PROFIBUS现场总线在DCS中的常见故障分析与诊断方法
PROFIBUS—DP现场总线干扰原因分析
PROFIBUS—DP现场总线干扰原因分析摘要：针对什邡卷烟厂制丝车间生产线改造完成，参照电控资料并结合本人的理解认识，分析了烟草行业中对PLC控制系统造成干扰的电磁干扰来源，指出在工程应用时必须综合考虑控制系统的抗干扰性能，并结合工程提出了几种有效的抗干扰措施。
关键词：Profibus—DP；干扰；PLC通讯随着自动控制技术的发展，现场总线技术存工、I 控制 }1的应用也越来越广泛，总线的可靠性直接影响到，企业生产的效率和安全。
在国内烟草行业中的制丝生产线有很多采用Profibus—DP现场总线技术对设备进行控制。
根据工艺的要求，把制丝生产线分为四段：叶片段、叶丝段、梗丝处理段、储丝房、除尘房、香料厨房。
六个生产工艺段在控制上彼此独立，但又存在一定的联锁关系。
六个工艺段采用s7～400做为控制单元，通过Profibus—DP网络与子站、变频器、流量计、红外水分仪以及现场操作屏等进行数据通汛，此Profibus—DP网络的抗干扰能力，直接影响整个制丝生产线的稳定性。
1． Profibus—DP概述Pmfibus—DP网络通讯的本质是RS485串口通讯，其在OSI参考模型中主要使用第1、2、层，即物理层、数据链路层，因此网络通讯速度比较快，而且报文简单。
Plofibus一1)P网络传输采用一种两端有终端的总线拓扑结构，可以确保在网络通讯期间接人或断开一个或多个站谢不影响其他站点的通讯，如图1所示Profibus—I)P总线允许选择ll$485或光纤两种不同的物理层，一般设备级现场总线采用RS485，传输介质采用屏蔽双绞铜线电缆，其传输速度在9．6kb／s～12Mb／s间可选，通过中继器可将输送距离延长到lO公里，在不带中继器的情况下，电缆的最大长度取决于传输速度，如表l所示。
表1 RS485传输速度与A型电缆的距离2 .Proflbus—DP网络故障现象在制丝生产过程中．根据工艺的要求，需要确保流水线生产设备的安全和烟丝产品质量，因此当控制系统发生DP站点通讯故障时，会按照设备的联锁关系停止生产线部分设备。
化工厂DCS系统常见故障分析及应对策略探讨
化工厂 DCS系统常见故障分析及应对策略探讨摘要：近几年来，随着我国科技的不断进步，化工厂陆续建成并逐步实现自动化。
在化工生产过程中，DCS系统可以促进安全生产，它作为自动化控制系统已经被化工企业在生产过程中广泛使用。
DCS系统的应用大大提高了化工行业的生产效率，但在应用的过程中难免会出现一些故障，导致生产效率降低，甚至出现安全问题。
本文对化工厂DCS系统的常见故障进行分析探讨，并提出了判断的方法以及应对的策略。
关键词：DCS系统；故障；策略集散控制系统，简称DCS系统，它可以实现集中监视操作，同时还能够实现分散控制。
DCS系统的有很多优势，比如操作能力强、组态方便等，而且它的性能十分稳定。
因而，DCS系统常常作为生产过程中控制系统的核心，它被认定为化工生产中的安全保障。
DCS系统在正常运行期间，可以为化工生产带来许多便捷，但当它发生故障时，就会失去控制。
特别是在连续的化学生产中，难免会出现系统失控等故障，再加上有高度的可燃性、爆炸性、毒性以及腐蚀性特点的化学原料，可能造成很大的安全隐患。
这就会大幅度降低生产过程的安全性，甚至会有发生事故的危险。
所以，为了防止事故的发生，有必要对DCS系统常见的故障进行分析，并加强对DCS系统的日常维护。
一、化工厂DCS系统的常见故障（一）系统故障系统故障可分为偶然性故障和固定性故障。
系统在发生偶然性故障时，可以重新启动，系统就能够恢复正常。
但如果在系统重启之后，仍旧没有恢复正常，那就极有可能是固定性的故障，发生这种故障还需要更换硬件或者软件，才能使系统恢复正常[1]。
（二）硬件故障电源系统故障和控制操作失效故障是DCS系统中最常见的两种硬件故障。
