西门子400PLC系统DP网络故障处理与预防研究

谭翔宇

（江西新钢环保科技有限公司，江西新余 338001）

DP 网络是西门子400PLC 的重要组成部分，负责实现设备间的通信与控制。然而，在实际应用过程中，由于各种原因可能导致其DP 网络出现故障。针对这些故障需进行深入的研究，以找出故障原因，提出有效的处理方法，并制订预防措施，确保400PLC系统DP 网络的稳定、可靠运行。

1 西门子400PLC系统DP网络故障分析

（1）网络物理层故障。①光纤故障。主要表现为信号传输过程中出现丢失或错误。光纤故障的原因可能有：光纤本身质量问题、光纤接头连接不良、光纤长度超过规定范围等[1]。②接头故障。可能导致信号传输中断或错误。接头故障的原因有：接头材料质量问题、接头接触不良、接头氧化等。③线路故障。如线路短路、断路等，可能导致整个网络瘫痪。线路故障的原因有：线路老化、线路施工不当、线路受到外部干扰等。

（2）网络协议层故障。①数据包丢失。可能是由于网络干扰、线路故障、传输延迟等原因导致的。数据包丢失会导致接收方PLC 无法收到预期的数据，从而影响系统的正常运行。②数据包重复。可能是由于网络中的数据包冲突、通讯卡故障等原因引起的，导致接收方PLC 收到重复的数据，从而影响系统的正常运行。③数据包错误。可能是由于数据包在传输过程中受到干扰、通讯卡故障、数据包长度错误等原因导致的。数据包错误会导致接收方PLC 收到错误的数据，从而影响系统的正常运行。

（3）设备配置与参数设置故障。①设备配置不正确。在PLC 系统设备配置过程中，可能会出现设备类型选择不当、设备地址分配错误等问题，这可能导致PLC 系统无法正确识别和控制相关设备，进而引发DP 网络故障。②参数设置不合理。PLC 系统中的参数设置对设备的运行状态和性能具有重要影响，如果参数设置不合理，可能导致设备运行不稳定，从而引发DP 网络故障。例如，可能出现通信速率设置过高或过低、传输距离设置不合理等问题[2]。③设备参数与实际需求不匹配。在设备配置和参数设置过程中，可能未充分考虑实际工程需求，导致设备参数与实际需求不匹配，这可能导致设备运行效果不佳，从而引发DP 网络故障。

2 西门子400PLC系统DP网络故障处理

2.1 网络物理层故障处理

（1）光纤故障处理。①针对光纤可能存在的故障，应定期用反射仪检查光纤的通讯质量和状态，并根据检查结果及时更换不达标的光纤。同时，在选择光纤时，要确保其符合西门子400PLC系统DP网络的要求，以保证信号传输的稳定性和可靠性。②处理光纤接头连接不良时，需检查光纤接头的连接状态，如果发现连接不良，应立即重新连接。同时，要确保光纤接头在使用过程中保持良好的状态，避免受到污染和损坏。如果光纤接头需更换，应选择与原有接头相同类型和规格的新接头，以保证连接的稳定性。③调整光纤长度时要保证融接质量、控制融接损耗。同时应注意光纤的弯曲半径不小于光纤外径的15倍，以保证信号传输的损耗正常。

（2）接头故障处理。①选择接头时，应尽量使用西门子原厂的DP 头，其具有较好的耐腐蚀性和稳定性，以适应不同的环境条件；具有良好的电气性能，以确保信号传输的稳定性和可靠性；具有足够的机械强度，以抵抗外部力的作用，防止接头断裂。②针对接头接触不良的问题，应定期清洁接头表面，使用专用的清洁剂清除接头表面的污垢；对于长期未使用的接头，应进行充分的预处理，如涂抹适量的导电膏，以确保接头具有良好的接触性能。③氧化。应尽量避免接头暴露在腐蚀性气体和潮湿的环境中，以降低接头氧化的风险。

