PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析

江 豪 王永華

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析

江 豪 王永華

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在電磁干擾、電壓波動、通信速率不匹配等因素下，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)丟站、閃斷、通信不穩(wěn)定等故障。為保證總線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，對PROFIBUS總線系統(tǒng)設(shè)計、總線線纜敷設(shè)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用等方面進行了研究，重點分析了系統(tǒng)接地和電磁干擾對總線系統(tǒng)的影響。分析研究了實際工程測試數(shù)據(jù)及故障原因，得出幾種確?？偩€穩(wěn)定運行的措施。實際工程應(yīng)用證明，這些措施可供行業(yè)設(shè)計人員參考借鑒。

總線技術(shù) PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 故障 自診斷 數(shù)據(jù)通信 電磁干擾 通信速率 中繼器 信號分析

0 引言

得益于科技的快速發(fā)展，近年來,工業(yè)自動化領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展十分迅速。以總線技術(shù)為代表的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞方式正在各個行業(yè)得到大力推廣，并被廣泛應(yīng)用。隨著PROFIBUS現(xiàn)場總線在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，國內(nèi)圍繞著PROFIBUS 總線研發(fā)的接口設(shè)備或網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品也越來越多。據(jù)PI國際組織統(tǒng)計，有2 000多個不同的制造商提供PROFIBUS相關(guān)產(chǎn)品。

隨著PROFIBUS總線的深入應(yīng)用，大規(guī)模、多節(jié)點、多層次的總線網(wǎng)絡(luò)不斷被投入實際應(yīng)用。部分總線系統(tǒng)經(jīng)過長時間、不間斷的帶電運行，外加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型較為龐雜，其總線系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況較為突出。為了使總線系統(tǒng)的維護更加容易和簡便，總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計者應(yīng)充分考慮各種因素，有效避免網(wǎng)絡(luò)站點丟失、閃斷、通信不穩(wěn)定、設(shè)備端口損壞等應(yīng)用難題[1]。

1 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定分析

總線系統(tǒng)和所有的控制系統(tǒng)一樣，無論是控制器的選擇，還是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建，總會伴隨著由多種不利因素而引起的問題。對于總線系統(tǒng)而言，底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常態(tài)化的不穩(wěn)定和瞬時異常情況都是需要研究和解決的問題，其嚴重時將造成總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換紊亂或者系統(tǒng)癱瘓?？偩€網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行不穩(wěn)定影響因素有很多，下面從幾個關(guān)鍵因素進行分析。

1.1 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不合理

工業(yè)總線技術(shù)的開發(fā)基于各種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，目前，主要基于RS- 422、RS- 485、RS- 232或者工業(yè)以太網(wǎng)等通信介質(zhì)及通信協(xié)議技術(shù)進一步開發(fā)而來。每種總線技術(shù)及通信協(xié)議都因眾多因素的影響而有許多的注意事項，其中最為重要的便是總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)計。總線網(wǎng)絡(luò)站點的數(shù)量、傳輸數(shù)據(jù)量、通信速率、通信介質(zhì)、信號中繼、抗干擾處理等都是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時需要重點考慮的因素[2]。

然而在現(xiàn)實中，并非每個總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者都能全面、詳盡、科學(xué)地考慮各種因素。如未能充分了解現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)情況，將不能精確核算網(wǎng)絡(luò)站點及通信數(shù)據(jù)量、有效處理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)在安裝調(diào)試時出現(xiàn)這樣或那樣的不足，并由此造成總線系統(tǒng)不穩(wěn)定，有時甚至難以修復(fù)和彌補。

1.2 總線網(wǎng)絡(luò)布線不規(guī)則

總線網(wǎng)絡(luò)不僅數(shù)據(jù)傳輸距離較遠、通信數(shù)據(jù)量大，而且數(shù)據(jù)刷新實時性較高，所以總線線纜敷設(shè)施工規(guī)范相對其他電氣線纜布線的要求要更加嚴格和規(guī)范，總線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場線纜敷設(shè)也就顯得尤為重要。

PROFIBUS總線通信采用串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，底層為RS- 485通信[3]。在實際項目中，串行網(wǎng)絡(luò)常敷設(shè)于復(fù)雜的生產(chǎn)區(qū)域，線纜穿越的區(qū)域較為寬廣。為防止各種干擾和意外的發(fā)生，線纜的敷設(shè)需要嚴格按照安裝規(guī)范。而現(xiàn)實并非如此，下面列舉幾條常見的不規(guī)則布線行為。

