PROFIBUS—DP总线应用常见故障及分析

李海波+付俊峰+贾海军

摘 要：PROFIBUS是由德国西门子公司参与开发的国际化、开放式、不依赖设备开发商的现场总线协议标准，广泛应用于制造自动化、流程自动化和楼宇、交通等其他领域自动化，是目前世界上流行的几种现场总线中比较出色的一种。在浮法生产线中，热端的熔窑、锡槽、退火窑以及冷端的切裁等设备都使用PROFIBUS总线。我们对其网路组成进行学习和常见故障进行分析，对于缩短设备维修时间、减少通讯故障、提高玻璃产量有积极的作用。

关键词：PROFIBUS现场总线；PROFIBUS-DP；网络组成；终端电阻；排错思路

PROFIBUS现场总线包括种三种协议类型：PROFIBUS-FMS 、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA。其中PROFIBUS-DP用于设备控制级和分散式IO的通讯，可以替代传统自动化系统中的24VDC或者0—20mA信號，具有速度快（最高12Mb/s）、铺设简单、调试周期短、成本低的优点，得到了广泛的使用。用于现场层的高速数据传送，主站周期性地读取从站的输入信息并周期性地向从站发送信息。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。

1、网络组成

一个现场总线通讯系统必须由以下三部分构成：通信主站、连接线路、通信从站。上述三者连接起来构成一个完整的系统，协调起来进行工作。它们之间的连接方式有总线形、树形、环形、网形等。在实际的工程应用中，总线形网络应用最多。

热端DCS系统的PROFIBUS-DP网络采用总线型结构：即在一条线上顺序连接多个设备，一个主站可以连接多条PROFIBUS-DP线路。如下图所示：

在系统组态上，上图采用一主多从的配置方式：s7 400为主站，ET200为从站，主站周期性的逐个访问从站，从站接受主站请求，将数据发送给主站，使用两端有终端电阻的总线拓扑。PROFIBUS 总线连接电缆为紫色的带屏蔽双绞电缆，订货号为6XV1830-0EH10。系统中采用这种电缆可以最大程度的提高系统抗干扰性、保证通讯距离和通讯速度。PROFIBUS-DP总线和设备之间按采用DP总线连接器进行连接。常见的DP连接器拆开后会看到四个接线柱，标有A1、B1、A2、B2。A1、B1用于连接进DP连接器的电缆；A2、B2连接出连接器的电缆，用于连接后续的支持DP通讯的设备。DP连接器的一侧有一个终端电阻选择开关，上面标有on和off。在on位置， A1、B1进线和终端电阻接通，A1与A2、B1与B2断开；在off位置，A1、B1进线和终端电阻断开，A1与A2、B1与B2接通，后续的设备连接到总线上。通过分析我们可以得知：线路两端的DP连接器只需要连接一根电缆，所以DP连接器终端电阻选择开关可以放在on的位置；除总线两端以外，为了连接后续的设备，中间站点的总线连接器终端电阻选择开关应该在off的位置。

另外，线路两端连接器的终端电阻选择开关置on是为了将终端电阻连接到通讯线路的两端，以消除通讯电缆中的信号反射。线路两端DP连接器的选择开关错误将导致通讯不稳定甚至通讯失败，中间某个位置选择开关置位错误，将导致网路从此位置断开，后续所有设备通讯中断。

2、排错思路

因总线系统由三部分构成，我们对三部分常见故障进行总结如下：①主站故障。因为PROFIBUS总线采用主站轮询从站、从站响应主站的方式进行工作， 当主站故障后，整个系统将瘫痪。为了提高可靠性，主站往往采用冗余的方式进行配置。②线路故障。最常见的线路故障为DP连接器接触不良：连线接触不良、通讯端口接触不良和终端电阻故障。如果通讯端口接触不良，则单个站点会无法访问。出现这种情况可以插拔、紧固一下或者更换连接器，通常故障就能排除。如果连线接触不良，则其后面的从站将时而中断、时而工作甚至整个系统停止工作。为了找到故障点，我们可以采用二分法进行诊断：将总线中间的连接器终端电阻选择开关置on，以切断后面的网络。如果前段恢复正常，表示故障部位在后面的网路。如果网络通讯故障仍然存在，故障部位应该在前面的网路中。无论故障在前面还是在后面的网路中，我们都可以继续采用这种方法进行故障查找，直到找到故障部位。二分法采用一次，就将查找范围缩小一倍。采用这种方法可以大大缩短排查时间。如果此连接器位于终端并且终端电阻接触不良时，整个网络可能中断。此时将位于次终端连接器的电阻置ON，查看系统是否恢复工作，就可快速判断这种故障。为了避免出现终端电阻接触不良产生的故障，可以在总线两终端安装有源的终端电阻。除了上述常见的故障类型以外，还有电缆破损导致线路接地或者短路等故障也需要我们注意。③从站故障。如果单个从站故障，主站将无法对其进行访问。只有更换从站的损坏模块才能恢复系统工作。

结语：除了上述类型故障以外，还有电磁干扰和接地不可靠引起的故障。对于电磁干扰，在连接总线连接器时，应保证电缆的屏蔽层和连接器的金属材料紧密可靠接触、布线时不要和动力电缆和交流信号电缆平行、尽量远离产生谐波的软起动器、变频器、调功器等设备（如避不开，可从这些设备中部水平通过，以减小影响）。对于接地，可以采用单独走接地线和等电位双地点接地的方法减小谐波对系统工作的影响。

参考文献

[1]《PROFIBUS现场总线系统故障问题的探讨》.马晓光.

[2]《PROFIBUS现场总线安装指导》.西门子公司资料.