PROFIBUS-DP现场总线在白车身生产线上应用典型故障分析

陈大艳

摘 要：文章对在维修过程中需使用到的PROFIBUS-DP现场总线相关理论知识点进行了阐述，并就PROFIBUS-DP现场总线在白车身生产线上应用典型故障处理过程进行了详细描述。

关键词：PROFIBUS-DP;现场总线;典型故障;解决办法;干扰

中图分类号：U463.8  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）17-182-03

Typical Malfunction Analysis for PROFIBUS-DP Fieldbus Application

in White-body Production Line

Chen Dayan

（ Shaanxi Automobile Group Co. Ltd， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： In this paper， we expound the relevant theoretical knowledge points of PROFIBUS-DP field bus used in the maintenance process and in detailly describe the typical Malfunction treatment process of PROFIBUS-DP field bus applied in white-body production line.

Keywords： PROFIBUS-DP; Fieldbus; Typical malfunction; Solution; Interference

CLC NO.： U463.8  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）17-182-03

1 PROFIBUS-DP現场总线介绍

PROFIBUS是一种国际性的开放式的现场总线标准，PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，它以RS485串行通信为基础，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。PROFIBUS-DP现场总线技术有以下特征：

（1）传输速率和电缆长度：PROFIBUS-DP现场总线传输的电缆长度同波特率的理论关系如下表1：

每个总线分段最多可以连接32个子站，可允许的最远传输距离同设定的传输速率有关（见上表）。可以使用中继器来延长总线长度或者扩充子站台数。

（2）终端电阻：在通讯中，增加终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。在Profibus-DP规范中，其终端匹配电阻为220欧。当信号在一根长电缆上传输或是有很高的数据速率时，电缆将呈现传输线的特性，即信号在线路上以一定的速度传播开来，从而形成行波。当遇到不连续的阻抗时，就会产生反射波，反射波与原来信号叠加，从而造成原来信号的失真，加终端匹配就是要消除或减少线路中这种反射振荡。

（3）RS485中继器：按照Profibus的规范，当网络中的硬件设备超过32个，或者波特率对应的网络通讯距离已经超出规定范围时，就应该使用RS485中继器来拓展网络连接。

（4）总线接头

1）共有2组Profibus网线接线端子，第一组（A1，B1），第二组（A2，B2）。

2）终端电阻开关为“ON”时，进线出线断开。终端电阻开关为“OFF”时，进线出线导通。

3）终端电阻开关为“ON”时，进线出线断开，终端电阻并联在进线端，测量A1，B1之间的阻值应为终端电阻与与整条进线回路并联后的阻值，正常为110欧姆。测量A2，B2之间的阻值应为出线回路的阻值，正常为220欧姆。

4）终端电阻开关为“OFF”时，进线出线导通，此时测量进线或出线的阻值都应为整条Profibus网络回路的阻值，正常为110欧姆。

（5）电磁干扰和接地

在进行Profibus-DP网络布线时，要选用标准的电缆，标准的Profibus-DP电缆是双层屏蔽的，效果比较好。另外，通讯电缆要与动力电缆分开布置，一般要求为100mm以上距离，分别在不同的桥架中敷设，同时桥架应该做好接地处理。如现场不能分桥架敷设，则将两类电缆尽量远离，中间加金属隔板进行隔离。

在Profibus-DP接头安装时，需要将屏蔽层压在插头的金属部分，如不能采用专门的接头安装时，也不要将屏蔽层剥离太长，这样暴露在电磁空间中，易成为受干扰的“天线”。

如Profibus-DP电缆在电柜中余留比较长时，不要将电缆捆成环形，此时如果有磁力线从环中间穿过，根据“右手定律”，容易产生干扰信号。

下面介绍装焊车间某白车身生产线上PROFIBUS-DP在生产运行期间典型故障及解决办法。

2 典型故障及解决办法

（1）某白车身大装线，采用三菱Q02HCPU作为主站，设有PROFIBUS-DP从站50个站点，其中图尔克I0模块站点有14个，图尔克IP67输入模块29个，SEW变频器子站1个，ABB机器人子站6个。近期该生产线每天出现1-2次总线故障，故障表现现象为偶尔某机器人完工信号未传递给PLC，或者某工位工装夹具无动作，通过断电重启各子站的方法临时可恢复正常。利用周末检修时间对该大装线总线系统进行了全面的检查检修工作。