电源系统出现故障，可能会导致整个系统瘫痪，无法运作。
如果鼠标操作信号不能改变过程通道，参数存在异常，那就是DCS系统发生了控制操作失效故障。
造成这种故障的原因，一方面是操作站软件的错误，使处理器无法响应，另一方面是处理器通道的硬件故障。
化工厂DCS系统的常见故障及应对措施探讨
化工厂DCS系统的常见故障及应对措施探讨化工厂DCS系统（分散控制系统）是化工生产过程中的重要控制设备，它能够实现对生产过程的全面监控和自动控制，提高生产效率和产品质量。
由于复杂的工艺和设备，化工厂DCS系统也容易出现各种故障，影响生产稳定性和安全性。
本文将从常见的化工厂DCS系统故障入手，分析其产生的原因，并提出相应的解决和应对措施，以期对读者有所帮助。
一、常见故障及原因分析1. 系统死机DCS系统死机是常见的故障之一，一旦出现系统死机，将导致整个生产过程无法正常进行。
系统死机可能是由于硬件故障、软件异常、系统病毒等原因引起的。
2. 通讯故障通讯故障是化工厂DCS系统中常见的问题，可能是传感器、执行器或控制器与中央控制系统的通讯出现异常，导致数据传输不畅，从而影响到生产过程的监控和控制。
3. 数据丢失数据丢失是化工厂DCS系统故障的一个重要表现，可能是由于数据传输过程中出现丢失或损坏，或是数据采集和存储设备出现故障引起的。
4. 控制逻辑错误控制逻辑错误可能是由于程序编写不当或参数设定错误引起的，导致控制系统无法按照预期的方式进行操作。
5. 人为操作错误人为操作错误也是造成DCS系统故障的一个重要原因，可能是操作人员对系统操作不熟悉或使用不当，也可能是由于误操作导致的系统故障。
二、应对措施1. 定期维护和检查化工厂DCS系统的硬件设备、软件程序都需要定期的维护和检查，以确保设备的正常运行和软件的稳定性。
定期检查电缆连接、传感器和执行器的状态，进行硬件设备的清洁和检修等。
2. 完善的备份系统对于化工厂DCS系统中重要的数据和程序，需要建立完善的备份系统，以防止数据丢失或程序损坏。
定期对备份数据和程序进行检查和更新，确保备份系统的完整性和可靠性。
3. 强化安全防护化工厂DCS系统中的安全防护措施至关重要，可以采取密码保护、权限控制、网络隔离等手段，防止系统遭受病毒攻击和非法入侵，从而保障系统的安全性和稳定性。
第讲PROFIBUS现场总线
概述
1、PROFIBUS-DP
DP—— Decentralized Periphery 〔分布式外围设备〕.
是一种高速低本钱通信，即插即用， 最高传输速率12Mbps，用于中央控制 器〔PLC、PC〕与分散的现场设备 〔如I/O、阀门、驱动器等〕的通信。 使用PROFIBUS-DP可取代24VDC信 号传输。
主动站、主设备
PC
PLC
PROFIBUS
被动站、从设备
协议
四、总线访问协议的特点(1)
1、混合总线访问协议 主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议
2、主站 主动站在一个限定时间内 (Token Hold Time) 对总线有控制权
3、从站 从站只是响应一个主站的请求，它们对总线 没有控制权
PLC
PLC / PC
e.g., I / O
协议
四、总线访问协议的特点〔2〕
4、主站或从站可以在任何时间点接入或断开。FDL 将自动地重新组织令 牌环。
5、令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务。因此，用 户必须计算全部目标令牌环时间 (TTR)。
6、总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传 输错误和其他所有可能的网络失败。
概述
带有 PROFIBUS-PA 的典型系统配置
区域控制器 (PLC)
工程或 HMI 工具
H2
x
RS 485 up to 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
