故障分享——总线通讯故障维修

知识点：通讯系统总线

故障描述：

西门子的S7-400以及Profibus总线控制系统，正常运行中突然出现通讯中断的问题，导致生产线停线。该系统的DP通信共两路，其中网络1连接的都是阀岛，该路网络并没有出现故障；网络2连接的是ET200M（IO）以及仪表，该路网络出现故障（图1）。针对DP网络频繁中断，对网线进行了检测、隔离等处理，部分网段则重新布线。另外，在出问题的网络2中，增加了一个RS485中继器，但问题依然没有解决，因此怀疑是EMC干扰导致通信出现问题。 

图1 网络组态 

故障处理：

检查网络拓扑和布线。现场网络共两条，每条网络上都只有20多个站点，并没有超出连接站 点数的限制。波特率的设置为500Kpbs，通信电缆的长度在400米以内，满足Profibus网线通信距离的要求。但在通讯出现中断后，现场在网络2的中间位置增加了一个RS485中继器。

检测布线及接线情况，逐步把重点范围缩小至三段网线，该三段网线均在线槽内与动力电缆混在一起平行走线， 并且发现了其中有一根网线破损（图2）。

图2 网线外皮有破损 

红色的数据电缆的外皮已经被割破（图3），随时可能 与屏蔽层接触到，而一旦接触，将导致通信线与屏蔽层发生短路故障，DP通信就会出现问题。

图3 数据线已经破损

分析原因可能为的金属管口没有保护垫圈，随着设备的震动，管口将DP电缆割破，导致通信出现问题。

解决方案

将该电缆重新敷设，长度加长，保证DP电缆与管口不会接触，并且在管口加了胶皮垫 圈，保证金属管口不再将电缆割断。经过处理后，通信已经恢复正常，并且运行了一段时间都没有出现问题，因此找到导致通信中断的主要原因（图4）。

图4 DP网线重新放线

但是，正常工作了大概两天又出现故障，于是对其余网段都进行了检查。

首先，由于电柜内加装了一个中继器，但在中继器的接线上，我们发现从主站方向来的DP线接到了RS485中继器的下端口，而一般情况下，RS485中继器都要求将DP主站方向来的电缆连接在上端口，因此我们将中继器的接线进行了整改，将主站方向来的DP线接到了中继器的上端口 （图5）。

图5 中继器的接线方向

检查DP通信的波形。通过波形是可以发现网线上的干扰信号。分别在DP主站、中继器以及终端的站点上分别对波形进行了检测。从波形上看，物理层上并没有发现EMC干扰信号。

通过在线诊断信息，可以看到，通讯终端丢失的从站都位于中继器之前。

图6 丢失的从站都是RS485中继器之前

最终决定将仪表到中继器之间的一段DP电缆用临时电缆替换，因为该电缆本身经过了一段线槽，该段电缆在线槽内与动力电缆一起布线，容易受到干扰。更换了该电缆后，通信恢复，系统也恢复正常。

工作中对DP信号再次进行了检测。但为了不影响生产，仅仅对更 换电缆后的中继器上的信号进行了检测（图7）。

图7 更换新的电缆后，中继器上检测到的波形

故障总结

随着现场总线发展，相应的总线故障问题种类也越来越多，问题往往都不容易找到，为了适应这样一种实际问题，随着时间推移产生了一些诊断方法。这些方法主要有：

• 通过站点状态指示灯及万用表等简单工具排查：这种方法只能简单地排查Profibus电缆是否连接，各站点是否连接，首尾终端电阻是否接入等，此方法只用作前期的初步检查。

• 编程软件，如西门子step7软件及ABB Control Builder编程软件，通过编程软件可清楚显示整个网络的拓扑结构和各站点的信息。网络状态信息可全面了解，便于故障定位。用作整体全局的故障检测，定位度不高，对于信号质量等不能诊断。图2为编程软件的站点显示。

                        图1 ABB编程软件中的站点

• 诊断中继器及自带手持诊断设备：如西门子诊断中继器及诊断设备BT200，此类设备对整个总线网络有较为细致的检测功能，可准确排查线路AB的反接，短接，短路，诊断中继器还可记录故障的时间原因，网络拓扑及出错地点。但这种检测局限性比较大，如BT200大多用在总线布线阶段，在设备处于运行状态诊断有不小难度，诊断中继器长度需100m以内，且需网络组态，对网络也有要求。（现已停产）诊断中继器诊断如图3所示。

图2 诊断中继器诊断

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