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[摘 要]PROFIBUS-DP网络在生产过程中频繁出现网络故障报警引起设备停机，分析原因是由于系统设计不完善以及网段施工不严谨规范造成，通过重新敷设通讯电缆，确保接地良好和修改DP网络传输率等措施，保证了网路通讯正常。
[关键词]PROFIBUS-DP网络、电磁干扰、传输率
中图分类号：S7520 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0059-01
由于PROFIBUS-DP现场总线具有适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务的特点，现已被广泛应用于流水线加工的过程自动化领域。但由于用户对PROFIBUS-DP现场总线技术的了解程度不同，再加上生產现场情况复杂，因而导致通讯上存在隐患和故障，如果不能及时发现和处理，将有可能导致系统无法正常工作，从而影响整个生产的运行。下面通过一个故障实例的排查和解决，分享一下PROFIBUS-DP现场总线在使用过程中遇到的问题和故障分析思路。
某卷烟加工企业制丝车间梗丝工艺段在实际生产过程中频繁出现网络故障报警引起的设备停机现象，复位故障报警后设备重启运行正常，在很大程度上直接影响生产的质量和进度。该工艺段设备控制系统采用西门子公司S7-400PLC作为控制主站，由PROFINET工业以太网连接现场I/O 子站进行通讯，不具备PROFINET接口的变频器等设备通过PROFIBUS-DP与PLC相连， 对部分电机完成启、停和调速控制，实现工艺段设备按工艺要求完成生产。由于PROFIBUS-DP总线上连接的设备多，分布距离长，设计时为保证网络通讯正常可靠，使用了4个OLM组成DP总线的光纤环网，分3组将PROFIBUS-DP设备接入与主站进行通讯。
经过查看故障报警记录，该网络故障主要集中在连接变频器驱动的PROFIBUS-DP网段，通常这种时断时续的网络故障都是由于DP网络受干扰，影响通讯传输引起的。通过查阅相关资料，我们分析影响DP网络通讯传输的原因主要有以下几点：
1 网络布线不规范
1）选择标准PROFIBUS通讯电缆
2）屏蔽层多点接地
对于所有的PROFIBUS站点都要求进行接地处理，即“多点接地”。
3）规范布线
不同电压等级的电缆分线槽布线，如果现场无法分线槽布线，则将两类电缆尽量远离，中间加金属隔板进行隔离，同时金属线槽要做接地处理；通讯电缆与动力电缆避免长距离平行布线，可以交叉布线，两根交叉布线的电缆相互之间不会因为容性耦合而产生干扰；通讯电缆过长时，不要形成环状，如果有磁力线从环中间穿过时，根据“右手定律”，容易产生干扰信号。
2 通讯电缆的屏蔽层在电柜内的处理不好
需要将屏蔽层压在插头的金属部分外，还需要注意屏蔽层不要剥开的太长，否则会暴露空间，成为容易受干扰的“天线”。另外，通讯电缆在进、出电柜时，都应该将电缆的屏蔽层进行接地处理。这样避免外部的干扰信号进入电柜，同时也避免柜内产生的干扰对外部设备造成影响。
3 变频器等干扰源设备对通讯的影响
变频器等比较大功率的设备除了通过干扰电源、通过空间辐射干扰影响设备正常运行外，随着变频器等设备具有PROFIBUS通讯的能力，这些设备产生的干扰也有可能直接进入通讯系统。
根据自身网络结构和现场安装的情况，我们认为在系统设计安装时，系统接地和线缆铺设对系统可靠性的影响已得到足够重视，动力电缆和通讯线缆也进行了分开铺设，但动力电缆和通讯线缆进入变频柜后有混行和交叉情况，PROFIBUS-DP总线的屏蔽处理也不完善；同时由于我车间变频器采用集中放置，启、停时产生的谐波较大，对系统信号干扰影响很大，极可能导致启、停、换向和调速时干扰信号引起网络故障报警。所以考虑从以下几个方面采取措施对故障进行解决：
1 检查通讯电缆的接地情况。
2 按规范处理并检查通讯电缆的屏蔽。
3 对集中放置变频器电柜内的动力电缆和通讯电缆的走线进行重新布置，分区铺设，避免平行布线；电缆过长的剪短重接，不形成环状磁力线干扰；替换大功率电机动力电缆，采用屏蔽电缆接地。
4 检查变频器安装背板接地，对变频器通讯电缆进、出线屏蔽接地进行接地可靠性处理，减小变频器驱动对网络的干扰。
