【摘要】：本文列舉了兩例在實(shí)際調(diào)試過程中出現(xiàn)的現(xiàn)場總線通信故障現(xiàn)象，并且從理論上對這些故障進(jìn)行分析和探討，成功的找了問題的解決方法，并以Profibus現(xiàn)場總線的施工調(diào)試經(jīng)驗(yàn)為例分析總結(jié)了一些通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在施工過程中應(yīng)該注意的問題，為今后的其他項(xiàng)目工程的通訊網(wǎng)絡(luò)的施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)場總線、干擾、基礎(chǔ)自動、通信網(wǎng)絡(luò)

前言

近些年來工控領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展越來越快，呈現(xiàn)模塊化、智能化、和網(wǎng)絡(luò)化。尤其在大型工廠的實(shí)際應(yīng)用中，從底層的控制級基礎(chǔ)自動化到管理層的EPR甚至更高級的系統(tǒng) ，完全由通信網(wǎng)絡(luò)來支撐和構(gòu)架，通信網(wǎng)絡(luò)在期間起到了至關(guān)重要的作用，比如現(xiàn)場總線的故障將直接導(dǎo)致工廠的神經(jīng)末梢檢測或者控制不準(zhǔn)確或者失靈，一旦網(wǎng)絡(luò)通信的某個局部出現(xiàn)問題，將影響到整個系統(tǒng)甚至癱瘓，而系統(tǒng)的癱瘓或奔潰將給生產(chǎn)直接帶來巨大的損失。因此在對通信網(wǎng)絡(luò)施工的過程也應(yīng)引起足夠的重視，避免因施工質(zhì)量導(dǎo)致事故的發(fā)生。

問題的提出： 例1.在重慶鋼鐵4100mm寬厚板工程聯(lián)動試車的過程中，冷床主控室至冷床托盤鏈條傳動電機(jī)Profibus DP通訊時有時無，通訊出現(xiàn)暫時中斷現(xiàn)象，通訊丟失命令，變頻傳動裝置無法啟動。由于該工廠所有系統(tǒng)自動化程度較高，幾乎所有的動作均依靠計(jì)算機(jī)操作，通訊中斷后整個冷床的400多臺電機(jī)無法動作，鋼板無法上床，導(dǎo)致軋機(jī)和加熱爐停止出鋼。通過現(xiàn)場分析確定是干擾導(dǎo)致通訊中斷，采取DP線屏蔽重復(fù)接地后，通訊正常。

例2.霸州2x50T轉(zhuǎn)爐一期工程的熱負(fù)荷生產(chǎn)中，從主PLC控制室到7米平臺遠(yuǎn)程站的通訊中斷，致使兩組傾動電機(jī)無法正常工作，煉鋼爐中的鋼水無法傾倒出去，鋼水冷卻后導(dǎo)致煉鋼爐報廢，損失巨大。經(jīng)查后發(fā)現(xiàn)，通訊電纜路經(jīng)一段比較熱的區(qū)域，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中溫度升高過快導(dǎo)致電纜破損。經(jīng)重新更換電纜并做熱隔離措施后，恢復(fù)通訊。

理論分析：在工廠的實(shí)際應(yīng)用中 ，比較常見的通訊方式為光纖、以太網(wǎng)線（超五類網(wǎng)線）和DP總線，而最容易出現(xiàn)問題的同時也是最常用的一級基礎(chǔ)自動化的DP總線 ，該現(xiàn)場總線往往所處環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜。又由于通訊總線傳輸都是低電壓，小電流，屬于弱電裝置，易受到現(xiàn)場的電磁干擾 ，熱輻射，和潮濕環(huán)境的腐蝕等等。該總線通訊網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1. DP總線是由主從構(gòu)造組成，主站和從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是主站按照確定的遞歸順序自動進(jìn)行，因此只要一個從站或者某一處出現(xiàn)通訊故障，則該站之后的所有通訊將中斷，進(jìn)而影響到整個網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)現(xiàn)。

2. DP總線常采用的是RS485接口，是平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，其電氣特性表現(xiàn)為邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2-6）V表示；邏輯“0”以兩線見得電壓差為-（2-6）V表示。從上可以看出傳輸?shù)男盘柺堑碗妷盒‰娏?，發(fā)射和接收都是屬于弱電電路，因此易于受到現(xiàn)場的電磁干擾 。

3. 在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù)，這個長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。以使用24AWG銅芯雙絞電話電纜(線徑為0.51mm)，線間旁路電容為52.5PF/M，終端負(fù)載電阻為100歐為例可知，當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時，則電纜長度被限制在1200M。實(shí)際上，這個理論值是很保守的，在實(shí) 用時是完全可以取得比它大的電纜長度。 當(dāng)使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。例如：當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率為600Kbit/S時，采用24AWG電纜，經(jīng)計(jì)算最大電纜長度是200m，若采用19AWG電纜(線徑為0.91mm)則電纜長度將可以大于200m； 若采用28AWG 電纜(線徑為0.32mm)則電纜 長度只能小于200m。