①未采用DP線纜專用的剝制工具，而使用電工工具隨意剝制DP線纜；

②沒有按照動力電、干擾信號及通信信號之間安裝規(guī)范進行布線，線纜走線隨意、雜亂，沒有走專用的屏蔽管網(wǎng)；

③線纜進電氣柜沒作任何屏蔽保護接地措施；

④不安裝網(wǎng)絡(luò)信號中繼器及終端信號吸收設(shè)備，或者安裝位置不合理；

⑤非總線專業(yè)安裝人員不規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝作業(yè)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障

根據(jù)國際組織的分析統(tǒng)計，在使用和維護全球多達6 000萬節(jié)點的PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，絕大多數(shù)問題出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)站點的設(shè)備上，而非PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)本身。因此，對于總線控制系統(tǒng)的維護，首先應(yīng)該定期檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀況。

1.3.1 網(wǎng)絡(luò)線纜及連接器質(zhì)量不合格

PROFIBUS DP總線線纜是由西門子提供的專用DP電纜，外觀為紫色塑料外皮、有網(wǎng)狀屏蔽層、有薄金屬屏蔽層、單股銅絲(一根為紅色、一根為綠色)。需要特別說明的是，標準電纜的A、B銅線截面積、外層塑料包裹物截面積和整個線纜的截面積都有著嚴格的尺寸要求；同時，為了確保RS- 485信號的穩(wěn)定傳輸，其A、B線的攪合度也有嚴格的規(guī)定[3]。一旦線纜質(zhì)量不合格或者采用非DP標準電纜，整個網(wǎng)絡(luò)的底層物理介質(zhì)就沒有任何質(zhì)量保證，數(shù)據(jù)通信質(zhì)量的穩(wěn)定性也就難以保證。

DP網(wǎng)絡(luò)需要專用的連接器，D型接口公頭。連接器有45°、90°、135°和180°這4種出線規(guī)格[3]，同時有快速壓接及端子連接這2種銅絲接入方式。專用連接器對線纜鎖定及屏蔽層的可靠連接都進行了巧妙的處理。

DP線纜、DP連接器及線纜專用剝制設(shè)備需要配套使用。在國內(nèi)，很多項目為了節(jié)約成本，采用質(zhì)量不達標的網(wǎng)絡(luò)線纜及連接器，雖然短時內(nèi)可以使用，卻為日后總線系統(tǒng)的維護增加了許多不確定因素，由此帶來的網(wǎng)絡(luò)運行不穩(wěn)定情況也日益增多。

1.3.2 從站設(shè)備故障

在總線網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用中，從站的丟失是最常見的問題，幾乎任何從站接口或者從站內(nèi)部錯誤都會造成該從站和主站的通信中斷，導(dǎo)致從站站點丟失[4]。如果從站不是一個遠程I/O，而是智能從站，譬如PLC擴展的總線模塊作為PROFIBUS從站，這種較為復(fù)雜的從站系統(tǒng)會因為PLC系統(tǒng)錯誤(模塊/通道錯誤、程序錯誤等)而引起從站站點的丟失[3]。這在項目初期的調(diào)試階段尤為突出。

一般而言，采用較為成熟或者質(zhì)量可靠的硬件設(shè)備，這類故障會相應(yīng)減少。某些投入使用的總線網(wǎng)絡(luò)、站點丟失故障頻發(fā)，通過分析網(wǎng)絡(luò)中硬件設(shè)備，發(fā)現(xiàn)原因常和下列因素有關(guān)：網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)計有缺陷，使設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)死機情況；產(chǎn)品電磁抗干擾處理不到位，設(shè)備難以抵抗電磁干擾而出現(xiàn)運行紊亂；自主研發(fā)的從站設(shè)備未經(jīng)過各種應(yīng)用環(huán)境下的嚴格測試，投入使用后故障頻發(fā)。

