工业PROFIBUS-DP网络故障解决办法

宫慧仲

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

1 PROFIBUS-DP网络概述

1.1 PROFIBUS-DP网络组成

PROFIBUS-DP网络物理构成包括以下元器件：设备（PLC、传动装置等）总线电缆，总线连接器，光纤链路模块OLM，RS485中继器，DP-DP耦合器等。

1.2 PROFIBUS-DP施工要求

PROFIBUS-DP网络稳定的重要性已经不必多说，为确保PROFIBUS-DP网络不出故障或出现故障尽可能的减少不必要的干扰因素而快速找到故障点，请遵循以下标准和要求。

1.3 PROFIBUS电缆敷设要求

为避免动力电缆的高电压和电流对PROFIBUS电缆产生电容性和电感性的干扰，从而干扰网络上的数据通信，应遵循以下原则：

PROFIBUS电缆与动力电缆间距至少维持在10CM以上。PROFIBUS电缆与动力电缆应敷设在不同的路由上，并且用金属桥架和金属管路进行屏蔽，并且桥架和金属管路应全程多点接地。

1.4 PROFIBUS电缆的屏蔽

干扰电流和电磁干扰可通过PROFIBUS电缆流经总线连接器和设备的PROFIBUS接口向地释放，所以PROFIBUS电缆屏蔽和地的低阻抗连接是十分重要的，接地应遵循以下原则：

通常必须将电缆屏蔽两端接地，特别是变频器干扰环境中，这种方法可以提供良好的干扰抑制。尽量保持大系统各个从站内电位差一致，否则双端屏蔽接地将成为电位差的导通线路，如此只能单端接地，但会大大降低屏蔽效果。应用于传动装置屏蔽应该直接用卡子卡接在装置专用屏蔽接地板上，应用于PLC应直接将屏蔽通过2.5平方软导线接在PLC导轨或底板的专用接地螺丝上，如此才能更好的避免干扰电流通过屏蔽流入总线连接器和电路板。

1.5 总线速率与PROFIBUS电缆敷设距离的关系

下图距离为理论数据，现场实际还需考虑到站的数量（主站驱动能力）和线路路由干扰问题进行修正（缩短距离）。

表1 传输速率和距离关系表

请按照以上网络参数检查本地网络物理路由是否和速度匹配是否合理，一般建议传动网络不低于1.5MB/S，自动化网络不低于500KB/S。如果网络超长可采取光纤链路或中继器。如该段网络其中某两个站距离特别长，则可将该段PROFIBUS电缆更换为光纤并在两端增加光纤链路器，更换为光纤的网段长度可视为0，并且可以起到光电隔离的作用，保护上游站点不被下游干扰电流影响；如果各从站位置比较平均，可采取整段更换光纤链路，每个站采用1个光纤链路，靠光纤链路器起到各个从站的连接，也可在网络段增加中继器，理论上中继器可相当于一个主站，起到信号驱动和放大作用，可以驱动距离和主站可以驱动距离一致，可参照上述传输速率和距离关系表。

2 POFIBUS-DP网络故障排除办法

Profibus网络质量不容易判断，分析和查找故障要从故障现象去分析。

2.1 整个网段中单个站网络通讯连接不上

单个站通讯连接不上，故障点一般出在本站上，电源的丢失，IM153的损坏，I53所挂S7-300模板的损坏，以及DP总线连接器与IM153连接不实都有可能。（如果是最后一个站，需要考虑路由干扰及电缆过长，终端电阻等问题）。可能的原因和检查的顺序：

（1）监控硬件信息，查看CPU诊断信息，并将诊断信息另存到计算机上以便以后的故障分析。通过在线硬件的从站状态图标和CPU诊断信息确认故障点。

表2 在线硬件从站状态图标含义表

（2）检查模板电源是否正常，观察ET200指示灯是否正常。

（3）检查硬件配置是否与实际一致，是否有故障模块或异常模块，更换模块及相连的2块背板总线连接器（如没有特殊情况请连带背板总线连接器一同更换，节约故障处理时间）。

（4）检查更换DP总线连接器。

（5）更换IM153模板及背板总线连接器。

（6）最后一个站丢失，除按照上一条进行常规检查分析之外，还要检查测量最后一个站上的DP终端电阻，来确定是否是DP总线连接器或终端器出现故障。终端电阻测试办法如下：