解決辦法：在施工的過程中 ，往往由各種原因會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊的質(zhì)量，依據(jù)以上的理論分析，結(jié)合以往的施工調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，下面介紹幾個方面的施工措施來減少網(wǎng)絡(luò)通信故障，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1. 完善接地系統(tǒng)，良好的接地系統(tǒng)是整個網(wǎng)絡(luò)通訊正常運(yùn)行的必要條件，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通訊故障有2/3是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)原因?qū)е隆Ｒ虼吮仨氂斜ＷC系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)接地，且系統(tǒng)接地阻值要小于1歐。網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備（包括收、發(fā)信號的電子裝置和通訊電纜）應(yīng)有單獨(dú)的接地，要保證通訊裝置的數(shù)字地唯一且電位穩(wěn)定，一定要與防雷接地，電氣系統(tǒng)接地等分開，防止接地系統(tǒng)間相互污染。

2.注意屏蔽接地。網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)屬于弱電系統(tǒng)，非常容易受到電磁的干擾，而實(shí)際現(xiàn)場電磁干擾嚴(yán)重，現(xiàn)場幾乎80%以上的通訊故障都是由于干擾引起的；為了減少和消除干擾，屏蔽接地在網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中顯得尤為重要。如果屏蔽層沒有接地或者接地不牢，就會引起地環(huán)路電流，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)又會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。影響通訊裝置內(nèi)邏輯電路和數(shù)字電路的正常工作。因此通訊電纜的屏蔽層接地必須牢固可靠。以Profibus Dp 通訊電纜為例，DP電纜的屏蔽必須與連接器上的金屬完全接觸并符合規(guī)定的長度，而且還應(yīng)用電纜夾子使屏蔽層與接地金屬二次接地?，F(xiàn)象1中的通訊故障就是因?yàn)槠帘螌記]有二次接地，通訊電纜受到了電磁干擾。

3. 合理布線：為了盡量減少電磁干擾 和靜電干擾，通訊電纜的敷設(shè)應(yīng)盡量單獨(dú)布線，嚴(yán)禁和動力電纜混合，必須與動力電纜分開走線槽，當(dāng)二者無法滿足分開走線要求或者動力電源電纜與通訊電纜的間距小于15CM時，必須在信號電纜和電源電纜之間設(shè)置屏蔽用的金屬隔板，并將隔板可靠接地。在隔離效果不佳的情況下還必須使用特殊的屏蔽套管，如穿鍍鋅鋼管敷設(shè)等。其次，應(yīng)合理的布置通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝地點(diǎn)。一般，通訊網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備應(yīng)成套成柜組裝，并且安裝地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，特別要遠(yuǎn)離高壓電器，且應(yīng)與變頻器、低壓配電、高頻開關(guān)電源隔離安裝，在空間上對干擾源進(jìn)行隔離。

4.優(yōu)化布線路經(jīng)：從之上的理論分析可知，網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量往往還受到通訊電纜長度的制約。在實(shí)際施工的過程中 ，橋架路徑十分復(fù)雜，從通訊A點(diǎn)到通訊B點(diǎn)的路經(jīng)很多 ，要盡量縮短通訊A、B兩地的電纜敷設(shè)距離，減少通訊電纜的拐彎數(shù)量，因此就必須優(yōu)化通訊電纜路經(jīng)，盡量使通訊電纜走直線，減少通訊電纜的長度，把通訊電纜的敷設(shè)長度控制在允許的范圍內(nèi)。

5.通常通訊電纜比較柔軟和嬌貴，而且不可對接，一般不帶鎧甲不防火不耐熱，因此在敷設(shè)的過程中必須遠(yuǎn)離熱源，盡量不受到熱源輻射，在必須經(jīng)過熱源區(qū)域應(yīng)做隔熱措施；在敷設(shè)的過程中避免因拖拽力過大而導(dǎo)致電纜的內(nèi)芯或者屏蔽損壞；同時，應(yīng)該注意通訊電纜是否受機(jī)械動力，在易受到機(jī)械動力的地方應(yīng)該使用保護(hù)管敷設(shè)，盡量使用暗埋鍍鋅鋼管保護(hù)。

6.從管理上加強(qiáng)質(zhì)量控制，實(shí)施質(zhì)量預(yù)控措施，重點(diǎn)加強(qiáng)施工的過程質(zhì)量控制。以動態(tài)控制為主，按照質(zhì)量計(jì)劃定期定點(diǎn)對通訊網(wǎng)絡(luò)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，與施工質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行對比，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量目標(biāo)偏差，徹查目標(biāo)偏差產(chǎn)生的原因，對產(chǎn)生通訊網(wǎng)絡(luò)施工質(zhì)量偏差的因素進(jìn)行合理的改進(jìn)，以便消除質(zhì)量偏差。合理設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)通訊電纜的敷設(shè)進(jìn)行重點(diǎn)把握，尤其是電纜的拐彎處敷設(shè)，與動力電纜的交叉等進(jìn)行質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)控制，使得通訊網(wǎng)絡(luò)施工符合預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)，減少因施工而帶來的質(zhì)量事故。

結(jié)束語：通常，在大型的電氣設(shè)備安裝施工中，通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)施工往往在最后階段進(jìn)行，由于工期和組織施工的緊迫性，本論文的一些施工方法對網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的施工具有參考意義，能最大的限度的減少在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，對整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

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3. 西門子PROFIBUS-PA 應(yīng)用技術(shù)手冊