張 巖

秦皇島港務(wù)股份有限公司第九分公司，河北秦皇島 066000

PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障診斷及優(yōu)化

張 巖

秦皇島港務(wù)股份有限公司第九分公司，河北秦皇島 066000

在工業(yè)控制方面，PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)是一種常見的工業(yè)總線型網(wǎng)絡(luò)。我公司裝船機以前常發(fā)生PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)閃斷故障，我們通過故障統(tǒng)計和分析，查找到了可能引發(fā)故障的部位，并安裝了中繼器，增強了網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，解決了設(shè)備故障。

PROFIBUS-DP；網(wǎng)絡(luò)；通訊故障

1 立項背景

1）裝船機的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由Control-Net網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組成。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)是AB-PLC系統(tǒng)的控制器與外圍其他設(shè)備實現(xiàn)通訊的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于裝船機控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計中存在一定的問題，且在后期的一些設(shè)備改造項目中我們增加了一些新的設(shè)備，導致裝船機控制系統(tǒng)中PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊不穩(wěn)定的故障。

2）經(jīng)過現(xiàn)場勘查和經(jīng)驗總結(jié)，以及與西門子公司的專家進行溝通論證，我們初步確定了該故障發(fā)生的原因主要由以下幾個方面組成：通訊線路原因，電纜中間的屏蔽層斷開或屏蔽層兩端未可靠接地；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題，由于前期改造在PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)增加了幾個新的設(shè)備，造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，抗干擾能力差；外部環(huán)境問題，由于變頻器起停時產(chǎn)生的諧波較大，影響通訊。

3）綜上原因，我們決定對裝船機的PROFIBUS-DP控制網(wǎng)絡(luò)實施整改和改造，以便降低設(shè)備的故障率。

2 故障分析

1）檢查故障現(xiàn)象，記錄故障狀態(tài)。我們通過長期記錄裝船機PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生時的故障報警記錄，通過數(shù)據(jù)記錄，篩選出其中的發(fā)生短時不穩(wěn)地故障的站點，得到了如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)站點故障統(tǒng)計。

圖1

2）檢查可能引發(fā)故障的部位，開展深入的技術(shù)分析。由之前得到的統(tǒng)計結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)：這些可能引發(fā)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊故障的站點全部都安裝在室外，屬于通訊線路走線布置環(huán)境惡劣且線路較長的站點部分。

3）根據(jù)分析結(jié)果，查找故障的根本原因。在分析故障統(tǒng)計結(jié)果的同時，我們還采取了一些手段來排除可能存在的故障誘因。首先，我們測量了變頻器的CBP2通訊板的供電電壓以及他設(shè)備的電源電壓，用示波器捕捉了電壓的波形圖，并未發(fā)現(xiàn)異常，這就排除了是由于供電電源不穩(wěn)定引發(fā)故障的可能。其次，我們更換了變頻器CUVC的通訊板和AFE柜的CBP2通訊板，發(fā)現(xiàn)故障依舊，這也就排除了由于變頻器通訊板不穩(wěn)地工作造成的故障可能。

通過對照PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)配置圖，我們發(fā)現(xiàn)可能存在問題的網(wǎng)絡(luò)站點距離PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)模塊通訊距離較大，參考PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊波特率和通訊距離的關(guān)系原則，我們懷疑這個PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)地故障的原因是由于通訊距離太長與通訊速率偏高造成的。

裝船機使用的500K的網(wǎng)絡(luò)波特率，通訊電纜長度約為390m，已近接近500K通訊波特率的最大距離，這是可能造成通訊效果不好的一個原因。如果將通訊波特率修改為187.5K，又會造成影響通訊效果，有可能產(chǎn)生通訊過程中的數(shù)據(jù)丟包的現(xiàn)象，造成裝船機的動作延遲。因此，PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)降速的可行性不高。

3 改造方案

1）制定整改和改造方案。根據(jù)之前的分析結(jié)果，我們基本上確定了裝船機的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊不穩(wěn)定故障主要是由于個別站點間的通訊線路有問題以及通訊線路長度接近極限所導致。針對上述原因，我們計劃采取以下措施以解決這個故障。

2）查找室外網(wǎng)絡(luò)站點之間通訊線路的破損情況，如確實嚴重，則更換線路。同時將通訊線路與動力纜間隔過近的電纜進行分隔處理，按要求盡量做到間隔10cm以上。

3）全面檢查整個PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的接地系統(tǒng)和各個站點的通訊接地是否良好。同時還要檢查PROFIBUS D型9針插頭的內(nèi)部接線情況、多芯軟線電纜端頭鍍錫處理。要求電纜屏蔽必須可靠與插頭接觸，嚴格按D型插頭內(nèi)圖例規(guī)范剝線和安裝。

4）在電氣室增加一臺DP網(wǎng)絡(luò)中繼器，將電氣室內(nèi)的站點與電氣室之外的站點隔離開，一方面增大傳輸距離，另一方面中繼器將傳動通訊網(wǎng)絡(luò)與室外部分隔離（室內(nèi)線路穩(wěn)定性好，室外工況復雜，易造成總線故障），增加通訊質(zhì)量。增加中繼器后，室內(nèi)部分的站點直接接入PLC的DP網(wǎng)絡(luò)模塊，室外部分站點的繼續(xù)分為兩路分別接入中繼器的兩路出口。由于中繼器的效果，將整個網(wǎng)絡(luò)的最大通訊距離增大到800m，不但增加了通訊效果和最大距離，還為以后增加其他的設(shè)備站點奠定了基礎(chǔ)。修改后的網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖2。

圖2

通過實施上述改造后，我們又統(tǒng)計了近幾個月設(shè)備運行情況，發(fā)現(xiàn)：原有的網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定故障次數(shù)已經(jīng)趨近于零?；窘鉀Q了裝船機發(fā)生的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊不穩(wěn)定故障。

［1］程金良，單恩芝，林海，等.Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)故障及診斷［J］.冶金自動化，2013，37（4）.

［2］陳衛(wèi)國，陶慶才，盧錦川，等.基于Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的故障分析及診斷［J］.制造技術(shù)與機床，2012（10）.

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1674-6708（2016）167-0102-01

張巖，秦皇島港務(wù)股份有限公司第九分公司。