Profibus—DP常見(jiàn)故障的分析與處理

龔遠(yuǎn)令

摘 要：Profibus-DP總線運(yùn)行—段時(shí)間以后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備通訊不穩(wěn)定、瞬間通信故障、數(shù)據(jù)跳變、設(shè)備失聯(lián)等故障。分析認(rèn)為是通訊電纜太長(zhǎng)導(dǎo)致信號(hào)衰減、DP通訊頭阻值過(guò)小、網(wǎng)絡(luò)末端為連接終端電阻、電磁干擾和接地等原因所致，通過(guò)采用加裝中繼器，重新敷設(shè)通訊電纜，確保接地良好等相關(guān)措施，確保通訊的網(wǎng)路正常。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP；電磁干擾；PLC；故障診斷

中圖分類號(hào)：TP336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0098-02

公司自動(dòng)化系統(tǒng)由西門子S7-300PLC、S7-200PLC和S7-1200PLC系列控制器組成，各個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)通過(guò)Profibus-DP總線進(jìn)行組網(wǎng)。西門子控制器下掛了多個(gè)ET-200M、閥島系統(tǒng)、貝加萊、托利多稱重系統(tǒng)、EM277、變頻器、西門子流速儀等子站。西門子控制器的從站主要通過(guò)Profibus總線進(jìn)行組網(wǎng)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后經(jīng)常出現(xiàn)Profibus-DP故障，隨著系統(tǒng)應(yīng)用的普及，維護(hù)人員逐漸掌握了該系統(tǒng)的故障處理方法，通過(guò)Step7硬件組態(tài)、總線上各設(shè)備故障指示燈等診斷方法，全面排查優(yōu)化，可以有效地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線故障，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。以下內(nèi)容主要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)公司自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中Profibus-DP故障進(jìn)行分析及其處理措施。

1 常見(jiàn)的故障現(xiàn)象

故障l：白蛋白分離系統(tǒng)在正常生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，閥島子站突然出現(xiàn)掉網(wǎng)，閥島子站BF紅色指示燈亮。將閥島系統(tǒng)斷電復(fù)位重新上后電通訊連接無(wú)法恢復(fù)正常。粗略地測(cè)量—下回路的電阻，其電阻值為56Ω左右，阻值不在正常的范圍內(nèi)。

故障2：在正常生產(chǎn)的時(shí)候，西門子流速儀子站會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)通訊故障，造成無(wú)法測(cè)量藥品進(jìn)罐流速，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。各個(gè)流速儀子站之間只是通過(guò)端子連接沒(méi)有使用DP頭。將流速儀斷電復(fù)位重新上電通訊連接恢復(fù)正常。

故障3：在正常的生產(chǎn)過(guò)程中，攪拌電機(jī)變頻器子站偶爾出現(xiàn)報(bào)通訊故障，導(dǎo)致攪拌電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行，但不是很頻繁。經(jīng)過(guò)粗略地檢測(cè)一下電阻，電阻值為110Ω左右，屬于在正常的范圍內(nèi)，偶爾會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，阻值屬于在正常范圍內(nèi)。將攪拌電機(jī)變頻器斷電復(fù)位重新上電通訊連接恢復(fù)正常。

2 故障的分析及其處理

現(xiàn)場(chǎng)總線故障主要是由于這些原因引起的，如：某些線路有破損、DP接頭損壞、電源干擾、中間網(wǎng)絡(luò)DP接頭的開(kāi)關(guān)位置不正確、接頭處進(jìn)出線接反、某一通訊模塊損壞等。下面是公司通信故障實(shí)例。

對(duì)于故障1，將DP頭的撥碼開(kāi)關(guān)從OFF撥到ON時(shí)，此DP網(wǎng)絡(luò)后面的子站全部掉網(wǎng)，又將DP頭的撥碼開(kāi)關(guān)從ON撥到OFF時(shí)，此DP網(wǎng)絡(luò)后面的子站全部恢復(fù)正常。應(yīng)該檢查子站的DP通訊頭，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DP通訊頭電阻值異常，應(yīng)該為110Ω，通過(guò)測(cè)量大約56Ω左右，更換成正常的DP通訊頭以后，即可恢復(fù)正常。

對(duì)于故障2，首先應(yīng)該檢查這個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的檢查發(fā)現(xiàn)西門子流速儀子站之間的連接并沒(méi)有使用DP接頭，檢查網(wǎng)絡(luò)的末端并沒(méi)有使用終端電阻；經(jīng)常出現(xiàn)偶爾流速儀子站掉網(wǎng)現(xiàn)象。同時(shí)我們還應(yīng)該檢查接線是否有接觸不良的現(xiàn)象等。通過(guò)測(cè)量此DP網(wǎng)絡(luò)雙絞線的長(zhǎng)度發(fā)現(xiàn)電纜的總長(zhǎng)應(yīng)該是大約200m左右。造成這種故障一般可能屬于信號(hào)衰減，或者接線不良兩方面的原因。解決方案是檢查接線，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)的末端通過(guò)增加終端電阻，在最近配電控柜里對(duì)網(wǎng)絡(luò)增配一個(gè)RS485中繼器從而能夠穩(wěn)定信號(hào)。通過(guò)調(diào)試運(yùn)行觀察西門子流速儀子站系統(tǒng)未出現(xiàn)掉網(wǎng)現(xiàn)象。

