PROFIBUS-DP通讯由于其突出的性能在工业自动化领域现场得到了广泛的使用。同时由于受现场施工技术能力的限制、现场电磁环境的变化，如果设备及设备通讯线路设计安装不当、随着现场设备电磁兼容性(EMC)性能下降、设备系统外部电磁干扰增强，会造成较强的电磁干扰，导致PROFIBUS-DP通讯故障。往往这种PROFIBUS-DP通讯故障具有瞬时性，难以去捕捉和定量分析。在工业生产过程中，故障的排除过程时，需要现场实际情况，考虑多方面的因素，不断尝试，采用综合手段去排查。本文将结合多年通讯诊断经验，以一个实例为案例，较全面的介绍通讯故障的现象、原因、解决方法等，为广大工作者对PROFIBUS-DP通讯的研究及故障解决提供借鉴。

1设备现场工况

 公司设备是一条铝合金杆自动化生产线，电气自动化控制系统由西门子2组S7-1200PLC、西门子G120 变频器，西门子直流调速器6RA80，西门子HIM TP1200精智面板控制设备等控制器及驱动器构成，如图1。西门子控制器下挂温度、压力、流量计传感器等模拟量元件。西门子控制器通过PROFIBUS现场总线连接西门子G120 变频器、西门子直流调速器和PROFINET连接西门子HIM TP1200精智面板组网。西门子驱动器完全通过PROFIBUS通讯控制。

                        图1设备网络视图

设备已正常运行2年多，在一次开机过程中突然出现驱动单元全部停机报装置故障，通过复位消除再次开起来。后期就出现不定时的全部或者某个驱动单元自动停机，经过查看驱动器报警记录，报F01910与上位控制器profibus通信超时。并且在空载联动长时间测试并未出现故障报警，只有在带负载生产时才会出现。自动生产线驱动器的突然自动严重影响正常生产，并且每次再次启动生产都会造成大量的天然气、电能、人力资源巨大浪费。

2故障原因分析

故障现象是明显直观的，西门子驱动器报显现F01910与上位控制器PROFIBUS通信超时，但难点在于：（1）、报警可以在触摸屏上快速消除；（2）、故障的出现没有任何规律；（3）、上位控制器PLC通讯模块正常，PLC并未进入停止状态，无法通过控制器PLC进行诊断。

 通过查阅G120说明书造成F01910故障的原因为：（1）、总线连接断开；（2）、通讯方关机。首先可以排除通讯方关机，因为在生产线开机过程中出现并且出现故障时各驱动器及上位控制器PLC均处于开机状态；结合原因（1）及瞬时通讯中断初步确定为通信电磁干扰。

为了进一步确定明确是否为通信电磁干扰，现场通过在控制器终端采用带编程口的PROFIBUS-DP通讯头，将PROFIBUS-DP通讯头的3和8号管脚连接到示波器上实时跟踪波形，发现在发生通讯故障时电压波动明显大于正常通讯时。最终把原因锁定在通讯干扰上。

3 PROFIBUS-DP通讯原理简介

PROFIBUS网络通讯的本质是RS485串口通讯。PROFIBUS网络通讯主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS-DP接口，通讯介质，PROFIBUS插头，中继器，诊断中继器，OLM以及有源终端电阻等。在本案例涉及到PROFIBUS接口，通讯介质，PROFIBUS插头。

（1）、PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管脚定义如图2。

图2 PROFIBUS总线接口及管脚定义

（2）、标准PROFIBUS电缆为屏蔽双绞电缆，其中数据线有两根：A-绿色和B-红色，分别连接DP接口的管脚3（B)和8（A)，电缆的外部包裹着编织网和铝销两层屏蔽，最外面是紫色的外皮。如图3.