1）首先对PLC配电柜主电源断电，对机器人控制柜电源断电。选择中间任一个站点的A1、B1进行测量，总线回路阻值在180欧姆，不在110欧正常值附近，说明中间串入了约1000欧左右的阻值。

2）从一工位逐个站点进行测量，总线接头在OFF状态时，正常情况下，进线出线导通，但有多个站点测量都不是导通状态，不同程度地串入了几十到几百的阻值，将总线接头OFF-ON拨动开关上下拨动几次后再测量，大部分总线接头进线出线导通，应该为开关拨动处金属片有氧化现象，对拨动后阻值仍然不正常的4个站点总线接头进行更换。

3）更换后再次测量总线回路阻值，在110欧姆左右，恢复正常。对PLC和机器人全部站点设备通电测试，总线系统正常。

（2）某车型顶盖总成生产线，采用西门子CPU317-2PN/ DP作为主站，设有PROFIBUS-DP从站12个站点，1个分布式IO站点，4台KUKA机器人站点，4个阀岛箱站点，3个变频器站点。近期对该生产线进行了改造，改造后经常出现总线报警现象，改造前该区域生产量非常少，基本处于闲置状态，改造后设备几乎是满负荷运行。该问题应该为原设计不良或安装质量问题导致，经常需人为干预夹具或机器人动作后才能恢复使用，但报警不是彻底无法使用状态，一般是电机在运行到快到停车位时出现总线报警，人为手动操作回到初始状态后又恢复正常，影响生产节拍的正常发挥。利用生产间隙对该生产线进行了全面的检查检修工作。

1）对该系统全部设备断电测量阻值，由于有个终端是阀岛箱，阀岛的Profibus-DP终端阻值为195欧姆，另一端终端为机器人站，使用的西门子Profibus-DP总线接头，阻值为220欧姆，从中间任一站点A1、B1测量总线回路阻值为105，正常。

2）由于总线出线报警，设备停止运行时，主要为电机在运行过程中出现，怀疑为变频器输出线路干扰导致。原设计安装时，台车电机使用有拖缆，总线电缆与变频器输出到电机电源线均布置在拖缆里，无有效隔离措施。重新布置一条拖缆，将总线电缆与动力电缆分开布置，在从配电柜出来附近，通过加装金属隔板来隔离。改进后使用的一周内，未再出现由于总线导致的设备停机等异常现象。

3）但运行一段时间后，偶尔又出现总线报警，且某阀岛箱站点报警出现频次较多，测量该总线模块插头处进出口，无异常。模块电源插头处电压在22.5V左右，正常。

4）考虑更换该站点阀岛箱总线模块进行测试，在拆卸该总线模块时，发现阀岛箱模块底板只安装一个螺栓，总线模块与两端IO及电源模块都是通过底板拼接连接，有接触不良的风险。重新加装底板连接螺栓，并对阀岛箱模块底板进行除尘保养;

通过上述处理后，未再出現由于总线报警导致的设备停机现象。在处理该生产线总线报警时，发现SMC阀岛EX600在使用时，需将通讯速率调到125kbps，即能调的速率最低值。如将SMC阀岛速率调到与西门子S7-300PLC通讯速率500 kbps一致时，频繁发生通讯异常问题，如夹具实际处于打开状态，但显示处于夹紧状态。因此，在使用该系列阀岛时需注意速率不要调太快。

3 结束语

本文对在使用Profibus-DP现场总线所需用到的理论知识点进行了阐述，并就现场发生的两次典型故障案例处理过程进行了详细描述，可作为现场维修人员参考。另外，成熟的网络通信技术已经取代了RS485为基础的串口通信，Profibus总线也逐渐被PROFInet所取代。

参考文献

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[3] 鞠佳奇.Profibus-DP网络故障的分析与诊断技术[J].内燃机与配件，2019，6.

[4] 姜永志.Profibus-DP通信故障的分析与处理[J].自动化应用， 2018.1.