Profibus-dp總線系統(tǒng)性能改善

李 偉

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

我單位駕駛室涂裝車間的設備網絡布局與控制結構，總體上采用“集中監(jiān)視、分散控制”的典型傳統(tǒng)模式。其中用于分散控制的各獨立子控制系統(tǒng)均以三菱Q06型CPU為主體，依托西門子Profibus-dp總線完成現(xiàn)場各類IO信號的傳遞，以實現(xiàn)網絡設備層的各功能。

1 原理結構

我車間共計16套PLC及西門子總線IO系統(tǒng)。西門子Profibus-dp現(xiàn)場總線依靠RS485通訊電纜，完成現(xiàn)場各類IO信號的傳遞。在各PLC控制系統(tǒng)中，依靠西門子總線接頭、通訊電纜等部件完成網絡連接，按RS485通訊要求，在西門子的總線接頭內已經內置了終端和偏置電阻，通過一個開關進行接通或斷開。網絡終端的接頭，其終端電阻放在“ON”的位置，以吸收網絡反射波，增強信號；中間站點的接頭，開關放在“OFF”位置，起到偏置電阻作用。常規(guī)的故障診斷形式都以測量線路電阻及總線接頭電阻是否符合要求規(guī)范或更換總成逐步排查來完成。

2 主要問題

伴隨近年來使用，主要存在以下問題：①dp網絡故障后，會導致子控制系統(tǒng)癱瘓，設備失控，產生嚴重設備事故和隱患，多見于機械化輸送系統(tǒng)信號紊亂后，程序中缺乏必要的保護，導致產生設備事故；②總線故障發(fā)生后、因站點數量多，需反復排查上下游站點是否正常，故障原因定位困難、修理時間長，設備停機時間長；③因總線線纜鋪設在橋架內，日常點檢維護困難，很難發(fā)現(xiàn)其自身存在隱患，維護人員往往處于被動。

因此，迫切需要建立完整的總線系統(tǒng)故障預防與診斷系統(tǒng)，以實現(xiàn)dp總線的高可靠性運行。并且實現(xiàn)網絡故障的提前預警和保護停機，便于準確定位故障源，提前檢修規(guī)避損失。

3 改善方案

3.1 改善思路

基于現(xiàn)場所有各三菱子控制系統(tǒng)的PLC、HMI和中控室上位機系統(tǒng)設計總線運行狀態(tài)的監(jiān)控預警畫面及控制保護程序，采用西門子總線通訊中繼和通訊接頭完成硬件改善提升。

3.2 完善控制程序與HMI

在每個PLC子系統(tǒng)中，編制dp總線系統(tǒng)各個站點網關的故障讀取程序保存在寄存器中，并將故障軟元件寫入到子站的總控程序中，以實現(xiàn)發(fā)生通訊故障時，切斷總控程序，停止現(xiàn)場設備功能。在現(xiàn)場HMI中設計通訊組態(tài)圖，便于定位故障站，通過故障站點維護人員可縮小故障排查范圍。以機械化輸送系統(tǒng)為例，先定義軟元件，再編制故障讀取與控制程序，圖1：故障程序示例。

圖1 故障程序示例

3.3 設計中控系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控

依靠編制的控制程序讀取總線故障狀態(tài)信息并上傳到中控PLC，在上位機按每個PLC系統(tǒng)中總線分站排列的實際順序進行組態(tài)，形成目視化信號流，從而進行車間所有PLC網絡故障點的監(jiān)控識別，達到集中監(jiān)控，提前預防發(fā)現(xiàn)故障通訊不穩(wěn)定部位目的。在識別出具體故障位置后。將dp總線通訊中繼接入到已經識別出信號衰減的網絡部位，實現(xiàn)網絡的擴展，信號的再生，提高通訊穩(wěn)定性。

根據上位機對通訊狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控結果，識別出2處不穩(wěn)定通訊點位，這些點位在寫入控制保護程序后，往往表現(xiàn)為間歇性無規(guī)律報警停機，排查線路電阻、模塊等附件時又正常，分析原因為，在設備安裝調試最初時，此處站點距離過遠導致，因此在上述識別出的機械化系統(tǒng)中共計增加2套通訊中繼進行驗證，最終有效解決了通訊報警，提高了網絡穩(wěn)定性。具體方法為：

（1）根據profibus-dp總線通訊原理，選用西門子RS485總線中繼，其在1.5M bps的波特率時，可擴展的通訊距離達200米，將其接入到衰減站點，有效實現(xiàn)信號的再生，擴展新的網段。如下圖2，中繼在網絡中布局圖。

圖2 中繼布局示意圖

（2）按西門子 RS485中繼器使用方法，其上端接線口A1/B1和A1’/ B1’是一個網絡接口，代表了網段1，A2/B2和A2’/ B2’是另一個網絡接口，代表了網段2，由于中繼器內部是隔離的，對于網段 1，中繼器就是該網段的一個終端設備，因而在網段 1中其接線方式是將 Profibus網線接在A1/B1上，同時網段1的終端電阻設置為“On”；而網段2與網段1接線規(guī)則相同，也需要將電纜連接在A2/B2上，同時終端電阻設置為“On”。接線結束后進行檢查務必打開連接 2個網段的開關。

3.4 其余故障與預防

3.4.1 網關供電電源問題

當總線電源模塊上供電指示燈忽明忽暗時，說明供電電壓已經低于總線模塊工作的開關電壓，對于整流電源模塊，應根據使用壽命定期更換，尤其在工作環(huán)境溫度過高環(huán)境下。當外部接近開關及線路發(fā)生短路等情況時時，也會導致電壓不穩(wěn)定，需定期對外圍線路開關進行檢查預防，對所有中轉的接線端子進行緊固，防止接觸不良。

3.4.2 系統(tǒng)配置問題

在三菱Q系列PLC系統(tǒng)中，dp總線主站與分站在進行各項排除后仍然無法連接時，一般會采用更換CPU及dp主站模塊重新導入配置文件來排查。因此需保存好原總線配置文件、對應的三菱組態(tài)軟件及目前使用網關的GSD文件。若丟失，需盡快購置網關及下載對應的GSD文件，提前進行配置保存。

4 結語

伴隨著設備使用壽命增加，原穩(wěn)定的通訊網絡，往往頻發(fā)故障，其原因呈現(xiàn)多元性，許多因素會造成總線網絡的不穩(wěn)定，從而影響數據的可靠傳輸，這都會造成設備的突然停止，通過現(xiàn)場觸摸屏及中控系統(tǒng)通訊狀態(tài)的監(jiān)控和程序保護控制完善，降低了設備運行風險和提高了維修效率。其實應在現(xiàn)場設備設計、安裝乃至日常維護過程中，都按照產品規(guī)范、規(guī)則進行選型、接線和施工，才能保障現(xiàn)場工業(yè)控制網絡系統(tǒng)高可靠性穩(wěn)定運行。