I
耦合器／链接器
+ x
IEC 1158-2 with 31.25 kBit/s
PROFIBUS-PA
变送器
H1
概述
PROFIBUS-FMS 的特点:
浅谈PROFIBUS现场总线不稳定因素及对策
浅谈PROFIBUS现场总线不稳定因素及对策本文根据实际生产过程中经常遇到的一些影响PROFIBUS现场总线不稳定的因素和可能引起不稳定现象的因素,从四个方面提出了一些切实可行的对策措施,供致力于现场总线技术的人员探讨。
标签：现场总线通讯稳定对策0 引言现场总线PROFIBUS是工业通信系统,它是使用一类传输介质(如具有位串传输的铜缆、光纤或无线等),用比特串传输,将分散的现场设备(如传感器、执行机构、驱动器、变送器及各种现场仪表等)连接到中央控制或管理系统。
作为一种先进的数据传输技术,因其通信速率快、系统安全、价格低廉等特点,已被广泛的应用到烟草行业许多烟厂,它确实实现了工艺控制由结果控制向过程控制的转变,由控制指标向控制参数转变;由人工控制经验决策向自动控制科学决策转变,提高了自动化过程生产力和灵活性,但由于工业现场的恶劣环境,如温差、湿度变化大(使用蒸汽及无空调环境)、粉尘多、电磁干扰强等因素及使用一段时间后设备出现的老化现象,严重影响到PROFIBUS现场总线系统的稳定性,从而影响数据的可靠传输,这将会造成设备的突然停机,影响生产安全和产品质量。
本文根据实际生产过程中经常遇到的一些影响PROFIBUS现场总线不稳定的因素和可能引起不稳定现象的因素,从四个方面提出了一些切实可行的对策措施,供致力于现场总线技术的人员探讨。
1 网络的电气干扰实际生产现场造成电气干扰的原因很多,如变频器的干扰,地线接触不良,交流电源的信号干扰,设备振动的干扰等。
提高抗干扰能力的对策措施:1.1 对因设计安装在现场I/O柜内的变频器可考虑把变频器移到I/O柜外,对因变频器到电机没有采用屏蔽电缆线的可考虑更换为屏蔽电缆线,以减少变频器对网络的干扰。
1.2 在接地网线达到规范的前提下,应确保PROFIBUS电缆的屏蔽层在每个站点都可靠接地,在两端的接地应使用尽可能大面积的屏蔽压板,以保证地对大地的良好导电性。
1.3 应避免数据线与所用电力电缆敷设在同一桥架内,尽量避免其它电缆与现场总线电缆敷设在同一线槽内,并尽可能保持一定的距离,如不可避免时,可考虑把这些电缆套上带金属屏蔽的绝缘套管。
DCS系统常见故障排除经验
ＤＣＳ系统常见故障排除经验 经验交流 朱红 ｆ青海油田格尔木炼油厂，青海格尔木８１６０００）
摘要：结合生产控制系统实际，提出处理Ｄｃｓ系统故障前应做的准备，介绍系统硬件故障判别方法，重点阐述ＤＣＳ 常见故障的经验查找和处理。 关键词：ＤＣＳ；故障排除；故障点；网络堵塞
Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ＤＣＳ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｒｏｕｂｌｅｓｈｏｏｔｉｎｇ ＺＨＵＨｏｎｇ （ＱｉｎｇｈａｉＯｉｌｆｉｅｌｄＧｅｅｒｍｕＲｅｆｉｎｅｒｙ，Ｇｅｅｒｍｕ８１６０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＤＣＳ ｓｙｓｔｅｍ ｔｒｏｕｂｌｅｓｈｏｏｔｉｎｇ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ｆａｕｌｔ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｒｏｕｂｌｅ ｓｈｏｏｔ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ＤＣＳ ｃｏｍｍｏｎ ｆａｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣＳ；ｔｒｏｕｂｌｅｓｈｏｏｔｉｎｇ；ｆａｕｌｔ ｐｏｉｎｔ；ｎｅｔｗｏｒｋ ｊａｍ
