分析Profibus通信穩(wěn)定性及故障快速排查

任偉　邊松濤

摘要：Profibus是工業(yè)控制領(lǐng)域中的主流現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，但故障率高，較難維護(hù)。本文就對(duì)Profibus通信穩(wěn)定性及故障快速排查有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：Profibus;通信;穩(wěn)定性;故障;快速排查

一、Profibus傳輸技術(shù)

Profibus最常用的一種通信傳輸方式是RS-485傳輸，可以根據(jù)使用工況環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行可靠性影響和成本選擇傳輸電纜，選擇A類和B類兩種通信電纜，A為屏蔽雙絞線，B為普通雙絞線。在網(wǎng)絡(luò)布線時(shí)往往選用帶屏蔽的雙絞線，以提高總線的抗干擾能力。基本特征：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆芯€型、樹型和星型三種，兩端有終端電阻;傳輸速率為9.6Kbit/s到12Mbit/s，電纜最大長(zhǎng)度取決于傳輸速率;采用屏蔽雙絞電纜，或者盡可能地采用光纖替代電纜;最好使用9針D型插頭。傳輸速率（波特率）越高，傳輸距離就越短，系統(tǒng)抗干擾能力就越差;同時(shí)，在通信質(zhì)量要求較高的場(chǎng)所，建議不要采用普通雙絞線。

二、通信穩(wěn)定性的影響因素

2.1Profibus總線連接器（DP頭）

要求：安裝規(guī)范，Profibus電纜屏蔽層長(zhǎng)8mm左右，并保證屏蔽層壓在壓夾下，屏蔽層不能接觸紅綠線芯;最好采用用螺絲緊固的DP頭。

2.2Profibus總線電纜

2.2.1安裝

由于Profibus電纜的銅質(zhì)線材的特性容易受到外部環(huán)境的影響。如果Profibus電纜與動(dòng)力電纜在較長(zhǎng)距離上并行敷設(shè)，動(dòng)力電纜產(chǎn)生的電磁干擾，勢(shì)必會(huì)進(jìn)入Profibus電纜產(chǎn)生電容性和電感性干擾，干擾網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。為了避免這種情況，從最初鋪設(shè)電纜時(shí)就應(yīng)確保Profibus電纜和其他的電力電纜之間至少維持10cm間距，應(yīng)當(dāng)始終鋪設(shè)在相互分離的電纜橋架內(nèi)。

2.2.2屏蔽

由于外部環(huán)境所產(chǎn)生電磁干擾或者容性干擾可以通過Profibus電纜進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò)，那么Profibus電纜的屏蔽層與地電位之間的可靠連接顯得非常重要，在日常應(yīng)用中，通常必須將電纜屏蔽層的兩端可靠接地，特別是在高頻干擾環(huán)境中，這種方法可以提供較為有效的干擾抑制。如果在一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，不能提供等電位連接，各個(gè)總線各站點(diǎn)之間存在電位差，勢(shì)必會(huì)在Profibus電纜上產(chǎn)生等電位連接電流，電纜屏蔽中的等電位連接電流會(huì)大大降低信號(hào)屏蔽效果。那么最好只把電纜屏蔽層的一端接地。對(duì)于固定的總線站，建議在Profibus電纜進(jìn)入控制柜時(shí)剝開電纜屏蔽，并使用合適的電纜夾將其連接至地電位。

2.2.3連接

Profibus電纜采用9芯Profibus總線連接器（DP頭）進(jìn)行總線站間的電纜互連。剝?nèi)rofibus電纜外皮至紅綠線芯長(zhǎng)20mm，屏蔽層長(zhǎng)8mm左右，總線連接器與總線站連接，而總線連接器則與總線電纜連接。

2.2.4網(wǎng)絡(luò)電阻

如果是連接在profibus網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)內(nèi)部通信模塊或是節(jié)點(diǎn)的連接有短路或接地等的問題，就會(huì)改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電阻特性，從而引起網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。

2.3終端電阻

終端電阻是在一條Profibus網(wǎng)絡(luò)的兩端，并聯(lián)在通信線上的電阻。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸理論，終端電阻可以吸收網(wǎng)絡(luò)上的干擾反射波，有效地增強(qiáng)通信電平信號(hào)強(qiáng)度。兩個(gè)終端電阻并聯(lián)后的電阻值應(yīng)當(dāng)基本等于Profibus電纜在通信頻率上的特性阻抗，其作用是為了消除通信信號(hào)在通信電纜傳輸過程中的信號(hào)反射。