1.3.3 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障

如果網(wǎng)絡(luò)的從站設(shè)備只是短時故障或者偶爾死機，在得到及時維護處理后，這些問題并不會嚴重影響總線系統(tǒng)的整體運行，也不會造成系統(tǒng)停機。但是，總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(中繼器、終端電阻)故障會直接造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，故此類故障要盡量避免[5]。在未選用西門子提供的專用中繼器和終端電阻時，常會出現(xiàn)此類嚴重的網(wǎng)絡(luò)故障。

對于終端電阻而言，未能正確設(shè)置DP連接器的終端開關(guān)、未安裝不間斷供電的專用終端電阻，都會造成網(wǎng)絡(luò)信號的不穩(wěn)定，從而引起系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的不穩(wěn)定，甚至?xí)斐删W(wǎng)絡(luò)癱瘓。譬如由于網(wǎng)絡(luò)站點分布區(qū)域大且節(jié)點數(shù)較多，操作人員在對電控箱清掃或者誤動作等情況下會造成終端電阻配置錯誤，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷。雖然這種錯誤非常容易糾正，但會對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成致命的停機故障。

1.4 電磁干擾

任何通信網(wǎng)絡(luò)都要做好線纜抗干擾處理，否則就會影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。而且，此類故障并沒有太多有效的解決措施。

2 PROFIBUS總線系統(tǒng)可靠運行分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則

遵循PROFIBUS總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計規(guī)則，對網(wǎng)絡(luò)站點規(guī)模、主站數(shù)量、網(wǎng)段數(shù)、通信速率、數(shù)據(jù)交換量等方面進行了合理的配置和設(shè)置，以達到控制系統(tǒng)所要求的最優(yōu)方案。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一般參照如下規(guī)則[3,6]：

①在滿足應(yīng)用需求的情況下，盡量選擇較低的通信速率，常用速率為187.5 kbit/s；

②網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，站點數(shù)量不要太多，站點地址規(guī)劃要連續(xù)；

③1個網(wǎng)絡(luò)中使用的中繼器不要超過7個，且應(yīng)避免使用中繼器而形成的過多分岔網(wǎng)絡(luò)；

④在1個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中，站點最好不超過100個(包括I、II類主站和從站)；

⑤1個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)可由多個網(wǎng)段組成，1個網(wǎng)段站點最好不超過20個；

⑥合理利用主站的I/O外部地址，科學(xué)規(guī)劃從站數(shù)據(jù)交換長度和數(shù)據(jù)類型。

2.2 總線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

為確保總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定、減少網(wǎng)絡(luò)線纜敷設(shè)和日后網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)維護的難度，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計要從實際需求出發(fā)，力爭總線網(wǎng)絡(luò)簡單易用，最好在項目開展初期利用組態(tài)軟件進行完整的模擬操作，從而更加科學(xué)合理地進行設(shè)計、規(guī)劃。

2.2.1 通信速率的合理選擇

在總線應(yīng)用領(lǐng)域，高通信速率可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交換，不僅使數(shù)據(jù)刷新周期縮短，而且信息交互量也相應(yīng)增大。但是通信速率越高、網(wǎng)絡(luò)長度就越短、抗干擾處理措施就更加復(fù)雜，所以總線通信速率的選擇應(yīng)該盡量地低，滿足需求即可。一般而言，187.5 kbit/s較為常用，3 Mbit/s以上的速率極少采用。表1列舉了幾種常用的通信速率和最大網(wǎng)絡(luò)長度之間對應(yīng)關(guān)系[3]。

表1 通信速率與最大網(wǎng)絡(luò)長度對應(yīng)關(guān)系Tab.1 The corresponding relationship between communiication speed and network length

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)中繼器的合理使用

為確保網(wǎng)段之間的通信可靠、增加網(wǎng)絡(luò)的靈活度、擴展網(wǎng)絡(luò)長度，合理使用網(wǎng)絡(luò)中繼器可以使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)豐富多變，滿足多樣化的需求。中繼器不僅起到對信號的加強作用，還可充當網(wǎng)絡(luò)測試節(jié)點；同時一個中繼器最多可有4根進出線，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。中繼器的詳細使用請參閱使用手冊，這里僅給出幾個要點供實際應(yīng)用參考[6-7]。

①2個站點間最多允許4個中繼器，1個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)一般不超過7個中繼器；

