西門子400PLC系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)故障處理與預(yù)防研究

譚翔宇

（江西新鋼環(huán)保科技有限公司，江西新余 338001）

DP 網(wǎng)絡(luò)是西門子400PLC 的重要組成部分，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信與控制。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于各種原因可能導(dǎo)致其DP 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障。針對這些故障需進(jìn)行深入的研究，以找出故障原因，提出有效的處理方法，并制訂預(yù)防措施，確保400PLC系統(tǒng)DP 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

1 西門子400PLC系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)故障分析

（1）網(wǎng)絡(luò)物理層故障。①光纖故障。主要表現(xiàn)為信號傳輸過程中出現(xiàn)丟失或錯誤。光纖故障的原因可能有：光纖本身質(zhì)量問題、光纖接頭連接不良、光纖長度超過規(guī)定范圍等[1]。②接頭故障。可能導(dǎo)致信號傳輸中斷或錯誤。接頭故障的原因有：接頭材料質(zhì)量問題、接頭接觸不良、接頭氧化等。③線路故障。如線路短路、斷路等，可能導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。線路故障的原因有：線路老化、線路施工不當(dāng)、線路受到外部干擾等。

（2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層故障。①數(shù)據(jù)包丟失?？赡苁怯捎诰W(wǎng)絡(luò)干擾、線路故障、傳輸延遲等原因?qū)е碌?。?shù)據(jù)包丟失會導(dǎo)致接收方PLC 無法收到預(yù)期的數(shù)據(jù)，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。②數(shù)據(jù)包重復(fù)?？赡苁怯捎诰W(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包沖突、通訊卡故障等原因引起的，導(dǎo)致接收方PLC 收到重復(fù)的數(shù)據(jù)，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③數(shù)據(jù)包錯誤?？赡苁怯捎跀?shù)據(jù)包在傳輸過程中受到干擾、通訊卡故障、數(shù)據(jù)包長度錯誤等原因?qū)е碌摹?shù)據(jù)包錯誤會導(dǎo)致接收方PLC 收到錯誤的數(shù)據(jù)，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）設(shè)備配置與參數(shù)設(shè)置故障。①設(shè)備配置不正確。在PLC 系統(tǒng)設(shè)備配置過程中，可能會出現(xiàn)設(shè)備類型選擇不當(dāng)、設(shè)備地址分配錯誤等問題，這可能導(dǎo)致PLC 系統(tǒng)無法正確識別和控制相關(guān)設(shè)備，進(jìn)而引發(fā)DP 網(wǎng)絡(luò)故障。②參數(shù)設(shè)置不合理。PLC 系統(tǒng)中的參數(shù)設(shè)置對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能具有重要影響，如果參數(shù)設(shè)置不合理，可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，從而引發(fā)DP 網(wǎng)絡(luò)故障。例如，可能出現(xiàn)通信速率設(shè)置過高或過低、傳輸距離設(shè)置不合理等問題[2]。③設(shè)備參數(shù)與實(shí)際需求不匹配。在設(shè)備配置和參數(shù)設(shè)置過程中，可能未充分考慮實(shí)際工程需求，導(dǎo)致設(shè)備參數(shù)與實(shí)際需求不匹配，這可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效果不佳，從而引發(fā)DP 網(wǎng)絡(luò)故障。

2 西門子400PLC系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)故障處理

2.1 網(wǎng)絡(luò)物理層故障處理

（1）光纖故障處理。①針對光纖可能存在的故障，應(yīng)定期用反射儀檢查光纖的通訊質(zhì)量和狀態(tài)，并根據(jù)檢查結(jié)果及時更換不達(dá)標(biāo)的光纖。同時，在選擇光纖時，要確保其符合西門子400PLC系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)的要求，以保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。②處理光纖接頭連接不良時，需檢查光纖接頭的連接狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)連接不良，應(yīng)立即重新連接。同時，要確保光纖接頭在使用過程中保持良好的狀態(tài)，避免受到污染和損壞。如果光纖接頭需更換，應(yīng)選擇與原有接頭相同類型和規(guī)格的新接頭，以保證連接的穩(wěn)定性。③調(diào)整光纖長度時要保證融接質(zhì)量、控制融接損耗。同時應(yīng)注意光纖的彎曲半徑不小于光纖外徑的15倍，以保證信號傳輸?shù)膿p耗正常。

