張顯鋒

摘 要 在工業(yè)控制中，Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)是使用最為廣泛的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之一，但由于在profibus-dp總線現(xiàn)場施工程中，安裝不當、未使用標準電纜、傳輸速率與距離、屏蔽與接地、電纜布線等各種因素的影響，會出現(xiàn)總線穩(wěn)定性等問題。結(jié)合現(xiàn)場的實際，針對上述幾點因素進行了分析，從而保證了通訊的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)場總線；Profibus--DP；干擾

前言

Profibus-DP技術(shù)的應用，真正實現(xiàn)了徹底的分散控制管理。其通信協(xié)議是公開的、一致的，保證了遵循此協(xié)議的不同廠家設(shè)備之間能互連、互通。具有較強的抗干擾能力、極高的可靠性。智能化設(shè)備可以直接執(zhí)行傳感、控制、報警和計算功能，減少了變送器的數(shù)量，也不需傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等電源。大量減少了敷設(shè)電纜和工作量，系統(tǒng)的可靠性能明顯加強。

但在實際的施工過程中，由于安裝調(diào)試人員對profibus安裝規(guī)范的不了解，對規(guī)范執(zhí)行的嚴格等。在盤柜安裝、工業(yè)現(xiàn)場的安裝與調(diào)試、使用維護等各個環(huán)節(jié)沒有遵守規(guī)范，引入外界EMC干擾。這些外部因素對總線系統(tǒng)在通訊和穩(wěn)定運行中的穩(wěn)定性造成影響，從而導致了數(shù)據(jù)傳輸問題導致通訊終端，致使設(shè)備運行不正常。

1 PROFIBUS的傳輸技術(shù)

PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸形式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。其中RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)，本文主要講profibus的RS-485傳輸技術(shù)。RS-485傳輸技術(shù)基本特征是：網(wǎng)絡(luò)拓撲為線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件；不帶中繼時每分段可連接32個站，帶中繼時可多到127個站[1]。

2 Profibus-DP總線硬件

Profibus-DP總線中常用硬件有網(wǎng)絡(luò)連接器、中繼器、有源終端電阻和屏蔽雙絞線等。一般網(wǎng)絡(luò)連接器內(nèi)置有終端電阻和偏置電阻。采用RS-485傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來覆蓋，以保持良好的傳導性。

終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號反射。在通信過程中，有兩種原因因?qū)е滦盘柗瓷洌鹤杩共贿B續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。引起信號反射的另個原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配[2]。

3 常見故障分析處理

根據(jù)常見的故障現(xiàn)象，Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)故障通常可以分為兩大類，一類是穩(wěn)定故障，其表現(xiàn)是發(fā)生故障的時間和網(wǎng)絡(luò)位置相對穩(wěn)定； 另一類是非穩(wěn)定故障，指發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)位置不固定或故障現(xiàn)象不持續(xù)的偶發(fā)故障或隨機故障。

對于穩(wěn)定故障，各站點的報警指示燈基本上能給出比較明確的指示，且不隨時間變化，即從網(wǎng)絡(luò)硬件配置的在線狀態(tài)上，就能得到全局性的故障點指示。

對于非穩(wěn)定故障，常見的現(xiàn)象有以下幾種 ：①故障站點隨時間變化或?qū)o故障的站點錯報為有故障站點。②系統(tǒng)對某站點偶爾報錯。③用網(wǎng)絡(luò)診斷軟件觀察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可能出現(xiàn)一些諸如信號干擾、信號電壓不足等異常情況；也可能在觀察時，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)非常穩(wěn)定，但是其他時刻會發(fā)生異常。

故障舉例：鞍山某不銹鋼公司連續(xù)光亮退火生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中，時常出現(xiàn)傳動部分通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問題。導致機組在正常生產(chǎn)過程中因通訊故障而發(fā)生停車事件，造成生產(chǎn)停產(chǎn)，鋼帶停在爐內(nèi)，馬弗管內(nèi)鋼帶過燒，造成產(chǎn)品廢品。這對連續(xù)退火爐來說是一個非常致命的質(zhì)量隱患，不僅降低機組的開動率，還造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格和廢品。Profibus總線的穩(wěn)定性顯得至關(guān)重要。

該網(wǎng)絡(luò)有38個站點，從站為遠程 I /O、傳感器和變頻傳動裝置，網(wǎng)絡(luò)線路固定，沒有移動部分。由于各站點間的聯(lián)系緊密，故障是在工作的時候偶發(fā)出現(xiàn)，沒有規(guī)律性。為了排除該故障，先后做了以下工作或者測試：①檢查并緊固全部網(wǎng)絡(luò)插頭，排除接線問題；②用網(wǎng)絡(luò)中繼器進行網(wǎng)絡(luò)分區(qū)隔離；③更換了懷疑區(qū)域內(nèi)的部分網(wǎng)絡(luò)插頭，網(wǎng)絡(luò)故障次數(shù)減少；④用網(wǎng)絡(luò)診斷儀測試網(wǎng)絡(luò)波形，結(jié)果非常正常，無法判斷故障原因；⑤用網(wǎng)絡(luò)物理測量儀，發(fā)現(xiàn)故障區(qū)域的部分電纜AB線電阻過大，進行了更換，網(wǎng)絡(luò)故障次數(shù)再次減少；⑥對于再次出現(xiàn)故障的站點電纜進行了更換，對更換下的電纜檢測發(fā)現(xiàn)，該電纜的屏蔽層有斷線，導致高頻傳輸性能差。通過上述方法，徹底排除了網(wǎng)絡(luò)故障，使網(wǎng)絡(luò)恢復穩(wěn)定[3]。

4 結(jié)束語

在profibus-DP總線應用上，要考慮每個分段上的站點數(shù)；當超過規(guī)定時，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯(lián)的中繼器一般不超過4個；一旦設(shè)備投入運行，全部設(shè)備均需選用同一傳輸速率。另外，規(guī)范的總線接口電路設(shè)計、連接及電纜敷設(shè)是避免系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的有效措施。為減少或避免干擾，在實際應用時有幾點建議：①要使用規(guī)范的總線收發(fā)器；②要使用規(guī)范的PROFIBUS-DP線纜，而非規(guī)范線纜往往與總線連接器中的終端電阻不匹配；③要注意總線的短路、斷路問題，因為接線不規(guī)范會容易引起總線短路，而錯誤的設(shè)置總線連接器的終端開關(guān)也會造成總線斷路；④正確劃分網(wǎng)段，保證各網(wǎng)段中都正確設(shè)置終端電阻；⑤兩個站點間距離不可太近，建議不要小于1m。

參考文獻

[1] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用[M].北京：清華人學出版社， 1999：129.

[2] 方彥軍，廖廷常.基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)通信技術(shù)研究[J].工業(yè)控制計算機，2001，（7）：14-35.

[3] 劉美俊.PROFIBUS總線技術(shù)[J].機床電器，2005，（3）：5-8.