20世紀90年代以來，信息工業4C技術（Computer、Control、Communication、CRT）的高速發展，工業控制領域對控制范圍和規模的不斷擴大，對性能、信息量和實時性要求提高以及與控制、管理和決策相結合，現場總線技術隨之而生，可以說現場總線是自動化發展的必然產物。

現場總線是指安裝在過程控制區域的現場設備與控制區域的中央控制系統進行數字式、串行、多點信息交換的數據總線。總線協議是現場總線的核心所在，總線協議技術是系統的，有完整的硬件和軟件支持，能夠形成系統和產品，總線協議的標準化是實現開放、互操性的前提?，F場總線遵循了統一的總線協議，實現雙向數字通信，具有多種智能化功能，增加現場級的信息處理和控制能力，具有豐富的狀態、診斷、參數信息?，F場總線技術是控制系統由傳統的集散型控制系統（DCS）向現代化的現場總線控制系統（FCS）不斷發展漸進的支撐。

Profibus現場總線

在現場總線技術發展中，Profibus現場總線技術無疑是應用最為廣泛的，它是由德國和歐洲國公司為主的國際性組織所主導的。Profibus總線協議通信模型參照ISO-OSI標準用于信息通信的七層參考模型，并增添了面向用戶的用戶層，如圖1所示，Profibus-DP將其簡化為三層，僅定義第一層（物理層），第二層（數據鏈路層）和用戶層。

圖1Profibus對于OSI模型的簡化

Profibus是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術，可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。Profibus傳輸距離遠速度快，數據安全性高，安裝簡單，使用方便易于調試。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。Profibus按照應用場合分為了Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS3個不同系列。FMS的協議層行規較為繁瑣，不能適應目前現場總線高速傳輸的要求，已漸漸退出了實際應用，現在應用最多的是DP和PA這兩種系列。

故障及其原因分析

在Profibus總線網絡的搭建和使用中，特別是在安裝調試及現場總線控制系統運行中，由于一些安裝配置或電磁干擾等原因，會使得Profibus網絡中斷、通信性能下降、網絡不穩定、站點丟失等故障。目前根據大量的現場實踐經驗得到，故障大致可以分為物理故障和網絡邏輯故障。其中，大部分的故障是物理故障，主要是安裝不規范，線纜布局及接口的問題較多，另外也時常有一些較復雜的瞬時故障發生。

物理故障主要有以下幾點：1.線路及網絡插頭等引起的故障；2.電壓電流劇烈變化、噪音干擾（共模差模干擾）、電磁干擾所引起的故障；3.通訊端口和模塊引起的故障；4.中間件及耦合器等引起的故障。而網絡邏輯故障主要有1.硬件組態故障如波特率配置、站點模塊組態等問題；2.通訊故障，功能塊配置問題，在編程的時候功能塊選用不當，有些信號需加延時處理等。這里我們主要研究的是出現問題最多的物理故障。

首先，查明造成故障干擾的因素至關重要，以便于采取措施，對癥下藥。從硬件上，在存在大量用電設備的工程中，由于電氣接線復雜、控制設備多、控制回路繁雜，很容易造成各線路之間的相互影響。各類電纜在橋架的走線布局不合理、接地不合規范、應當屏蔽的地方未做好屏蔽、通信線靠近大功率大電流設備都容易引起的Profibus網絡的故障。

診斷方法

隨著現場總線發展，相應的總線故障問題種類也越來越多，問題往往都不容易找到，為了適應這樣一種實際問題，隨著時間推移產生了一些診斷方法。這些方法主要有：

1.通過站點狀態指示燈及萬用表等簡單工具排查：這種方法只能簡單地排查Profibus電纜是否連接，各站點是否連接，首尾終端電阻是否接入等，此方法只用作前期的初步檢查。

2.編程軟件，如西門子step7軟件及ABBControlBuilder編程軟件，通過編程軟件可清楚顯示整個網絡的拓撲結構和各站點的信息。網絡狀態信息可全面了解，便于故障定位。用作整體全局的故障檢測，定位度不高，對于信號質量等不能診斷。圖2為編程軟件的站點顯示。

3.診斷中繼器及自帶手持診斷設備：如西門子診斷中繼器及診斷設備BT200，此類設備對整個總線網絡有較為細致的檢測功能，可準確排查線路AB的反接，短接，短路，診斷中繼器還可記錄故障的時間原因，網絡拓撲及出錯地點。但這種檢測局限性比較大，如BT200大多用在總線布線階段，在設備處于運行狀態診斷有不小難度，診斷中繼器長度需100m以內，且需網絡組態，對網絡也有要求。

4.一些抓包軟件，如Amprolyzer，專用于底層數據的診斷，作為通信質量的評估軟件。診斷功能較為單一，只用于通信質量，無線纜故障定位等功能。

5.綜合性的診斷工具，如德國Comsoft公司的NetTESTII和Softing公司的PBT-5設備。這種設備可系統化測試Profibus網絡，大多數的常見錯誤均可準確定位，這種綜合性診斷工具都內置示波器功能，可清楚檢測傳輸信號的通信質量，無論是在設備運行或調試階段，均可使用非常方便無需組態，可記錄檢測數據生成報告。結合永久性檢測工具可對網絡進行永久監測，最大化減小用戶工廠停機時間。NetTESTII診斷儀如圖2所示。

圖2NetTESTII診斷儀

通過比較各種診斷方法，這些診斷方法適用的地方及檢測的功能均不一樣，作為綜合性的診斷工具，功能完善，成本相對要高一些，但能有效排查現場Profibus網絡故障，保證正常生產需要，有條件的工廠可選擇綜合性的診斷工具，提高企業效益。表一為幾種診斷方法比較，可以看到綜合診斷工具功能更全面強大。

干擾處理

在工程項目現場應根據現場實際情況，綜合解決各類干擾。首先是要做好電纜布線和屏蔽工作，控制電纜和各種類信號線之間必須做好屏蔽，控制電纜需單獨放置，Profibus-DP總線雙絞線在橋架布置上避免與其他信號線、控制電纜及高電壓動力電力電纜相同線路，避免容錯，最大限度減少干擾源，在接線的時候，要把屏蔽層接好，留出適當長度的屏蔽層，避免與里面的電線接觸。

其次，良好的接地是現場總線防干擾的重要措施?！暗亍?，一般選取零電位作為參考點，接地即是在兩接觸節點之間建立通路，將用電設備則連接到“地”。接地的主要目的是為了保護人、設備的安全以及減弱電磁干擾等。注意通訊接口的固定也非常重要。除接地外，其他設備電源和電纜對通信信號的影響也很大，在有條件的情況下應選用隔離性能好的設備及電源，盡量隔離布線。另外針對模擬信號的干擾大量使用模擬信號隔離器（也稱信號變送器）以抵抗干擾，信號隔離器對各種模擬量信號進行電源、輸入、輸出三線隔離并調理信號，使信號干擾大大減小。正因為其擁有的超強抗干擾能力，加裝信號隔離器成為自動化控制系統的常用方法，現場應用也非常廣泛。

表1幾種診斷方法比較

Profibus總線網絡因其諸多優點成為非常重要的現場總線標準，同時也得到了廣泛應用，隨之而來的是在安裝調試及現場運行時各種網絡故障的產生。有些故障十分復雜，不易排查，應根據故障特點，選用合適的診斷方法及工具進行分析診斷，快速定位故障，盡快處理故障，縮短調試時間或減小停機時間，增加工廠效益。

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