PROFIBUS调试日记-细节决定成败

ID:26188 · 发表于 2015-5-28 00:07

网络通信问题很多用户都碰到过，导致问题的原因很多。最近碰到的一个ProFibus通信的问题，常见却不容易发现。我觉得很有必要给大家讲讲。以后项目中要引以为戒！

一个项目进行改造，在PROFIBUS网络的后面增加了几个站点，距离也非常近，符合PROFIBUS网络长度的限制，同时也符合网络的安装规范，接地也良好，施工完成后，从站出现不定期的掉站情况，故事将带您一起分析故障的原因。现场总线网络比较复杂，划分了好几个网段，根据现场测试简单画出网络拓扑图，如图1所示。

为了便于分析，图1中的网络只是示意图，总共有三个网段，只有一个CPU，从站故障多发生于网段1中CPU右边的22个从站设备中。

由于PROFIBUS通信是电压差分信号，故障发生在哪一个网段只是结果并不能判断故障源。先使用Amprolyzer （PROFIBUS报文测试软件，可以在西门子网站上下载）软件对整个网络进行测试，发现有报文错误。现场调试最头疼的就是由多个网段组成的网络，必须单独测量，检查的方法也很简单，就是排除法。首先进行网络分拆，屏蔽网段2，再在CPU上使用终端电阻隔开CPU左边的36个从站，这样可以排除网段间的相互干扰。最后发现大量的错误报文还是由CPU右边22个从站设备发出，这样就确定了故障的网段。

首先检查接地，表面看每个站点都接地良好，因为没有考虑到接地电阻，接地线分布等原因，这些问题对于现场临时调试是不可能的事情，所以就算接地良好。

其次查看是否符合PROFIBUS安装规范，包括站点间距离、是否有分支等，看了半天也没查出原因，就算是没问题吧，因为查看每一个接头是否虚接同样不现实。都没有问题，现场了解，在CPU右边22个从站设备的网段中进行过改造，添加了新设备，有一个站点添加在原网段，后面又添加了一个中继器用于扩展和隔离，检查了也没有发现问题，那么问题出现在哪里呢？

表面看不出来，只能通过示波器查看一下通信的物理信号，例如是否受到信号干扰以及PROFIBUS安装问题等，使用示波器查看的波形图如图2所示，

在波形上可以看到明显的信号反射，通过时间与信号传输速度的关系，计算到反射的位置距离主站大于70米，而70米处正是添加新设备的位置，再去现场重新检查，发现了一个奇怪的安装现象，如图3所示。

现场查看，发现网络最后使用中继器与新加站点隔开，由于安装空间问题，还有一个站点在中继器前安装，然后再连接到中继器，连接从站到中继器的电缆与原电缆不匹配，一个新的，一个是旧的，电缆订货号居然不同，难道问题出在这里？使用终端电阻将使用新通信电缆的站点隔离，再看信号波形图，反射信号消失了，问题找到了，使用一段多余的旧线替换新线后，错误报文很少出现。真是没有想到，一小段电缆居然造成整个网络不稳定。

如果通信电缆的特征阻抗不匹配，通信信号就会发生反射，如果通信距离较长，在末端出现反射，对通信造成的危害更大，即使电缆参数相同，但是厂商不同，特征电阻也会有偏差（手册中标有误差范围为正负10%，所以最大偏差20%），如果在长距离使用非PROFIBUS协会的电缆，通信质量就更难保证，图4的安装不能说错误，但是应注意上述的问题。

如果现场确实有困难，应在两种电缆交汇处使用中继器隔开。

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