熱量，使模塊溫度上升。該節(jié)點是BL20模塊時，試更換DIA紅燈的擴展I/O模塊，直至沒有一個DIA紅燈。

（3）當同一條總線有多個節(jié)點發(fā)生故障，并且每個節(jié)點依上述方法未排除故障時：總線上是否有地址相同的節(jié)點；終端電阻是否加上，特別是IP20總線接頭上的電阻開關撥碼位置是否正確；若網(wǎng)速較高（波特率>1.5M），須加中繼器；更換DP掃描器。

4 結語

現(xiàn)場總線是一種應用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化最底層現(xiàn)場設備或儀表互連的全數(shù)字化、雙向、多站式通信網(wǎng)絡。它將位于生產(chǎn)現(xiàn)場具有信號輸入、輸出、運算、控制和通信功能的數(shù)字通信儀表或設備，通過雙絞線連接成網(wǎng)絡，采用標準的通信協(xié)議，使位于生產(chǎn)現(xiàn)場的設備與設備之間，以及設備與控制站之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與信息共享，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)的集成。這項以控制技術、智能儀表技術、計算機網(wǎng)絡技術以及數(shù)字通信技術為支撐的綜合技術，己成為世界范圍內(nèi)工業(yè)自動化領域廣為關注的熱點，并將成為該領域的發(fā)展方向。

收稿日期：2016-04-13

作者簡介：陳靖（1980—），男，山東寧陽人，工程師，在山東鋼鐵萊蕪分公司萊鋼自動化部從事自動化控制專業(yè)。