浅谈处理PROFIBUS―DP网络的电磁干扰问题

[摘 要]PROFIBUS是目前国际通用的现场总线标准之一，它以其独特的特点、严格的认证规范、开放的标准。它用于分布I/O设备、传动装置、PLC和PC的自动化系统。PROFIBUS-DP网络是PROFIBUS其中的一种，现广泛用于工厂自动控制，它的优点便于信号控制及采集、系统可靠性高、可维护性好、降低电气工程成本等，它的缺点也是致命的---电磁干扰。

[关键词]PROFIBUS-DP；电磁干扰

中图分类号：TG331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0047-01

某钢厂轧钢生产线于2007年建成投产，大棒区轧机控制系统由SIEMENS的PLC（S7-400）、直流调速装置（6RA70系列）、交流调速装置（6SE70系列）、油站（MCC）、操作箱（OS）、信号箱（TS）通过PROFIBUS-DP网络相连接，每段网络路径200米以上用光纤敷设，用SIEMENS自有的光电转换器OBT连接，油站、操作箱、信号箱采用ET200分布式I/O进行扩展。上位机主服务器（DELL 2800）和各终端操作台（DELL GX620）与PLC通过以太网相连，软件采用SIEMENS的PCS7。

此系统运行五年来，控制系统比较稳定，可是近期频繁出几次轧机系统或油站系统突然失电故障，轧机系统紧跟立即停机。

1 故障现象

首先出现故障的是2#油站（OS31、OS42）整体失电，大棒区轧线操作台工控机画面报警信息中，显示以上两个远程站（ET200）“DP-ERROR”，对此我们控制箱OS31，OS42进行整体排查，未发现可疑处，停电后，包括两个总线连接器（6ES7972-0BA41-0XA0）检查也未发现异常，重新送电后，轧机系统正常运行。但是生产几个小时后，3#油站（OS32、OS50、OS43）出现类似的故障情况，同时显示“DP-ERROR”，停机后用同样的方法更细致地重新检查，仍未发现明显故障点，送电后，轧机系统又正常运行。生产数小时后，机旁操作箱OS系统、信号箱TS系统、2#油站、3#油站控制箱失电故障仍旧出现，并无任何规律。

2 原因分析

这几次故障，不管是轧机系统，还液压系统失电停机、停泵，都是PROFIBUS-DP网络瞬间闪断造成。根据生产设备工艺要求，油站中的液压系统失电停泵的，是轧机系统保护停机的一个条件。现已经显示油站系统DP网络瞬间故障出现，所以只要找出造成轧机区液压系统PROFIBUS-DP网络瞬间闪断的原因，并解决它，故障就可消失。大棒区轧机液压及系统是轧机区CPU（MILL）两个DP通讯模块（CP 443-5）所带的两段不同网络，中间通过OBT连接，具体如图所示：

PROFIBUS-DP网络瞬间闪断的原因，其一：整个PROFIBUS-DP网络真正有接触不良的物理故障点，随时都有通断的可能；其二：PROFIBUS-DP网络受电磁干扰，特别生产时，轧机进出钢、飞剪剪切瞬间时的大电流变化的干扰。

之前已经对网络的中PROFIBUS-DP连接头及每段网络都检查过，未发现物理损坏，并且更换了怀疑有问题的部分元件，可问题依然存在，所以断定此次故障原因就是PROFIBUS-DP网络受电磁干扰所造成。

3 解决电磁干扰的具体方法

3.1 检查系统接地是否良好

在PLC控制系统中，具有多种形式的“地”，主要有：信号地，是输入端信号元件传感器的地；交流地，交流供电电源的N线，通常它是产生电磁干扰的主要地方；屏蔽地，一般为防止静电、磁场感应而设置的外壳或金属丝网（DP网线外层的金属网）通过专门的铜导线将其与地壳连接；保护地，一般将机器设备外壳或设备内独立器件的外壳接地，用以保护人身安全和防护设备漏电。

DP网线屏蔽地、保护地不能与电源地、信号地和其它地扭在一起，只能各自独立连到接地铜排上。为减少信号的电容耦合噪声，可采用多种屏蔽措施。对于电场屏蔽的分布电容问题，通过将屏蔽地接入大地可解决。对于纯防磁的部位，例如强磁铁、变压器、大电机的磁场耦合，可采用高导磁材料作外罩，将外罩接入大地来屏蔽。

对两个PROFIBUS-DP总线上的所有操作箱、信号箱、控制柜的接地线、接地点逐一检查处理。特别是地下综合管廊，部分地段长期潮湿，容易造成有些接地线腐蚀断裂，发现接地不好的点或接地点有破损处，重新做接地处理，并且保证控制箱、柜接地相通。

3.2 整理通讯网线

交流电源在传输时，在相当一段间隔的电源导线上，会有几mV、甚至几V的电压，而低电平信号传输要求延路电平为零。为防止交流电对低电平信号的干扰，DP网络与动力电缆的位置及距离也应该引起注意。

由于每次电气检定修过程中避免不了对进行电缆检查更换，所以容易造成轧机电机或飞剪电机的动力电缆与控制电缆、通讯网线交错在一起，特别发现3#飞剪、轧机V9、轧机H10、轧机V11的电机动力线，在地下综合管廊的电缆桥架上，它们与通讯电缆平行处最近不过5厘米，并且有至少2处以上交错点。此次，电气人员进行整理时，保证动力电缆与电缆平行不低于30厘米，躲不开的交错点做到十字交叉。

3.3 降低总线通讯速率

PROFIBUS-DP通讯速率越高、系统反应时间越快，虽然控制精度得到了满足，但网络抗电磁干扰的能力也下降了。电气控制系统设计人员最初设计时，为保证轧机系统的快速反应，轧机区CPU的CTR与MILL的通讯速率都是最高的1.5Mbps，现根据现场实际情况把轧机PLC系统中控制MILL（辅助部分）的CPU总线通讯速率降至187.5 Mbps，完全可以满足生产工艺要求。具体如图所示：

通过完成以上工作后，日后生产时，电气控制系统的网络通讯部分比较稳定，说明此次故障已经处理。

4 经验总结

做为电气人员，我们所做这些工作并不意味着把电磁干扰对PROFIBUS-DP网络的影响完全解除掉，但可以肯定的说很大程度上抑制了干扰，毕竟在现代化工厂里，电磁干扰无处不在，只有不断的完善改进，才能把电磁干扰的危害降至最低。

参考文献

SIEMENS SIMOREG DC MASTER 使用说明书

廖常初 S7-300/400 PLC应用技术 机械工业出版社