PROFIBUSDP通訊的常見故障及解決方法

1、2012-07-13#2012-07-13#2012-07-13#profibus-dp通訊的常見故障及解決方法魯怡， 王鋒（合肥水泥研究設計院， 安徽 合肥 230051）fcs（fieldbus control system）作為新一代的智能控制系統(tǒng)，由于控制精度及智能化程度不斷提高，在當 今水泥工業(yè)自動化進程中已得到飛速發(fā)展和廣泛應 用。傳統(tǒng)的通過硬線點對點的通訊模式，已很難滿足大 型 fcs 的需要。 因此，用于現(xiàn)場裝置與中央控制室之 間的串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線（即：現(xiàn)場總 線），構成了 fcs 的核心。 而處在工廠網(wǎng)絡最底層的通 訊方式， 目前水泥企業(yè)則以 profibus

2、-dp 通訊應用 較多。 本文通過工廠設計應用實踐，對 profibus-dp 通訊系統(tǒng)的常見故障進行分析并提出解決方法。路，過短則會由于壓膠皮導致接觸不良，兩者都會產(chǎn)生電磁干擾。據(jù)筆者粗略統(tǒng)計， 工廠運行中發(fā)生的 dp 故障， 達半數(shù)以上是由 dp 線和設備之間的 dp 通訊插頭接 駁不當引起的。 其電纜端子接線原理見圖 1。圖 1 所示， 連接電纜時將 dp 通訊插頭的綠線a1、紅線 b1 接為進線端；a2、b2 接為出線端。如果接反， 將對檢修帶來極大的不便。 屏蔽線的連接不要壓皮，也不要外露。 若將圖中 dp 通訊插頭的撥動開關撥 至 off，則表示接通下級結點。 若撥動至 on 的位

3、置， 則表示接入終端電阻，同時甩開后面所有設備。 在 dp 通訊出現(xiàn)故障時，可以利用這一特性進行逐一排查。profibus-dp通訊原理分析profibus 采用開放式現(xiàn)場總線標準，其最大特 點，一是無需對不同制造商、不同品牌的設備進行接 口調整即可完全實現(xiàn)互聯(lián)互通； 二是其多主從結構，1對于大范圍使用的 dp 通訊網(wǎng)絡，具有中繼功能的 profibus 集線器無論從成本還是功能上，比使用單純的中繼器都優(yōu)越得多。 采用集線器作為中繼使用 時，可以擴大 dp 網(wǎng)絡的覆蓋范圍，一個集線器即可實 現(xiàn) dp 線的一進多出，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在此。 雖然集 線器在大范圍使用中從成本及應用上優(yōu)勢相對較大，

4、但集線器畢竟不是專用的中繼器，它不具備終端功能， 所以在使用過程中，要考慮到這一缺點，否則也容易出 現(xiàn)干擾。對于有些自帶終端功能的專用設備，如變頻器可方便靈活的構成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)。 在整個工廠現(xiàn)場總線中，主要用于取代傳統(tǒng)的硬線 點對點通訊模式 。通 訊 包 括profibus等profibus -dp、profibus -pa、profibus -fms三種方式，其中 profibus-dp 適用于設備級的高速數(shù)據(jù)傳送，在水泥企業(yè)使用較廣，組建該通訊系統(tǒng)時 尤其需注意網(wǎng)絡的干擾問題。從 通 訊 原 理 分 析 ，profibus -dp 系 統(tǒng) 建 立 在等， 建議都將其設備設

5、置為終端狀態(tài)，不用理會其在rs485 通訊協(xié)議基礎之上，其功能原理必然會受到profibus 通訊的制約，因此，組網(wǎng)必需符合 rs485 通訊的網(wǎng)絡拓撲結構以及段、終端、中繼、分支等規(guī)定，特別強調網(wǎng)絡的可靠性。否則，組建的 dp 網(wǎng)在理論層次上就行不通。 例如當目標 dp 網(wǎng)波特率187.5k 時，pb-hub6 的可級連數(shù)目是 3 級， 而當波特率187.5k 時，可級連數(shù)目最多能達到 5 級。 同時，單段電纜長度 不得超過 1km，且其中的結點數(shù)不能超過 32。 以 1km 為例，其通訊波特率與電纜的衰減系數(shù)見表 1。profibus 電纜內置紅、綠兩根線，外置屏蔽層。2012-0剝7線-

6、時13，要#根#據(jù)#所#采#用#dp#頭#類#型#來#考#慮#剝#離2電0纜1長2-07-13#2012-07-13#1 1km電纜長度的通訊波特率與電纜衰減系數(shù)通訊波特率16mhz4mhz38.4khz9.6khz衰減系數(shù)（1km）42db22db4db2.5db常見故障分析及解決方法2結語3硬件組態(tài)中的地址與現(xiàn)場實際設備不符，導致網(wǎng)絡無dp 網(wǎng)中的位置，這樣構成的 dp 網(wǎng)絡將更穩(wěn)定。 往發(fā)生于兩種情況：（1）cpu 發(fā)熱停止運行，一般手動 重啟即可；（2） 軟件故障， 需在上位機中重新下載程 序。 dp 網(wǎng)中的設備故障有時也會引發(fā)所有通訊突然2.1 dp通訊不正?；蚓W(wǎng)絡形同斷路 丟失的現(xiàn)