②使用PA網(wǎng)絡(luò)時，需要配置Link和Coupler模塊；

③2個中繼器之間的站點一般不要超過20個；

④盡可能少地利用中繼器形成分岔網(wǎng)絡(luò)，終端電阻要設(shè)置正確；

⑤中繼器安裝位置合理，供電冗余且接地要良好；

⑥中繼器出線到站點的線纜長度不能小于1 m。

2.3 通信抗干擾處理

2.3.1 供電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)有大量的站點及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些設(shè)備在工作時都需要直流24 V電源。鑒于總線的串行傳輸?shù)奶匦?，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不允許斷電，所以在規(guī)劃和敷設(shè)DP電纜時，需要考慮多點直流電源的供電問題。為保證供電的可靠性及DP網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電必須和車間供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)合并進行合理規(guī)劃，在此可參考數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電系統(tǒng)設(shè)計。

2.3.2 干擾源的規(guī)避

基于串行通信的PROFIBUS系統(tǒng)需要做各種抗干擾處理，在此主要介紹了幾種常見干擾源的處理方法[8]。

①平行排列，總線線纜和400 V以下的交直流電纜距離要大于20 cm；

②平行排列，總線線纜和大于400 V的交直流電纜或電話線距離要大于50 cm；

③交叉時，正交交叉，不可并排或以其他方式交叉；

④DP線纜敷設(shè)需走專用的鍍鋅屏蔽鐵管，鐵管要連接成管網(wǎng)，且多點接地；

⑤電氣柜內(nèi)部要避開動力電、變壓器，變頻器，接觸器等強干擾源。

2.3.3 屏蔽層接地處理

PROFIBUS DP電纜的屏蔽層應(yīng)該在電纜的兩端可靠接地，以形成一個大面積的對地連接，這樣可有效防止外界磁場對線纜中A、B線的電磁干擾。在敷設(shè)總線電纜時，要確保電纜的網(wǎng)狀或箔狀護套使用接地板夾和地相連。當電纜進入電氣柜時，接地點盡可能地靠近入口處，如圖1所示。

圖1 DP電纜電氣柜入口接地圖

Fig.1 The inlet grounding of DP cable in electric cabinet

3 PROFIBUS系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

PROFIBUS總線系統(tǒng)的使用手冊詳細地介紹了各種設(shè)計及安裝規(guī)范，這些都要求項目具有良好的供電系統(tǒng)、專用的線纜屏蔽管道、理想的接地系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。然而該規(guī)范在國內(nèi)并沒有被很好地執(zhí)行，現(xiàn)場很多實際應(yīng)用并未按規(guī)范操作，因此很多的現(xiàn)場工況難以按照安裝規(guī)范來進行總線網(wǎng)絡(luò)的安裝和敷設(shè)。

下面以實際工程為例，進一步探討如何在不太理想的應(yīng)用環(huán)境下保證PROFIBUS總線系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。

3.1 DP總線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場安裝

總線系統(tǒng)在實際工程項目中的應(yīng)用千差萬別，有的電纜溝可供布線，有的預(yù)埋屏蔽管網(wǎng)，有的需要架設(shè)橋架。不管采用哪種方法來安裝總線線纜，都需要注意以下幾點。

①PROFIBUS總線線纜必須走獨立的鍍鋅屏蔽鐵管，而且鐵管連接處要可靠焊接，并實現(xiàn)多點可靠接地，本接地點不可和生產(chǎn)用電接地混用。屏蔽管不能與設(shè)備外殼相連，否則很難達到總線的抗干擾要求。

②采用專用工具進行線纜剝制，且配套使用專用DP連接器，DP電纜嚴格按照連接器網(wǎng)絡(luò)進出線順序連接。在電氣柜內(nèi)布線需要穿金屬軟管，布線位置遠離變壓器或者變頻器等電磁干擾設(shè)備，金屬軟管要連接設(shè)備機殼接地。

③網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過DP連接器自動連接DP線纜的屏蔽層，要將DP站點設(shè)備的接地線接入總線專用接地系統(tǒng)，切不可和設(shè)備上的普通接地點相連。

④對于沒有良好接地的環(huán)境而言，DP線纜、DP模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等寧可不接地，也不能接入有各種干擾源的接地網(wǎng)中，不然接地非但沒有起到抑制干擾的效果，還會加入干擾源。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信信號分析與處理