對(duì)于故障3，在經(jīng)過(guò)排除了故障1、2以后，如果是在變頻器運(yùn)行的時(shí)候報(bào)故障，則認(rèn)為是由于變頻器的運(yùn)行而導(dǎo)致產(chǎn)生故障，應(yīng)該屬于電磁干擾，因?yàn)樽冾l電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候會(huì)影響通訊。攪拌電機(jī)的動(dòng)力電纜與通訊電纜是放在同一電纜槽中的。判斷故障的原因可能是干擾造成的。首先我們應(yīng)該檢查接地系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)現(xiàn)屏蔽對(duì)地電阻值異常，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化接地與保護(hù)接地是混接在一起，這樣各個(gè)接地點(diǎn)的電位分布不均勻，不同的接地點(diǎn)之間就會(huì)存在地電位差，就有可能會(huì)導(dǎo)致接地環(huán)路電流。接地系統(tǒng)混亂了，通訊就不能夠穩(wěn)定的進(jìn)行通訊，嚴(yán)重的可能會(huì)干擾整過(guò)自控系統(tǒng)。通過(guò)將攪拌電機(jī)的動(dòng)力電纜與通訊電纜是分開(kāi)在不同的電纜槽。更改接地，將控制柜內(nèi)自動(dòng)化的接地與保護(hù)地分開(kāi)接線。通過(guò)調(diào)試運(yùn)行觀察攪拌系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此在今后自控系統(tǒng)我們應(yīng)該要求有專業(yè)的自動(dòng)化接地系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 PLC程序?qū)rofibus網(wǎng)絡(luò)故障的監(jiān)控通常情況下，可以通過(guò)PLC程序來(lái)快速、準(zhǔn)確地查找出DP網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題，主要通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)

PLC程序?qū)rofibus網(wǎng)絡(luò)中斷塊的處理：當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，I/O遠(yuǎn)程通道故障，為避免PLC進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，PLC將會(huì)依據(jù)實(shí)際的編程啟動(dòng)OB中斷塊解決此類突發(fā)事件，OB中斷塊臨時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)保存有相應(yīng)的故障信息，經(jīng)過(guò)對(duì)臨時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)分析以后，就可以找到出現(xiàn)故障的原因。

PLC診斷緩存區(qū)：包括故障事件；操作模式轉(zhuǎn)變以及其它對(duì)用戶重要的操作事件；用戶定義的診斷事件。通過(guò)診斷緩存區(qū)更快地識(shí)別故障源，提高系統(tǒng)的可用性。評(píng)估CPU停止之前的最后事件，并尋找引起CPU停止的原因。

在系統(tǒng)運(yùn)行中，可以通過(guò)軟件診斷郵件組態(tài)信息查找總線上的故障點(diǎn)。打開(kāi)Simatic Manager項(xiàng)目管理器找到硬件配置Hardware，切換到在線模式Online，可以檢測(cè)到系統(tǒng)總線到從站的各個(gè)站點(diǎn)的設(shè)備狀態(tài)和故障點(diǎn)，并給出詳細(xì)的報(bào)錯(cuò)信息。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線故障基本上都是前期設(shè)計(jì)不完善以及施工不嚴(yán)謹(jǐn)造成的，因此，在規(guī)范設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1）注意通訊類型的標(biāo)準(zhǔn)。通訊類型不同，各自的規(guī)范要求也不盡相同。

（2）注意電纜的選擇和敷設(shè)。電纜類型選擇和敷設(shè)是解決電磁干擾的一個(gè)重要措施。采用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，就能降低動(dòng)力線生產(chǎn)的電磁干擾。不同類型的信號(hào)應(yīng)該分別由不同電纜傳輸，信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類分層敷設(shè)，不得使用用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào)，避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敷設(shè)，以減少電磁干擾。通訊電纜應(yīng)該單獨(dú)進(jìn)行敷設(shè)。

（3）注意控制系統(tǒng)的接地。Profibus-DP通訊應(yīng)該在控制柜內(nèi)連接自動(dòng)化專業(yè)接地，當(dāng)通訊線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，避免多點(diǎn)接地，在整個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一接地，避免接地不一致造成干擾故障。

參考文獻(xiàn)：

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