（7）DP网络首尾两个终端总线连接器的电阻是ON状态，此时测量总线连接器的3、8针之间的电阻值应为110欧姆；如果一个终端为ON，另一个终端为OFF，此时在OFF端测量电阻是否为220欧姆。如果此时为110欧姆，则中间站肯定有总线连接器的终端电阻被置为ON状态。（此种测试办法必须将全部插头拔下测试阻值才准确，一般在调试时网络贯通时使用，故障时不建议使用。）

（8）直接将终端总线连接器拆下测量阻值是否为220欧姆，或直接更换线下测好的总线连接器。比较适合快速处理故障时使用。

2.2 整个网段中其中1个从站之后的站全部连不上

可能的原因和检查顺序：

（1）排除路由过长或接地干扰等因素（接地干扰需要网络测试仪进行测试），可以从第一个连不上的位置打终端，观察本站是否恢复连接，如恢复连接,观察测试仪点平质量是否上升，恢复终端电阻继续将打下一个从站打终端重复上述工作，直至网络失去连接，这样说明网络由于干扰或路由长问题驱动能力不够，可选择合适位置直接加装中继器使用，（一般选取该段干扰较大的位置前一个从站的出线侧增加，如无干扰问题，选取物理路由中间增加，或检查速率是否合适，必要时降低通讯速率），待进行网络整改后恢复使用。如打终端电阻网络不恢复则继续下面步骤检查。

（2）拆除第一个连不上的模板上的DP总线插头，观察该段后面的从站是否恢复连接，如恢复，更换该从站IM153模板（CBP）。如未恢复继续检查。

（3）检查更换第一个连不上的模板和其上一个站的的DP总线连接器，如未恢复继续检查。

（4）更换此2个从站之间的PROFIBUS电缆（视情况临时拉接应急线路）。

2.3 整个网段中从站间歇性闪断，没有一定规律

可能的原因和查找顺序：

（1）无序的间歇性闪断一般不会是单个从站出现问题，一般没有具体判断思路，干扰和终端电阻缺失的可能性比较大.干扰问题利用测试仪进行检测，观察电平质量波动情况。可采取快速处理方式：直接更换两个终端的PROFIBUS-DP总线连接器，如无中继器或OLM直接跳到第四步（更换主站网卡），中间有中继器或是OLM的区别对待。

（2）带光纤链路和中继器的网络，更换所有的打到终端的PROFIBUS-DP总线连接器。

（3）如果无序闪断的站全部集中在OLM和中继器出线侧，可考虑更换OLM和中继器。

（4）更换主站网卡。

（5）测试网络，观察网络上所有从站的信号波动情况，如波动大检查各从站（重点是现场从站）的干扰和接地情况。必要是单个监控掉网比较频繁的从站，从而加快扫描速度，更容易抓取到故障波形。

3 测试网络质量的方法

（1）示波器测试，通过测试网络信号A、B通道的电压波形来了解网络质量，。PROFIBUS-DP网络电平电压是DC5V，所以分别测量A、B通道的电压就能直观判断电压质量，距离过远，受电缆容性负载影响，波形的直角会变圆弧。信号存在干扰高低电平会有明显毛刺，一般判断网络质量的标准为电压不低于3.5V，干扰不超过0.3V，不存在较大圆弧。

图1 示波器测试图

（2）网络测试仪测试，通过网络测试仪可以直观看出网络电平质量，如下图，判断标准和示波器测试相同。

图2 网络电平质量图

4 结语

由于网络故障具有虚拟化的信号传输和故障定位难等特点，因此成为困扰自动化的重点难点故障之一。熟练掌握处理办法，维护人员处理故障时可以准确判断故障点，判断网络发生的原因。避免以往的出现问题就大面积的更换设备现象，在减少热停的情况下，也降低了职工的劳动强度。