０引言 青海格尔木炼油厂目前控制系统全面实现ＤＣＳ 操作，系统有进口的ＡＢＢ ＭＯＤ ３００、ＦＯＸＢＯＲＯ Ｉ／Ａ等， 国产的有上海新华ＤＣＳ。目前８０％的ＤＣＳ系统为基于 Ｕｎｉｘ操作平台的ＦＯＸＢＯＲＯ Ｉ／Ａ ５１Ｆ。ＤＣＳ系统控制部件 采用冗余容错技术，运行可靠性提高，但是受安装环 境因素（温度、湿度、尘埃、腐蚀、电源、噪声、接地阻 抗、震动和鼠害等）和使用方法（元器件老化和软件失 效等）的影响，不能保证长期可靠、稳定地运行。所以， 对生产系统的核心一一ＤＣＳ控制系统的维护仍然任 重道远。 １ ＤＣＳ系统的构成 ＤＣＳ系统概括起来分为３部分：集中管理、分散控 制监视和通信。集中管理部份又可分为操作站、工程师 站和管理网计算机。操作站是由微处理器、ＬＣＤ、键盘、 打印机等组成的人机系统，实现集中显示、集中操作和 集中管理；工程师站主要用于组态和维护；管理网计算 机用于全系统的信息管理和优化控制。分散控制监测 部份按功能可分为现场控制站和现场监测站。现场控 制站是由控制处理器ＣＰ、Ｉ／Ｏ板、电源和通信接口等组 成。青海格尔术炼油厂的ＦＯＸＢＯＲＯ Ｉ／Ａ系统构成：应用 操作站处理机（工程师站，Ａｗ ５ １），具有应用处理机 （ＡＰ５ １）和操作员站处理机（ＷＰ５ １）的综合功能，操作员 作者简介：朱红（１９７５一），从事ＤＣＳ￣ＥＳＤ等工控机维护。 收稿日期：２０１０－０４－０９ 站处理机（ＷＰ５ １）既可作为操作员站也可作为工程师 站使用；控制处理机（ＣＰ６０￣通信处理机（ＣＯＭＭ １０）。网 络结构：Ｍｅｓｈ控制网络、节点总线（ＮＯＤＥ ＢＵＳ）、现场 总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ或ＭＯＤＢＵＳ）各组件等。 ２故障排除经验 ＤＣＳ系统故障是多种多样的，有现场仪表设备故 障、系统故障、硬件故障、软件故障和操作使用不当造 成的故障等。 ２．１利用“Ｓｙｓ＿Ｍｇｍｔ”系统管理环境发现故障点 青海格尔术炼油厂的ＤＣＳ系统具有丰富的自诊断 功能。系统能及时对挂总线上各个设备（包括计算机、 控制处理、Ｉ／Ｏ卡件等）进行实时诊断，系统管理软件在 各个管理画面中利用组件的Ｌｅｔｔｅｒｂｕｇ名和边框的颜色 变化来指示各组件设备的当前状态和系统通信情况： 白色边框一一正常状态，系统通信正常； 红色边框一一系统中存在通信故障； 灰色Ｌｅｔｔｅｒｂｕｇ——该组件不应出现在系统中； 白色Ｌｅｔｔｅｒｂｕｇ——组件工作正常； 黄色Ｌｅｔｔｅｒｂｕｇ——该组件下属设备中有工作不正 常者，或冗余组件里有一方工作不正常； 红色Ｌｅｔｔｅｒｂｕｇ——该组件出现故障。 闪烁的文字和星号代表系统中有未经确认的故 障存在。如果在设备名后有“＜”符号，说明此设备的 报警被人为禁止。在ＥＱＵＩＰ ＣＨＧ里，可以选择恢复该 设备的报警。如果是总线问题，检查接线是否良好，如 图１所示。
第3章 现场总线Profibus
87年由siemens公司等13家企业和5家研究机构联 合开发。 89年比准为德国工业标准DIN 19245。 96年批准为欧洲标准EN 50170 V.2 (PROFIBUSFMS/-DP)。 98年 PROFIBUS-PA批准纳入EN 50170 V.2 9 9年PROFIBUS成为国际标准 IEC 61158 的组 成部分(Type III) 2001年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.32001
此时要调整一台车控制线或改变电源相序来达到同步同方向 运转的目的;在吊槽壳时，单台天车运行到槽壳附近后，天车 联动转换开关切换到联动位置，切断控制台电源，消除被控 天车误动作;联动作业时由一名操作工完成作业。 系统采用了大量新技术，在网络配置上使用标准的工业以太 网和PROFIBUS网络;通过冗余的10 Mbids光纤环网江业以 太网)相连接，分别将信号传送至中央控制室，全系统主要 运转设备的开、停和故障信号都将在过程控制系统和中央控 制室的大型模拟屏上显示(控制原理如图3所示)。
