工業(yè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障解決辦法

宮慧仲

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

1 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組成

PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)物理構(gòu)成包括以下元器件：設(shè)備（PLC、傳動(dòng)裝置等）總線(xiàn)電纜，總線(xiàn)連接器，光纖鏈路模塊OLM，RS485中繼器，DP-DP耦合器等。

1.2 PROFIBUS-DP施工要求

PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的重要性已經(jīng)不必多說(shuō)，為確保PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)不出故障或出現(xiàn)故障盡可能的減少不必要的干擾因素而快速找到故障點(diǎn)，請(qǐng)遵循以下標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1.3 PROFIBUS電纜敷設(shè)要求

為避免動(dòng)力電纜的高電壓和電流對(duì)PROFIBUS電纜產(chǎn)生電容性和電感性的干擾，從而干擾網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信，應(yīng)遵循以下原則：

PROFIBUS電纜與動(dòng)力電纜間距至少維持在10CM以上。PROFIBUS電纜與動(dòng)力電纜應(yīng)敷設(shè)在不同的路由上，并且用金屬橋架和金屬管路進(jìn)行屏蔽，并且橋架和金屬管路應(yīng)全程多點(diǎn)接地。

1.4 PROFIBUS電纜的屏蔽

干擾電流和電磁干擾可通過(guò)PROFIBUS電纜流經(jīng)總線(xiàn)連接器和設(shè)備的PROFIBUS接口向地釋放，所以PROFIBUS電纜屏蔽和地的低阻抗連接是十分重要的，接地應(yīng)遵循以下原則：

通常必須將電纜屏蔽兩端接地，特別是變頻器干擾環(huán)境中，這種方法可以提供良好的干擾抑制。盡量保持大系統(tǒng)各個(gè)從站內(nèi)電位差一致，否則雙端屏蔽接地將成為電位差的導(dǎo)通線(xiàn)路，如此只能單端接地，但會(huì)大大降低屏蔽效果。應(yīng)用于傳動(dòng)裝置屏蔽應(yīng)該直接用卡子卡接在裝置專(zhuān)用屏蔽接地板上，應(yīng)用于PLC應(yīng)直接將屏蔽通過(guò)2.5平方軟導(dǎo)線(xiàn)接在PLC導(dǎo)軌或底板的專(zhuān)用接地螺絲上，如此才能更好的避免干擾電流通過(guò)屏蔽流入總線(xiàn)連接器和電路板。

1.5 總線(xiàn)速率與PROFIBUS電纜敷設(shè)距離的關(guān)系

下圖距離為理論數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際還需考慮到站的數(shù)量（主站驅(qū)動(dòng)能力）和線(xiàn)路路由干擾問(wèn)題進(jìn)行修正（縮短距離）。

表1 傳輸速率和距離關(guān)系表

請(qǐng)按照以上網(wǎng)絡(luò)參數(shù)檢查本地網(wǎng)絡(luò)物理路由是否和速度匹配是否合理，一般建議傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)不低于1.5MB/S，自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)不低于500KB/S。如果網(wǎng)絡(luò)超長(zhǎng)可采取光纖鏈路或中繼器。如該段網(wǎng)絡(luò)其中某兩個(gè)站距離特別長(zhǎng)，則可將該段PROFIBUS電纜更換為光纖并在兩端增加光纖鏈路器，更換為光纖的網(wǎng)段長(zhǎng)度可視為0，并且可以起到光電隔離的作用，保護(hù)上游站點(diǎn)不被下游干擾電流影響；如果各從站位置比較平均，可采取整段更換光纖鏈路，每個(gè)站采用1個(gè)光纖鏈路，靠光纖鏈路器起到各個(gè)從站的連接，也可在網(wǎng)絡(luò)段增加中繼器，理論上中繼器可相當(dāng)于一個(gè)主站，起到信號(hào)驅(qū)動(dòng)和放大作用，可以驅(qū)動(dòng)距離和主站可以驅(qū)動(dòng)距離一致，可參照上述傳輸速率和距離關(guān)系表。

2 POFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障排除辦法

Profibus網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不容易判斷，分析和查找故障要從故障現(xiàn)象去分析。

2.1 整個(gè)網(wǎng)段中單個(gè)站網(wǎng)絡(luò)通訊連接不上

單個(gè)站通訊連接不上，故障點(diǎn)一般出在本站上，電源的丟失，IM153的損壞，I53所掛S7-300模板的損壞，以及DP總線(xiàn)連接器與IM153連接不實(shí)都有可能。（如果是最后一個(gè)站，需要考慮路由干擾及電纜過(guò)長(zhǎng)，終端電阻等問(wèn)題）?？赡艿脑蚝蜋z查的順序：

（1）監(jiān)控硬件信息，查看CPU診斷信息，并將診斷信息另存到計(jì)算機(jī)上以便以后的故障分析。通過(guò)在線(xiàn)硬件的從站狀態(tài)圖標(biāo)和CPU診斷信息確認(rèn)故障點(diǎn)。

表2 在線(xiàn)硬件從站狀態(tài)圖標(biāo)含義表

（2）檢查模板電源是否正常，觀(guān)察ET200指示燈是否正常。

（3）檢查硬件配置是否與實(shí)際一致，是否有故障模塊或異常模塊，更換模塊及相連的2塊背板總線(xiàn)連接器（如沒(méi)有特殊情況請(qǐng)連帶背板總線(xiàn)連接器一同更換，節(jié)約故障處理時(shí)間）。

（4）檢查更換DP總線(xiàn)連接器。

（5）更換IM153模板及背板總線(xiàn)連接器。

（6）最后一個(gè)站丟失，除按照上一條進(jìn)行常規(guī)檢查分析之外，還要檢查測(cè)量最后一個(gè)站上的DP終端電阻，來(lái)確定是否是DP總線(xiàn)連接器或終端器出現(xiàn)故障。終端電阻測(cè)試辦法如下：

