稳定可靠的总线网络诊断工具——能及时发现网络中薄弱的地方，节省系统诊断时间，大大提高工厂设备的利用率。

PROFIBUS是一种具有应用范围极广、开放的数字通信系统，是集中自动化系统向分散自动化系统发展的重大突破。

在应用过程中，由于用户对现场总线技术的了解程度不同，再加上现场情况复杂，因此很有可能导致许多现场总线通信上存在着一些隐患，如果不能及时发现和处理，将可能导致通信故障，从而影响系统的正常运行。一套稳定可靠的诊断工具和方法，对于Profibus网络尤为重要。

本文着重介绍Profibus-DP的网络、故障诊断分析及诊断工具的使用。

Profibus-DP简介

Profibus-DP是Profibus（过程现场总线）家族的一员，它的应用极为广泛。Profibus-DP主要用于现场级的数据传输，解决自动化控制系统通过高速串行总线与分散的现场设备（仪表、阀门等）之间的通信任务。

Profibus-DP设备类型

DP网络中的设备类型有3种：

●1类主站:它是DP网络中主角，起着和从站交换数据并控制整个网络的作用。

●2类主站：它负责对DP系统进行组态，对网络进行诊断等。

●从站：从站是现场设备，它们负责执行主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号。

Profibus-DP网络结构图

本基地一个新建工厂采用西门子416系列CPU主站,从站有3个ET200M、8个ET200iSP远程站、20个ABB ACS800变频器、16个西门子SIMOCODE马达启动器以及第三方设备（如Pilz安全系统，托利多称重系统等）。

图1中Profibus-DP单站网络L3段上设备包括：

●AS416自动化控制站；

●ES代表工程师站；

●ET200M分布式IO设备；

●ET200iSP分布式IO站（可在充满气体和粉尘的可能爆炸的环境下操作）；

●RP代表西门子RS 485中继器，在网络中起放大/分支作用（上下方向DP端口具有放大作用，水平方向DP端口具有分支作用）；

●IS代表西门子RS 485-IS耦合器,通过它将ET200iSP连接到主站；

●PT代表Profibus终端电阻；

●传输介质是Profibus屏蔽双绞线。

网络分析及故障诊断

网络介绍

L3网络属于Profibus-DP单站系统。AS416为1类主站，位于3层机柜间；ES为2类主站，位于3层控制室；从站为分布式I/O站，分别位于1，2，3层现场和机柜间。

3个ET200M分布式I/O站，DP地址分别为3、4、5,与AS416在同一个柜内；8个ET200iSP分布式I/O站，DP地址为6~13,按防爆要求进行设计，DP 6/7/8/10/11的5个站位于现场2层，DP 9/12/13位于现场1、3层，每个ET200 iSP站都单独安装在一个远程柜内；柜与柜之间通过Profibus屏蔽双绞线进行连接。以下将从站简称为DPx站(x为分布式I/O站地址)。

传输介质采用的是Profibus屏蔽双绞线，Profibus屏蔽双绞线的走线方式完全跟动力电源分开，屏蔽层在电缆两端可靠接地。传输速率为500kbit/s。

网络故障描述

2014年3月底，调试试运行结束后，工厂投产运行。工厂正常运行至5月中旬，DP9/12/13 ET 200iSP远程站通信故障，且马上恢复正常，此次故障导致工厂停车，损失较大。

Profibus-DP通信故障，通常会造成工厂停车，造成较大的损失。DP通信故障，都会非常重视，希望能找到故障发生的原因，彻底解决故障，以避免再次出现类似故障，影响工厂生产。

在处理系统问题时，系统维护技术人员都希望故障能重现,抓住故障现象及有用信息。可是此次故障，自动复位恢复正常，且不再出现类似故障。ES站上,在线查看CPU416上报警信息（通常会保存3000条记录），没有找到有用的信息，只找到在某个时点上出现过掉站现象。通信恢复后，DP9/12/13远程站通讯故障现象没有再出现。在故障原因未查明解决前，工厂不会重新启动。在故障原因查找过程中，通过CPU诊断信息和常规的检查手段，无法定位故障点，找到故障原因。

