工廠通訊網絡在施工中的應注意的問題

【摘要】：本文列舉了兩例在實際調試過程中出現的現場總線通信故障現象，并且從理論上對這些故障進行分析和探討，成功的找了問題的解決方法，并以Profibus現場總線的施工調試經驗為例分析總結了一些通訊網絡系統在施工過程中應該注意的問題，為今后的其他項目工程的通訊網絡的施工提供借鑒。

【關鍵詞】：現場總線、干擾、基礎自動、通信網絡

前言

近些年來工控領域技術發展越來越快，呈現模塊化、智能化、和網絡化。尤其在大型工廠的實際應用中，從底層的控制級基礎自動化到管理層的EPR甚至更高級的系統 ，完全由通信網絡來支撐和構架，通信網絡在期間起到了至關重要的作用，比如現場總線的故障將直接導致工廠的神經末梢檢測或者控制不準確或者失靈，一旦網絡通信的某個局部出現問題，將影響到整個系統甚至癱瘓，而系統的癱瘓或奔潰將給生產直接帶來巨大的損失。因此在對通信網絡施工的過程也應引起足夠的重視，避免因施工質量導致事故的發生。

問題的提出： 例1.在重慶鋼鐵4100mm寬厚板工程聯動試車的過程中，冷床主控室至冷床托盤鏈條傳動電機Profibus DP通訊時有時無，通訊出現暫時中斷現象，通訊丟失命令，變頻傳動裝置無法啟動。由于該工廠所有系統自動化程度較高，幾乎所有的動作均依靠計算機操作，通訊中斷后整個冷床的400多臺電機無法動作，鋼板無法上床，導致軋機和加熱爐停止出鋼。通過現場分析確定是干擾導致通訊中斷，采取DP線屏蔽重復接地后，通訊正常。

例2.霸州2x50T轉爐一期工程的熱負荷生產中，從主PLC控制室到7米平臺遠程站的通訊中斷，致使兩組傾動電機無法正常工作，煉鋼爐中的鋼水無法傾倒出去，鋼水冷卻后導致煉鋼爐報廢，損失巨大。經查后發現，通訊電纜路經一段比較熱的區域，在轉爐吹煉過程中溫度升高過快導致電纜破損。經重新更換電纜并做熱隔離措施后，恢復通訊。

理論分析：在工廠的實際應用中 ，比較常見的通訊方式為光纖、以太網線（超五類網線）和DP總線，而最容易出現問題的同時也是最常用的一級基礎自動化的DP總線 ，該現場總線往往所處環境惡劣，工況復雜。又由于通訊總線傳輸都是低電壓，小電流，屬于弱電裝置，易受到現場的電磁干擾 ，熱輻射，和潮濕環境的腐蝕等等。該總線通訊網絡呈現以下特點：

1. DP總線是由主從構造組成，主站和從站之間的用戶數據傳輸是主站按照確定的遞歸順序自動進行，因此只要一個從站或者某一處出現通訊故障，則該站之后的所有通訊將中斷，進而影響到整個網絡的功能實現。

2. DP總線常采用的是RS485接口，是平衡驅動器和差分接收器的組合，其電氣特性表現為邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2-6）V表示；邏輯“0”以兩線見得電壓差為-（2-6）V表示。從上可以看出傳輸的信號是低電壓小電流，發射和接收都是屬于弱電電路，因此易于受到現場的電磁干擾 。

3. 在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經，從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數，這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。以使用24AWG銅芯雙絞電話電纜(線徑為0.51mm)，線間旁路電容為52.5PF/M，終端負載電阻為100歐為例可知，當數據信號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時，則電纜長度被限制在1200M。實際上，這個理論值是很保守的，在實 用時是完全可以取得比它大的電纜長度。 當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。例如：當數據信號速率為600Kbit/S時，采用24AWG電纜，經計算最大電纜長度是200m，若采用19AWG電纜(線徑為0.91mm)則電纜長度將可以大于200m； 若采用28AWG 電纜(線徑為0.32mm)則電纜 長度只能小于200m。

解決辦法：在施工的過程中 ，往往由各種原因會導致網絡通訊的質量，依據以上的理論分析，結合以往的施工調試經驗，下面介紹幾個方面的施工措施來減少網絡通信故障，提高系統的穩定性。

