PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線不穩(wěn)定因素解析

　　現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS是工業(yè)通信系統(tǒng)，它是使用一類傳輸介質(zhì)（如具有位串傳輸?shù)你~纜、光纖或無(wú)線等），用比特串傳輸，將分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器、變送器等）連接到中央控制或管理系統(tǒng)。盡管其制造廠采取了一些措施，使得它的可靠性較高，但還有許多外部因素也會(huì)造成其不穩(wěn)定，從而影響數(shù)據(jù)的可靠傳輸，這將會(huì)造成設(shè)備的突然停止。要提高現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS的可靠性，一方面要求現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS的質(zhì)量和相關(guān)設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線的可靠性。它的應(yīng)用提高了自動(dòng)化過(guò)程生產(chǎn)力和靈活性，同時(shí)為分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)造建立了基本的前提條件。它成套系統(tǒng)的建立和運(yùn)行期間能減少使用者的總成本以及增強(qiáng)性能和改進(jìn)質(zhì)量。目前，在煙草行業(yè)許多煙廠都應(yīng)用了，它確實(shí)實(shí)現(xiàn)了工藝控制由結(jié)果控制向過(guò)程控制的轉(zhuǎn)變，由控制指標(biāo)向控制參數(shù)轉(zhuǎn)變；由人工控制經(jīng)驗(yàn)決策向自動(dòng)控制科學(xué)決策轉(zhuǎn)變。但隨著應(yīng)用的日漸廣泛，其不穩(wěn)定性也顯得日益重要。本文就此問(wèn)題提出一些可能引起的因素，供致力于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的人員探討。

一、未設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的專用接地網(wǎng)，或接地達(dá)不到要求

　　現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS的傳輸介質(zhì)共用傳輸數(shù)據(jù)和供電電流。其工作電壓較低（5V左右），其本身耐壓也非常低（-7V~+12V）。一旦有過(guò)壓引入，就會(huì)擊穿損壞。在有強(qiáng)烈的浪涌能量出現(xiàn)時(shí)，甚至可以看到收發(fā)器爆裂，線路板焦糊的現(xiàn)象。因此，對(duì)其整個(gè)系統(tǒng)的拉地電阻要求一般不應(yīng)大于4Ω或更小。筆者在建設(shè)一個(gè)工廠時(shí)，曾見(jiàn)過(guò)設(shè)計(jì)只按《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ50057-94規(guī)定設(shè)計(jì)防雷接地，而沒(méi)有設(shè)計(jì)電氣設(shè)備專用接地網(wǎng)。安裝電氣輔助設(shè)施的單位和設(shè)備廠家對(duì)此也沒(méi)對(duì)其提出異議或要求。導(dǎo)致最后所有的接地都與防雷接地網(wǎng)共用。結(jié)果造成在調(diào)試期間，電控柜內(nèi)的一組PLC被燒，才意識(shí)到專用接地網(wǎng)的重要性，才做彌補(bǔ)工作。更有的設(shè)計(jì)了專用接地網(wǎng)，但業(yè)主或施工單位為節(jié)約，埋設(shè)的材料不合格或深度不夠；使接地達(dá)不到要求（小于4Ω或更小）。這點(diǎn)筆者認(rèn)為是可能影響現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS不穩(wěn)定最重要的因素之一。

二、不注意區(qū)分以下幾種接地

　　一般低壓設(shè)備有以下幾種接地類型：①機(jī)殼地又稱屏蔽地，它機(jī)殼和大地處于相等電位可以保護(hù)人身安全，也可以防止靜電、磁感應(yīng)并屏蔽外界干擾。②交流地，交流電源的N線。這種地線是產(chǎn)生噪聲的主要地方。③直流地，它是直流電源標(biāo)準(zhǔn)電壓的起點(diǎn)，在非浮空的直流電源，就把它作為地線，而且就是接地的連線。④信號(hào)地，通常是指?jìng)鞲衅鞯牡亍＂輸?shù)字地又稱為邏輯地，是數(shù)字電路部分的等電位點(diǎn)，是數(shù)字信號(hào)的零電位。⑥模擬地，是各種模擬信號(hào)的零電位。它們之間接地的要求不一樣。因此，應(yīng)特別注意。例如：交流地與信號(hào)地不能共用。一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有幾毫伏甚至幾伏電壓，對(duì)低電平的信號(hào)電路來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾。必須隔截和防止。 三、依據(jù)《電氣安裝規(guī)范》要求信號(hào)線與動(dòng)力線分開(kāi)，但在具體實(shí)踐中卻不可能完全分開(kāi) 　　現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸介質(zhì)共同傳輸數(shù)據(jù)和供電電流。根據(jù)《電氣安裝規(guī)范》在設(shè)計(jì)時(shí)，采用雙層橋架，一層敷設(shè)動(dòng)力橋架，一層敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)總線；但實(shí)際應(yīng)用中，卻不可避免的混在了一起。特別在進(jìn)入電控內(nèi)的時(shí)候，電控柜目前都沒(méi)設(shè)計(jì)雙線槽，都是走的同一線槽，所以，不可避免的混在了一起。因此，筆者建議廠家在設(shè)計(jì)時(shí)能否考慮在電控內(nèi)設(shè)計(jì)雙線槽。使電源線與現(xiàn)場(chǎng)總線徹底的分開(kāi)。 四、距離與速率設(shè)置的不匹配 現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速率與距離的關(guān)系。如表：1

