现场总线抗干扰能力的提升和故障处理研究

王友林

摘 要：现场总线控制技术是当今电气设备中十分常见的自动化系统技术分支，在实践应用中获得较高的实用评价。然而，在部分实际试生产期间，现场总线控制技术频发故障，以却现场总线网络工作受干扰为主要诱因。为了提高现场总线控制技术的应用价值，本文主要围绕其干扰故障原因展开分析，并以故障排查和处理为途径对其抗干扰系统设计进行进一步探讨，以期为整个控制系统的稳定运行与效率提升奠定安全基础。

关键词：现场总线；抗干扰能力；故障处理

现场总线属于综合性较强的通信网络结构，是一种串行式与数字式兼并的并且存在多分支结构特色的通信网络。在科学技术的不断进步背景下，计算机控制技术水平日益提升，其中，在现场总线的日常运行技术结构内被广泛采用；作为一种数据传输技术，现场总线控制技术具有通信快、成本低等优势[1-2]。然而，当现场总线的稳定性受到干扰，将对传输中的数据可靠性形成消极影响，并导致设备发生停止运转的情况，不利于生产安全的保障以及产品质量的提升。为此，通过对现场总线故障的描述以及排查，提出几点在设计和施工中必须注意和采取的切实可行的对策措施。

一、现阶段的故障问题分析

据现阶段现场总线抗干扰能力的故障调查资料显示，总体控制系统在上层结构中的通讯模式与现场信号采集以及传输的现场总线方式不相匹配，这将造成现场总线控制技术的抗干扰能力下降的后果，长期导致生产质量水平降低等情况发生。其次，在施工现场，调试状态下的系统虽然在运行过程中能基本保持稳定状态，但仍然容易发生间歇性电源烧损的现象；并且，在信号模块的更寒段子过程中，极易发生模件通道烧坏的事故，与此同时，在其他类型的故障处理过程中情况相似。另外，设备在起动的过程中，由于各种类型的具体因素干扰，导致设备发生变频器故障报警频发的情况，与此同时，设备的起动也频发故障。可见，在设备系统现场总线的运作过程中，仍然存在较多的漏洞，由此引发的故障将直接对设备形成损害，长期对生产质量造成不良影响。

以上述情况以及故障现象为基础，为了避免故障对生产造成进一步的消极影响，以保障生产得以顺利开展，相关技术人员对生产过程进行跟踪并做出统计，根据跟踪统计结果可总结为以下几种情况：1、在设备运作过程中，对每一环节进行跟踪，跟踪得出当设备处于起动瞬间，通讯模件系统内的故障指示灯就开始产生闪烁的情况，因而导致设备无法正常启动的后果。2、设备在起动的过程中容易产生抱闸故障的现象，且同样在此基础上出现指示灯发生闪烁的情况；另在进一步的细致检查中，变频器内发生故障的情况较为频繁，且发现设备运行故障时主要归为通讯故障。3、通过内部的故障诊断缓存结果统计可知，在设备运行中通常出现现场变频器故障中断的现象，不过现象一出即瞬间返回。上述故障是较为常见的主要问题之一，在实际运作时仍存在其他类别的质量隐患，应引起相关人员的广泛关注。

