PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線干擾原因分析

張顯鋒

摘 要 在工業(yè)控制中，Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)是使用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)之一，但由于在profibus-dp總線現(xiàn)場(chǎng)施工程中，安裝不當(dāng)、未使用標(biāo)準(zhǔn)電纜、傳輸速率與距離、屏蔽與接地、電纜布線等各種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)總線穩(wěn)定性等問(wèn)題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，針對(duì)上述幾點(diǎn)因素進(jìn)行了分析，從而保證了通訊的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)場(chǎng)總線；Profibus--DP；干擾

前言

Profibus-DP技術(shù)的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制管理。其通信協(xié)議是公開(kāi)的、一致的，保證了遵循此協(xié)議的不同廠家設(shè)備之間能互連、互通。具有較強(qiáng)的抗干擾能力、極高的可靠性。智能化設(shè)備可以直接執(zhí)行傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，減少了變送器的數(shù)量，也不需傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等電源。大量減少了敷設(shè)電纜和工作量，系統(tǒng)的可靠性能明顯加強(qiáng)。

但在實(shí)際的施工過(guò)程中，由于安裝調(diào)試人員對(duì)profibus安裝規(guī)范的不了解，對(duì)規(guī)范執(zhí)行的嚴(yán)格等。在盤(pán)柜安裝、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安裝與調(diào)試、使用維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有遵守規(guī)范，引入外界EMC干擾。這些外部因素對(duì)總線系統(tǒng)在通訊和穩(wěn)定運(yùn)行中的穩(wěn)定性造成影響，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題導(dǎo)致通訊終端，致使設(shè)備運(yùn)行不正常。

1 PROFIBUS的傳輸技術(shù)

PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸形式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。其中RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)，本文主要講profibus的RS-485傳輸技術(shù)。RS-485傳輸技術(shù)基本特征是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件；不帶中繼時(shí)每分段可連接32個(gè)站，帶中繼時(shí)可多到127個(gè)站[1]。

2 Profibus-DP總線硬件

Profibus-DP總線中常用硬件有網(wǎng)絡(luò)連接器、中繼器、有源終端電阻和屏蔽雙絞線等。一般網(wǎng)絡(luò)連接器內(nèi)置有終端電阻和偏置電阻。采用RS-485傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針D型插頭。當(dāng)連接各站時(shí)，應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運(yùn)行應(yīng)使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應(yīng)在兩端與保護(hù)接地連接，并通過(guò)盡可能的大面積屏蔽接線來(lái)覆蓋，以保持良好的傳導(dǎo)性。

終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射。在通信過(guò)程中，有兩種原因因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。引起信號(hào)反射的另個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配[2]。

3 常見(jiàn)故障分析處理

根據(jù)常見(jiàn)的故障現(xiàn)象，Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)故障通常可以分為兩大類，一類是穩(wěn)定故障，其表現(xiàn)是發(fā)生故障的時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)位置相對(duì)穩(wěn)定； 另一類是非穩(wěn)定故障，指發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)位置不固定或故障現(xiàn)象不持續(xù)的偶發(fā)故障或隨機(jī)故障。

對(duì)于穩(wěn)定故障，各站點(diǎn)的報(bào)警指示燈基本上能給出比較明確的指示，且不隨時(shí)間變化，即從網(wǎng)絡(luò)硬件配置的在線狀態(tài)上，就能得到全局性的故障點(diǎn)指示。

對(duì)于非穩(wěn)定故障，常見(jiàn)的現(xiàn)象有以下幾種 ：①故障站點(diǎn)隨時(shí)間變化或?qū)o(wú)故障的站點(diǎn)錯(cuò)報(bào)為有故障站點(diǎn)。②系統(tǒng)對(duì)某站點(diǎn)偶爾報(bào)錯(cuò)。③用網(wǎng)絡(luò)診斷軟件觀察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可能出現(xiàn)一些諸如信號(hào)干擾、信號(hào)電壓不足等異常情況；也可能在觀察時(shí)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)非常穩(wěn)定，但是其他時(shí)刻會(huì)發(fā)生異常。