2、Profibus的数据链路层 数据链路层主要实现介质存取控制MAC和数 据通信服务功能。MAC保证令牌的按序传递， 在任意时刻总线上只有一个节点发送数据， 避免信息的碰撞延时。数据通信服务提供点 对点，点对多点和广播通信功能，所有电文 海明距离等于4，保证数据的完整性。
3、Profibus的应用层 在DP和PA中没有应用层，只有复杂场合 使用的FMS中有应用层。应用层由低层接口 LLI和现场总线信息规范FMS 2部分组成， FMS描述通信对象，提供应用服务；LLI主 要实现将FMS的服务映射到数据链路层，通 信连接的建立、监视和释放以及数据流控制。
HMI等(如图1)。
3.从站组成 1)PLC或其他控制器。PLC可做PROFIBUS上的一个从站，
DCS系统常见故障及预防措施
DCS系统常见故障及预防措施DCS系统是分散控制系统，它是结合了计算机、显示、通信、连续监测、报警、可编程控制的现代高科技技术，功能全面，操作便捷，组态灵活，稳定可靠。
实践证明，DCS系统应用于大中型生产企业，不但有助于日常生产维护和可靠稳定运行，另外还能为企业节省开支，从而降低成本，提高企业核心竞争力。
1、 DCS系统常见故障1.1 通信故障DCS系统网络拓扑方式以及采用的通信协议多种多样，但就市场上不同品牌的DCS系统在网络组织架构上大多都分了两个层级：其一面向中央处理器以及其下的拓展分站(下位机)，其二则是人机界面，诸如操作员、服务器、操作员站的各种站点(上位机)。
通信故障通常表现为这样几种形式：系统死机、脱网、通讯中断等等。
造成通讯故障的原因，常见的有以下三种：首先，DCS系统通信功能的运行大都是通过一个节点向另一个节点问询数据完成的，如果另一个节点没有该数据，它会一遍又一遍询问，直至读取数据，倘若网上并无此数据，网络就会被堵塞，通信就无法正常进行。
其次，DCS组态欠缺，其应用软件伴随着科技的发展一直在增加，但实际上并没有和I/O点连接起来，因而CPU在读取数据过程中，即使读取了数据，但有效的也很少，这就给CPU带来了相当大的负荷，很容易造成网络被堵塞。
最后，网络通信介质出问题、硬件升级驱动程序跟不上、运行环境温度过高等等因素都可能给通信造成阻碍。
1.2 硬件故障硬件故障一般表现在过程控制层中，主要是整个系统中的模块，尤其是I/O受到了损伤。
硬件故障表现会十分明显，所以比较容易察觉，它带来的影响通常只是局部的，像参数显示不变化就是硬件受损的表现。
硬件受损多由于使用不恰当或者是使用时间太长导致原件老化所致。
倘若DCS周边环境多尘、高温，会严重缩短其使用寿命，考虑到这一点，在安装DCS控制系统之前，最好保证土建、装修工程已经完工，倘或是在夏天，还要注意及时开启空调，或者在对DCS系统产品进行选型时针对复杂环境应重点考虑防护等级的问题。
NT6000系统Profibus现场总线分析
NT6000系统Profibus现场总线分析发表时间：2018-05-31T10:38:43.347Z 来源：《电力设备》2018年第2期作者：陈景勇1 李美环2 靳玉芳3[导读] 摘要：随着信息化进程推进，“智能制造”相关政策的强化、深化和推进，电力行业也加快了变革的脚步，相继推出了智慧电厂等概念，推动了现场总线在电力行业的使用需求。
（1 京能十堰热电厂十堰 442000；2 皖江发电有限公司安庆 246000；3 中南电力设计院武汉 430071）摘要：随着信息化进程推进，“智能制造”相关政策的强化、深化和推进，电力行业也加快了变革的脚步，相继推出了智慧电厂等概念，推动了现场总线在电力行业的使用需求。
集合Profibus技术规范，分析京能十堰2X350MW机组上使用的NT6000系统Profibus网络架构和特点，制定现场安装实施的规范。