网络分析及诊断工具应用

在故障查找陷入困境时，我们试用了第三方厂家的专业Profibus-DP诊断工具PROFIBUS Tester4,型号BC-600-PB。此诊断工具可以在不影响PROFIBUS正常运行的情况下，对DP段内所有主从站的物理层和协议层同时进行完整检测，从而分析网络状况并定位故障源。它能准确检测出瞬时干扰和早期错误隐患，比如线缆老化、电阻丢失、接头松动等，可实现预防性维护，有效避免非计划性停机。

每条DP网络上，主站DP接头采用带编程口的DP插头。这样优势是，不需要将相对应DP网络断开，就可连接编程/诊断工具，不会影响设备的正常运行。诊断工具Tester4直接连在L3编程口上，对L3网络进行在线监控。

电平和波形测试是DP网络分析常用的方法。通过Tester4诊断工具的在线监控软件，监控L3网络上主/从站的电平和波形，高电平为5V DC，低电平为0V DC，说明L3网络的信号强度较强，不存在由于距离而衰减现象，因此可以排除L3网络走线错误、距离过长导致的信号衰减、终端电阻设置错误等；从波形上判断，主/从站波形均为平整方波，几乎不存在抖动波形，也可以排除L3网络存在明显的外界电磁干扰。

通过对L3网络电平和波形分析，说明网络状态良好，未抓到网络的故障点。

Tester4诊断工具也具有强大的报文诊断功能, 解析诊断报文、参数化报文、配置报文，矩阵形式记录重发报文、诊断报文次数等等。利用诊断报文功能，连续监控L3网络状态，监控通信报文。进入软件“Overview”画面，出现了闪烁的“！”（感叹号表示网络“不健康”），说明L3网络有隐患，但不是致命的。然后，进入“Station Statistics”画面，发现DP9/12/13三个站，出现重发报文记录（如图2①）。由此，确认了网络的故障点。

基于报文重发记录（故障点），进一步分析引起的原因，可能的原因有：① DP9/12/13三个站接线问题（出现丢包现象）；② 干扰问题；③ 设备缺陷；④设计问题等。通过对DP9/12/13 三个站的线路检查并重新接线，尝试更换双绞线、RS485放大器和RS485-IS耦合器等操作后，报文重发现象依然存在，因此可以排除前三个原因。

最后集中在第四个原因——设计问题上进行分析。L3网络结构不是太复杂，也较典型，比较特别的就是L3网络上同时存在ET200M和ET200iSP，ET200iSP通过IS1和IS2信号隔离器接入主站，且考虑到DP9/12/13从站与主站的距离，加了一个RS485信号放大器进行信号放大。RS485信号放大器在此项目的设计中，一路接到IS1上，用于放大作用（接DP9/12/13站）；另一路接到IS2上,起到分支作用（接DP6/7/8/10/11站）。RS485放大器是首次此网络上应用。RS485在安全区域经常设计为一路放大、一路分支。基于上述分析，RS485在L3 网络回路上的应用可能存在问题。

要验证上述的分析，我们通过操作RS485放大器终端开关，将连接到IS2分支路断开，观察诊断工具的在线软件报文情况，出现DP6/7/8/10/11五个从站掉线，DP9/12/13三个从站的报文重发记录不再出现（见图2②）。由此，基本可以得出结论，RS485在L3网络的设计是有缺陷的。通过上述的分析和排除，我们对L3网络中RS485的线路进行了修改，整改后的网络，通过诊断工具在线软件监控，网络的电平、波形、报文等信息都正常（见图2③）。L3网络整改后，工厂一直运行正常，没有再出现DP9/12/13站通信故障现象。

总结

当今，随着现场总线在分散控制系统的广泛应用，现场总线的设计和产品越来越成熟，通过简单的诊断来预防和诊断总线故障，已经不能满足系统维护要求。所以，稳定可靠的总线网络诊断工具，将会越来越有用武之地，它能及时发现网络中薄弱的地方，节省系统诊断时间，大大提高工厂设备的利用率。