對于已經(jīng)投入使用或者已經(jīng)完成施工的總線系統(tǒng)，可采用專用工具檢測PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)信號，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量，針對性地進行技術(shù)處理，以達到總線系統(tǒng)抗干擾性能的技術(shù)要求[9]。通過總線通信波形，可快速發(fā)現(xiàn)通信質(zhì)量不佳的站點，避免盲目處理問題。一般可用數(shù)字示波器或者PROFITrace檢測工具捕獲信號波形，并通過查看通信信號的波形來直觀地判斷網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的好壞。

3.3 通信線路抗干擾

對于總線系統(tǒng)而言，站點重復(fù)、終端電阻設(shè)置、中繼器連接、數(shù)據(jù)交換地址等問題在經(jīng)過初期調(diào)試和應(yīng)用測試后基本都可達到預(yù)期的效果。唯獨通信線路的抗干擾抑制問題往往難以滿足設(shè)計要求，主要體現(xiàn)在設(shè)計初期并不能全面悉知總線網(wǎng)絡(luò)電磁環(huán)境，同時生產(chǎn)設(shè)備在實際生產(chǎn)中的啟停、變頻器工作、電機運行、強電線路的電流變化等都會對總線的正常工作帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。

在這里，以紡織生產(chǎn)為例，簡要分析車間供電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)的現(xiàn)實情況，并針對這些較為嚴重的電磁干擾環(huán)境，探討如何做好總線網(wǎng)絡(luò)的抗干擾處理。

一般的供電系統(tǒng)有TN-S和TN-C兩種，TN-S就是三相五線制供電方式，三根動力線(L1、L2、L3)、一根中性線(N)、還有一根線徑更粗的接地線，中性線和接地線的獨立供電可有效保證用電安全。TN-C系統(tǒng)即將中性線和接地線合二為一，是三相四線制供電方式[8]。

大部分紡織企業(yè)生產(chǎn)線采用的是TN-C供電系統(tǒng)，這種供電系統(tǒng)的“地”較TN-S供電系統(tǒng)(中性線和地線分開)的“地”明顯存在噪聲電壓、電流，若將總線網(wǎng)絡(luò)的地直接接到這種不干凈的“地”上，勢必會引入較大干擾。所以必須采用正確、可行的方法處理總線系統(tǒng)的接地，不然通信線纜屏蔽層不僅起不到抑制干擾的作用，反而會加重干擾。

電氣控制柜中的變壓器、接觸器、強電供電線纜等都是干擾非常嚴重的設(shè)備，總線線纜在電氣柜內(nèi)部布線需要避開這些設(shè)備；同時，由于空間電磁場干擾的存在，應(yīng)避免懸空走線。為此，在實際的工程中，DP線纜在設(shè)備之間進行布線時，應(yīng)走專用的鍍鋅屏蔽管以抑制干擾，在出線進入電氣柜這段線路，一定要利用帶有屏蔽層的防護設(shè)備對DP線纜進行電磁防護，并根據(jù)實際設(shè)備的接地狀況，選擇性地進行保護層屏蔽接地。一般而言，DP電纜的屏蔽層不接地，除非專用的通信接地系統(tǒng)非常好。

對于一些已經(jīng)投入應(yīng)用的系統(tǒng)而言，隨著時間推移，原本設(shè)計和安裝的接地系統(tǒng)會產(chǎn)生性能下降、接地線路老化的問題，總線系統(tǒng)會出現(xiàn)丟站和站點閃斷的情況。這種情況下，一般需要將接地系統(tǒng)重新規(guī)整一遍，更換老化的線路并重新進行可靠接地。

3.4 主站系統(tǒng)自診斷

在深入應(yīng)用PROFIBUS總線系統(tǒng)后，最常出現(xiàn)的問題是從站丟失或者從站閃斷。譬如用于控制電機的智能從站或者變頻器從站出現(xiàn)閃斷，造成電機短時停機而后又自動恢復(fù)，以及部分從站不明原因的丟站。主站診斷中繼器診斷報文的簡要解析方式如表2所示。

表2 診斷中繼器診斷報文解析方式Tab.2 The analysis of diagnostic messages of the diagnostic repeater