（2）接頭故障處理。①選擇接頭時，應(yīng)盡量使用西門子原廠的DP 頭，其具有較好的耐腐蝕性和穩(wěn)定性，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件；具有良好的電氣性能，以確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗外部力的作用，防止接頭斷裂。②針對接頭接觸不良的問題，應(yīng)定期清潔接頭表面，使用專用的清潔劑清除接頭表面的污垢；對于長期未使用的接頭，應(yīng)進(jìn)行充分的預(yù)處理，如涂抹適量的導(dǎo)電膏，以確保接頭具有良好的接觸性能。③氧化。應(yīng)盡量避免接頭暴露在腐蝕性氣體和潮濕的環(huán)境中，以降低接頭氧化的風(fēng)險。

（3）線路故障處理。①需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景選擇合適的線材，如耐磨、耐腐蝕、抗紫外線等性能較好的線材。定期對線路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)線路老化、磨損等問題及時進(jìn)行更換。在易受外部環(huán)境影響的地方，加強(qiáng)線路的防護(hù)措施，如加裝護(hù)套、引入接線盒等。②需按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行線路施工，保證線路的布局、接線等符合要求。在施工過程中，加強(qiáng)對線路的檢查，發(fā)現(xiàn)施工不當(dāng)?shù)牡胤郊皶r進(jìn)行整改[3]。加強(qiáng)對施工人員的培訓(xùn)，提高其技能水平，確保線路施工質(zhì)量。③可選擇合適的通訊線，如使用屏蔽線材，以減小外部干擾對通信訊號的影響。避免通訊線路與強(qiáng)電、電力線路過于接近，減小電磁干擾。

2.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層故障處理

（1）數(shù)據(jù)包丟失處理。檢查網(wǎng)絡(luò)線路的連接是否正確，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否正常工作，如交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等；檢查網(wǎng)絡(luò)電纜是否損壞、接頭是否松動等。同時，網(wǎng)絡(luò)帶寬不足也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，可選擇升級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等措施提高網(wǎng)絡(luò)帶寬。針對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)膯栴}，需調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如降低網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、增加數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)等，減少數(shù)據(jù)包丟失的概率。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，可嘗試優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如增加中繼器、改變網(wǎng)絡(luò)路徑等。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，從而減少數(shù)據(jù)包丟失。

（2）數(shù)據(jù)包重復(fù)處理。①針對數(shù)據(jù)包重復(fù)處理，可使用冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過布署冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可有效避免數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的重復(fù)傳輸。在冗余網(wǎng)絡(luò)中，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有多個連接，數(shù)據(jù)包可通過多個路徑傳輸，從而降低重復(fù)發(fā)生的概率。②配置網(wǎng)絡(luò)時鐘同步。網(wǎng)絡(luò)時鐘同步可確保網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時鐘保持一致，從而避免因時鐘不同步導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包重復(fù)。通過配置網(wǎng)絡(luò)時鐘同步，可確保數(shù)據(jù)包在正確的時間點(diǎn)進(jìn)行傳輸和接收。③檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置。定期檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，確保網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置正確。對于配置錯誤導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包重復(fù)，可通過修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行解決。