关键词：NT6000 ， PROFIBUS-DP ，PROFIBUS-PA0引言随着信息科技的快速发展，德国率先提出了“工业4.0”技术战略来提升制造业的智能化水平。
工业4.0是信息系统将生产、制造、销售等信息数据化，智慧化，最后达到最快速、有效的产品供应。
而工业4.0的主题就包含智能工厂和智能生产。
这势必也带动火力发电技术的革新,仅随其后电力行业提出了“智慧电厂”专业性概念，这就要求系统高度信息化、设备高度智能化。
此背景下将会使现场总线技术在电力行业进一步得到推广。
全球电力行业的现场总线技术的先行者为德国Niederaussem（尼德豪森）1012MW超超临界机组，采用Siemens Profibus总线，设备状态和信息全部通过总线传输到 DCS 系统中，是目前全球范围智能化程度最高，采用总线技术最全面，装机容量最大的机组。
进入21世纪后，华电莱城电厂（2 ×300MW)、京能涿州热电（2×350MW）、大唐虎山电厂（2×600MW）、华能金陵电厂（2×1030MW）等上百家电厂，在不同系统范围了使用了现场总线技术。
仪控DCS故障诊断及处理
仪控DCS故障诊断及处理仪控DCS系统（Distributed Control System）是一种常见的工业自动化控制系统，广泛应用于各种工业生产过程中。
由于各种原因，DCS系统有时候可能会出现故障。
为了保证工业生产的正常进行，需要对DCS系统的故障进行诊断和处理。
DCS系统的故障可能涉及到不同的组件，比如输入输出模块、控制器、通信模块等。
当系统遇到故障时，首先需要进行故障诊断，找到故障的具体原因。
一般来说，可以通过以下步骤进行故障诊断：1. 收集故障信息：当系统出现故障时，要及时记录下故障的具体表现，包括故障现象、出现时间、相关报警信息等。
2. 分析故障现象：根据故障信息进行分析，找出故障的可能原因。
3. 检查硬件设备：对可能出现故障的硬件设备进行检查，比如观察电缆连接是否正常，检查模块是否锁定，使用测试仪器检测信号是否正常等。
5. 重启系统：如果可能，尝试重启系统看是否能够解决故障。
在重启之前，需要注意备份相关数据以防数据丢失。
6. 联系技术支持：如果经过以上步骤后仍然无法解决故障，可以联系DCS系统的技术支持部门，向他们寻求帮助。
当故障被定位之后，需要采取相应的措施进行处理。
具体的处理方法取决于故障的具体原因。
有些故障可以通过更换故障的硬件设备来解决，比如更换损坏的模块或电缆。
有些故障则需要对软件进行调整，比如重新配置控制逻辑、修复软件bug等。
在处理故障的过程中，需要根据故障的情况制定相应的计划，并且在处理之后进行测试以确保故障已经被解决。
为了降低DCS系统故障的发生率，可以采取一些预防措施，比如定期进行系统巡检，及时更新软件版本，保持系统的稳定运行状态。
还可以进行故障统计和分析，从中总结出故障的共性和规律，以便在未来遇到同类故障时能够更快地进行诊断和处理。
仪控DCS系统的故障诊断和处理是确保工业生产正常进行的重要环节。
通过科学的故障诊断和有效的故障处理措施，可以尽可能减少系统故障对生产的影响，提高生产效率和安全性。
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PROFIBUS现场总线在DCS中的常见故障分析与诊断方法
【摘 要】 PROFIBUS现场总线作为一种常见的现场总线技术已广泛应用于
自动化领域。由于自动化现场的应用环境复杂，PROFIBUS总线结合DCS应用
时，PROFIBUS网络在使用中经常出现通讯不稳定的现象，影响DCS整体运行
情况。结合PROFIBUS现场总线的理论知识和DCS采集总线数据的方法，本文
针对PROFIBUS现场总线与DCS无缝融合项目的常见故障给出一套诊断和排除
方法。同时也有助于预防并减少工程中的故障发生。
【关键词】 PROFIBUS DCS 故障诊断 ProfiTrace