2.4傳輸速率

用Profibus診斷工具PB-T3對(duì)PM10智能MCC光纖網(wǎng)環(huán)MCS-DP304進(jìn)行通訊測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率（波特率）越高，通信效果越差，系統(tǒng)抗干擾能力就越差。

三、Profibus網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)分析

3.1總線電阻的檢測(cè)

3.1.1斷開終端電阻時(shí)總線電阻的檢測(cè)

圖1顯示了在標(biāo)準(zhǔn)總線插頭連接器上檢測(cè)數(shù)據(jù)線是否反接的測(cè)試原理。這種測(cè)試要求總線電纜上裝配的總線插頭連接器未與總線站連接，并且在總線線路的總線插頭連接器上也絕不能有任何總線終端電阻。要執(zhí)行測(cè)試，需要兩個(gè)單端9針Profibus網(wǎng)絡(luò)連接器。輔助插頭連接器1包含一個(gè)1針轉(zhuǎn)換開關(guān)，其底板觸點(diǎn)與具有插槽觸點(diǎn)的9針Profibus網(wǎng)絡(luò)連接器的屏蔽（外殼）相連，另外兩個(gè)電路觸點(diǎn)分別與針3（數(shù)據(jù)線B）與針8（數(shù)據(jù)線A）相連。

3.1.2有終端電阻時(shí)總線電阻的檢測(cè)

如果在帶有總線終端電阻測(cè)試時(shí)，先斷開一類主站（PLC）的電源，用萬(wàn)用表的電阻檔檢測(cè)，那么檢測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)電阻，應(yīng)小于或等于110Ω。

3.2Profibus網(wǎng)絡(luò)通信檢測(cè)

在Profibus通信網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)過程中，往往要借助于較先進(jìn)的檢測(cè)工具。Profibus網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)儀是一種對(duì)Profibus通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的檢測(cè)、分析、診斷與系統(tǒng)維護(hù)的專業(yè)工具。除了能夠自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信波特率以及分析和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)主、從站設(shè)備以外，還可判斷Profibus總線中所有通信站點(diǎn)的信號(hào)質(zhì)量，提供總線中信號(hào)狀況的概覽視圖，并通過內(nèi)置的有存儲(chǔ)功能的示波器直觀地顯示物理信號(hào)的形態(tài)，以便于迅速地發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤，指導(dǎo)維護(hù)人員對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有的放矢的檢查和維護(hù)處理。

四、通信故障快速排查方法

4.1拔蘿卜法

當(dāng)一條通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)通信故障時(shí)，如果是智能抽屜控制柜的設(shè)備（站點(diǎn)），那么，采用“拔蘿卜”的方式是個(gè)比較快捷找到故障點(diǎn)的方法。每個(gè)抽屜就像填埋在通信網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)一個(gè)“蘿卜”，出現(xiàn)故障時(shí)，將抽屜一個(gè)一個(gè)拔出來(lái)，使其脫開通信網(wǎng)絡(luò)，直到不出現(xiàn)通信故障時(shí)，表示故障點(diǎn)就出現(xiàn)在這里，進(jìn)行檢查處理。

4.2步進(jìn)法

在等分網(wǎng)絡(luò)法將網(wǎng)絡(luò)“分割”后，基本確定了故障點(diǎn)的范圍，可能還有三五個(gè)站點(diǎn)，這時(shí)可以用“等分法”繼續(xù)排查，但意義不是很大。這時(shí)可結(jié)合“步進(jìn)法”，即將故障段站點(diǎn)按照距離PLC的遠(yuǎn)近順序，將撥碼開關(guān)逐個(gè)依次“ON”，步步為營(yíng)，層層推進(jìn)，直到找到故障點(diǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，在實(shí)際中，由于造成通信故障的因素很多，故障現(xiàn)象千變?nèi)f化。拔蘿卜法、步進(jìn)法只是通信故障快速排查方法的一小部分，在處理通信故障時(shí)，不能拘泥于這些方法中的某一種，而要多種方法交叉配合使用。

參考文獻(xiàn)

[1]PROFIBUS在工業(yè)應(yīng)用中的抗干擾設(shè)計(jì)[J].范敏.科技視界.2019（03）

[2]淺析PROFIBUS-PA的基本原理及特性[J].周志敏.智慧工廠.2019（02）

作者介紹：

任偉（1972.01.31），性別：男;籍貫：江蘇無(wú)錫;民族：漢;學(xué)歷：碩士;職稱：高工：研究方向：電氣.