宋光偉 張燕

1 PROFIBUS現(xiàn)場總線的分類

PROFIBUS是Process Field Bus的縮寫，由以SIEMENS公司為主的十三家工業(yè)企業(yè)和五家研究機構(gòu)聯(lián)合推出，是聯(lián)邦德國于九十年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。PROHBUS己經(jīng)成為一種國際化的、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點分為PROFIBUS -DP、PROFIBUS -FMS 和PROFIBUS-PA三個兼容版本。

1.1 PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線信息規(guī)范）

用于解決車間層通用性通信任務(wù)，要求面向?qū)ο螅峁┹^大數(shù)據(jù)量的通信服務(wù)，完成中等速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)。由于它是完成控制器和智能現(xiàn)場設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換，因此它考慮的主要是系統(tǒng)的功能而不是系統(tǒng)的響應(yīng)時間，應(yīng)用過程通常要求的是隨機的信息交換(如改變設(shè)定參數(shù)等)。強有力的FMS向用戶提供了廣泛的應(yīng)用范圍和更大的靈活性，可用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)。主要用于紡織工業(yè)、樓宇自動化、電氣傳動、低壓開關(guān)設(shè)備等一般自動化控制。

1.2 PROFIBUS-PA（過程自動化）

是專為過程自動化而設(shè)計，具有本質(zhì)安全性，主要用于安全性要求較高的場合以及有總線供電的站點。因此，PA尤其適用于化工、石油、冶金等行業(yè)的過程自動化控制系統(tǒng)。

1.3 PROFIBUS-DP（分散外設(shè)）

是一種經(jīng)過優(yōu)化的、高速廉價的通信連接，是專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備層分散加之間的通信而設(shè)計，使用PROFIBUS.DP模塊可取代價格昂貴的24V或0-20mA并行信號線。用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)12Mbps。截至目前，DP的應(yīng)用占整個PROFIBUS應(yīng)用的80%安裝實例，代表了PROFIBUS的技術(shù)精華和特點。

2 PROFIBUS現(xiàn)場總線常見故障分析及處理方法

2.1 線路引起的故障

故障現(xiàn)象：生產(chǎn)過程中，通信網(wǎng)絡(luò)突然出現(xiàn)大面積的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點無法通訊?？刂浦髡綪LC網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示燈提示，網(wǎng)段1出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊故障。

解決方法：通過STEP7的硬件在線監(jiān)控軟件現(xiàn)場監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，核子秤通訊子站以后的網(wǎng)路節(jié)點全部出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊故障。檢查故障點周圍的網(wǎng)線，發(fā)現(xiàn)新增的一處通訊子站的橋架內(nèi)網(wǎng)線出現(xiàn)破損，將破損網(wǎng)線更換后，網(wǎng)絡(luò)通訊恢復(fù)正常。

排查心得：此類故障可以采用逐點排除的方法即用通訊節(jié)點逐個脫網(wǎng)的方法排查此類故障。先從發(fā)生通訊故障網(wǎng)段中選擇離通訊主站最遠(yuǎn)的一個節(jié)點開始，逐一合上節(jié)點插頭上的終端電阻，排查線路故障點。當(dāng)合上某一個節(jié)點的終端電阻后，其靠近主站側(cè)的節(jié)點通訊恢復(fù)正常，基本可以判定故障點就在這個節(jié)點與上個合上節(jié)點之間。

預(yù)防措施：（1）定期檢查橋架內(nèi)的網(wǎng)線，是否存在破損等影響通訊質(zhì)量情況；（2）設(shè)備進(jìn)行局部改造施工時，注意不要損壞已經(jīng)鋪設(shè)的網(wǎng)線。

2.2 通訊端口引起的故障

故障現(xiàn)象：在高壓裝置壓縮廠房進(jìn)行進(jìn)出料過程中，一數(shù)采柜數(shù)次出現(xiàn)突然停機現(xiàn)象。重新啟動生產(chǎn)線后，能夠正常生產(chǎn)。

解決方法：查看觸摸屏的故障信息發(fā)現(xiàn)，該數(shù)采柜存在本地開關(guān)和本地電源開關(guān)置0、ET200通訊故障等故障。當(dāng)發(fā)生子站通訊故障時，在PLC控制器的輸入緩沖區(qū)中的輸入信息會自動復(fù)位到常開狀態(tài)，所以觸摸屏顯示本地開關(guān)和本地電源開關(guān)置0。由此基本上可以判斷該儲絲柜異常停機是其子站的ET200通訊子站通訊故障造成的。檢查ET200通訊模板與DP網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)插頭，發(fā)現(xiàn)插頭緊固螺絲松動，致使子站通訊模板與網(wǎng)絡(luò)插頭接觸不良。更換網(wǎng)絡(luò)插頭并重新緊固后，沒有再出現(xiàn)類似現(xiàn)象。

