工業PROFIBUS-DP網絡故障解決辦法

宮慧仲

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

1 PROFIBUS-DP網絡概述

1.1 PROFIBUS-DP網絡組成

PROFIBUS-DP網絡物理構成包括以下元器件：設備（PLC、傳動裝置等）總線電纜，總線連接器，光纖鏈路模塊OLM，RS485中繼器，DP-DP耦合器等。

1.2 PROFIBUS-DP施工要求

PROFIBUS-DP網絡穩定的重要性已經不必多說，為確保PROFIBUS-DP網絡不出故障或出現故障盡可能的減少不必要的干擾因素而快速找到故障點，請遵循以下標準和要求。

1.3 PROFIBUS電纜敷設要求

為避免動力電纜的高電壓和電流對PROFIBUS電纜產生電容性和電感性的干擾，從而干擾網絡上的數據通信，應遵循以下原則：

PROFIBUS電纜與動力電纜間距至少維持在10CM以上。PROFIBUS電纜與動力電纜應敷設在不同的路由上，并且用金屬橋架和金屬管路進行屏蔽，并且橋架和金屬管路應全程多點接地。

1.4 PROFIBUS電纜的屏蔽

干擾電流和電磁干擾可通過PROFIBUS電纜流經總線連接器和設備的PROFIBUS接口向地釋放，所以PROFIBUS電纜屏蔽和地的低阻抗連接是十分重要的，接地應遵循以下原則：

通常必須將電纜屏蔽兩端接地，特別是變頻器干擾環境中，這種方法可以提供良好的干擾抑制。盡量保持大系統各個從站內電位差一致，否則雙端屏蔽接地將成為電位差的導通線路，如此只能單端接地，但會大大降低屏蔽效果。應用于傳動裝置屏蔽應該直接用卡子卡接在裝置專用屏蔽接地板上，應用于PLC應直接將屏蔽通過2.5平方軟導線接在PLC導軌或底板的專用接地螺絲上，如此才能更好的避免干擾電流通過屏蔽流入總線連接器和電路板。

1.5 總線速率與PROFIBUS電纜敷設距離的關系

下圖距離為理論數據，現場實際還需考慮到站的數量（主站驅動能力）和線路路由干擾問題進行修正（縮短距離）。

表1 傳輸速率和距離關系表

請按照以上網絡參數檢查本地網絡物理路由是否和速度匹配是否合理，一般建議傳動網絡不低于1.5MB/S，自動化網絡不低于500KB/S。如果網絡超長可采取光纖鏈路或中繼器。如該段網絡其中某兩個站距離特別長，則可將該段PROFIBUS電纜更換為光纖并在兩端增加光纖鏈路器，更換為光纖的網段長度可視為0，并且可以起到光電隔離的作用，保護上游站點不被下游干擾電流影響；如果各從站位置比較平均，可采取整段更換光纖鏈路，每個站采用1個光纖鏈路，靠光纖鏈路器起到各個從站的連接，也可在網絡段增加中繼器，理論上中繼器可相當于一個主站，起到信號驅動和放大作用，可以驅動距離和主站可以驅動距離一致，可參照上述傳輸速率和距離關系表。

2 POFIBUS-DP網絡故障排除辦法

Profibus網絡質量不容易判斷，分析和查找故障要從故障現象去分析。

2.1 整個網段中單個站網絡通訊連接不上

單個站通訊連接不上，故障點一般出在本站上，電源的丟失，IM153的損壞，I53所掛S7-300模板的損壞，以及DP總線連接器與IM153連接不實都有可能。（如果是最后一個站，需要考慮路由干擾及電纜過長，終端電阻等問題）?？赡艿脑蚝蜋z查的順序：

（1）監控硬件信息，查看CPU診斷信息，并將診斷信息另存到計算機上以便以后的故障分析。通過在線硬件的從站狀態圖標和CPU診斷信息確認故障點。

表2 在線硬件從站狀態圖標含義表

（2）檢查模板電源是否正常，觀察ET200指示燈是否正常。

（3）檢查硬件配置是否與實際一致，是否有故障模塊或異常模塊，更換模塊及相連的2塊背板總線連接器（如沒有特殊情況請連帶背板總線連接器一同更換，節約故障處理時間）。

（4）檢查更換DP總線連接器。

（5）更換IM153模板及背板總線連接器。

（6）最后一個站丟失，除按照上一條進行常規檢查分析之外，還要檢查測量最后一個站上的DP終端電阻，來確定是否是DP總線連接器或終端器出現故障。終端電阻測試辦法如下：

