PROFIBUS—DP總線應(yīng)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(fā)的國際化、開放式、不依賴設(shè)備開發(fā)商的現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于制造自動化、流程自動化和樓宇、交通等其他領(lǐng)域自動化，是目前世界上流行的幾種現(xiàn)場總線中比較出色的一種。在浮法生產(chǎn)線中，熱端的熔窯、錫槽、退火窯以及冷端的切裁等設(shè)備都使用PROFIBUS總線。我們對其網(wǎng)路組成進(jìn)行學(xué)習(xí)和常見故障進(jìn)行分析，對于縮短設(shè)備維修時間、減少通訊故障、提高玻璃產(chǎn)量有積極的作用。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS現(xiàn)場總線；PROFIBUS-DP；網(wǎng)絡(luò)組成；終端電阻；排錯思路

PROFIBUS現(xiàn)場總線包括種三種協(xié)議類型：PROFIBUS-FMS 、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。其中PROFIBUS-DP用于設(shè)備控制級和分散式IO的通訊，可以替代傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)中的24VDC或者0—20mA信號，具有速度快（最高12Mb/s）、鋪設(shè)簡單、調(diào)試周期短、成本低的優(yōu)點，得到了廣泛的使用。用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)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(fā)送信息。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理。

1、網(wǎng)絡(luò)組成

一個現(xiàn)場總線通訊系統(tǒng)必須由以下三部分構(gòu)成：通信主站、連接線路、通信從站。上述三者連接起來構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，協(xié)調(diào)起來進(jìn)行工作。它們之間的連接方式有總線形、樹形、環(huán)形、網(wǎng)形等。在實際的工程應(yīng)用中，總線形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最多。

熱端DCS系統(tǒng)的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)采用總線型結(jié)構(gòu)：即在一條線上順序連接多個設(shè)備，一個主站可以連接多條PROFIBUS-DP線路。如下圖所示：

在系統(tǒng)組態(tài)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(shù)據(jù)發(fā)送給主站，使用兩端有終端電阻的總線拓?fù)?。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(tǒng)中采用這種電纜可以最大程度的提高系統(tǒng)抗干擾性、保證通訊距離和通訊速度。PROFIBUS-DP總線和設(shè)備之間按采用DP總線連接器進(jìn)行連接。常見的DP連接器拆開后會看到四個接線柱，標(biāo)有A1、B1、A2、B2。A1、B1用于連接進(jìn)DP連接器的電纜；A2、B2連接出連接器的電纜，用于連接后續(xù)的支持DP通訊的設(shè)備。DP連接器的一側(cè)有一個終端電阻選擇開關(guān)，上面標(biāo)有on和off。在on位置， A1、B1進(jìn)線和終端電阻接通，A1與A2、B1與B2斷開；在off位置，A1、B1進(jìn)線和終端電阻斷開，A1與A2、B1與B2接通，后續(xù)的設(shè)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(guān)可以放在on的位置；除總線兩端以外，為了連接后續(xù)的設(shè)備，中間站點的總線連接器終端電阻選擇開關(guān)應(yīng)該在off的位置。

另外，線路兩端連接器的終端電阻選擇開關(guān)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(guān)錯誤將導(dǎo)致通訊不穩(wěn)定甚至通訊失敗，中間某個位置選擇開關(guān)置位錯誤，將導(dǎo)致網(wǎng)路從此位置斷開，后續(xù)所有設(shè)備通訊中斷。

2、排錯思路

因總線系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，我們對三部分常見故障進(jìn)行總結(jié)如下：①主站故障。因為PROFIBUS總線采用主站輪詢從站、從站響應(yīng)主站的方式進(jìn)行工作， 當(dāng)主站故障后，整個系統(tǒng)將癱瘓。為了提高可靠性，主站往往采用冗余的方式進(jìn)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(xiàn)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(tǒng)停止工作。為了找到故障點，我們可以采用二分法進(jìn)行診斷：將總線中間的連接器終端電阻選擇開關(guān)置on，以切斷后面的網(wǎng)絡(luò)。如果前段恢復(fù)正常，表示故障部位在后面的網(wǎng)路。如果網(wǎng)絡(luò)通訊故障仍然存在，故障部位應(yīng)該在前面的網(wǎng)路中。無論故障在前面還是在后面的網(wǎng)路中，我們都可以繼續(xù)采用這種方法進(jìn)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(wǎng)絡(luò)可能中斷。此時將位于次終端連接器的電阻置ON，查看系統(tǒng)是否恢復(fù)工作，就可快速判斷這種故障。為了避免出現(xiàn)終端電阻接觸不良產(chǎn)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(dǎo)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(jìn)行訪問。只有更換從站的損壞模塊才能恢復(fù)系統(tǒng)工作。

結(jié)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(yīng)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(yuǎn)離產(chǎn)生諧波的軟起動器、變頻器、調(diào)功器等設(shè)備（如避不開，可從這些設(shè)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(tǒng)工作的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]《PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)故障問題的探討》.馬曉光.

[2]《PROFIBUS現(xiàn)場總線安裝指導(dǎo)》.西門子公司資料.