通过以上改进措施，故障频率显著减少，但仍会不定时出现网络故障报警，故障并未能彻底得到解决。测试的结果表明：虽然系统的抗干扰能力得到了加强，但集中放置变频器产生的干扰源并没有消除，短期内不可能改变这种控制方式，只能另想办法解决。
PROFIBUS-DP总线网络组态的时候，在网络属性中可以对网络参数中的传输率进行设置（HW Config→General→Properties...→Network Settings→Transmission Rate），一般设计都采用默认值：187.5Kbps，但是我们知道网络中在满足数据交换需求的条件下传输率越低，网络的数据传输越稳定，传输过程中数据的丢包、错包情况越少，相应的抗干扰的能力也就越强。到底该设置多大的传输率即能抗干扰又能满足数据传输要求呢？
首先我们现场使用的丹佛斯FC300型变频器不支撑45.45Kbps的网络传输率，所以这个选项可以排除；其次变频器的数据交换输入和输出加起来需要使用24 Byte（字节），而DP网段上的其它设备最大的数据交换才使用40 Byte（字节），最小选项9.6Kbps远远能够满足数据传输要求，但为了不至于将网络传输速度拖的太慢，最终选择19.2Kbps作为DP网络的传输率。
改变PROFIBUS-DP网络传输率后，重新进行测试，网络故障报警消除，DP网段上其它设备运行正常，整个工艺段生产控制系统也运行正常，问题圆满解决。
随着PROFIBUS-DP网络应用于工业生产，网络干扰问题一直困扰着用户，结合此次故障排除的过程和实际生产遇到的问题，我们深刻的体会到，大部分此类故障都是前期设计不完善以及安装不严格遵照规范施工造成的，诸如网络线材不符合标准、线缆混合铺设、屏蔽层接地不可靠、DP网络适配器电压不稳定和干扰源设备对通讯的影响等等，在使用过程中发生网络故障，这些地方也应该重点进行检查，当然，文中提到的修改DP网络传输率的方法也可以作为应急恢复生产和补救措施应用，也算是从不同的角度为此类网络故障的解决提供参考。
参考文献
[1] PROFIBUS现场总线安装指导（2010年8月）.
作者简介
贺知恒，：男，四川，1979年9月24日，本科，贵州中烟工业有限责任公司贵阳卷烟厂，职称：助理工程师，研究方向：电气控制.
[关键词]PROFIBUS-DP网络、电磁干扰、传输率
中图分类号：S7520 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0059-01
由于PROFIBUS-DP现场总线具有适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务的特点，现已被广泛应用于流水线加工的过程自动化领域。但由于用户对PROFIBUS-DP现场总线技术的了解程度不同，再加上生產现场情况复杂，因而导致通讯上存在隐患和故障，如果不能及时发现和处理，将有可能导致系统无法正常工作，从而影响整个生产的运行。下面通过一个故障实例的排查和解决，分享一下PROFIBUS-DP现场总线在使用过程中遇到的问题和故障分析思路。
某卷烟加工企业制丝车间梗丝工艺段在实际生产过程中频繁出现网络故障报警引起的设备停机现象，复位故障报警后设备重启运行正常，在很大程度上直接影响生产的质量和进度。该工艺段设备控制系统采用西门子公司S7-400PLC作为控制主站，由PROFINET工业以太网连接现场I/O 子站进行通讯，不具备PROFINET接口的变频器等设备通过PROFIBUS-DP与PLC相连， 对部分电机完成启、停和调速控制，实现工艺段设备按工艺要求完成生产。由于PROFIBUS-DP总线上连接的设备多，分布距离长，设计时为保证网络通讯正常可靠，使用了4个OLM组成DP总线的光纤环网，分3组将PROFIBUS-DP设备接入与主站进行通讯。
经过查看故障报警记录，该网络故障主要集中在连接变频器驱动的PROFIBUS-DP网段，通常这种时断时续的网络故障都是由于DP网络受干扰，影响通讯传输引起的。通过查阅相关资料，我们分析影响DP网络通讯传输的原因主要有以下几点：
1 网络布线不规范
1）选择标准PROFIBUS通讯电缆
2）屏蔽层多点接地