7、象，如果排除 cpu 的因素，則是設備故障干某廠剛組建的 profibus-dp 系統(tǒng)在運行初期，擾到整個 dp 網(wǎng)。 這種故障要盡快排除，以免時間過通訊都不正常，整個網(wǎng)絡形同斷路。 經(jīng)查證原因，證實 久可能引起其它設備損壞。是上位機的硬件配置與現(xiàn)場設備不完全一致，同時波 2.5 正常運行中某幾個設備通訊丟失特率也設置得過高，導致整個網(wǎng)絡通訊不正常，形同 根據(jù)發(fā)生通訊丟失的設備，逐一檢查判斷是設備斷路。 可見上位機與系統(tǒng)硬件配置不當，波特率設置 故障還是 dp 頭燒壞所致。 一般情況下，出現(xiàn)多個設 過高或過低，都是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵；若上位 備通訊丟失與設備損壞的幾率較小， 往往多發(fā)生于機

8、和 cpu 運行正常， 則應檢查下位機網(wǎng)卡是否正常 dp 頭燒壞，故更換 dp 頭即可。工作，重點檢查：（1）與網(wǎng)卡或 cpu 相連的 dp 線連接 2.6 某些設備通訊不定時丟失是否松動；（2）dp 頭是否損壞；（3）dp 線是否有短路 這是一種最常見的通訊干擾，也最難解決。 上述現(xiàn)象。 這是下位機網(wǎng)卡的幾個易發(fā)故障點。 如果是外 的各種故障都可能使 dp 網(wǎng)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，因此，需 部干擾源的問題，這一做法很容易查出原因。 檢查完 從設備、接線、dp 線長度、節(jié)點數(shù)等多環(huán)節(jié)進行逐一畢，再逐一將設備掛上網(wǎng)。 正常組建 dp 網(wǎng)時，建議最 查找故障源。 除此之外， 外部電磁干擾也會導致通好也將設

9、備一個一個往上掛，可以更方便和容易地判 訊不定時丟失。 如：高壓電纜、 變頻電纜對 dp 網(wǎng)絡 斷故障點， 并可防止外部干擾源長時間作用于整個 的強磁干擾； 某些設備通訊接口串接產(chǎn)生的信源干dp 網(wǎng)，導致網(wǎng)上其它設備損壞。 擾等。 可見，規(guī)范電氣設計、工程布線以及設備維護2.2正常通訊中添加設備出現(xiàn)干擾 操作等， 是確保網(wǎng)絡通訊穩(wěn)定正常的關鍵。 按筆者 在dp 網(wǎng)中一個一個的往上添加設備時， 當掛到的經(jīng)驗， 變頻柜、 電場柜等設備的線路尤其是電纜某個設備即整個網(wǎng)絡出現(xiàn)干擾， 這是比較常見問題之 屏蔽層的連接， 應視接地網(wǎng)的需要嚴格規(guī)范操作 ，一。 如果干擾時有時無，很可能是由于 dp 線的長度

10、及 該懸空的必須懸空； 一些特殊設備如變頻器、 變壓所掛的節(jié)點數(shù)配置不合理。正常情況下，無中繼設備時 器進線柜、 直流電場控制柜等， 盡可能使用單獨的的 dp 線長度不宜超過 300m， 而節(jié)點數(shù)以不超過 28 通訊接口，并且節(jié)點數(shù)盡可能少，一個 dp 段內盡量 個為佳。 許多網(wǎng)絡不穩(wěn)定的原因，多是由 dp 線過長和 掛同一類型的設備；dp 電纜距高壓電纜、 變頻電纜 節(jié)點數(shù)過多造成的，此時建議增加新的中繼設備；如果 等強磁干擾源至少不低于 1.5m，若現(xiàn)場無法滿足這 dp 線長度和節(jié)點數(shù)并未超出范圍， 而干擾仍在發(fā)生， 一要求， 可采用穿管或采用鎧裝屏蔽線以屏蔽電磁 可判斷是最后一個設備的

11、dp 頭終端電阻損壞， 或者 干擾。是當前設備自身損壞。dp 頭損壞，更換一個即可；對于 2.7 類似于終端電阻損壞的通訊干擾當前設備自身損壞，尤其應及時維修或更換，以免成為 dp-hub 作為中繼器使用時，由于其沒有終端電干擾源，讓其長時間作用于 dp 網(wǎng)，最終有可能導致整 阻的特性，所以插在 dp-hub 上的 dp 插頭，只要是 個 dp 網(wǎng)所有 dp 頭的損壞。 這種情況時有發(fā)生。 沒有出線的，均要撥到 on 狀態(tài)，否則，可能會導致類2.3 加入設備無顯示并出現(xiàn)干擾 似于終端電阻損壞的通訊干擾。這一現(xiàn)象往往是因為 dp 地址沖突所致。 上位機法識別。 核實地址及硬件組態(tài)后，通?？梢缘玫浇鉀Q。 dp 通訊故障大多都與電氣施工不當有一定的關 如前所述，dp 線過長也有可能導致看不到新加的設 系， 如 dp 頭接線沒接好，dp 線剝離的長短不合適， 備，或即便可以看到但通訊不正常等情況，因此應從地 或在現(xiàn)場施工過程中出現(xiàn)電纜拉傷、壓傷等，真正由 址沖突和 dp 線距離兩個方面查找原因，排除故障。 于信號干擾造成的通訊問題并不多見。 因此，遇到問2.4 正常運行中所有通訊突然丟失 題時，建議先從硬件入手檢查判斷故障原因，對及時這一現(xiàn)象很可能是下位機 cpu 引