PROFIBUS—DP现场总线干扰原因分析

张显锋

摘 要 在工业控制中，Profibus-DP 网络是使用最为广泛的现场总线网络之一，但由于在profibus-dp总线现场施工程中，安装不当、未使用标准电缆、传输速率与距离、屏蔽与接地、电缆布线等各种因素的影响，会出现总线稳定性等问题。结合现场的实际，针对上述几点因素进行了分析，从而保证了通讯的稳定性。

关键词 现场总线；Profibus--DP；干扰

前言

Profibus-DP技术的应用，真正实现了彻底的分散控制管理。其通信协议是公开的、一致的，保证了遵循此协议的不同厂家设备之间能互连、互通。具有较强的抗干扰能力、极高的可靠性。智能化设备可以直接执行传感、控制、报警和计算功能，减少了变送器的数量，也不需传统控制系统中信号调理、转换、隔离等电源。大量减少了敷设电缆和工作量，系统的可靠性能明显加强。

但在实际的施工过程中，由于安装调试人员对profibus安装规范的不了解，对规范执行的严格等。在盘柜安装、工业现场的安装与调试、使用维护等各个环节没有遵守规范，引入外界EMC干扰。这些外部因素对总线系统在通讯和稳定运行中的稳定性造成影响，从而导致了数据传输问题导致通讯终端，致使设备运行不正常。

1 PROFIBUS的传输技术

PROFIBUS提供了三种数据传输形式：RS-485传输、IEC1157-2传输和光纤传输。其中RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，本文主要讲profibus的RS-485传输技术。RS-485传输技术基本特征是：网络拓扑为线性总线，两端有有源的总线终端电阻；传输速率为9.6kbps～12Mbps；介质为屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件；不带中继时每分段可连接32个站，带中继时可多到127个站[1]。

2 Profibus-DP总线硬件

Profibus-DP总线中常用硬件有网络连接器、中继器、有源终端电阻和屏蔽双绞线等。一般网络连接器内置有终端电阻和偏置电阻。采用RS-485传输技术的PROFIBUS网络最好使用9针D型插头。当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆，屏蔽可提高电磁兼容性（EMC）。如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来覆盖，以保持良好的传导性。

终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。在通信过程中，有两种原因因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除這种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配[2]。

3 常见故障分析处理

根据常见的故障现象，Profibus-DP网络故障通常可以分为两大类，一类是稳定故障，其表现是发生故障的时间和网络位置相对稳定； 另一类是非稳定故障，指发生故障的网络位置不固定或故障现象不持续的偶发故障或随机故障。

对于稳定故障，各站点的报警指示灯基本上能给出比较明确的指示，且不随时间变化，即从网络硬件配置的在线状态上，就能得到全局性的故障点指示。

对于非稳定故障，常见的现象有以下几种 ：①故障站点随时间变化或将无故障的站点错报为有故障站点。②系统对某站点偶尔报错。③用网络诊断软件观察网络状态，可能出现一些诸如信号干扰、信号电压不足等异常情况；也可能在观察时，网络状态非常稳定，但是其他时刻会发生异常。

故障举例：鞍山某不锈钢公司连续光亮退火生产线在生产过程中，时常出现传动部分通信网络不稳定的问题。导致机组在正常生产过程中因通讯故障而发生停车事件，造成生产停产，钢带停在炉内，马弗管内钢带过烧，造成产品废品。这对连续退火炉来说是一个非常致命的质量隐患，不仅降低机组的开动率，还造成产品质量不合格和废品。Profibus总线的稳定性显得至关重要。

该网络有38个站点，从站为远程 I /O、传感器和变频传动装置，网络线路固定，没有移动部分。由于各站点间的联系紧密，故障是在工作的时候偶发出现，没有规律性。为了排除该故障，先后做了以下工作或者测试：①检查并紧固全部网络插头，排除接线问题；②用网络中继器进行网络分区隔离；③更换了怀疑区域内的部分网络插头，网络故障次数减少；④用网络诊断仪测试网络波形，结果非常正常，无法判断故障原因；⑤用网络物理测量仪，发现故障区域的部分电缆AB线电阻过大，进行了更换，网络故障次数再次减少；⑥对于再次出现故障的站点电缆进行了更换，对更换下的电缆检测发现，该电缆的屏蔽层有断线，导致高频传输性能差。通过上述方法，彻底排除了网络故障，使网络恢复稳定[3]。

4 结束语

在profibus-DP总线应用上，要考虑每个分段上的站点数；当超过规定时，必须使用中继器用以连接各总线段，串联的中继器一般不超过4个；一旦设备投入运行，全部设备均需选用同一传输速率。另外，规范的总线接口电路设计、连接及电缆敷设是避免系统干扰产生的有效措施。为减少或避免干扰，在实际应用时有几点建议：①要使用规范的总线收发器；②要使用规范的PROFIBUS-DP线缆，而非规范线缆往往与总线连接器中的终端电阻不匹配；③要注意总线的短路、断路问题，因为接线不规范会容易引起总线短路，而错误的设置总线连接器的终端开关也会造成总线断路；④正确划分网段，保证各网段中都正确设置终端电阻；⑤两个站点间距离不可太近，建议不要小于1m。

参考文献

[1] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华人学出版社， 1999：129.

[2] 方彦军，廖廷常.基于PROFIBUS现场总线的控制系统通信技术研究[J].工业控制计算机，2001，（7）：14-35.

[3] 刘美俊.PROFIBUS总线技术[J].机床电器，2005，（3）：5-8.