DP說(shuō)明教程說(shuō)明教程

最近處理了一個(gè)變頻器干擾DP總線運(yùn)行的Case，現(xiàn)分享一下供大家討論。

該用戶是國(guó)內(nèi)某行業(yè)最大的企業(yè)，該企業(yè)的某生產(chǎn)線使用了西門子的S7400以及Profibus總線網(wǎng)絡(luò)。該生產(chǎn)線使用了幾年都沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)任何故障。從2012年10月份開(kāi)始，在生產(chǎn)過(guò)程中陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，不定時(shí)不定點(diǎn)的出現(xiàn)丟站現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。我們的系統(tǒng)集成商已經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的DP接頭及接線進(jìn)行了檢查和加固，對(duì)部分老化的DP接頭也進(jìn)行了更換，也更換了部分ET200S的接口模板，但是問(wèn)題不僅沒(méi)有徹底解決，反而在今年的年初該問(wèn)題越來(lái)越頻繁，并且會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)的情況，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)，因此該企業(yè)希望利用一次停產(chǎn)檢修的機(jī)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一次徹底的檢查，希望能將問(wèn)題解決。

按照現(xiàn)場(chǎng)停產(chǎn)檢修時(shí)間安排，我們提前一天抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)我們大致了解了一下情況：

整個(gè)項(xiàng)目使用的是西門子S7416-2DP的CPU，現(xiàn)場(chǎng)是ET200S的從站，大該有35個(gè)。由于從站分布較廣，因此整個(gè)DP線路比較長(zhǎng)，應(yīng)該超過(guò)了300米，波特率設(shè)置為1.5Mbps，但在前期的改造中，已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中增加了兩個(gè)RS485中繼器。

現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題是ET200S從站經(jīng)常瞬間掉站，并且沒(méi)有明顯的規(guī)律，不過(guò)最遠(yuǎn)端的幾個(gè)站點(diǎn)丟站的頻率相對(duì)還是高一些。現(xiàn)場(chǎng)曾經(jīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過(guò)整改：將原DP網(wǎng)線從電纜槽中取出重新布線，有的地方還進(jìn)行了穿管保護(hù)；另外，將一部分DP插頭進(jìn)行了更換，甚至有的ET200S的接口模板也進(jìn)行了更換，但都沒(méi)有最終解決問(wèn)題。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的描述，我們估計(jì)可能導(dǎo)致問(wèn)題的原因有：

1）現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)布線有問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)線上出現(xiàn)了干擾，從而影響了網(wǎng)絡(luò)通訊

2）現(xiàn)場(chǎng)其他問(wèn)題導(dǎo)致EMC干擾，從而影響了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定

由于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)計(jì)的停產(chǎn)時(shí)間僅有一天，為了便于檢測(cè)，我們同系統(tǒng)集成商的現(xiàn)場(chǎng)工程師一起決定：當(dāng)日即對(duì)實(shí)際拓?fù)溥M(jìn)行了解；第二日進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和整改，并保證第三天恢復(fù)正常生產(chǎn)。

在了解拓?fù)涞倪^(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備布局的問(wèn)題，做為主站的CPU在DP網(wǎng)絡(luò)中是一個(gè)中間站點(diǎn)，這種布局雖然是可行的，但對(duì)我來(lái)講，總感覺(jué)有點(diǎn)不太踏實(shí)，覺(jué)得有點(diǎn)隱患在里面。

在查看通信電纜布線時(shí)，可以看到現(xiàn)場(chǎng)的電纜都已經(jīng)進(jìn)行了穿管處理（圖1）。

第二天一早，我們便來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)始對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的RS485中繼器的接線進(jìn)行了確認(rèn)。同時(shí)我們也對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)的波形進(jìn)行了檢測(cè)（圖2、圖3）。

從波形上看，信號(hào)波形不是很好，因此為了盡量提高系統(tǒng)的抗干擾性能，我們?cè)诰W(wǎng)段中間又增加了一個(gè)中繼器。另外，我們又對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)段都進(jìn)行了檢查。但由于沒(méi)有生產(chǎn)，因此設(shè)備都沒(méi)有開(kāi)起來(lái)，因此也并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題。

到了下午下班時(shí)（17：30），所有的檢查結(jié)束，工廠準(zhǔn)備恢復(fù)生產(chǎn)。

但就在我們剛換了工作服準(zhǔn)備出生產(chǎn)車間門的那一刻，接到了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的電話：“設(shè)備開(kāi)不起來(lái)!”

剛剛準(zhǔn)備放松的神經(jīng)莫名的有點(diǎn)緊張起來(lái)。

回到操作室，設(shè)備供應(yīng)商的工程師與現(xiàn)場(chǎng)人員交流后，輕松地說(shuō)：“這個(gè)是系統(tǒng)早就存住的問(wèn)題，應(yīng)該過(guò)一會(huì)兒自動(dòng)就能恢復(fù)?！?/p>

于是我們等了一會(huì)兒，再次啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)還是開(kāi)不起來(lái)，現(xiàn)象就是只要一啟動(dòng)高壓電機(jī)，系統(tǒng)就“跳”。

如此反復(fù)幾次后，我們覺(jué)得問(wèn)題不像以前那么簡(jiǎn)單，于是我們跟現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行了交流。據(jù)他們反映，該故障現(xiàn)象確實(shí)早就存住，具體就是高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)會(huì)停機(jī)，有時(shí)是兩臺(tái)大的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)停機(jī)。以前該故障僅是偶爾出現(xiàn)，并且出現(xiàn)停機(jī)后，過(guò)一段時(shí)間系統(tǒng)自己就能恢復(fù)，但后來(lái)現(xiàn)象越來(lái)越頻繁，并且恢復(fù)起來(lái)越來(lái)越困難。而最近一次則是將現(xiàn)場(chǎng)的DP電纜全部更換后才恢復(fù)的。