（3）數(shù)據(jù)包錯誤處理。①需對數(shù)據(jù)包進(jìn)行正確性檢查。接收方在接收到數(shù)據(jù)包后，需對其進(jìn)行校驗(yàn)，以判斷數(shù)據(jù)包是否在傳輸過程中發(fā)生錯誤。這一步驟通常通過檢查數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。如果校驗(yàn)正確，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包傳輸正確；如果校驗(yàn)錯誤，則說明數(shù)據(jù)包在傳輸過程中發(fā)生錯誤，需進(jìn)行重傳或采取其他措施。②需對數(shù)據(jù)包進(jìn)行差錯處理。在數(shù)據(jù)包錯誤處理中，對于接收到的錯誤數(shù)據(jù)包，需進(jìn)行相應(yīng)的差錯處理。常見的差錯處理方式包括丟棄錯誤數(shù)據(jù)包、請求重傳錯誤數(shù)據(jù)包、通過冗余機(jī)制糾正錯誤數(shù)據(jù)包等。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)具體情況選擇合適的差錯處理方式，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③還需對數(shù)據(jù)包進(jìn)行異常處理。例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時，及時通知相關(guān)設(shè)備進(jìn)行重連；當(dāng)設(shè)備故障時，及時進(jìn)行故障排查和處理。

2.3 設(shè)備配置與參數(shù)設(shè)置故障處理

（1）調(diào)整設(shè)備配置。在設(shè)置設(shè)備參數(shù)時，需參考設(shè)備說明書，根據(jù)生產(chǎn)過程的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置。主要涉及的參數(shù)包括設(shè)備地址、通信速率、數(shù)據(jù)格式等。同時，在設(shè)備調(diào)試過程中，需對設(shè)備進(jìn)行功能測試，確保設(shè)備能夠正常運(yùn)行，具體包含檢查設(shè)備的通信功能，確保設(shè)備能夠與其他設(shè)備正常通信；檢查設(shè)備的控制功能，確保設(shè)備能夠根據(jù)生產(chǎn)過程的需求進(jìn)行控制；檢查設(shè)備的保護(hù)功能，確保設(shè)備在異常情況下能夠及時采取保護(hù)措施。

（2）優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。①優(yōu)化通信參數(shù)。在DP 網(wǎng)絡(luò)中，通信參數(shù)設(shè)置不合理會導(dǎo)致通信不穩(wěn)定，甚至無法通信，因此，需對通信參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括通信速率、通信距離、通信周期、重傳機(jī)制等。②優(yōu)化設(shè)備參數(shù)。設(shè)備參數(shù)設(shè)置不合理會導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作，甚至損壞設(shè)備，因此，需對設(shè)備類型、設(shè)備地址、設(shè)備功能等設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證設(shè)備的正常工作和設(shè)備的安全性。③優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置不合理會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此，需對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)地址分配、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等。通過對這些參數(shù)的優(yōu)化，可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）設(shè)備重啟與重置。設(shè)備重啟是指通過重新啟動設(shè)備來恢復(fù)其正常運(yùn)行。①關(guān)閉設(shè)備的所有外部電源，包括電源插頭和電池；②等待10 s 左右，以確保設(shè)備完全斷電；③重新連接電源，并打開設(shè)備電源開關(guān)[4]；④等待設(shè)備啟動并進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。需注意的是，設(shè)備重啟操作可能會導(dǎo)致設(shè)備中的數(shù)據(jù)丟失，因此在重啟前，應(yīng)盡量備份重要數(shù)據(jù)。

設(shè)備重置是指通過恢復(fù)設(shè)備出廠設(shè)置來消除故障。①關(guān)閉設(shè)備的所有外部電源，包括電源插頭和電池；②等待10 s 左右，以確保設(shè)備完全斷電；③按住設(shè)備的重置按鈕，并保持10 s；④松開重置按鈕，重新連接電源，并打開設(shè)備電源開關(guān)；⑤等待設(shè)備啟動并進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備重置操作會將設(shè)備中的所有數(shù)據(jù)清空，因此在重置前，應(yīng)盡量備份重要數(shù)據(jù)。

2.4 案例分析

江西新鋼環(huán)?？萍加邢薰镜墓た叵到y(tǒng)是以西門子400PLC 作為主控制器，通過光纖+DP 總線電纜組成的混合通訊網(wǎng)絡(luò)。在生產(chǎn)過程中，會時常出現(xiàn)子站掉站的問題，造成部分設(shè)備無法正常運(yùn)行。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)掉站故障主要有以下幾種情況。