1. 完善接地系統，良好的接地系統是整個網絡通訊正常運行的必要條件，現場網絡通訊故障有2/3是因為接地系統原因導致。因此必須有保證系統穩定運行的系統接地，且系統接地阻值要小于1歐。網絡通訊設備（包括收、發信號的電子裝置和通訊電纜）應有單獨的接地，要保證通訊裝置的數字地唯一且電位穩定，一定要與防雷接地，電氣系統接地等分開，防止接地系統間相互污染。

2.注意屏蔽接地。網絡通訊系統屬于弱電系統，非常容易受到電磁的干擾，而實際現場電磁干擾嚴重，現場幾乎80%以上的通訊故障都是由于干擾引起的；為了減少和消除干擾，屏蔽接地在網絡通訊系統中顯得尤為重要。如果屏蔽層沒有接地或者接地不牢，就會引起地環路電流，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內又會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。影響通訊裝置內邏輯電路和數字電路的正常工作。因此通訊電纜的屏蔽層接地必須牢固可靠。以Profibus Dp 通訊電纜為例，DP電纜的屏蔽必須與連接器上的金屬完全接觸并符合規定的長度，而且還應用電纜夾子使屏蔽層與接地金屬二次接地。現象1中的通訊故障就是因為屏蔽層沒有二次接地，通訊電纜受到了電磁干擾。

3. 合理布線：為了盡量減少電磁干擾 和靜電干擾，通訊電纜的敷設應盡量單獨布線，嚴禁和動力電纜混合，必須與動力電纜分開走線槽，當二者無法滿足分開走線要求或者動力電源電纜與通訊電纜的間距小于15CM時，必須在信號電纜和電源電纜之間設置屏蔽用的金屬隔板，并將隔板可靠接地。在隔離效果不佳的情況下還必須使用特殊的屏蔽套管，如穿鍍鋅鋼管敷設等。其次，應合理的布置通訊網絡設備的安裝地點。一般，通訊網絡硬件設備應成套成柜組裝，并且安裝地點應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，特別要遠離高壓電器，且應與變頻器、低壓配電、高頻開關電源隔離安裝，在空間上對干擾源進行隔離。

4.優化布線路經：從之上的理論分析可知，網絡通訊質量往往還受到通訊電纜長度的制約。在實際施工的過程中 ，橋架路徑十分復雜，從通訊A點到通訊B點的路經很多 ，要盡量縮短通訊A、B兩地的電纜敷設距離，減少通訊電纜的拐彎數量，因此就必須優化通訊電纜路經，盡量使通訊電纜走直線，減少通訊電纜的長度，把通訊電纜的敷設長度控制在允許的范圍內。

5.通常通訊電纜比較柔軟和嬌貴，而且不可對接，一般不帶鎧甲不防火不耐熱，因此在敷設的過程中必須遠離熱源，盡量不受到熱源輻射，在必須經過熱源區域應做隔熱措施；在敷設的過程中避免因拖拽力過大而導致電纜的內芯或者屏蔽損壞；同時，應該注意通訊電纜是否受機械動力，在易受到機械動力的地方應該使用保護管敷設，盡量使用暗埋鍍鋅鋼管保護。

6.從管理上加強質量控制，實施質量預控措施，重點加強施工的過程質量控制。以動態控制為主，按照質量計劃定期定點對通訊網絡施工質量進行檢查，與施工質量目標進行對比，及時發現質量目標偏差，徹查目標偏差產生的原因，對產生通訊網絡施工質量偏差的因素進行合理的改進，以便消除質量偏差。合理設置質量控制點，對網絡通訊電纜的敷設進行重點把握，尤其是電纜的拐彎處敷設，與動力電纜的交叉等進行質量關鍵點控制，使得通訊網絡施工符合預期質量目標，減少因施工而帶來的質量事故。

結束語：通常，在大型的電氣設備安裝施工中，通訊網絡系統施工往往在最后階段進行，由于工期和組織施工的緊迫性，本論文的一些施工方法對網絡通訊系統的施工具有參考意義，能最大的限度的減少在調試過程中出現的問題，對整個控制系統的穩定運行具有重要的意義。

參考文獻： 1. GB50131-2007-自動化儀表工程施工質量驗收規范

2. GB50168-2006電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范

3. 西門子PROFIBUS-PA 應用技術手冊