二、现场总线故障排查分析

在对现场总线进行总体故障排查中，首先应检查接地系统的具体内容。在对统计结果进行分析的过程中得出，尽管在接地摇表过程中，经测量得出了接地极出线部分的接地阻值结果，且该结果的测量值符合1Ω接地规范；但交流地与直流地仍处于分别规范在各自接地排上的状态，无应达到的柜内分开状态；并在此基础上汇聚于接地极处，将极大可能干扰信号。其次，应对电缆敷设进行详细检查。从检查结果看来，施工单位在进行电缆敷设时，选择了将通讯电缆以及动力电缆进行交叉敷设的策略，而未能分别对其进行分别的标准敷设；但从实践来看，现场总线电缆具有较高的敏感性水平，尤其对外界的干扰敏感反应更高，因此，该种敷设策略对总线传输的质量形成了消极影响。从上述两方面的检查结果进行故障处理，相关技术人员采取对所有重新规范接线的策略，并在此基础上对所有外部与动力电缆混合敷设的总线电缆重新进行穿管敷设。完成规范与敷设环节，经再次检查，一般可达到上述故障减少的目的，然而，经实践证明，在上述处理的基础上，设备变频器在起动时的瞬间状态还会出现通讯故障的情况。除了以上两点故障以及解决途径外，技术人员还可通过增加通讯元件的策略，并对其采取有效分段的方式，分段处理设备变频器所在的总线，具体步骤可包括1、首先，采取增加通讯模件的策略，在此基础上对其进行拆分，在两条总线的拆分情况下达到锁单整条总线绝对距离的效果；2、其次，在设备运作时，挂有变频器以及马达启动保护器的状态下应进行星型变动，当总线包含变频器时，将其设置为单独的网段，以达到提高抗干扰能力的目的。总之，分段后可防止使总线在电气室内部敷设形成环形状态的误区，将总系统维持在稳定运行的状态，长期可达到有效避免现场总线频繁故障的设备偏差效果。

三、现场总线干扰故障问题及其设计要点

从上文分析中可知，现场总线出现干扰故障在实践中较为频发，对相关故障进行技术排查有助于降低干扰风险，对系统的正常稳定运行具有积极意义。为了进一步了解现场总线干扰故障问题，特从实践出发对其故障以及涉及要点进行如下总结分析。

首先，对于电磁兼容方面的矛盾，在合理利用变频器的状态下可提高设备运作稳定性，且具有降低能耗的效果；然而，日渐频繁的变频器谐波干扰成为了热点问题。一般来说，变频器的输出侧交流电通常由一系列矩形波构成，该部分的运作以脉宽完成调制，且接近于三相正弦波形，其中囊括了高次谐波；可见，在谐波电力源的范畴中，各变频器都于启动瞬间爆发大量谐波成分进而产生噪声，对通信系统的稳定性形成重大干扰，从而造成降低通讯质量的后果。其次，在接地系统的相关矛盾中应注意严格遵守既定规范，在设置接地电阻的基础上，要保证其符合计算机系统接地的规范要求（<1Ω）；且在设计时，应严格设置电气设备专用接地网，在施工时保证所需的埋设材料严格遵守规范要求；在进行设备接线时，应将相应线路分别接入接地极，这种策略有助于提高故障屏蔽效果。另外，在电缆敷设问题中，应采取双层桥架策略，该策略主要将现场总线电缆进行单独敷设，在此基础上可有效避免出现与动力电缆混合交叉的情况；此外，还应尽量选择变频电缆，并在不具备采用双层桥架的部位采取穿管防护。

四、结束语

综上所述，现场总线技术是当今电气工程领域中一项集控制、计算机、数字通讯等技术为一体的综合技术，随着科技进步已经成为自动化技术发展的热点。由于在实际应用过程中总线通讯技术具有一定程度的隐蔽性，在发生故障时极难排除，因此，提高电气工程的设计合理性对系统设备的稳定运行十分关键。总而言之，现场总线控制技术将在实践中不断得到总结、改良以及发展，只有以创新和实践为先导才能实现技术的可持续发展目标。

参考文献：

[1]秦玲，郭岩.变电站 CAN 总线抗干扰问题的分析与解决[J].科技致富向导，2015（04）：169-213.

[2]王斌.基于 CAN 总线技术的工业现场故障报警装置的设计[J].科技展望，2015（21）：110-111.

[3]王春利，万勇，胡博等人.现场总线设备监控管理系统应用[J].热力发电，2014（04）：110-115.

[4]蔡晨曦.PROFIBUS 总线现场抗干扰分析[J].数字通信世界，2015.