一种和温度有关的Profibus-DP通信故障分析及解决方法.docx

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1、摘要：针对高架库内部复杂的Profibus-DP通信网络在运行过程中出现的故障，对其进行了现象归纳、原因分析，并提出了相应的解决方法，总结出了一些与环境温度有关的通信故障的检查处理原则，为自动化程度较高的工况企业的Profibus-DP通信网络在出现故障时提供了参考。关键词：通信故障；Profibus-DP;高架库；西门子0引言高架库作为物流运转中枢，其占地大、接口多、单体设备和检测装置多样化，且分布范围广、各部分间距较长，直接导致了高架库大型的PrOfibus-DP通信网络具备结构复杂的特点。本文的高架库Profibus-DP通信网络共有60个子站，架设通信电缆约500in,覆盖高架库两台主

2、要的运输设备一一巷道式堆垛机，以及各接口码头，还包括了部分延伸的辑道码头。按照设计功能要求，高架库各子站都安装有安全I/O模块，且每个子站必须将所管理部分的安全状况实时反馈给采用S7-400P1.C作为控制单元的主系统；主站与各子站间还通过Profibus-DP网络实现现场检测仪表、触摸屏的数据通信，以及变频器的控制反馈等。一旦Profibus-DP网络出现中断或者延迟等故障时，将导致全线停机，严重影响现场物流运转，并可能造成主要生产设备大面积停机的不良后果。由此可见，PrOfibUS-DP网络的稳定性对于高架库系统的稳定运行，甚至是主要生产设备的稳定运行起到至关重要的作用。1 技术方案及原理

3、高架库ProfibUS-DP网络结构示意如图1所示。图中分配地址的站点共有60个，包括的设备有西门子S7-400P1.C、触摸屏、编码器、M1.G对中装置、ET200子站以及变频器等；图1右下方两个虚线矩形框包围的部分表示堆垛机上的Profibus-DP网络架构，其与主线路的连接依靠无线DP通信装置完成，保证堆垛机在移动过程中仍能接收到较为稳定的信号；其他各站点全部通过带屏蔽层的双绞铜芯Profibus-DP通信电缆相连，个别跨距较大的两个站点之间通过增加DP信号中继器对通信信号进行放大，目的也是为了保证全线通信顺畅。1高架岸PIQfi凶工，网络结构示意图2 和温度有关的通信故障现象及其解决方

4、法3 .1故障现象自2012年起至2014年，每年入夏，厂房内部环境温度上升时，高架库Profibus-DP通信网络就会出现突然连续闪断的现象，发生闪断的通信站点随机。该故障每次发生时，持续时长一般在68ho据现场统计，故障时间一般从中午11：30持续至晚上19：0020：00左右，其间如果全线断电重启，可以维持设备稳定运行05h左右；而当厂房环境温度逐渐回落之后，通信可以恢复，并且整个夜班期间不会再出现。该故障不是连续发生，而是随机发生，有时一周发生12次，有时1个月才发生1次，而高架库正常运行期间监控通信系统的各项指标均无明显异常。到了时近中秋，整体气温回落之后，该故障便不再出现，整个冬季

5、直到次年入夏前故障消失。该故障困扰最大、影响最坏，是最为复杂、最无迹可寻的通信故障。4 .2解决方法针对该故障，通过查找资料，向Profibus-DP技术开发商西门子公司咨询，均没有得到合理的解释，于是采取加强基础工作，同时假设并试验验证的思路寻求解决方法。(1)首先，对全线DP接头进行更换，重新接线，严格按照规范处理电缆屏蔽，完成后利用示波器抽样检测DP信号波形，均为正常方波；接着分段更换DP电缆，保证各段电缆完好；在更换电缆的过程中，严禁线路盘曲或者将DP通信电缆与动力电缆混合在相同的桥架内；考虑到ProfibUS-DP通信网络存在3个线路终端，给线路终端也安装了有源终端电阻，消除可能由终

6、端电阻问题引起的线路信号反射问题。(2)在2012-2013年间，按照第一点措施进行改进后，故障依然在2013年夏季出现。本文的高架库Profibus-DP通信波特率为1500kbit/s,只有当两个通信站点之间安装的通信电缆长度大于200ITI时，才需要安装RS485信号中继器。为排除距离导致的信号衰减问题，将全线凡是通信段大于50m部分的DP电缆全部一分为二，加装中继器。上述改造后，2013年夏季，故障出现次数大大降低，现场跟踪共发生不到10次，但该故障仍未得到彻底解决。3 3)2014年夏季，经过一年的分析整理，将目标锁定在信号干扰问题上。采用具有较厚的金属编织层的液压专用金属软管代替普

7、通金属软管，对高架库全线上所有与大功率动力电缆相邻或者相近的DP通信电缆进行套管处理，处理完成后故障消失。整个2014年夏季未再出现该故障，经跟踪观察一年，2015年入夏以来也未再发生该故障，判定该故障得到彻底解决。4 故障处理原则通过近三年来对高架库Profibus-DP通信故障的处理，笔者对Profibus-DP通信故障的处理原则进行了如下总结：(1)先一般后特殊。对于Profibus-DP故障现象较为单一且固定的，可以优先采取二分法进行判断；而对于故障现象复杂多变，没有确定现象的，则应进行专项分析。(2)先硬件后电缆。在分析PrOfibus-DP通信故障时，往往先检查DP接头、通信装置接

8、口等硬件的好坏；如果已经确认硬件正常，那么可以考虑通过测量相应故障段的DP电缆阻值等手段来检测电缆质量，或者在方便操作的情况下直接更换电缆测试。(3)先基础后专项。在排查Profibus-DP通信故障过程中，应该重视检查DP接头接线、DP电缆安装是否规范等基础工作，有时复杂的故障现象往往是由简单的失误造成的；在基础排查完成后，如果故障仍然存在，就应该选择故障特征最为明显的方向进行专项分析。(4)先宏观后微观。尤其在遇到PrOfibus-DP通信网络出现闪断、数据丢失或者其他一些无规律的复杂故障时，首先应该从宏观上排查硬件状态、电缆质量、安装规范等具有比较明确的判断标准的部分；如果故障依旧存在，就要转而考虑信号传输强度或者信号干扰等微观层面的问题，这些问题往往没有一个明确的表征指向，也不可能花费大量的人力物力进行专业检测，主要通过试验法排除。5 结语本文所述的故障现象，由于故障发生在特殊时间，复杂多变，且全国范围内没有找到可参考的范例，多次咨询西门子专业技术人员，也没有得到有效的处理建议，所以前后耗时三年才将该故障彻底解决。回头分析，可以判定该故障其实是由两个因素共同作用导致，即温度和信号干扰。