　　上表顯示的是傳輸速率與距離的理論值。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用卻要考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、設(shè)備的穩(wěn)定性等因素。在四川三鑫煙草有限責(zé)任公司的預(yù)處理段網(wǎng)絡(luò)由主控PLC（S7-400）、18個(gè)I/O箱、兩臺(tái)核子稱、3臺(tái)水分儀、一套加酶系統(tǒng)、3個(gè)中繼器構(gòu)成。最初組態(tài)時(shí)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為1.5Mbps，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行?？蛇^(guò)了一段時(shí)間，系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定，檢查其實(shí)際距離是小于最大理論距離的。但后來(lái)筆者將傳輸速率將原來(lái)的1.5Mbps改為187.5Kbps，再也沒(méi)出現(xiàn)過(guò)此現(xiàn)象。

五、元器件的不穩(wěn)定性

　　現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的不穩(wěn)定與元器件的穩(wěn)定性有很大的關(guān)系。在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)中，一臺(tái)西門子MM440變頻器經(jīng)常掉線，查變頻器的參數(shù)設(shè)置正常，恢復(fù)為出廠設(shè)置重新設(shè)置參數(shù)，故障仍然存在。最后更換網(wǎng)卡后，再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)掉線。如果連接器壞了，也會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無(wú)法采集。從整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性來(lái)看，元器件的穩(wěn)定性也是影響系統(tǒng)穩(wěn)定重要因素之一。 六、周圍的環(huán)境 　　現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS系統(tǒng)的不穩(wěn)定與周圍的環(huán)境有關(guān)系。西門子可編程序控制器、變頻器等元器件對(duì)環(huán)境（濕度、溫度、海拔、灰塵等）都有具體的要求。如果這些環(huán)境長(zhǎng)期不滿足，就會(huì)造成元器件的不穩(wěn)定。 六、安裝接線不規(guī)范 在《可編程序控制器硬件和安裝手冊(cè)》中對(duì)總線電纜和電纜連接器的安裝有詳細(xì)的要求。如表：2

　　可見(jiàn)，總線的安裝是一件非常仔細(xì)、認(rèn)真的工作，而且要使用專用工具?？稍诎惭b、維護(hù)中，許多工作人員卻不嚴(yán)格按上面的方法安裝。給總線不穩(wěn)定性潛伏的機(jī)會(huì)。

七、噪音的影響。  　　現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用必然涉及到系統(tǒng)噪音問(wèn)題，由于所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完全連接到現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，連接處必然使用TAP接頭，這種接頭長(zhǎng)期處于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣的地方，就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)噪音的現(xiàn)象，繼而出現(xiàn)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤的報(bào)警，所以現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的衛(wèi)生條件，現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)條件都有嚴(yán)格的要求。接頭每次停機(jī)都要進(jìn)行檢查，但是并不是檢查后就可以完全消除噪音。 八、冗余問(wèn)題的影響  　　現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)思想，低速部分是不要冗余的，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)分散了危險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)儀表在現(xiàn)場(chǎng)可以自成調(diào)節(jié)回路而實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)。雖然是這樣，但是由于沒(méi)有冗余功能，所以一旦總線故障，雖然可以完全依靠就地來(lái)完成功能調(diào)節(jié)，卻無(wú)法讓運(yùn)行人員監(jiān)視到全系統(tǒng)運(yùn)行狀況，按照熱控的檢修標(biāo)準(zhǔn)在控制系統(tǒng)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視就應(yīng)該停止機(jī)組運(yùn)行，所以要想達(dá)到安全的目的，冗余設(shè)計(jì)是很有必要的。  九、結(jié)束語(yǔ) 　　現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，其穩(wěn)定性對(duì)生產(chǎn)非常重要，影響其不穩(wěn)定的因素多。除產(chǎn)品自身的原因外，潛伏在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)等過(guò)程中，因此，應(yīng)多方配合，按照產(chǎn)品規(guī)范、按規(guī)則的手法嚴(yán)格搞好每一環(huán)節(jié)，把可能影響的因素杜絕在各個(gè)環(huán)節(jié)。