（7）DP網(wǎng)絡(luò)首尾兩個(gè)終端總線(xiàn)連接器的電阻是ON狀態(tài)，此時(shí)測(cè)量總線(xiàn)連接器的3、8針之間的電阻值應(yīng)為110歐姆；如果一個(gè)終端為ON，另一個(gè)終端為OFF，此時(shí)在OFF端測(cè)量電阻是否為220歐姆。如果此時(shí)為110歐姆，則中間站肯定有總線(xiàn)連接器的終端電阻被置為ON狀態(tài)。（此種測(cè)試辦法必須將全部插頭拔下測(cè)試阻值才準(zhǔn)確，一般在調(diào)試時(shí)網(wǎng)絡(luò)貫通時(shí)使用，故障時(shí)不建議使用。）

（8）直接將終端總線(xiàn)連接器拆下測(cè)量阻值是否為220歐姆，或直接更換線(xiàn)下測(cè)好的總線(xiàn)連接器。比較適合快速處理故障時(shí)使用。

2.2 整個(gè)網(wǎng)段中其中1個(gè)從站之后的站全部連不上

可能的原因和檢查順序：

（1）排除路由過(guò)長(zhǎng)或接地干擾等因素（接地干擾需要網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試），可以從第一個(gè)連不上的位置打終端，觀(guān)察本站是否恢復(fù)連接，如恢復(fù)連接,觀(guān)察測(cè)試儀點(diǎn)平質(zhì)量是否上升，恢復(fù)終端電阻繼續(xù)將打下一個(gè)從站打終端重復(fù)上述工作，直至網(wǎng)絡(luò)失去連接，這樣說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)由于干擾或路由長(zhǎng)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)能力不夠，可選擇合適位置直接加裝中繼器使用，（一般選取該段干擾較大的位置前一個(gè)從站的出線(xiàn)側(cè)增加，如無(wú)干擾問(wèn)題，選取物理路由中間增加，或檢查速率是否合適，必要時(shí)降低通訊速率），待進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)整改后恢復(fù)使用。如打終端電阻網(wǎng)絡(luò)不恢復(fù)則繼續(xù)下面步驟檢查。

（2）拆除第一個(gè)連不上的模板上的DP總線(xiàn)插頭，觀(guān)察該段后面的從站是否恢復(fù)連接，如恢復(fù)，更換該從站IM153模板（CBP）。如未恢復(fù)繼續(xù)檢查。

（3）檢查更換第一個(gè)連不上的模板和其上一個(gè)站的的DP總線(xiàn)連接器，如未恢復(fù)繼續(xù)檢查。

（4）更換此2個(gè)從站之間的PROFIBUS電纜（視情況臨時(shí)拉接應(yīng)急線(xiàn)路）。

2.3 整個(gè)網(wǎng)段中從站間歇性閃斷，沒(méi)有一定規(guī)律

可能的原因和查找順序：

（1）無(wú)序的間歇性閃斷一般不會(huì)是單個(gè)從站出現(xiàn)問(wèn)題，一般沒(méi)有具體判斷思路，干擾和終端電阻缺失的可能性比較大.干擾問(wèn)題利用測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，觀(guān)察電平質(zhì)量波動(dòng)情況。可采取快速處理方式：直接更換兩個(gè)終端的PROFIBUS-DP總線(xiàn)連接器，如無(wú)中繼器或OLM直接跳到第四步（更換主站網(wǎng)卡），中間有中繼器或是OLM的區(qū)別對(duì)待。

（2）帶光纖鏈路和中繼器的網(wǎng)絡(luò)，更換所有的打到終端的PROFIBUS-DP總線(xiàn)連接器。

（3）如果無(wú)序閃斷的站全部集中在OLM和中繼器出線(xiàn)側(cè)，可考慮更換OLM和中繼器。

（4）更換主站網(wǎng)卡。

（5）測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，觀(guān)察網(wǎng)絡(luò)上所有從站的信號(hào)波動(dòng)情況，如波動(dòng)大檢查各從站（重點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)從站）的干擾和接地情況。必要是單個(gè)監(jiān)控掉網(wǎng)比較頻繁的從站，從而加快掃描速度，更容易抓取到故障波形。

3 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的方法

（1）示波器測(cè)試，通過(guò)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)信號(hào)A、B通道的電壓波形來(lái)了解網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)電平電壓是DC5V，所以分別測(cè)量A、B通道的電壓就能直觀(guān)判斷電壓質(zhì)量，距離過(guò)遠(yuǎn)，受電纜容性負(fù)載影響，波形的直角會(huì)變圓弧。信號(hào)存在干擾高低電平會(huì)有明顯毛刺，一般判斷網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)為電壓不低于3.5V，干擾不超過(guò)0.3V，不存在較大圓弧。

圖1 示波器測(cè)試圖

（2）網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀測(cè)試，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀可以直觀(guān)看出網(wǎng)絡(luò)電平質(zhì)量，如下圖，判斷標(biāo)準(zhǔn)和示波器測(cè)試相同。

圖2 網(wǎng)絡(luò)電平質(zhì)量圖

4 結(jié)語(yǔ)

由于網(wǎng)絡(luò)故障具有虛擬化的信號(hào)傳輸和故障定位難等特點(diǎn)，因此成為困擾自動(dòng)化的重點(diǎn)難點(diǎn)故障之一。熟練掌握處理辦法，維護(hù)人員處理故障時(shí)可以準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，判斷網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的原因。避免以往的出現(xiàn)問(wèn)題就大面積的更換設(shè)備現(xiàn)象，在減少熱停的情況下，也降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。