（1）DP 頭故障。制做DP 頭時未按照規(guī)范要求制做，造成電纜芯線與DP 頭接觸不良，網(wǎng)絡(luò)通訊時斷時續(xù)。

（2）DP 頭電阻開關(guān)。DP 頭上有一個電阻開關(guān)，一定要根據(jù)設(shè)備在DP 網(wǎng)絡(luò)中所處位置進(jìn)行合理設(shè)置，否則會造成通訊報(bào)錯。

（3）OLM 問題。當(dāng)出現(xiàn)某個子站或區(qū)域的DP通訊報(bào)錯應(yīng)第一時間檢查OLM 的狀態(tài)，先確認(rèn)電源及光纖通訊燈是否正常，如有條件可使用光功率計(jì)對光功率進(jìn)行測量，正常值應(yīng)在–25～–15 dBm，如以上正常應(yīng)對總線及DP 頭進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

（4）PLC 參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。PLC 的DP 通訊參數(shù)設(shè)置中，存在一些不合理的設(shè)置，如超時設(shè)置過短、數(shù)據(jù)刷新率過高、傳輸速率過大等。特別是波特率的設(shè)置，如在DP 通訊故障排查中已進(jìn)行認(rèn)真排查，但故障一直無法解決，可嘗試將傳輸速率設(shè)置到9.6 Kbit/s，如通訊恢復(fù)正常則可在后續(xù)的處理中更換原廠總線電纜和DP 頭，排查干擾源來解決問題。

3 西門子400PLC系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)防

3.1 設(shè)備選用與安裝

在進(jìn)行設(shè)備選型時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，選擇符合系統(tǒng)要求的DP 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。挑選具備良好品質(zhì)和穩(wěn)定性能的品牌設(shè)備，確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性和安全性。同時，考慮硬件性能，包括處理速度、內(nèi)存容量、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)等，確保設(shè)備具備足夠的性能應(yīng)對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)處理需求。選擇支持DP 協(xié)議的通信設(shè)備，保證設(shè)備間通信的穩(wěn)定性和可靠性。也要考慮設(shè)備是否支持?jǐn)U展模塊，以滿足生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的性能升級需求。對于易受干擾的設(shè)備，應(yīng)采取相應(yīng)的抗干擾措施，如屏蔽、接地等。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境和需求，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可有效降低故障發(fā)生的風(fēng)險。星型結(jié)構(gòu)是一種簡單且易于維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于規(guī)模較小、設(shè)備數(shù)量不多的場景。通過將所有設(shè)備連接至一個中央設(shè)備（如PLC），可降低設(shè)備間通信的復(fù)雜性，提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。環(huán)型結(jié)構(gòu)適用于設(shè)備間通信需求較高的場景。通過將設(shè)備連接成一個環(huán)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的快速通信，同時，環(huán)型結(jié)構(gòu)具有一定的容錯能力，當(dāng)某個設(shè)備發(fā)生故障時，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行?？偩€型結(jié)構(gòu)適用于大規(guī)模、設(shè)備數(shù)量眾多的場景。通過在生產(chǎn)現(xiàn)場布置一條主干線，將各個設(shè)備連接至主干線，可降低設(shè)備間通信的線纜成本，同時，總線型結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的容錯能力，當(dāng)某段線纜發(fā)生故障時，不會影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)

通過定期對DP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，如設(shè)備連接狀態(tài)、通信狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)異常情況可及時處理[5]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，應(yīng)迅速展開故障排查。通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)了解故障設(shè)備及故障現(xiàn)象；對故障設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，分析故障原因；采取相應(yīng)措施修復(fù)故障設(shè)備，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。此外，需定期對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，確保設(shè)備性能穩(wěn)定。對于易損件，如線纜、接頭等，應(yīng)定期檢查更換，防止因設(shè)備老化導(dǎo)致故障。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于西門子400PLC 系統(tǒng)DP 網(wǎng)絡(luò)故障的處理和預(yù)防，需從多方面入手，綜合考慮設(shè)備、人員和維護(hù)等多個因素。只有做到未雨綢繆、防患于未然，才能提高DP 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，降低故障率，確保生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。