PROFIBUS-DP网络故障诊断及优化

张 岩

秦皇岛港务股份有限公司第九分公司，河北秦皇岛 066000

PROFIBUS-DP网络故障诊断及优化

张 岩

秦皇岛港务股份有限公司第九分公司，河北秦皇岛 066000

在工业控制方面，PROFIBUS-DP网络是一种常见的工业总线型网络。我公司装船机以前常发生PROFIBUSDP网络闪断故障，我们通过故障统计和分析，查找到了可能引发故障的部位，并安装了中继器，增强了网络传输能力，解决了设备故障。

PROFIBUS-DP；网络；通讯故障

1 立项背景

1）装船机的控制系统网络由Control-Net网络和PROFIBUS-DP网络组成。PROFIBUS-DP网络是AB-PLC系统的控制器与外围其他设备实现通讯的一种网络结构。由于装船机控制系统在网络构架设计中存在一定的问题，且在后期的一些设备改造项目中我们增加了一些新的设备，导致装船机控制系统中PROFIBUS-DP网络可能出现网络通讯不稳定的故障。

2）经过现场勘查和经验总结，以及与西门子公司的专家进行沟通论证，我们初步确定了该故障发生的原因主要由以下几个方面组成：通讯线路原因，电缆中间的屏蔽层断开或屏蔽层两端未可靠接地；网络结构问题，由于前期改造在PROFIBUS-DP网络增加了几个新的设备，造成网络结构不合理，抗干扰能力差；外部环境问题，由于变频器起停时产生的谐波较大，影响通讯。

3）综上原因，我们决定对装船机的PROFIBUS-DP控制网络实施整改和改造，以便降低设备的故障率。

2 故障分析

1）检查故障现象，记录故障状态。我们通过长期记录装船机PROFIBUS-DP网络故障发生时的故障报警记录，通过数据记录，筛选出其中的发生短时不稳地故障的站点，得到了如图1所示的网络站点故障统计。

图1

2）检查可能引发故障的部位，开展深入的技术分析。由之前得到的统计结果，我们发现：这些可能引发PROFIBUS-DP网络通讯故障的站点全部都安装在室外，属于通讯线路走线布置环境恶劣且线路较长的站点部分。

3）根据分析结果，查找故障的根本原因。在分析故障统计结果的同时，我们还采取了一些手段来排除可能存在的故障诱因。首先，我们测量了变频器的CBP2通讯板的供电电压以及他设备的电源电压，用示波器捕捉了电压的波形图，并未发现异常，这就排除了是由于供电电源不稳定引发故障的可能。其次，我们更换了变频器CUVC的通讯板和AFE柜的CBP2通讯板，发现故障依旧，这也就排除了由于变频器通讯板不稳地工作造成的故障可能。

通过对照PROFIBUS-DP网络配置图，我们发现可能存在问题的网络站点距离PROFIBUS-DP网络模块通讯距离较大，参考PROFIBUS-DP网络通讯波特率和通讯距离的关系原则，我们怀疑这个PROFIBUS-DP网络不稳地故障的原因是由于通讯距离太长与通讯速率偏高造成的。

装船机使用的500K的网络波特率，通讯电缆长度约为390m，已近接近500K通讯波特率的最大距离，这是可能造成通讯效果不好的一个原因。如果将通讯波特率修改为187.5K，又会造成影响通讯效果，有可能产生通讯过程中的数据丢包的现象，造成装船机的动作延迟。因此，PROFIBUS-DP网络降速的可行性不高。

3 改造方案

1）制定整改和改造方案。根据之前的分析结果，我们基本上确定了装船机的PROFIBUS-DP网络通讯不稳定故障主要是由于个别站点间的通讯线路有问题以及通讯线路长度接近极限所导致。针对上述原因，我们计划采取以下措施以解决这个故障。

2）查找室外网络站点之间通讯线路的破损情况，如确实严重，则更换线路。同时将通讯线路与动力缆间隔过近的电缆进行分隔处理，按要求尽量做到间隔10cm以上。

3）全面检查整个PROFIBUS-DP网络的接地系统和各个站点的通讯接地是否良好。同时还要检查PROFIBUS D型9针插头的内部接线情况、多芯软线电缆端头镀锡处理。要求电缆屏蔽必须可靠与插头接触，严格按D型插头内图例规范剥线和安装。

4）在电气室增加一台DP网络中继器，将电气室内的站点与电气室之外的站点隔离开，一方面增大传输距离，另一方面中继器将传动通讯网络与室外部分隔离（室内线路稳定性好，室外工况复杂，易造成总线故障），增加通讯质量。增加中继器后，室内部分的站点直接接入PLC的DP网络模块，室外部分站点的继续分为两路分别接入中继器的两路出口。由于中继器的效果，将整个网络的最大通讯距离增大到800m，不但增加了通讯效果和最大距离，还为以后增加其他的设备站点奠定了基础。修改后的网络配置图如图2。

图2

通过实施上述改造后，我们又统计了近几个月设备运行情况，发现：原有的网络不稳定故障次数已经趋近于零。基本解决了装船机发生的PROFIBUS-DP网络通讯不稳定故障。

［1］程金良，单恩芝，林海，等.Profibus-DP网络故障及诊断［J］.冶金自动化，2013，37（4）.

［2］陈卫国，陶庆才，卢锦川，等.基于Profibus-DP网络的故障分析及诊断［J］.制造技术与机床，2012（10）.

TH17

A

1674-6708（2016）167-0102-01

张岩，秦皇岛港务股份有限公司第九分公司。