基于Profibus通訊在西門子現場總線的研究與應用

摘要：現場總線技術已成為世界自動化技術的熱點，近年來在我國工業自動化系統中已受到關注并推廣應用。本文著重以Profibus-DP通訊協議為基礎，現場總線設備采用PROFIBUS總線協議的通信互連設計、軟件硬件配置、組態及通信實現方法，并結合具體實例介紹了西門子PLC以及圖爾克總線產品PROFIBUS通訊故障的解析。

關鍵詞：西門子PLC 總線通訊 Profibus-DP

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

1 概述

PROFIBUS-DP是現場總線PROFIBUS中廣泛應用的一種協議，由于PROFIBUS一直側重于系統集成和系統工程等方面，尤其是側重于應用行規的研究開發，使得該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點，成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現場總線技術領域一直是國際市場上的領導者。

2 PROFIBUS通訊故障解析

2.1 DP總線調試過程故障

通常情況下，在初期網絡調試階段會出現如下故障情況：（1）A、B的連接出錯。（2）左右進線和出線的順序出錯，注意總線接頭上的箭頭。（3）接地的屏蔽層沒有接好，或者A、B線沒有接好。（4）DP主站以及DP從站組態錯誤，如設備訂貨號錯誤（硬件在線可以找出此故障）、DP/MPI總線插口的組態錯誤等（表現的現象是可以在set pc/pg interface里面找到總線，就是連接不上）。（5）在 CPU 內編程尋址的從站地址錯誤，可以查看診斷緩沖區。6、使用終端電阻的站點斷電，整個網絡癱瘓。

2.2 DP總線使用過程故障實例二

現場使用了西門子的S7 400和ET 200，每次ET 200有輸入信號時，所有的輸出輸入燈均閃爍，半秒鐘后系統恢復正常。故障分析為有相應的故障處理OB塊，系統的電源模塊足以現場操作需要。解決方法是S7 400上的DP插頭有問題，DP插頭上的終端電阻沒有打到ON上，可能操作人員不注意，當時把終端電阻打在中間的位置，所以造成整個總線出現不穩定的情況。

2.3 DP總線使用過程故障實例三

現場使用了西門子的S7 400、ET 200和MM 440等，每次在ET 200S上插入編程設備查看現場總線上的設備情況，上傳下載變頻器參數時系統停機。故障分析為有相應的故障處理OB塊，系統的電源模塊足以現場操作需要。造成這種問題的原因是調試所用的DP線纜為自制的總線線纜，所以診斷電阻設置不正確的話，會造成整個總線故障。解決方法是使用MPI電纜或者正確設置總線電纜的終端電阻。

2.4 DP總線使用過程故障實例四

現場使用了西門子的S7 400、ET 200S和MM 440，經常系統報出總線故障，雖然不影響操作。故障分析為有相應的故障處理OB塊，所以不至于停機，總線的供電和接地等均沒有問題。解決方法是發現每次MM 440帶動電機升速時容易出現此問題，所以把DP總線和電機供電線纜分開排列，問題解決。

3圖爾克現場總線故障解析

（1）確定發生故障的總線節點，總線有錯時，DP掃描模塊上的故障指示燈亮。由此判斷是第幾條總線有問題，讀取該DP掃描模塊的診斷信息。讀取A1SJ71PB92D.Buffer.K2112–K2114，得到有問題的站點號。K2112：=0，正常；=1，子站有故障K2113-K2114：每位對應著DP網上以個節點，如：K2113.b0=1st站，K2113.b1 = 2nd站，K2113.b2 = 3rd站，……，K2113.b15 = 16th站；K2114.b0 = 17th站，K2114.b1 = 18th站，……，K2114.b15 = 32th站。當K2112 = 1時，發生故障的節點所對應的位被置1。或當K2112=1時，讀取A1SJ71PB92D.Buffer.K2040-K2044。當K2040=0200H時：K2042_L = 發生問題的節點號。K2042_H = FFH， 該故障造成通訊中斷，PLC不能讀到該節點的I/O狀態；= 0，該故障未造成通訊中斷，該節點某點有短路，但不影響其它點的讀取。K2044=該節點的ID號。

（2）由總線布置圖找到該節點，首先排除斷線或接錯線的可能性，該節點是PDP模塊時：BUS燈不亮POWER燈不亮，Ub < 18V， 總線電源分配不合理，增加電源或移動電源位置接近模塊。BUS燈亮紅燈POWER燈亮綠燈，更換模塊，并確認模塊型號無誤（與PLC總線配置一致）。BUS燈亮紅閃POWER燈亮綠燈，模塊參數設置有誤。BUS燈亮綠燈POWER燈亮紅燈，Ul < 18V，增加輔助電源或移動輔助電源位置。BUS燈亮綠燈POWER燈亮綠燈，排除I/O短路故障（I/O上有紅燈）。短路故障應盡快排除。雖然模塊有保護，但短路會產生熱量，使模塊溫度上升。該節點是BL20模塊時，試更換DIA紅燈的擴展I/O模塊，直至沒有一個DIA紅燈。

（3）當同一條總線有多個節點發生故障，并且每個節點依上述方法未排除故障時：總線上是否有地址相同的節點；終端電阻是否加上，特別是IP20總線接頭上的電阻開關撥碼位置是否正確；若網速較高（波特率>1.5M），須加中繼器；更換DP掃描器。

4 結語

現場總線是一種應用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化最底層現場設備或儀表互連的全數字化、雙向、多站式通信網絡。它將位于生產現場具有信號輸入、輸出、運算、控制和通信功能的數字通信儀表或設備，通過雙絞線連接成網絡，采用標準的通信協議，使位于生產現場的設備與設備之間，以及設備與控制站之間實現數據交換與信息共享，是現場通信網絡與控制系統的集成。這項以控制技術、智能儀表技術、計算機網絡技術以及數字通信技術為支撐的綜合技術，己成為世界范圍內工業自動化領域廣為關注的熱點，并將成為該領域的發展方向。

收稿日期：2016-04-13

作者簡介：陳靖（1980—），男，山東寧陽人，工程師，在山東鋼鐵萊蕪分公司萊鋼自動化部從事自動化控制專業。