PROFIBUS-DP网络通讯故障分析及处理方法

范学广

摘   要：PROFIBUS-DP（分布式周边Decentralized Peripherals）网络具有高速低成本特点，被广泛应用于各工业现场，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，PROFIBUS DP主要是用在PROFIBUS主站和其远程从站之间的确定性通信，允许主站及主站之间的通信。但由于其网络特性及现场环境等因素易发生各类网络通讯故障，且网络通讯故障较难查找及处理，本文以实例的方式主要讲述了PROFIBUS-DP网络的设计施工注意事项及故障分析处理方法。

关键词：PROFIBUS-DP  网络  干扰  优化

1  DP网络故障实例

PROFIBUS-DP是一种单一的，一致性的通讯协议，因其具有高速低成本，适用于设备级控制系统与分散式I/O通讯和复杂通信任务的特点，使得PROFIBUS-DP 网络成为工业控制现场应用最为广泛的现场总线网络之一。但是由于现场安装不规范，电磁场干扰等因素往往造成网络的中断，或通信性能下降造成网络的不稳定，下文将通过结合现场故障实例的排查和解决，分享一下PROFIBUS-DP现场总线在使用过程中遇到的问题和故障分析思路。

实例一，某钢厂炼钢转炉DP网络因设计不合理导致网络节点过多、分布广且很多节点分散在高温粉尘的复杂环境，导致网络故障频发，严重影响产线的正常生产。针对以上问题，制定优化改造方案如下。

（1）改善现场环境。现场必需的操作箱DP从站搬离高温和粉尘环境;（2）优化DP网络结构和环境。取消现场环境恶劣处的DP网从站，在离现场较近且环境较好的地方新建一个远程站室，以优化网络环境。同时可使网络简洁，减少网络故障点，降低事故发生的概率。

通过改造优化，新建一个远程站，将各操作箱内模块进行集成到该远程站，设备运行环境得到了明显的改善，网络结构变得简单明了，减少了从站数量。经过优化改造后，网络故障点大大减少，网络设备所处环境得到明显改善，DP网络状态得到有效提升。

实例二，某钢厂热轧介质液压站DP网络故障频发，经常性发生DP网络闪断的故障，频繁时DP网络1h能发生上百次闪断，闪断时间一般为10～30ms且会自行恢复。针对这一问题，首先为了保证生产的正常进行，在PLC控制程序中增加网络滤波程序，避免DP网络闪断导致触发程序连锁停车，同时将现场IO控制柜中关键电磁阀的继电器进行硬强制，避免网络闪断时电磁阀状态变化使得液压管路中液压油压力变化而产生事故。另一方面组织进行DP网络排查，先后对DP网线接线、DP头、OLM及柜内接地等相关部位进行检查和更换，对光纤进行打光检查，并更换若干根DP网线，均未解决该问题。后在一次偶然的情况下发现故障点为IO远程柜中光纤跳线盒内光缆与光纤跳线熔接质量差且布线不符合规范，导致在现场温度变化和震动（IO远程柜周边有液压站电机运行）的情况使光纤通讯质量变化，导致发生网络闪断的故障。对该熔接点进行重新熔接并重新按规范布线后，该介质DP网未再发生閃断故障。

2  DP断网处理方法

根据现场长时间处理DP网络故障的经验，总结出以下DP网络故障分析处理思路：

（1）主站故障。因为PROFIBUS总线采用主站轮询从站、从站响应主站的方式进行通讯，当主站故障后，整个系统将瘫痪。为了提高可靠性，主站可采用冗余的方式进行配置。（2）线路故障。最常见的线路故障为DP连接器接触不良，连线接触不良、通讯端口接触不良和终端电阻故障。①如果通讯端口接触不良，则单个站点会无法访问。出现这种情况可以插拔、紧固一下或者更换连接器，通常故障就能排除。②如果连线接触不良，则其后面的从站将时而中断、时而工作甚至整个系统停止工作。为了找到故障点，可以采用二分法进行诊断，将总线中间的连接器终端电阻选择开关置ON，以切断后面的网络。如果前段恢复正常，表示故障部位在后面的网络。如果网络故障通讯故障仍然存在，故障部分则应在前面的网路中。无论故障在前面还是在后面的网路中，都可以继续采用这种方法进行故障查找，直到找到故障部位。二分法每采用一次，就可将查找范围缩小一半，采用这种方法可以大大缩短排查时间。③如果此连接器位于终端并且终端电阻接触不良时，整个网络可能中断。此时将位于次终端连接器的电阻置ON，查看系统是否恢复工作，就可快速判断这种故障。为了避免出现终端电阻接触不良产生的故障，可以在总线两终端安装有源的终端电阻。除了上述常见的故障类型以外，还有电缆破损导致线路接地或者短路等故障。（3）从站故障。如果单个从站故障，主站将无法对其进行访问，只有更换从站的损坏模块才能恢复系统工作。（4）干扰类故障。除了上述类型故障以外，还有电磁干扰和接地不可靠引起的故障。对于电磁干扰，在连接总线连接器时，应保证电缆的屏蔽层和连接器的金属材料紧密接触、布线时不要和动力电缆和交流信号电缆平行、尽量远离产生谐波的软启动器、变频器、调功器等设备（如避不开，可从这些设备中部水平通过，以减小影响）。对于接地，可以采用单独走接地线和等电位双地点接地的方法检校谐波对系统工作的影响。