（3）线路故障处理。①需根据实际应用场景选择合适的线材，如耐磨、耐腐蚀、抗紫外线等性能较好的线材。定期对线路进行检查，发现线路老化、磨损等问题及时进行更换。在易受外部环境影响的地方，加强线路的防护措施，如加装护套、引入接线盒等。②需按照相关规范进行线路施工，保证线路的布局、接线等符合要求。在施工过程中，加强对线路的检查，发现施工不当的地方及时进行整改[3]。加强对施工人员的培训，提高其技能水平，确保线路施工质量。③可选择合适的通讯线，如使用屏蔽线材，以减小外部干扰对通信讯号的影响。避免通讯线路与强电、电力线路过于接近，减小电磁干扰。

2.2 网络协议层故障处理

（1）数据包丢失处理。检查网络线路的连接是否正确，网络设备是否正常工作，如交换机、网关等；检查网络电缆是否损坏、接头是否松动等。同时，网络带宽不足也可能导致数据包丢失，可选择升级网络设备、增加网络设备等措施提高网络带宽。针对网络参数设置不当的问题，需调整网络参数，如降低网络传输速率、增加数据包重传次数等，减少数据包丢失的概率。网络拓扑结构不合理也可能导致数据包丢失，可尝试优化网络拓扑结构，如增加中继器、改变网络路径等。通过优化网络拓扑结构，可提高网络的可靠性和稳定性，从而减少数据包丢失。

（2）数据包重复处理。①针对数据包重复处理，可使用冗余网络架构。通过布署冗余网络架构，可有效避免数据包在网络中的重复传输。在冗余网络中，每个网络节点都有多个连接，数据包可通过多个路径传输，从而降低重复发生的概率。②配置网络时钟同步。网络时钟同步可确保网络中所有节点的时钟保持一致，从而避免因时钟不同步导致的数据包重复。通过配置网络时钟同步，可确保数据包在正确的时间点进行传输和接收。③检查网络设备配置。定期检查网络设备的配置，确保网络参数设置正确。对于配置错误导致的数据包重复，可通过修改网络参数进行解决。

（3）数据包错误处理。①需对数据包进行正确性检查。接收方在接收到数据包后，需对其进行校验，以判断数据包是否在传输过程中发生错误。这一步骤通常通过检查数据包的校验来实现。如果校验正确，则认为数据包传输正确；如果校验错误，则说明数据包在传输过程中发生错误，需进行重传或采取其他措施。②需对数据包进行差错处理。在数据包错误处理中，对于接收到的错误数据包，需进行相应的差错处理。常见的差错处理方式包括丢弃错误数据包、请求重传错误数据包、通过冗余机制纠正错误数据包等。在实际应用中，要根据具体情况选择合适的差错处理方式，以保证系统的正常运行。③还需对数据包进行异常处理。例如，当网络中断时，及时通知相关设备进行重连；当设备故障时，及时进行故障排查和处理。

2.3 设备配置与参数设置故障处理

（1）调整设备配置。在设置设备参数时，需参考设备说明书，根据生产过程的实际需求进行设置。主要涉及的参数包括设备地址、通信速率、数据格式等。同时，在设备调试过程中，需对设备进行功能测试，确保设备能够正常运行，具体包含检查设备的通信功能，确保设备能够与其他设备正常通信；检查设备的控制功能，确保设备能够根据生产过程的需求进行控制；检查设备的保护功能，确保设备在异常情况下能够及时采取保护措施。

（2）优化参数设置。①优化通信参数。在DP 网络中，通信参数设置不合理会导致通信不稳定，甚至无法通信，因此，需对通信参数进行优化，包括通信速率、通信距离、通信周期、重传机制等。②优化设备参数。设备参数设置不合理会导致设备无法正常工作，甚至损坏设备，因此，需对设备类型、设备地址、设备功能等设备参数进行优化，保证设备的正常工作和设备的安全性。③优化网络参数。网络参数设置不合理会导致网络不稳定，甚至网络瘫痪，因此，需对网络参数进行优化，包括网络拓扑结构、网络地址分配、网络通信协议等。通过对这些参数的优化，可以保证网络的稳定性和可靠性。

（3）设备重启与重置。设备重启是指通过重新启动设备来恢复其正常运行。①关闭设备的所有外部电源，包括电源插头和电池；②等待10 s 左右，以确保设备完全断电；③重新连接电源，并打开设备电源开关[4]；④等待设备启动并进入正常运行状态。需注意的是，设备重启操作可能会导致设备中的数据丢失，因此在重启前，应尽量备份重要数据。