故障舉例：鞍山某不銹鋼公司連續(xù)光亮退火生產(chǎn)線在生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)傳動(dòng)部分通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問(wèn)題。導(dǎo)致機(jī)組在正常生產(chǎn)過(guò)程中因通訊故障而發(fā)生停車事件，造成生產(chǎn)停產(chǎn)，鋼帶停在爐內(nèi)，馬弗管內(nèi)鋼帶過(guò)燒，造成產(chǎn)品廢品。這對(duì)連續(xù)退火爐來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常致命的質(zhì)量隱患，不僅降低機(jī)組的開(kāi)動(dòng)率，還造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格和廢品。Profibus總線的穩(wěn)定性顯得至關(guān)重要。

該網(wǎng)絡(luò)有38個(gè)站點(diǎn)，從站為遠(yuǎn)程 I /O、傳感器和變頻傳動(dòng)裝置，網(wǎng)絡(luò)線路固定，沒(méi)有移動(dòng)部分。由于各站點(diǎn)間的聯(lián)系緊密，故障是在工作的時(shí)候偶發(fā)出現(xiàn)，沒(méi)有規(guī)律性。為了排除該故障，先后做了以下工作或者測(cè)試：①檢查并緊固全部網(wǎng)絡(luò)插頭，排除接線問(wèn)題；②用網(wǎng)絡(luò)中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分區(qū)隔離；③更換了懷疑區(qū)域內(nèi)的部分網(wǎng)絡(luò)插頭，網(wǎng)絡(luò)故障次數(shù)減少；④用網(wǎng)絡(luò)診斷儀測(cè)試網(wǎng)絡(luò)波形，結(jié)果非常正常，無(wú)法判斷故障原因；⑤用網(wǎng)絡(luò)物理測(cè)量?jī)x，發(fā)現(xiàn)故障區(qū)域的部分電纜AB線電阻過(guò)大，進(jìn)行了更換，網(wǎng)絡(luò)故障次數(shù)再次減少；⑥對(duì)于再次出現(xiàn)故障的站點(diǎn)電纜進(jìn)行了更換，對(duì)更換下的電纜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該電纜的屏蔽層有斷線，導(dǎo)致高頻傳輸性能差。通過(guò)上述方法，徹底排除了網(wǎng)絡(luò)故障，使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)穩(wěn)定[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在profibus-DP總線應(yīng)用上，要考慮每個(gè)分段上的站點(diǎn)數(shù)；當(dāng)超過(guò)規(guī)定時(shí)，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯(lián)的中繼器一般不超過(guò)4個(gè)；一旦設(shè)備投入運(yùn)行，全部設(shè)備均需選用同一傳輸速率。另外，規(guī)范的總線接口電路設(shè)計(jì)、連接及電纜敷設(shè)是避免系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的有效措施。為減少或避免干擾，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有幾點(diǎn)建議：①要使用規(guī)范的總線收發(fā)器；②要使用規(guī)范的PROFIBUS-DP線纜，而非規(guī)范線纜往往與總線連接器中的終端電阻不匹配；③要注意總線的短路、斷路問(wèn)題，因?yàn)榻泳€不規(guī)范會(huì)容易引起總線短路，而錯(cuò)誤的設(shè)置總線連接器的終端開(kāi)關(guān)也會(huì)造成總線斷路；④正確劃分網(wǎng)段，保證各網(wǎng)段中都正確設(shè)置終端電阻；⑤兩個(gè)站點(diǎn)間距離不可太近，建議不要小于1m。

參考文獻(xiàn)

[1] 陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華人學(xué)出版社， 1999：129.

[2] 方彥軍，廖廷常.基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)通信技術(shù)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2001，（7）：14-35.

[3] 劉美俊.PROFIBUS總線技術(shù)[J].機(jī)床電器，2005，（3）：5-8.