3  DP网络施工规范

通过以上两个DP网故障实例和故障分析我们可以发现，工业现场DP网络出现各类故障，往往和设计施工阶段不规范导致，根据多年现场维护经验，列举以下设计施工注意事项：

（1）网络布线施工需按规范进行。①选用标准PROFIBUS-DP通讯电缆。质量差通讯电缆抗干扰能力差;②PROFIBUS-DP通讯电缆屏蔽层多点接地。所有PROFIBUS-DP通讯电缆进出的柜体均需接地处理;③施工时规范布线。网络通讯电缆需远离高电压、大电流的动力电缆，禁止同槽铺设;布设通讯电缆时，避免电缆过短导致受力，且需在拐角处做好防护，避免电缆刮伤;通讯电缆与动力电缆避免长距离平行布线，可以交叉布线;通讯电缆过长时，不要形成环状，避免产生干扰信号。当两个DP站点相距超100m时，建议使用光纤传输，以避免干扰的影响。使用光纤进行通讯时，需严格按照光纤施工规范进行，避免留下网络故障隐患。（2）DP网络在设计阶段需尽可能简洁，减少网络节点。且应避免将DP网络设备放置到恶劣的现场环境中。（3）通讯电缆在柜内的规范处理。需要将屏蔽层压在DP头的金属部分处，还需要注意屏蔽层不能压的太长，避免屏蔽网接触DP头内部接线板短路造成故障。另外，通讯电缆在进、出电柜时，都应该将电缆的屏蔽层进行接地处理。这样避免外部的干扰信号进入电柜，同时也避免柜内产生的干扰对外部设备造成影响。（4）预防变频器等干扰源对DP网通讯的影响。变频器等比较大功率的设备除了通过干扰电源、通过空间辐射干扰影响设备正常运行外，由于变频器等设备具有PROFIBUS通讯的能力，这些设备产生的干扰也有可能通过DP网线直接进入通讯系统。所以DP网线进出此类会产生干扰的柜体时，必须将DP网线的屏蔽层接地处理。（5）接地问题。所有的网络接地，必须确保最终为同一接地点，以避免出现各个接地点电势不同而导致出现干扰的情况。

在PROFIBUS-DP网络的日常维护过程中，需定期测量记录各终端电阻和网络回路电阻，紧固各网络硬件接线和DP插头，也可使用ProfiTrace定期检测PROFIBUS-DP网络，以便提前发现网络隐患进行处理。使用光纤通讯时，需定期用光功率计测量各段光纤的衰减情况并记录，以便筛查并提前发现问题。

PROFIBUS-DP网络故障大体上可分为网络软硬件类故障和干扰类故障，软硬件故障通过常规排查手段往往比较容易排查发现问题，但是对于干扰类故障因干扰的随机性较难发现问题。这就要求必须在网络设计施工阶段按相应规范进行设计施工，以避免出现PROFIBUS网络隐患和故障。

4  结语

通过两个现场实例总结了一些导致PROFIBUS-DP网络故障的原因以及处理、改进方法，希望能给企业现场技术人员提供一些思路，以保障PROFIBUS-DP网络的稳定性。

参考文献

[1] 刘华波，何文雪，王雪.西门子S7-300/400PLC编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 廖常初.S7-1200/1500PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2018.

[3] 韩相争.PLC触摸屏、变频器、组态软件应用一本通[M].北京：化学工业出版社，2018.