孙金银，刘长城

(1.山东万达宝通轮胎有限公司，山东 东营 252706；2.固铂（昆山）轮胎有限公司，江苏 昆山 215331)

1 Profibus 概述

Profibus是一种不依赖生产厂家的、开放式的现场总线。各种各样的自动化设备都可以通过同样的接口交换信息，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。Profibus由三个部分组成，即Profibus-DP，Profibus-PA，Profibus-FMS其 中 Profibus-DP是一种高速低成本的通讯协议。它的通信分主站和从站。主站之间的通信为令牌方式，主站和从站之间为主从方式，以及这两种方式的结合。Profibus-DP主要用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O的通讯，它采用RS485数据接口，传输介质用光纤或双绞电缆，传输波特9.6 kbps到12 Mbps，传输距离可以通过适配器进行扩展。

2 Profibus-DP 现场总线故障原因及排除方案

从事轮胎维修行业的人都非常清楚，由于轮胎设备现场的信号非常多，种类非常杂，采用了现场总线后可大大减少现场信号电缆的数量，降低成本，同时也降低了因为接线不良导致的小故障。但是采用Profibus-DP现场总线也有一致命的缺点，就是一旦出现总线的故障，将导致整个设备无法正常运转。目前Profibus-DP总线采用菊花链链接，一个从站出现问题，其他从站不受影响，尽量避免网络出现大面积瘫痪的情况。因此我们称现场总线就像一个人的“神经系统”，主站就像人的大脑，从站就像人的各个器

官，一旦“神经系统”出现问题，“大脑”就无法给身上的“各个器官”下达命令，同时“各个器官”也无法向“大脑”传递状态信息，导致整个“人”瘫痪。（见图1）。

图1 菊花链链接示意图

轮胎制造车间现场工作环境比较恶劣，特别是炼胶车间，粉尘、炭黑等颗粒较多，经常导致设备出现总线故障，由于Profibus-DP的本质是遵循RS485协议的，所以每当故障发生时我们还是应该利用以前我们轮胎制造设备现场总线积累下的经验来考虑问题。本文主要以德国贝尔斯托夫内衬层生产线网络图为例，分析了主要Profibus-DP的故障（见图2）。

从图2的网络中可以看出，该网络包括两条Profibus-DP总线，一条控制的是外围的远程I/O模块和变频器和温度控制仪表，另一条控制的为柜体内部的模块和变频器。一共多达50多个站点，因此每个站点出现故障，均会导致该设备停机。本人从事轮胎电气控制系统维护多年，总结下来Profibus-DP 故障及排除方法主要有以下几种：

图2 德国贝尔斯托夫内衬层生产线网络图

（1）从站接口模块报错（丢站）

目前从站接口报错有两种，一种是BF闪红，主要是通讯故障，我们称之为“丢站” ，原因一般为通讯接口接触不良或接口模块损坏。另一种是SF 报警，这个故障一般为系统故障，主要原因为接口模块下端挂的其他功能的模块损坏，可通过STEP7软件进行硬件诊断，方便排除故障模块。另外，最难处理的是通信线路上的不规则“丢站”，这种情况有一部分原因是由DP接头造成。笔者长期从事三复合、内衬层挤出压延等设备的网络维修，积累了一些经验，主要采用“分段法”处理。还是以内衬层设备为例，故障排除主要步骤如下：

首先将网络从中间断开，我们一般是将中间的一个分站（两辊压延机分站）的DP接头终端电阻由OFF拨码开关置于ON位置，这样这个接头后面的网络就已经和主网断开。这时观察前一段网络是否稳定，如果发现压延机分站前面所有的站均不报错，这样就可以确定这段网络是没有问题的。然后我们又将网络断开点往后延伸了10个站后（二号工位导开站）再断开网络（off转到on），发现这时网络又开始报错，因此，我们可以初步确定故障点就在这10个站内，然后我们在这10个站内，逐个排除，最终找到故障点。

当发现故障后，主要的处理手段主要是打开DP接头，检查接线问题，目前Profibus-DP接头接法主要有两种：

a.只有一组 Profibus-DP 通讯线与接头连接时，这种情况是 Profibus-DP起始和终结节点的连接情况，可分别将标准Profibus-DP 通讯线中的绿色线与A1 连接、红色线与 B1 连接，并将拨码开关置于 on位置，连接终端电阻。

b.有两组 Profibus-DP通讯线与该插头连接时，这种情况是 Profibus-DP中间节点的连接情况，两根线分别为一进一出，可分别将两组通讯线中的绿色线与 A1、A2 连接、红色线与 B1、B2 连接，并将拨码开关置于 off 位置，断开终端电阻。