设备重置是指通过恢复设备出厂设置来消除故障。①关闭设备的所有外部电源，包括电源插头和电池；②等待10 s 左右，以确保设备完全断电；③按住设备的重置按钮，并保持10 s；④松开重置按钮，重新连接电源，并打开设备电源开关；⑤等待设备启动并进入正常运行状态。设备重置操作会将设备中的所有数据清空，因此在重置前，应尽量备份重要数据。

2.4 案例分析

江西新钢环保科技有限公司的工控系统是以西门子400PLC 作为主控制器，通过光纤+DP 总线电缆组成的混合通讯网络。在生产过程中，会时常出现子站掉站的问题，造成部分设备无法正常运行。经过现场检查，发现出现掉站故障主要有以下几种情况。

（1）DP 头故障。制做DP 头时未按照规范要求制做，造成电缆芯线与DP 头接触不良，网络通讯时断时续。

（2）DP 头电阻开关。DP 头上有一个电阻开关，一定要根据设备在DP 网络中所处位置进行合理设置，否则会造成通讯报错。

（3）OLM 问题。当出现某个子站或区域的DP通讯报错应第一时间检查OLM 的状态，先确认电源及光纤通讯灯是否正常，如有条件可使用光功率计对光功率进行测量，正常值应在–25～–15 dBm，如以上正常应对总线及DP 头进行重点检查。

（4）PLC 参数设置不当。PLC 的DP 通讯参数设置中，存在一些不合理的设置，如超时设置过短、数据刷新率过高、传输速率过大等。特别是波特率的设置，如在DP 通讯故障排查中已进行认真排查，但故障一直无法解决，可尝试将传输速率设置到9.6 Kbit/s，如通讯恢复正常则可在后续的处理中更换原厂总线电缆和DP 头，排查干扰源来解决问题。

3 西门子400PLC系统DP网络故障预防

3.1 设备选用与安装

在进行设备选型时，应根据实际生产需求，选择符合系统要求的DP 网络设备。挑选具备良好品质和稳定性能的品牌设备，确保生产过程的连续性和安全性。同时，考虑硬件性能，包括处理速度、内存容量、输入/输出点数等，确保设备具备足够的性能应对生产过程中的数据处理需求。选择支持DP 协议的通信设备，保证设备间通信的稳定性和可靠性。也要考虑设备是否支持扩展模块，以满足生产过程中可能出现的性能升级需求。对于易受干扰的设备，应采取相应的抗干扰措施，如屏蔽、接地等。

3.2 网络拓扑结构设计

根据实际生产环境和需求，选择合适的网络拓扑结构，可有效降低故障发生的风险。星型结构是一种简单且易于维护的网络拓扑结构，适用于规模较小、设备数量不多的场景。通过将所有设备连接至一个中央设备（如PLC），可降低设备间通信的复杂性，提高网络稳定性。环型结构适用于设备间通信需求较高的场景。通过将设备连接成一个环，可实现设备间的快速通信，同时，环型结构具有一定的容错能力，当某个设备发生故障时，不会影响整个网络的运行。总线型结构适用于大规模、设备数量众多的场景。通过在生产现场布置一条主干线，将各个设备连接至主干线，可降低设备间通信的线缆成本，同时，总线型结构具有较强的容错能力，当某段线缆发生故障时，不会影响其他设备的正常运行。

3.3 网络管理与维护

通过定期对DP 网络进行监控，检查网络状态，如设备连接状态、通信状态等，发现异常情况可及时处理[5]。当网络出现故障时，应迅速展开故障排查。通过网络监控系统了解故障设备及故障现象；对故障设备进行详细检查，分析故障原因；采取相应措施修复故障设备，恢复网络正常运行。此外，需定期对网络设备进行维护和保养，确保设备性能稳定。对于易损件，如线缆、接头等，应定期检查更换，防止因设备老化导致故障。

4 结束语

综上所述，对于西门子400PLC 系统DP 网络故障的处理和预防，需从多方面入手，综合考虑设备、人员和维护等多个因素。只有做到未雨绸缪、防患于未然，才能提高DP 网络的稳定性和可靠性，降低故障率，确保生产过程的正常进行。