1 概述
伴随着现场总线技术在工业控制领域的大规模应用，我国的工业自动化水平
有了显著的提高。而PROFIBUS做为现场总线的一种，以其传输速度快
（9.6kbps～12Mbps）、数据安全性高（HD=4）、传输距离远（使用光纤最远可达
1800km），且安装简易、使用方便、节省成本等特点，逐渐成为工控现场应用最
广泛的一种现场总线。DCS作为一种安全成熟可靠、结构灵活多样的控制系统
已被工业控制领域广泛采纳。如果能将两者融合使用，即保证控制系统的可靠性
又获得丰富的设备信息，将给工业控制领域带来更多便利。
国电肇庆热电责任有限公司有#2台300MW的燃煤机组，使用北京国电智深
控制技术有限公司EDPF-NT+DCS做全厂控制，超过80%的主要设备采用了
PROFIBUS现场总线协议方式，是国电集团首个全厂级现场总线控制的火电项
目，受到极大关注与重视。在项目调试过程中遇到大量现场问题，值得结合
PROFIBUS现场总线理论知识进一步归纳总结。本文将结合肇庆热电DCS项目，
针对PROFIBUS总线型DCS的故障诊断步骤和方法进行具体说明，希望对
PROFIBUS总线在DCS中的调试和维护工作起到一定的指导作用。
2 系统介绍
国电肇庆大旺热电联产（2×300MW级）工程DCS控制系统使用了北京国电
智深技术有限公司的EDPF-NT+系统。该系统的分散控制单元——DPU有一套
完整的IO模块，其中EDPF-PB模块做为PROFIBUS总线IO采集模块，将
PROFIBUS总线设备与DCS完美融合。
EDPF-PB模块作为DPU与PROFIBUS_DP的接口，在PROFIBUS -DP网络
中以主站的形式存在，同时兼备协议转换、数据转发的功能。DPU与PROFIBUS
从站之间是通过EDPF-PB卡通讯的，从就地从站设备到监控站之间经过了三层
数据转发，在这中间的哪一层出现问题，都会直接影响到DCS的监控结果。工
控现场的调试环境一般比较复杂，存在很多不定因素，因而对通讯故障原因的排
查具有一定难度。
3 PROFIBUS总线型DCS通讯故障的诊断步骤与方法
通过大量的现场问题处理，我们发现：大多数通讯问题，是物理层问题或通
讯配置问题所致。因此，在这里主要针对如何定位这些问题点进行总结，提出一
些常规的检查步骤，供调试维护人员参考。
3.1 调试装备
对于这种层层转发的通讯方式，当出现通讯故障时，我们将逐层排查，寻找
问题点。因为每层的通讯协议不同，这当中将用到多种检测设备。
EFPB-PB卡与下层DP设备之间是遵循PROFIBUS协议的通讯方式，物理
层传输信号是RS485差分信号，且信号为“0～1”变化的、幅值大于±2.5V的方波
信号。因而我们可以借助一些PROFIBUS诊断专用设备对物理层信号进行监测，
同时通过专用软件对通讯网络状态进行检测，借助分析报文，最终对通讯故障进
行定位。
EFPB-PB卡与上层DPU及DPU和上位机之间都是遵循UDP通讯协议的通
讯方式，使用以太网线作为联通介质。我们可以借助以太网抓包软件对此段网络
上的数据进行监听，查看有无异常。
3.2 检测步骤
根据现场调试经验，当通讯网络出现故障时，根据通信数据流，可遵循以下
步骤进行故障排查。
（1）检查PROFIBUS主站和从站（EDPF-PB卡和DP设备）之间的通讯是
否正常。根据手头工具情况分为详细诊断和粗略诊断两种形式。比较详细的诊断
方式是借助ProfiTrace工具包，将ProfiTrace总线监听工具串入总线网络，查看
主站和从站是否状态正常，问答数据报文是否正常。ProfiTrace软件可以直观的
显示总线网络中的节点状态，从而很容易判断出问题节点。当网络中出现串扰信
号，且无法判断干扰源时，可以让ProfiTrace工具做标准主站，排除EDPB-PB
卡的问题。再观察ProfiTrace软件中的各站电压柱状图，电压最高和最低的从站
