40MN擠壓機Profibus-DP網(wǎng)絡通信故障分析與處理

王紅東

（中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，河南 洛陽 471039）

40MN擠壓機是我廠2002年大管大棒技術(shù)改造時安裝的一臺大型設備，主要用于銅及銅合金管材、棒材、型材的熱擠壓，是太原重型機械廠設計制造的。在這幾年的生產(chǎn)中，電氣設備運行基本正常，沒有出現(xiàn)大的問題。后來出現(xiàn)的DP網(wǎng)絡通信故障，讓我們花費了很多時間，想了很多辦法，最終把故障消除?，F(xiàn)把當時的處理方法總結(jié)出來，與讀者交流。

1 電氣控制系統(tǒng)簡介

40MN擠壓機主要包括擠壓桿、擠壓筒、穿孔針、供錠機、橫向模座、壓余分離機構(gòu)、出料輥道、冷床、鋸切、液壓泵站等幾部分組成，有4個操作臺。整個電氣控制點比較散，輸入和輸出遠離PLC，需要鋪設很長的電纜，不易實現(xiàn)，并且也可能因為電磁干擾而使得可靠性降低。所以控制系統(tǒng)采用由一個主站和十個從站組成的Profibus-DP網(wǎng)絡系統(tǒng)，主站由S7-400 CPU414-2DP和S7-400輸入、輸出模塊組成，10個從站均采用ET200S分布式I/O，I/O為S7-300模塊。主站和其中的6個從站分布在主控制室內(nèi)，其余的4個從站分布在設備周圍的四個操作臺內(nèi)。站與站之間用西門子專用通信電纜連接，整個網(wǎng)絡長度將近100m，網(wǎng)絡波特率為1.5Mbps。

2 網(wǎng)絡故障現(xiàn)象

剛開始出現(xiàn)故障時，設備正運行著突然停了，而操作工可以馬上再把設備啟動起來，故障是一閃而過，看不到故障現(xiàn)象。到后來，故障時間加長，設備停后開不起來了?？吹焦收犀F(xiàn)象是主站CPU上SF信號燈閃爍，顯示是外部總線通信故障，檢查發(fā)現(xiàn)是2號操作臺從站報警，ET200S的 BF信號燈閃爍，意思是本站故障或無連接報文，原因可能是I/O模塊中存在錯誤，或缺少連接到控制器的總線電纜，也可能是背板總線故障，與主站通信中斷。根據(jù)故障指示，把這個從站的模塊拆掉，檢查是否有接觸不好，往往是拆拆裝裝，故障就消失了?？墒沁^兩天突然又不行了，后來不只是2號操作臺報警，其他從站也報警，頻次越來越高。

在線打開程序，從PLC診斷緩沖區(qū)中查看模塊信息，可以看到CPU提示的報警信息，報警信息如下（選取了其中一段）：

報警故障代碼為39C4，表示分布式I/O、從站失靈到來狀況；故障發(fā)生在5號從站，5號從站診斷地址為8187，主站診斷地址為8188，當故障發(fā)生時，系統(tǒng)調(diào)用OB86組織塊，但未找到該塊。

3 原因分析及處理

3.1 通信線路問題

故障現(xiàn)象是外部從站丟失，懷疑是通信線路有問題。剛開始只有2號操作臺從站報警，2號臺的通信線是從1號主操作臺接過來的。首先檢查1號、2號操作臺DP插頭接線是否可靠，屏蔽層與DP插頭的金屬片是否壓緊，終端電阻開關(guān)撥的位置對不對。 往往在檢查過程中故障就會消失，但故障還會不定時出現(xiàn)，后來又更換DP插頭，仍沒有從根本上解決問題。于是就想著更換 1、2號操作臺之間通信電纜，懷疑是通信電纜受損，阻值增大，信號損耗引起的。1號、2號操作臺相距大概有20m，我們所用電纜是西門子專用雙絞通信電纜，手頭暫無備品，一時無法更換。后來設備狀況越來越差，很多從站都報警，電纜總長將近一百米，無法判斷究竟是哪一段有問題，雖然買了一些通信電纜，但不知道該更換哪一段，最終沒有更換。往往是哪個站報警，就檢查哪個站的DP插頭接線情況，模塊插接情況，有時反復檢查，故障總是在檢查的過程中消失。