這些問題由于閃斷或者短時丟站，很難事后分析丟站的原因，給系統(tǒng)維護帶來了極大的困難。采用主站的自診斷功能塊，可實現(xiàn)自動記錄故障發(fā)生的時間及故障診斷報文。有了這些詳細故障記錄，就可深入地分析故障發(fā)生時的各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，為總線維護提供強有力的技術(shù)支持。譬如，可通過主站系統(tǒng)記錄的站點丟站次數(shù)和丟站時間，判斷網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定情況；通過丟站時間節(jié)點和設(shè)備運行狀態(tài)的對比，判斷設(shè)備運行狀態(tài)的變化和對總線的干擾程度[3,10]。

3.5 杜絕人為因素

PROFIBUS總線系統(tǒng)在應(yīng)用階段，由于電氣維護人員的行業(yè)特點，致使部分電氣人員對總線系統(tǒng)了解甚少。對于設(shè)備檢修、電氣柜清掃等將DP連接器終端電阻設(shè)置弄錯或者設(shè)備損壞等造成的DP網(wǎng)絡(luò)中斷，在實際施工中可采用物理手段將設(shè)置開關(guān)封死以免誤動作；同時，必須對網(wǎng)絡(luò)供電設(shè)備或者斷路器進行明顯標示。

4 結(jié)束語

PROFIBUS總線的安裝及設(shè)計有標準的規(guī)范要求，然而工業(yè)自動化現(xiàn)場的問題層出不窮，必備的要素往往不能滿足于設(shè)計需求。很多的總線設(shè)計及安裝要針對不同的情況作適當?shù)恼{(diào)整及處理，例如采用額外添加等電勢線、選用可靠的接地點、采用光隔的DP設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)線路優(yōu)化布局、不穩(wěn)定從站的位置更改、信號介質(zhì)更換等措施，以保證總線系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運行[8]。本文提到的各種措施及方法均是實際工程中摸索和探討的結(jié)果，具有一定的借鑒意義。

[1] 王順菊.淺談Profibus總線電纜的安裝規(guī)范[J].鍛壓技術(shù)與制造裝備，2011,46(1):54-56.

[2] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2015:90-97.

[3] 王永華.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社，2008:10-47.

[4] 繆彬彬,鄧銳.PROFIBUS-DP總線型稱重儀表抗干擾能力的研究[J]，中國儀器儀表，2011(S1):84-86.

[5] 劉喜梅,周春香.PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的抗干擾分析[J]，測控技術(shù)，2009,28(2):96-98.

[6] 向曉漢,陸彬.西門子PLC工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:132-134.

[7] 李哲毓,崔逸群.影響Profibus總線通信穩(wěn)定性參數(shù)的應(yīng)用優(yōu)化[J],國外電子測量技術(shù)，2010,29(12):76-80.

[8] 宋云召,江豪,王永華.PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)接地分析及其工程應(yīng)用研究[J].制造業(yè)自動化，2014(2):78-82.

[9] MOSSIN E A,BRANDAO D.Intelligent diagnostic for PROFIBUS DP networks[C]//2012 IEEE International Conference on Induistrial Technology,2012:772-777.

[10]崔魏,朱迎春,孫亞蕾.現(xiàn)場總線系統(tǒng)抗干擾實現(xiàn)與應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2006(10):67-69.

Analysis of the Stable Operation for PROFIBUS Network System

Faults of losing network station,flash-off,and unstable communication may appear in fieldbus network system under electromagnetic interference,voltage fluctuation,and communication speed mismatch,etc.In order to guarantee stable operation of the bus system,the design,cabling,and application of the network equipment,etc.,of the PROFIBUS system are researched; and the influences of the grounding system and electromagnetic interference in the bus system are analyzed emphatically.The actual engineering test data and the causes of the faults are analyzed,thus several measures for stable operation are obtained.Through practical engineering application,it is proved that these measures can be used as reference for professional designers.

Bus technique PROFIBUS Network system Fault Self-diagnosis Data communication Electromagnetic interference Communication speed Repeater Signal analysis

河南省產(chǎn)學(xué)研基金資助項目(編號：132107000003)。

江豪(1980—)，男，2006年畢業(yè)于河南工業(yè)大學(xué)機械工程及其自動化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，副教授；主要從事工業(yè)自動化、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 PROFIBUS總線應(yīng)用系統(tǒng)等方向的研究。

TH-3;TP29

A

10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201612005

修改稿收到日期：2015-03-09。