profibus-DP 通讯故障，如何进行分析和排除

随着自动控制技术的发展， 现场总线技术在工业控制中的应用越来越广泛， 总线的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行。某轧钢厂精轧机采用全自动轧钢， 所有辊道控制都参与自动， 某一辊道出现故障则自动轧钢就取消。辊道分为8大组19小组， 每小组采用一套西门子PLC37-300来进行逻辑控制， 驱动采用变频器。这19套PLC通过通讯模块CP342-5和双绞线联起来组成DP网络， 与SIMADYN D进行通讯。子站4～20在主控室内， 距离SIMADYN D控制室有30 m的直线距离， 而子站22～25在另一配电室， 距离主控室100 m的直线距离。通讯电缆的走向是从SIMADYN D柜到主控室再到另一配电室。运行一段时间后， 经常出现通讯中断或某些子站经常报通讯故障， 影响自动控制， 为此， 进行仔细排查。

1 故障现象

故障1， 调试期间， 只要送电就偶尔报通讯故障， 各子站随机出现通讯故障， 特别是22~25这4个子站尤为频繁。粗略检测回路电阻， 阻值为112 Ω左右， 阻值在正常范围内。

故障2， 正常生产时， 各子站随机出现通讯故障， 导致跳闸而无法生产。粗略检测回路电阻， 阻值为85Ω， 阻值不在正常范围内。

故障3， 正常生产中， 当辊道运行时偶尔22~25子站报通讯故障， 造成跳闸， 也无法生产， 辊道不运行时没有问题。粗略测量阻值为112 Ω， 阻值在正常范围内。

故障4， 正常生产中， 偶尔部分子站报通讯故障， 造成跳闸现象， 但不频繁。粗略检测回路电阻，阻值在112Ω以上， 偶尔有波动， 阻值在正常范围内。

2 故障分析及解决

1） 对故障1， 首先检查接线顺序问题， 通讯DP头A、 B端子的电缆是否有接反现象， 其次看接线是否有不良现象， 然后测量总线上的回路电阻值， 理论上电阻值在110 Ω左右就没有问题；偶尔报通讯故障一般就是信号衰减的问题， 主要有接线和通讯头两方面原因， 但通过测量， 这2个原因都能排除；计算此通讯双绞线的长度， 直线距离150 m左右， 但加上电缆是曲折敷设的并且进出子站都有一定的长度， 此电缆的总长度应该在260 m左右， 这样就会导致信号的衰减以至于通讯不正常。临时敷设光缆成本高， 于是考虑在子 站22~25所在的配电室配加1个RS485中继器， 对信号进行稳定。加装中继器后，通讯稳定。

2） 对故障2， 检查两端的DP通讯头， 发现末尾的DP通讯头阻值异常， 应该是220 Ω， 却只有140Ω左右， 更换正常DP通讯头后， 恢复正常。

3） 对故障3， 按照经验， 先判断是否是故障1、 2，测量阻值为112 Ω， 阻值在正常范围内， 电缆也没有新增， 应该不是以上故障。但是辊道运行时报故障，判断是辊道运行导致故障的发生， 应是电磁干扰、 变频电机在运行时影响通讯所致。在电缆隧道中， 通讯电缆与电机的动力电缆是在一起的。为证实这一判断把这4个子站所带的电机全部停下， 然后试车，发现不再报通讯故障， 因此， 故障原因就是电磁干扰。重新敷设通讯电缆， 更换路径， 避免和动力电缆同隧道。更换完毕后， 经过长时间观察效果良好。

4） 对故障4， 在经过故障1、 2、 3排查后， 故障原因是干扰。处理干扰首先检查接地， 接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均， 不同接地点间存在地电位差， 引起地环路电流，影响系统正常工作。通讯系统要求一端接地， 或是将相关做成一个系统接地。在测量中发现屏蔽对地阻值非常大， 超出了20 kΩ。通过在开始端接地， 试车后正常。说明当初施工时遗漏了接地， 造成信号干扰故障。

3 Profibus DP现场总线故障总结遇到的现场总线故障都是前期设计不完善以及施工不严谨造成的， 因此， 在规范设计时， 要注意以下几点：

1） 注意通讯类型的标准。通讯类型不同， 各自的规范也不尽 。

2） 注意电缆的选择和敷设。电缆类型是解决电磁干扰的一个重要手段。如采用铜带铠装屏蔽电力电缆， 就能降低动力线生产的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输， 信号电缆应按传输信号种类分层敷设， 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号， 避免信号线与动力电缆靠近平行敷设， 以减少电磁干扰。有条件的话， 通讯电缆可以单独路径敷设。

3） 注意系统的接地。Profibus DP通讯可以在控制柜内接地，当通讯线中间有接头时， 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理， 一定要避免多点接地， 最好是整个系统有一个统一接地， 避免接地不一造成故障。