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Profibus是广泛应用于工业控制领域的重要现场总线。

本文分析了Profibus网络中经常出现的问题的原因，并给出了几种诊断方法，比较了几种诊断方法的优缺点，总结了干扰的预防和处理措施。

20世纪90年代以来，随着信息产业4C技术（Computer、Control、Communication、CRT）的快速发展，工业控制领域的控制范围和规模不断扩大，对性能、信息量的要求越来越高。 ，并且实时性能有所提高。 与决策相结合，出现了现场总线技术。 可以说，现场总线是自动化发展的必然产物。

现场总线是指安装在过程控制区的现场设备与控制区的中央控制系统之间进行数字化、串行化、多点信息交换的数据总线。 总线协议是现场总线的核心。 总线协议技术是系统的，有完整的硬件和软件支持，可以形成系统和产品。 总线协议的标准化是实现开放性和互操作性的前提。 现场总线遵循统一的总线协议，实现双向数字通信，具有多种智能化功能，增加现场级信息处理和控制能力，具有丰富的状态、诊断、参数信息。 现场总线技术是控制系统从传统的分布式控制系统（DCS）向现代现场总线控制系统（FCS）不断发展的支撑。

Profibus现场总线

在现场总线技术的发展中，Profibus现场总线技术无疑是应用最为广泛的，并且以德国和欧洲公司为主的国际组织为主导。 Profibus总线协议通信模型参考了ISO-OSI信息通信标准的七层参考模型，增加了面向用户的用户层。 如图1所示，Profibus-DP将其简化为三层，只定义了第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和用户层。

图1 OSI模型的Profibus简化

Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通讯和控制的现场总线技术。 现场设备智能提供了一个可行的解决方案。 Profibus传输距离远、速度快、数据安全性高、安装简单、使用方便、调试容易。 广泛应用于制造自动化、过程工业自动化以及建筑、交通、电力等其他领域的自动化。 Profibus根据应用分为三个不同的系列：Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS。 FMS的协议层结构比较繁琐，不能满足目前现场总线的高速传输要求。 它逐渐退出了实际应用。 现在用的最多的是DP和PA这两个系列。

故障及其原因分析

在Profibus网络的建设和使用中，特别是在现场总线控制系统的安装调试和运行过程中，由于某些安装配置或电磁干扰等原因，会导致Profibus网络中断，通讯性能下降。减少，网络会不稳定，站点会丢失。 过错。 目前，根据大量现场实践经验，故障大致可分为物理故障和网络逻辑故障。 其中，故障以物理故障居多，主要是安装不规范，布线和接口问题较多，还经常出现一些比较复杂的瞬态故障。

物理故障主要包括以下几点：

1、线路、网络插头引起的故障；

2、电压电流急剧变化、噪声干扰（共模和差模干扰）、电磁干扰等引起的故障；

3、通讯口和模块引起的故障；

4. 中间件和耦合器引起的故障。 网络逻辑故障主要包括：①波特率配置、站模块配置等硬件配置故障； ②通讯故障，功能块配置问题，编程时功能块选择不当，部分信号需要延时。 等待。

在这里，我们主要研究最有问题的物理故障。

首先，找出引起故障干扰的因素，以便采取措施，对症下药，是非常重要的。 在硬件方面，在电气设备较多的工程中信号隔离器，由于电气布线复杂，控制装置多，控制电路复杂，容易造成各线路之间相互影响。 桥上各种电缆布线不合理、接地不达标、应屏蔽的非屏蔽区域、通信线路靠近大功率大电流设备等都可能导致Profibus网络故障。

诊断方法

随着现场总线的发展，相应的总线故障问题的种类越来越多，而且往往不容易发现。 为了适应这样的实际问题，久而久之就产生了一些诊断方法。 这些方法主要包括：

1、用站状态指示灯、万用表等简单工具检查：该方法只能简单检查Prof ibus线是否接好信号隔离器，各站是否接好，首尾终端电阻是否接好等。此方法仅用于前期初步检查。

2、编程软件，如西门子step7软件、ABB Control Builder编程软件，可以通过编程软件清楚地显示整个网络的拓扑结构和各站的信息。 网络状态信息一目了然，便于故障定位。 用于整体故障检测，定位度不高，无法诊断信号质量。 图 2 显示了编程软件的站点显示。

3、诊断中继器及其自带的手持式诊断设备：如西门子诊断中继器和诊断设备BT200，该类设备对整个总线网络具有更细致的检测功能，能准确检测AB线的反接和短接，短路时，诊断中继器还可以记录故障发生的时间、网络拓扑结构和错误位置。 但是，这种检测有比较大的局限性。 例如BT200多用于总线布线阶段，设备运行时难以诊断。 诊断中继器的长度需要在100m以内，需要配置网络，对网络也有要求。

4.一些抓包软件，如Amprolyzer，专门用于底层数据的诊断，作为通信质量的评估软件。 诊断功能比较单一，仅用于通信质量，没有电缆故障定位等功能。

5、全面的诊断工具，如德国Comsoft的NetTEST II和Softing的PBT-5。 这种设备可以对Profibus网络进行系统的测试，可以准确定位最常见的错误。 这款综合诊断工具内置示波器功能，无论是在设备运行还是调试阶段，都可以清楚地检测传输信号的通信质量。 无需配置，使用非常方便，可以记录测试数据，生成报告。 结合永久检测工具，可以永久监控网络，以最大限度地减少用户工厂停机时间。 NetTEST II 诊断仪器如图 2 所示。

通过比较各种诊断方法，这些诊断方法的适用场所和检测功能各不相同。 作为综合性诊断工具，虽然功能完善，成本相对较高，但可以有效排除现场Profibus网络故障，保证正常生产需要。 ，有条件的工厂可以选择综合诊断工具来提高企业效益。 表1比较了几种诊断方法，可以看出综​​合诊断工具更加全面和强大。

表1 几种诊断方法的比较

干扰处理

在工程现场，应根据现场实际情况综合解决各种干扰。 首先是做好走线和屏蔽工作。 控制电缆与各种信号线之间必须进行屏蔽。 控制电缆必须单独放置。 电缆与高压电力电缆同线，避免容错，尽量减少干扰源。 布线时应将屏蔽层接好，并留出适当长度的屏蔽层，避免与里面的导线接触。

其次，良好的接地是现场总线抗干扰的重要措施。 “地”，一般选择零电位作为参考点，接地是在两个接触节点之间建立通路，将电气设备与“地”相连。 接地的主要目的是保护人身和设备的安全，减少电磁干扰。 注意通讯接口的固定也很重要。 除接地外，其他设备的电源和线缆对通信信号的影响也很大。 如果条件允许，应选择隔离性能好的设备和电源，尽可能隔离布线。 此外，还大量采用模拟信号隔离器（也称信号变送器）来抵抗模拟信号的干扰。 信号隔离器隔离各种模拟信号的电源、输入和输出，并对信号进行调理，大大降低信号干扰。 小的。 由于其超强的抗干扰能力，安装信号隔离器已成为自动控制系统的常用方法，现场应用也十分广泛。

Prof ibus总线网络因其诸多优点成为了非常重要的现场总线标准，也得到了广泛的应用，随之而来的是在安装、调试和现场运行过程中出现的各种网络故障。 有些故障非常复杂，很难排除。 应根据故障的特点，选择合适的诊断方法和工具进行分析诊断，以快速定位故障，尽快处理故障，缩短调试时间或减少停机时间，提高工厂的利益。

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本文来自《控制工程中国》2019年1-2月号“技术文章”栏目。 原标题为：Profibus总线诊断方法分析及干扰处理措施

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