排查心得：在工作環(huán)境較惡劣的情況下，要定期檢查通信端口，尤其是網(wǎng)段線路的末端，當(dāng)出現(xiàn)無規(guī)律的網(wǎng)絡(luò)末端“掉網(wǎng)”時，很可能是網(wǎng)段末端DP插頭的終端電阻故障造成的，首先要更換網(wǎng)絡(luò)末端的DP插頭。

預(yù)防措施：（1）定期檢查網(wǎng)絡(luò)接頭是否松動、虛接；（2）定期檢查模塊電壓是否正常，壓降是否在允許范圍內(nèi)；（3）定期檢查接地是否規(guī)范，包括動力接地和通訊接地。

2.3 中繼器引起的故障

故障現(xiàn)象：在生產(chǎn)過程中，高壓裝置風(fēng)送段發(fā)生故障停機，同時伴有大面積網(wǎng)絡(luò)通訊故障。

解決方法：現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，多路閥旋轉(zhuǎn)電機停在釋放位置一端，沒有正常反向。通過檢查發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)電機西側(cè)限位開關(guān)發(fā)生線路短路，造成DCS04站內(nèi)的24V空氣開關(guān)保護(hù)。恰好有一中繼器也從這個空氣開關(guān)引出24V電源，開關(guān)一保護(hù)中繼器“掉電”，也就造成了大面積的網(wǎng)絡(luò)通訊故障。單獨給中繼器提供24V電源后，沒有再發(fā)生類似的情況。

排查心得：有些網(wǎng)絡(luò)通訊的故障，并不一定就是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身引起的。故障排查時，在排除網(wǎng)絡(luò)自身設(shè)備故障后，就要圍繞相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查。

預(yù)防措施：網(wǎng)絡(luò)通訊模塊電源一定要單獨從總電柜直接引出，不能從子站電源接入或和其它設(shè)備共用一個電源。因為一旦這個設(shè)備出現(xiàn)短路或這個子站電源中斷，就會使網(wǎng)絡(luò)通訊模塊“掉電”，整個通訊網(wǎng)絡(luò)就會因網(wǎng)絡(luò)通訊模塊電源故障而癱瘓。

3 PROFIBUS現(xiàn)場總線特殊故障的實例分析及預(yù)防措施

3.1 現(xiàn)場總線接口卡件損壞

某廠操作人員反映電氣機構(gòu)的多個電機無法操作，經(jīng)熱控維修人員排查發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)場總線節(jié)點Y-LINK卡上的故障 (Error)“紅燈”亮起，該卡所帶的SIMOCODE電擊的全部信息處干故障狀態(tài)，近20臺電機、開關(guān)信息全部中斷，使該裝置的電機、開關(guān)全部處于癱瘓狀態(tài)。此時采用復(fù)位或者更換卡件是解決問題的最有效的辦法。另外要求廠家寄備件以備再次出現(xiàn)此類情況。

3.2 現(xiàn)場總線連接器連接松動

某化學(xué)水總線調(diào)試期間，運行操作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)臺儀表、閥門的數(shù)據(jù)同時回零，熱控人員根據(jù)軟件診斷，確認(rèn)是某條總線段出現(xiàn)了故障。認(rèn)真排查了現(xiàn)場總線卡、總線電源等都沒有發(fā)現(xiàn)問題；接著檢查從站的總線連接器、連接線頭全松動，造成了線路的斷路，使得通訊陷入癱瘓。安裝期間采用專用壓線器可以消除隱患。

3.3 數(shù)據(jù)量阻塞

工業(yè)以太網(wǎng)上用戶負(fù)載的大小決定數(shù)據(jù)量是數(shù)據(jù)量阻塞的原因，為了滿足工藝的要求，經(jīng)過前期準(zhǔn)備和調(diào)研，對現(xiàn)場總線的設(shè)備進(jìn)行合理選型，利用調(diào)試，我們對操作員站和總線通訊容量進(jìn)行了驗證，在預(yù)算范圍內(nèi)選出最優(yōu)的硬件配備方案，使得今后數(shù)據(jù)阻塞的故障隱患可能降為最低。

3.4 操作員站死機

針對操作界面的死機，原因有兩個：一是控制器時間程序系統(tǒng)占用大量內(nèi)存，造成控制器運行內(nèi)存不夠而死機；二是病毒導(dǎo)致死機。后者我們使用定期升級病毒庫的方法使得可能性在運行期間基本沒有出現(xiàn)。前者我們升級了軟件版本，把死機的可能性降到最小，使得隱患發(fā)生率達(dá)到最小。

結(jié)束語

現(xiàn)場總線作為一種典型的實時分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，己經(jīng)成為目前最受關(guān)注的控制網(wǎng)絡(luò)，它在世界上特別是工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也給它帶來了新的要求和新的發(fā)展契機，本文對PROFIBUS總線在現(xiàn)場應(yīng)用中的故障及處理方法進(jìn)行了分析總結(jié)，以期為從事相關(guān)總線技術(shù)的人員發(fā)現(xiàn)解決故障問題提供幫助。

[1]侯維巖，費敏銳.PROFIBUS協(xié)議分析和系統(tǒng)應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2006.

[2]李正軍.現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2005.