通信線路電磁干擾也是造成網(wǎng)絡故障的主要原因，我們的現(xiàn)場布線是通信電纜與其他控制線、動力線混在一個電纜溝里，這極容易造成干擾。由于平行布線的兩根電纜之間會產(chǎn)生電容耦合，因此為了避免相互之間的影響，通信電纜與動力電纜應避免長距離平行布線 。當初設計時未把通信線與其他線分開排布，現(xiàn)在想改已不具備條件，只有盡量把通信線離別的電纜遠一點，但仍有長距離平行布線情況。由于接地有利于保護PLC設備以及DP通信口，消除干擾，因此對于所有的Profibus站點都進行接地檢查，檢查配電柜、操作臺外殼接地是否可靠，把每個DP插頭的接線嚴格按網(wǎng)絡布線規(guī)范重新接線，Profibus網(wǎng)絡布線規(guī)范要求：電纜在DP插頭內(nèi)接線時，應將外部編織網(wǎng)屏蔽層剝開，把鋁箔屏蔽層壓在插頭內(nèi)的金屬片上，該金屬部分是與插頭外部的金屬部分相連的，當將插頭插在CPU或者ET200M等設備的DP口上時，就通過設備連接到了安裝底板，而安裝底板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實現(xiàn)了屏蔽層的接地。另外還要保證屏蔽層不能剝開的太長，否則通信線芯會暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”。通信電纜在進/出電柜時，把電纜的外層屏蔽層進行接地處理。這樣避免外部的干擾信號進入電柜，同時也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對外部設備造成影響。通過規(guī)范接線，設備狀況大有改觀，報警次數(shù)明顯減少，但沒有根除。

3.2 24V電源問題

原來每個站都是由一個單獨的24V電源給本站的 CPU或ET200S及背板總線、輸入模塊供電，所有輸出模塊由單獨的24V供電。剛開始報2號操作臺從站丟失故障時，曾懷疑2號操作臺從站24V電源供電有問題，反復測量24V電源，沒發(fā)現(xiàn)異常。又懷疑是設備在運行過程中，模塊輸入點外部線路可能有瞬間接地或短路的現(xiàn)象，造成24V電源短時故障。隨著后來很多從站都報警，輸入點比較多，無法確認是哪兒出了問題，為了排除輸入點外部線路引起的故障，于是就增加一個 24V電源，專給CPU和ET200S及背板總線供電，讓每個站的24V電源只給本站的輸入點供電，這樣若是外部輸入線路有問題，就不會影響通信了。

更改后，設備正常運行了一天，又出現(xiàn)一個新的問題，CPU讀不到編碼器的數(shù)據(jù)。在1號主操作臺從站，ET200S機架上裝有一塊SM338模塊，模塊上接有三個絕對值編碼器，分別檢測擠壓桿、擠壓筒、穿孔針的位置。CPU讀不到數(shù)據(jù)，設備就無法運行。檢查SM338模塊電源，正常，于是更換一個新的模塊，還是讀不到數(shù)據(jù)。翻閱SM338模塊說明，在布線規(guī)則上看到，編碼器的輸出接地不應與CPU的接地隔離。突然明白了，原來現(xiàn)在SM338模塊所用電源是從站的電源，而CPU及ET200S所用電源是新增加的，兩者沒有共地。共地后正常。只是有一點不明白，為什么沒共地前還能正常工作一天？

