基于PROFIBUS现场总线的故障分析

摘要：随着现代自动控制技术的飞速发展，现场总线在工业控制中的应用越来越广泛，其可靠性已直接影响工业企业的安全生产和经济运行。面对现场总线生产实践过程中的常见故障，本文以PROFIBUS现场总线协议为标准，针对常见与特殊故障进行分析，并提出处理及预防方法。以期通过本文的阐述为从事相关总线技术的人员发现解决故障问题提供帮助。

关键词：PROFIBUS；现场总线；故障处理；预防

中图分类号：T 文献标识码：A

1 PROFIBUS现场总线的分类

PROFIBUS是Process Field Bus的缩写，由以SIEMENS公司为主的十三家工业企业和五家研究机构联合推出，是联邦德国于九十年代初制定的国家工业现场总线协议标准。PROHBUS己经成为一种国际化的、开放的现场总线标准。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三个兼容版本。

1.1 PROFIBUS-FMS（现场总线信息规范）

用于解决车间层通用性通信任务，要求面向对象，提供较大数据量的通信服务，完成中等速度的循环和非循环通信任务，是一个令牌结构、实时多主网络。由于它是完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统的响应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换(如改变设定参数等)。强有力的FMS向用户提供了广泛的应用范围和更大的灵活性，可用于大范围和复杂的通信系统。主要用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、低压开关设备等一般自动化控制。

1.2 PROFIBUS-PA（过程自动化）

是专为过程自动化而设计，具有本质安全性，主要用于安全性要求较高的场合以及有总线供电的站点。因此，PA尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制系统。

1.3 PROFIBUS-DP（分散外设）

是一种经过优化的、高速廉价的通信连接，是专为自动控制系统和设备层分散加之间的通信而设计，使用PROFIBUS．DP模块可取代价格昂贵的24V或0-20mA并行信号线。用于分布式控制系统的高速数据传输，其数据传输速率可达12Mbps。截至目前，DP的应用占整个PROFIBUS应用的80％安装实例，代表了PROFIBUS的技术精华和特点。

2 PROFIBUS现场总线常见故障分析及处理方法

2.1 线路引起的故障

故障现象：生产过程中，通信网络突然出现大面积的网络节点无法通讯。控制主站PLC网络状态指示灯提示，网段1出现网络通讯故障。

解决方法：通过STEP7的硬件在线监控软件现场监控发现，核子秤通讯子站以后的网路节点全部出现网络通讯故障。检查故障点周围的网线，发现新增的一处通讯子站的桥架内网线出现破损，将破损网线更换后，网络通讯恢复正常。

排查心得：此类故障可以采用逐点排除的方法即用通讯节点逐个脱网的方法排查此类故障。先从发生通讯故障网段中选择离通讯主站最远的一个节点开始，逐一合上节点插头上的终端电阻，排查线路故障点。当合上某一个节点的终端电阻后，其靠近主站侧的节点通讯恢复正常，基本可以判定故障点就在这个节点与上个合上节点之间。

预防措施：（1）定期检查桥架内的网线，是否存在破损等影响通讯质量情况；（2）设备进行局部改造施工时，注意不要损坏已经铺设的网线。

2.2 通讯端口引起的故障

故障现象：在高压装置压缩厂房进行进出料过程中，一数采柜数次出现突然停机现象。重新启动生产线后，能够正常生产。

解决方法：查看触摸屏的故障信息发现，该数采柜存在本地开关和本地电源开关置0、ET200通讯故障等故障。当发生子站通讯故障时，在PLC控制器的输入缓冲区中的输入信息会自动复位到常开状态，所以触摸屏显示本地开关和本地电源开关置0。由此基本上可以判断该储丝柜异常停机是其子站的ET200通讯子站通讯故障造成的。检查ET200通讯模板与DP网网络插头，发现插头紧固螺丝松动，致使子站通讯模板与网络插头接触不良。更换网络插头并重新紧固后，没有再出现类似现象。

排查心得：在工作环境较恶劣的情况下，要定期检查通信端口，尤其是网段线路的末端，当出现无规律的网络末端“掉网”时，很可能是网段末端DP插头的终端电阻故障造成的，首先要更换网络末端的DP插头。

预防措施：（1）定期检查网络接头是否松动、虚接；（2）定期检查模块电压是否正常，压降是否在允许范围内；（3）定期检查接地是否规范，包括动力接地和通讯接地。

2.3 中继器引起的故障

故障现象：在生产过程中，高压装置风送段发生故障停机，同时伴有大面积网络通讯故障。

解决方法：现场观察发现，多路阀旋转电机停在释放位置一端，没有正常反向。通过检查发现，旋转电机西侧限位开关发生线路短路，造成DCS04站内的24V空气开关保护。恰好有一中继器也从这个空气开关引出24V电源，开关一保护中继器“掉电”，也就造成了大面积的网络通讯故障。单独给中继器提供24V电源后，没有再发生类似的情况。

排查心得：有些网络通讯的故障，并不一定就是网络设备自身引起的。故障排查时，在排除网络自身设备故障后，就要围绕相关设备进行排查。

预防措施：网络通讯模块电源一定要单独从总电柜直接引出，不能从子站电源接入或和其它设备共用一个电源。因为一旦这个设备出现短路或这个子站电源中断，就会使网络通讯模块“掉电”，整个通讯网络就会因网络通讯模块电源故障而瘫痪。

3 PROFIBUS现场总线特殊故障的实例分析及预防措施

3.1 现场总线接口卡件损坏

某厂操作人员反映电气机构的多个电机无法操作，经热控维修人员排查发现：现场总线节点Y-LINK卡上的故障(Error)“红灯”亮起，该卡所带的SIMOCODE电击的全部信息处干故障状态，近20台电机、开关信息全部中断，使该装置的电机、开关全部处于瘫痪状态。此时采用复位或者更换卡件是解决问题的最有效的办法。另外要求厂家寄备件以备再次出现此类情况。

3.2 现场总线连接器连接松动

某化学水总线调试期间，运行操作人员发现数台仪表、阀门的数据同时回零，热控人员根据软件诊断，确认是某条总线段出现了故障。认真排查了现场总线卡、总线电源等都没有发现问题；接着检查从站的总线连接器、连接线头全松动，造成了线路的断路，使得通讯陷入瘫痪。安装期间采用专用压线器可以消除隐患。

3.3 数据量阻塞

工业以太网上用户负载的大小决定数据量是数据量阻塞的原因，为了满足工艺的要求，经过前期准备和调研，对现场总线的设备进行合理选型，利用调试，我们对操作员站和总线通讯容量进行了验证，在预算范围内选出最优的硬件配备方案，使得今后数据阻塞的故障隐患可能降为最低。

3.4 操作员站死机

针对操作界面的死机，原因有两个：一是控制器时间程序系统占用大量内存，造成控制器运行内存不够而死机；二是病毒导致死机。后者我们使用定期升级病毒库的方法使得可能性在运行期间基本没有出现。前者我们升级了软件版本，把死机的可能性降到最小，使得隐患发生率达到最小。

结束语

现场总线作为一种典型的实时分布式控制网络技术，己经成为目前最受关注的控制网络，它在世界上特别是工业领域的广泛应用也给它带来了新的要求和新的发展契机，本文对PROFIBUS总线在现场应用中的故障及处理方法进行了分析总结，以期为从事相关总线技术的人员发现解决故障问题提供帮助。

参考文献

[1]侯维岩，费敏锐．PROFIBUS协议分析和系统应用[M]．清华大学出版社，2006.

[2]李正军．现场总线及其应用技术[M]．机械工业出版社，2005.