在连接DP接头时，一定注意将通讯线中的屏蔽层（金属网和铝箔）与插头中的金属片可靠连接，以消除电气干扰。

（2）Profibus-DP接头损坏及通讯电缆老化或过长导致线上电阻增大

Profibus-DP线路和接口模块连接主要通过DP接头（见图3），而每个接头都有一个终端电阻和两个偏置电阻，终端电阻的阻值是220 Ω，偏置电阻390 Ω（具体内部电路见图4），当我们发现整个线路通讯上的所有站都异常时，我们首先要考虑终端电阻是否正常。

图3 DP接头示意图

图4 终端电阻和偏置电阻电路图

具体故障检查及排除方法：

a. 首先把起点终端DP插头拨码开关拨为ON；b. 其余DP插头全部拨为OFF ；

c. 使用万用表欧姆档，测量起点终端DP插头之间3、8引脚的电阻，如电阻为220 Ω，表示起点DP插头接线正常，否则反之；

d. 再把相邻的DP 插头拨为ON ，仍然测量起点终端DP插头之间3、8引脚的电阻， 如电阻为110 Ω，表示该DP插头接线正常，否则反之；

e. 若该相邻DP插头接线正常，把它拨为OFF，再把其下一DP插头拨为ON仍然测量起点终端DP插头之间3、8 引脚的电阻, 如电阻为110 Ω，表示该DP插头接线正常，否则反之；

f. 重复第五步骤，直到测量起点终端DP插头之间3，8 引脚的电阻远远偏离110 Ω，此时可断定该DP插头或DP 插头接线有问题。

注意：测量Profibus-DP网络终端电阻时要将所有DP终端全部从模块上拔下，不能带电。

（3）通讯电磁干扰

此类故障比较难于排查，根据西门子厂家设备安装布线规范，要求Profibus-DP总线必须和高压电器设备（特别是变频器，直流调速器等大功率电气设备、电缆）进行隔离，为了消除通讯干扰，在设备安装初期，需严格按照施工标准进行施工，主要有以下几个方面：

a.在配电柜内部的Profibus-DP电缆需要穿金属缠绕管或者金属网管进行信号隔离，同时在线槽内走线时尽量和弱电电缆同一线槽走线，

b.在外部桥架的电缆，要求桥架内部必须安装金属隔板，保证通讯电缆和动力电缆分开，做到有效隔离，对于信号交叉区域，考虑到接触面价较小，如果条件不允许可以不予隔离。

c.对于每根通讯电缆两端在从电缆桥架接到配电柜时，需用接地卡子对电缆的屏蔽层进行有效接地，以消除干扰。

d.如果是已经安装完成的设备出现了干扰，则需要排查干扰源，特别是非本机设备的干扰，必要时进行对干扰源进行信号隔离。

e.如果在移动的场合一定要选用蓝色的Profibus-DP通讯电缆，这种电缆是拖曳式柔性电缆，切记不要用紫色的普通电缆替代。

（4）通讯传输速率错误

此类故障一般很少发生，只有在设备调试初期可能会出现，一般Profibus-DP网络设置传输率为1.5 Mbps，配置文件采用标准。如果网络距离不长，在通讯中偶尔出现报故障的情况，可以临时降低通讯传输效率，设为500 kbps,保证传输质量，但此类处理方法只用于临时处理，治标不治本（见图5） 。

图5 设置通讯传输率

3 Profibus-DP 现场总线发展分析

目前西门子公司推出的Profibus-DP总线由于抗干扰能力比较差，故障率比较高，导致目前正在被西门子最新推出的Profinet 总线逐渐淘汰，profinet总线采用RJ45接口和目前的以太网接口通用，抗干扰能力更强，传输效率更快。

profibus和profinet主要参数对照见表1：

表1 profibus和profinet主要参数对照

4 结束语

profibus通讯故障一直是困扰现场电气维护人员的难题。目前西门子的官方资料上也没有发表过故障排除方面的标准手册。我们只能从一些现场的故障处理经验上提炼一些可用的信息进行整理。同时，目前也有第三方厂家推出一些故障检测设备，如profibus tester等检测仪，目前正在摸索和总结使用经验。类似的产品还很多，这种诊断仪器具备检测每个通讯站点通讯电压功能，同时具有示波器功能，能清楚的显示出profibus-DP段所有主从站的电气信号质量，并以直观地柱状图显示。并具备主站仿真、拓朴扫描的功能。为现场电气维护工程师提供了一些必要的帮助，缩短了故障排查时间。