对于所有的PROFIBUS站点都要求进行接地处理，即“多点接地”。
3）规范布线
不同电压等级的电缆分线槽布线，如果现场无法分线槽布线，则将两类电缆尽量远离，中间加金属隔板进行隔离，同时金属线槽要做接地处理；通讯电缆与动力电缆避免长距离平行布线，可以交叉布线，两根交叉布线的电缆相互之间不会因为容性耦合而产生干扰；通讯电缆过长时，不要形成环状，如果有磁力线从环中间穿过时，根据“右手定律”，容易产生干扰信号。
2 通讯电缆的屏蔽层在电柜内的处理不好
需要将屏蔽层压在插头的金属部分外，还需要注意屏蔽层不要剥开的太长，否则会暴露空间，成为容易受干扰的“天线”。另外，通讯电缆在进、出电柜时，都应该将电缆的屏蔽层进行接地处理。这样避免外部的干扰信号进入电柜，同时也避免柜内产生的干扰对外部设备造成影响。
3 变频器等干扰源设备对通讯的影响
变频器等比较大功率的设备除了通过干扰电源、通过空间辐射干扰影响设备正常运行外，随着变频器等设备具有PROFIBUS通讯的能力，这些设备产生的干扰也有可能直接进入通讯系统。
根据自身网络结构和现场安装的情况，我们认为在系统设计安装时，系统接地和线缆铺设对系统可靠性的影响已得到足够重视，动力电缆和通讯线缆也进行了分开铺设，但动力电缆和通讯线缆进入变频柜后有混行和交叉情况，PROFIBUS-DP总线的屏蔽处理也不完善；同时由于我车间变频器采用集中放置，启、停时产生的谐波较大，对系统信号干扰影响很大，极可能导致启、停、换向和调速时干扰信号引起网络故障报警。所以考虑从以下几个方面采取措施对故障进行解决：
1 检查通讯电缆的接地情况。
2 按规范处理并检查通讯电缆的屏蔽。
3 对集中放置变频器电柜内的动力电缆和通讯电缆的走线进行重新布置，分区铺设，避免平行布线；电缆过长的剪短重接，不形成环状磁力线干扰；替换大功率电机动力电缆，采用屏蔽电缆接地。
4 检查变频器安装背板接地，对变频器通讯电缆进、出线屏蔽接地进行接地可靠性处理，减小变频器驱动对网络的干扰。
通过以上改进措施，故障频率显著减少，但仍会不定时出现网络故障报警，故障并未能彻底得到解决。测试的结果表明：虽然系统的抗干扰能力得到了加强，但集中放置变频器产生的干扰源并没有消除，短期内不可能改变这种控制方式，只能另想办法解决。
PROFIBUS-DP总线网络组态的时候，在网络属性中可以对网络参数中的传输率进行设置（HW Config→General→Properties...→Network Settings→Transmission Rate），一般设计都采用默认值：187.5Kbps，但是我们知道网络中在满足数据交换需求的条件下传输率越低，网络的数据传输越稳定，传输过程中数据的丢包、错包情况越少，相应的抗干扰的能力也就越强。到底该设置多大的传输率即能抗干扰又能满足数据传输要求呢？
首先我们现场使用的丹佛斯FC300型变频器不支撑45.45Kbps的网络传输率，所以这个选项可以排除；其次变频器的数据交换输入和输出加起来需要使用24 Byte（字节），而DP网段上的其它设备最大的数据交换才使用40 Byte（字节），最小选项9.6Kbps远远能够满足数据传输要求，但为了不至于将网络传输速度拖的太慢，最终选择19.2Kbps作为DP网络的传输率。
改变PROFIBUS-DP网络传输率后，重新进行测试，网络故障报警消除，DP网段上其它设备运行正常，整个工艺段生产控制系统也运行正常，问题圆满解决。
随着PROFIBUS-DP网络应用于工业生产，网络干扰问题一直困扰着用户，结合此次故障排除的过程和实际生产遇到的问题，我们深刻的体会到，大部分此类故障都是前期设计不完善以及安装不严格遵照规范施工造成的，诸如网络线材不符合标准、线缆混合铺设、屏蔽层接地不可靠、DP网络适配器电压不稳定和干扰源设备对通讯的影响等等，在使用过程中发生网络故障，这些地方也应该重点进行检查，当然，文中提到的修改DP网络传输率的方法也可以作为应急恢复生产和补救措施应用，也算是从不同的角度为此类网络故障的解决提供参考。
参考文献
[1] PROFIBUS现场总线安装指导（2010年8月）.
作者简介
贺知恒，：男，四川，1979年9月24日，本科，贵州中烟工业有限责任公司贵阳卷烟厂，职称：助理工程师，研究方向：电气控制.