往往是故障所在，例如图1中所示的23号从站。通过ProfiTrace的示波器功能
可以观察整个网络或个别从站的波形，从而判断接地、AB线短接、终端电阻等
方面的问题。在没有ProfiTrace工具包的情况下，可以使用示波器观察网络中的
波形，判断问题原因，这需要有一定的经验。如手头没有ProfiTrace工具包和示
波器，可以使用串口线连接EDPF-PB卡，登陆后，使用EDPF-PB卡内置命令对
从站的配置和数据通讯状态进行粗略诊断。（2）检查DPU与EDPF-PB卡之间的
通讯是否正常。登陆DPU或EDPF-PB卡，先使用ping命令，查看网络好坏。
一般情况下，网络中的物理故障是很常见的，不要忽略了最简单、最表象的故障
可能。DPU与EDPF-PB卡之间的通讯完全是通过以太网线的UDP协议通讯，
可以在怀疑有问题的网络中接入HUB，使用连在HUB上的任一上位机通过以太
网抓包工具监视网络报文，判断DPU和EDPF-PB卡哪一侧出现问题。在现场条
件不允许时，也可以使用串口方式或telnet方式登录EDPF-PB卡，通过EDPF-PB
卡的内置命令简单排查一下故障点。EDPF-PB卡的内置命令可以打印EDPF-PB
卡收到DPU发来的查询报文和回复给DPU的应答报文。（3）检查DPU与上位
机之间的通讯是否正常。DPU与上位机之间的通讯是EDPFNT+DCS通用的UDP
通讯协议方式。数据传输和解析依托于上位机中I/O卡件组态情况。I/O卡件组
态依据是DPU中的eio.conf文件配置情况和EDPF-PB卡中从站配置情况。这就
需要详细了解每个DP从站设备的读写数据长度，以及通信数据类型等。只有当
这些对应关系都正确时，上位机才能正确解析DPU送上来的数据报文。前提是
物理网络正常，能收到DPU送给上位机的数据。这些数据映射间的对应关系都
是检查的重点。
3.3 注意事项
PROFIBUS自身有着严格的技术规范要求，但许多用户在使用该总线的过程
中，并不能完全满足这些规范，可能导致PROFIBUS的整体性能受到影响，出
现通讯不稳定、丢站甚至通讯中断等故障。这些故障常常会影响控制系统的正常
工作，如果不能及时处理，将对生产造成严重的影响。我们在现场诊断故障时，
应着重检测以下几项PROFIBUS网络规则。
（1）检查总线电缆接头。检查插头本身以及内部的连接情况，看是否有损
坏、虚接，A/B（绿/红）线是否存在反接，屏蔽层是否完全接触金属部分、是否
暴露在插头外面、是否与A/B线有接触。（2）检查总线终端。检查总线终端电
阻的设置与网络拓扑图是否一致，设置是否正确，系统中是否连接了有源终端。
终端电阻的设置原则是在一个物理网段的两端需要设置终端电阻，中间站点不要
设置终端电阻。（3）检查屏蔽和接地。屏蔽在通讯中有着至关重要的作用，因为
工业现场的电磁兼容环境比较恶劣，往往会对通讯造成较大的影响，因而通讯电
缆要求有良好的屏蔽并做接地处理。对于PROFIBUS通讯网络来讲，要求对每
个站都进行接地处理，一般要求不出现单点接地的情况。（4）检查布线规则。通
讯电缆应尽可能远离强的干扰源（例如较大的用电设备、电源线、变频器等）。
动力电缆尽量不要与通讯电缆及信号电缆长距离平行布线，如果无法避免，也应
尽量将使用金属隔板或尽量远离。总线通讯速率大于500kpbs时，所有电缆长度
总和不超过400m，分支线长度总和不超过20m。
参考文献：
[1]周鸣，曲凌.PROFIBUS总线技术及其应用[J].煤炭工程，2006（4）：99-101.
[2]阳宪惠.现场总线技术及应用[M].北京：清华大学出版社，1999：1-100.
[3]雷达.过程现场总线在分散控制系统中的应用[J].江苏电机工程，2003，22
（3）：22-24.
[4]GBT20540-2006，测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型
3：PROFIBUS规范[S].北京：中国标准出版社，2007.