編碼器問題解決后，設備正常運行了幾天，沒有出現(xiàn)網(wǎng)絡的問題，當時想著問題可能解決了，可不久故障又發(fā)生了。

4 故障消除

由于前期在外部線路中未找到故障點，問題一直不能解決，所以就考慮在程序上做些文章，看能否把故障給消除掉。

4.1 在程序中增加機架故障組織塊（0B86）

OB86的功能是當出現(xiàn)擴展機架、DP主站系統(tǒng)或分布式I/O從站故障（當?shù)絹砘螂x去事件時）時，CPU的操作系統(tǒng)就自動調(diào)用 0B86,如果 0B86未編程，當檢測到這類故障時，CPU就變?yōu)镾TOP方式。40MN擠壓機CPU報警信息提示，當故障產(chǎn)生時，系統(tǒng)想調(diào)用 OB86塊而未找到，所以在程序中增加了0B86塊。下載之后，一旦故障，系統(tǒng)將調(diào)用OB86來處理故障，同時跳過該錯誤。希望當設備出現(xiàn)故障時，CPU能調(diào)用到0B86塊，而不是直接進入STOP狀態(tài)，避免設備停機。但實際并未達到效果，當出現(xiàn)故障時，CPU還是進入了停機狀態(tài)。

4.2 修改Profibus-DP總線參數(shù)

打開程序，點擊硬件組態(tài)Hardware，顯示PLC硬件組態(tài)圖，雙擊Profibus-DP總線，進入“屬性-DP主站系統(tǒng)”，在這個界面上有一個“屬性”按鈕，點擊進入，選“網(wǎng)絡設置”界面，顯示有“傳輸率”和“配置文件”，在“配置文件”中原選項為“DP”，更改為“自定義”，再點擊旁邊“總線參數(shù)”按鈕，進入“總線參數(shù)”界面，這個界面上有一個“重試限制” 選項，原默認值為1，更改為5，目的是當某一個從站與主站通信不上時，讓CPU重新多連接它幾次，希望在CPU多次連接過程中，系統(tǒng)能正常，這樣設備就不會因為瞬間故障而停機。修改參數(shù)后，設備停機次數(shù)減少，對于一閃而過的故障確實能起作用，但對于長時間出現(xiàn)的故障，還是會停機，不能從根本上解決問題。

4.3 修改波特率

原設計中Profibus-DP網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸率為1.5Mbps，在一個DP網(wǎng)絡中，一個區(qū)段的最大電纜長度是由傳輸率所決定，西門子公司建議的Profibus-DP網(wǎng)絡中一個區(qū)段的波特率所允許的電纜長度，如表1所示。

表1 Profibus-DP網(wǎng)絡中波特率與電纜長度的關(guān)系

從表中看出若波特率為 1.5Mbps，電纜長度最大允許 200m，實際上 40MN油壓機整個網(wǎng)絡電纜長度也不超過100m，原設計選擇1.5Mbps應該沒問題。但 DP通信實質(zhì)上就是串行通信，走的是 485協(xié)議，它的通信質(zhì)量是和距離有關(guān)系的。在通信距離一定時，波特率越低，傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性越好，通信質(zhì)量越高。降低波特率，會增加CPU掃描周期，但對擠壓機這樣大型設備，增加一點時間，各部位動作應該不會受到實質(zhì)的影響。于是就試著把波特率從 1.5Mbps修改為 500kbps，沒想到修改后設備故障馬上消除了，而且這個網(wǎng)絡問題以后再也沒有出現(xiàn)過，40MN擠壓機的網(wǎng)絡問題就這樣解決了。

5 結(jié)論

40MN擠壓機現(xiàn)在一直正常運行，困擾擠壓機的網(wǎng)絡問題已經(jīng)過去很長時間了，但造成網(wǎng)絡通信問題的真正原因到底是什么？我覺得可能是通信電纜受損造成的，只是沒有檢測手段，無法確定是那一段有問題；也可能是電磁干擾造成的。