图3 标准PROFIBUS电缆

（3）、PROFIBUS插头用于连接PROFIBUS电缆和PROFIBUS的站点，如图4。

图4 PROFIBUS插头的

在PROFIBUS-DP插头上，有一个进线口（In)和一个出线口（Out)，分别连接至前一个站和后一个站。当各站点通过插头连接以及网线连接到网络上时，根据RS485串口通讯的规范，每个物理网段支持32个物理设备，且在物理网段终端的站点应该设置终端电阻防止浪涌保证通讯质量。而每个PROFIBUS插头上，都内置了终端电阻，需要是可以接入（On)和切除（Off)。当终端电阻设置为“On”时，表示一个物理网段的终结，因此连接在出线端口“Out”后面的网段的信号也将被中断。因此，在每个物理网段两个终端站点上的插头，需要将网线连接在进线口“In”，同时将终端电阻设置为“On”，而位于网段中间的站点，需要依次将网线连接在进线口“In”和出线口“Out”，同时将终端电阻设置为“Off”。如图5。

图5 PROFIBUS插头的连接和设置

需要注意的是，PROFIBUS插头有一种带编程口（PG口)的，建议至少每个网段的两个终端站点处的插头尽量使用带编程口的（图图4，左侧的插头)，方便现场调试及系统的诊断和维护。

（4）、为现场设备提供一个良好的“地”以及进行正确的“接地”是提高EMC特性的前提，接地电阻要求小于4欧。通讯线连接的设备应做等电势连接。PROFIBUS 连接的站点可能分布较广，为了保证通讯的质量，要求所有通讯站点都应该处于同一个电压等级上，即应当都是“等电势”的。如果两个站点的“地”之间不等电势，则当两个设备分别各自接地时，将会在两个接地点之间产生电势差，此时电流会流过通讯电缆的屏蔽层，对通讯产生影响。因此应该在两个设备之间进行等电势的绑定。可以用等势线将两个设备的“地”进行连接，等势线的规格为：铜 6mm2 。

4、故障处理步凑措施

(1)、首先检查物理网段每个节点的PROFIBUS-DP插头的终断电阻位置设置是否正确。要求网络末端中断电阻开关必须达到“On”，中间打到“Off”。经过排查终断电阻开关位置都是按照要求设置的。

(2)、检查PROFIBUS-DP插头终端电阻值及PROFIBUS电缆屏蔽层与插头金属部位的接触情况。要求管脚3、8之间电阻值为220欧左右，PROFIBUS电缆屏蔽层与插头金属部位的紧密接触。经过排查电阻值正常，PROFIBUS-DP插头正常，电缆屏蔽层与插头金属部位的紧密接触，无大面积暴露在空气中。需要注意的是，在检查通讯头过程中，插拔通讯头都必须整体断电，严禁带电插拔，否则会损坏DP通讯头增加排查难度。

(3)、检查PROFIBUS电缆的布线。要求PROFIBUS电缆同动力电力分开布线，PROFIBUS电缆布线紧贴电控柜外壳。经过排查两者布线分开，但有部分PROFIBUS电缆未紧贴电控柜外壳，进行整改，如图6。

图6通讯线和动力线布线

（4）、检查G120变频器、直流控制器、PLC模块、电机接地情况。要求同一控制系统所有通讯站点都应该处于同一个电压等级上，即应当都是“等电势”的。经过排查大功率的变频器和直流控制器电机接电和变频器接电都按要求处理，但部分7.5KW的G120变频器、PLC模块接地均为未处理，而接地线都已引出盘卷放置在电缆沟里为接到变频器上。进行整改，拆除盘卷PE线，对未接地线的变频器重新放线接地，如图7。对于这样未接的盘卷的地线会形成一根天线，将干扰引入系统；地线盘卷，磁力线从环中间穿过时，根据“右手定律”，产生干扰信号，对整个连接在一起的系统，特别是通信造成干扰。

图7 未接电的PE线盘卷

（5）、检查接地母线及电柜接地情况。现场接地母线同三相电一起引出，接地母线直接固定在电柜底部金属隔板上，各个分电柜之间并未有效连接。使用短而粗的金属编织线连接电柜，在连接处使其大面积与柜体接触，如图8。通过这个措施使所有电柜都“等电位”接地。