Profibus-dp总线系统性能改善

李 伟

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

引言

我单位驾驶室涂装车间的设备网络布局与控制结构，总体上采用“集中监视、分散控制”的典型传统模式。其中用于分散控制的各独立子控制系统均以三菱Q06型CPU为主体，依托西门子Profibus-dp总线完成现场各类IO信号的传递，以实现网络设备层的各功能。

1 原理结构

我车间共计16套PLC及西门子总线IO系统。西门子Profibus-dp现场总线依靠RS485通讯电缆，完成现场各类IO信号的传递。在各PLC控制系统中，依靠西门子总线接头、通讯电缆等部件完成网络连接，按RS485通讯要求，在西门子的总线接头内已经内置了终端和偏置电阻，通过一个开关进行接通或断开。网络终端的接头，其终端电阻放在“ON”的位置，以吸收网络反射波，增强信号；中间站点的接头，开关放在“OFF”位置，起到偏置电阻作用。常规的故障诊断形式都以测量线路电阻及总线接头电阻是否符合要求规范或更换总成逐步排查来完成。

2 主要问题

伴随近年来使用，主要存在以下问题：①dp网络故障后，会导致子控制系统瘫痪，设备失控，产生严重设备事故和隐患，多见于机械化输送系统信号紊乱后，程序中缺乏必要的保护，导致产生设备事故；②总线故障发生后、因站点数量多，需反复排查上下游站点是否正常，故障原因定位困难、修理时间长，设备停机时间长；③因总线线缆铺设在桥架内，日常点检维护困难，很难发现其自身存在隐患，维护人员往往处于被动。

因此，迫切需要建立完整的总线系统故障预防与诊断系统，以实现dp总线的高可靠性运行。并且实现网络故障的提前预警和保护停机，便于准确定位故障源，提前检修规避损失。

3 改善方案

3.1 改善思路

基于现场所有各三菱子控制系统的PLC、HMI和中控室上位机系统设计总线运行状态的监控预警画面及控制保护程序，采用西门子总线通讯中继和通讯接头完成硬件改善提升。

3.2 完善控制程序与HMI

在每个PLC子系统中，编制dp总线系统各个站点网关的故障读取程序保存在寄存器中，并将故障软元件写入到子站的总控程序中，以实现发生通讯故障时，切断总控程序，停止现场设备功能。在现场HMI中设计通讯组态图，便于定位故障站，通过故障站点维护人员可缩小故障排查范围。以机械化输送系统为例，先定义软元件，再编制故障读取与控制程序，图1：故障程序示例。

图1 故障程序示例

3.3 设计中控系统组态监控

依靠编制的控制程序读取总线故障状态信息并上传到中控PLC，在上位机按每个PLC系统中总线分站排列的实际顺序进行组态，形成目视化信号流，从而进行车间所有PLC网络故障点的监控识别，达到集中监控，提前预防发现故障通讯不稳定部位目的。在识别出具体故障位置后。将dp总线通讯中继接入到已经识别出信号衰减的网络部位，实现网络的扩展，信号的再生，提高通讯稳定性。

根据上位机对通讯状态的持续监控结果，识别出2处不稳定通讯点位，这些点位在写入控制保护程序后，往往表现为间歇性无规律报警停机，排查线路电阻、模块等附件时又正常，分析原因为，在设备安装调试最初时，此处站点距离过远导致，因此在上述识别出的机械化系统中共计增加2套通讯中继进行验证，最终有效解决了通讯报警，提高了网络稳定性。具体方法为：

（1）根据profibus-dp总线通讯原理，选用西门子RS485总线中继，其在1.5M bps的波特率时，可扩展的通讯距离达200米，将其接入到衰减站点，有效实现信号的再生，扩展新的网段。如下图2，中继在网络中布局图。

图2 中继布局示意图

（2）按西门子 RS485中继器使用方法，其上端接线口A1/B1和A1’/ B1’是一个网络接口，代表了网段1，A2/B2和A2’/ B2’是另一个网络接口，代表了网段2，由于中继器内部是隔离的，对于网段 1，中继器就是该网段的一个终端设备，因而在网段 1中其接线方式是将 Profibus网线接在A1/B1上，同时网段1的终端电阻设置为“On”；而网段2与网段1接线规则相同，也需要将电缆连接在A2/B2上，同时终端电阻设置为“On”。接线结束后进行检查务必打开连接 2个网段的开关。

3.4 其余故障与预防

3.4.1 网关供电电源问题

当总线电源模块上供电指示灯忽明忽暗时，说明供电电压已经低于总线模块工作的开关电压，对于整流电源模块，应根据使用寿命定期更换，尤其在工作环境温度过高环境下。当外部接近开关及线路发生短路等情况时时，也会导致电压不稳定，需定期对外围线路开关进行检查预防，对所有中转的接线端子进行紧固，防止接触不良。

3.4.2 系统配置问题

在三菱Q系列PLC系统中，dp总线主站与分站在进行各项排除后仍然无法连接时，一般会采用更换CPU及dp主站模块重新导入配置文件来排查。因此需保存好原总线配置文件、对应的三菱组态软件及目前使用网关的GSD文件。若丢失，需尽快购置网关及下载对应的GSD文件，提前进行配置保存。

4 结语

伴随着设备使用寿命增加，原稳定的通讯网络，往往频发故障，其原因呈现多元性，许多因素会造成总线网络的不稳定，从而影响数据的可靠传输，这都会造成设备的突然停止，通过现场触摸屏及中控系统通讯状态的监控和程序保护控制完善，降低了设备运行风险和提高了维修效率。其实应在现场设备设计、安装乃至日常维护过程中，都按照产品规范、规则进行选型、接线和施工，才能保障现场工业控制网络系统高可靠性稳定运行。