（7）DP網絡首尾兩個終端總線連接器的電阻是ON狀態，此時測量總線連接器的3、8針之間的電阻值應為110歐姆；如果一個終端為ON，另一個終端為OFF，此時在OFF端測量電阻是否為220歐姆。如果此時為110歐姆，則中間站肯定有總線連接器的終端電阻被置為ON狀態。（此種測試辦法必須將全部插頭拔下測試阻值才準確，一般在調試時網絡貫通時使用，故障時不建議使用。）

（8）直接將終端總線連接器拆下測量阻值是否為220歐姆，或直接更換線下測好的總線連接器。比較適合快速處理故障時使用。

2.2 整個網段中其中1個從站之后的站全部連不上

可能的原因和檢查順序：

（1）排除路由過長或接地干擾等因素（接地干擾需要網絡測試儀進行測試），可以從第一個連不上的位置打終端，觀察本站是否恢復連接，如恢復連接,觀察測試儀點平質量是否上升，恢復終端電阻繼續將打下一個從站打終端重復上述工作，直至網絡失去連接，這樣說明網絡由于干擾或路由長問題驅動能力不夠，可選擇合適位置直接加裝中繼器使用，（一般選取該段干擾較大的位置前一個從站的出線側增加，如無干擾問題，選取物理路由中間增加，或檢查速率是否合適，必要時降低通訊速率），待進行網絡整改后恢復使用。如打終端電阻網絡不恢復則繼續下面步驟檢查。

（2）拆除第一個連不上的模板上的DP總線插頭，觀察該段后面的從站是否恢復連接，如恢復，更換該從站IM153模板（CBP）。如未恢復繼續檢查。

（3）檢查更換第一個連不上的模板和其上一個站的的DP總線連接器，如未恢復繼續檢查。

（4）更換此2個從站之間的PROFIBUS電纜（視情況臨時拉接應急線路）。

2.3 整個網段中從站間歇性閃斷，沒有一定規律

可能的原因和查找順序：

（1）無序的間歇性閃斷一般不會是單個從站出現問題，一般沒有具體判斷思路，干擾和終端電阻缺失的可能性比較大.干擾問題利用測試儀進行檢測，觀察電平質量波動情況?？刹扇】焖偬幚矸绞剑褐苯痈鼡Q兩個終端的PROFIBUS-DP總線連接器，如無中繼器或OLM直接跳到第四步（更換主站網卡），中間有中繼器或是OLM的區別對待。

（2）帶光纖鏈路和中繼器的網絡，更換所有的打到終端的PROFIBUS-DP總線連接器。

（3）如果無序閃斷的站全部集中在OLM和中繼器出線側，可考慮更換OLM和中繼器。

（4）更換主站網卡。

（5）測試網絡，觀察網絡上所有從站的信號波動情況，如波動大檢查各從站（重點是現場從站）的干擾和接地情況。必要是單個監控掉網比較頻繁的從站，從而加快掃描速度，更容易抓取到故障波形。

3 測試網絡質量的方法

（1）示波器測試，通過測試網絡信號A、B通道的電壓波形來了解網絡質量，。PROFIBUS-DP網絡電平電壓是DC5V，所以分別測量A、B通道的電壓就能直觀判斷電壓質量，距離過遠，受電纜容性負載影響，波形的直角會變圓弧。信號存在干擾高低電平會有明顯毛刺，一般判斷網絡質量的標準為電壓不低于3.5V，干擾不超過0.3V，不存在較大圓弧。

圖1 示波器測試圖

（2）網絡測試儀測試，通過網絡測試儀可以直觀看出網絡電平質量，如下圖，判斷標準和示波器測試相同。

圖2 網絡電平質量圖

4 結語

由于網絡故障具有虛擬化的信號傳輸和故障定位難等特點，因此成為困擾自動化的重點難點故障之一。熟練掌握處理辦法，維護人員處理故障時可以準確判斷故障點，判斷網絡發生的原因。避免以往的出現問題就大面積的更換設備現象，在減少熱停的情況下，也降低了職工的勞動強度。