但至于為什么停機(jī)，需要停多久，以及為什么還能恢復(fù)，誰(shuí)也說(shuō)不清楚。

由于在下午的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)時(shí)，我們?cè)?jīng)在網(wǎng)絡(luò)中增加了一個(gè)中繼器，因此為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，我們決定將該中繼器去掉，希望系統(tǒng)還能像之前一樣能自行恢復(fù)。但系統(tǒng)恢復(fù)后依然無(wú)法啟動(dòng)。

這樣來(lái)回的測(cè)試，很快就20：00了，這會(huì)兒看來(lái)，應(yīng)該不是系統(tǒng)停會(huì)兒機(jī)就能解決問(wèn)題的。到了現(xiàn)在，大家逐漸感覺(jué)問(wèn)題似乎不是那么簡(jiǎn)單的。

于是我們開(kāi)始對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷。首先我們通過(guò)Step7進(jìn)行了“在線診斷”。在CPU的診斷信息中，我們看到系統(tǒng)的通訊中斷的記錄，多個(gè)站點(diǎn)丟失，而其中4號(hào)站和6號(hào)站幾乎每次都會(huì)掉站。

經(jīng)過(guò)詢問(wèn)系統(tǒng)集成商德工程師，我們了解到：當(dāng)高壓電機(jī)或者大的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，程序中會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的急停連鎖動(dòng)作，從而導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線停車，而電機(jī)啟動(dòng)的輸出為Q0.2（以及Q1.4），剛好是4號(hào)從站的輸出點(diǎn)。因此，可以判斷，問(wèn)題應(yīng)該就出在4號(hào)或者6號(hào)從站上。

于是我們來(lái)到4號(hào)站和6號(hào)站所在的電柜旁（圖4），觀察現(xiàn)場(chǎng)模板的實(shí)際工作情況。

圖中為4號(hào)從站，該從站的DO模板直接連接到一個(gè)中間繼電器，而該繼電器的外部觸點(diǎn)連接的是高壓電機(jī)變頻器的使能端，而現(xiàn)場(chǎng)所有的變頻器均安裝在該從站電柜的后面的墻上（圖5）。

為了觀察實(shí)際模板的的動(dòng)作，我們讓操作人員在操作屏上操作啟動(dòng)高壓電機(jī)。我們發(fā)現(xiàn)，一旦指令發(fā)出后，可以看到4號(hào)從站上的DO模板有輸出，繼電器也隨即吸合，之后能聽(tīng)到變頻器啟動(dòng)的聲音，但剛一啟動(dòng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)4號(hào)從站的接口模板上的通信故障燈BF會(huì)閃爍一下，之后系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)停機(jī)。而停機(jī)之后，系統(tǒng)通訊很快又能自動(dòng)恢復(fù)正常，從站借口模板上的BF故障燈消失，一切恢復(fù)正常。

這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)非常奇怪，難道是變頻器的使能端短路了？或者是中繼器的端子短路了？

為了搞清楚停機(jī)的原因，我們甩開(kāi)PLC，將變頻器的啟動(dòng)端直接短接。我們發(fā)現(xiàn)這時(shí)變頻器是可以啟動(dòng)的。因此應(yīng)該不是變頻器使能端短路引起的。另外，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步查線，DO輸出到中繼器端子也都沒(méi)有短路。

那到底是什么原因呢？難道是該段網(wǎng)線有問(wèn)題？為了排除網(wǎng)線的問(wèn)題，我們決定將該網(wǎng)段的DP插頭以及電纜全部更換。

之后我們將柜內(nèi)的Profibus電纜全部拆掉，用新的電纜將該MMC柜內(nèi)的4~6號(hào)從站重新連接，并且將網(wǎng)線均放在柜外，與動(dòng)力電纜以及設(shè)備完全分開(kāi)。同時(shí)，還更換了兩個(gè)全新的DP插頭。

忙活了大概一個(gè)小時(shí)，上電后再次實(shí)驗(yàn)，仍然是同樣的現(xiàn)象。。。

隨后，我們又更換了接口模板，DO模板。。。問(wèn)題依然。

“觸點(diǎn)接線沒(méi)問(wèn)題，網(wǎng)線是重新布的，也跟動(dòng)力電纜分開(kāi)了，DP插頭是新的，甚至IM151-3接口模板和該DO模板我們也換了，但只要該DO一輸出，變頻器剛剛起動(dòng)，系統(tǒng)就跳。變頻器是安裝在柜子后面的墻上，除了使能端是通過(guò)繼電器隔離連接到DO的，跟系統(tǒng)沒(méi)有其他任何的連接，并且變頻器也都接地了，即便是變頻器對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，那是如何影響的呢？？而且如果真的是變頻器對(duì)系統(tǒng)造成的影響，那早就應(yīng)該出現(xiàn)問(wèn)題了，而且在生產(chǎn)過(guò)程中隨時(shí)都會(huì)出現(xiàn)，也不應(yīng)該僅僅是在系統(tǒng)啟機(jī)的時(shí)候出現(xiàn)。。。到底是什么原因?qū)е孪到y(tǒng)的停機(jī)的呢。。?！?/p>

這些問(wèn)題，大家分析了很久都沒(méi)有結(jié)論，一時(shí)間也不知該如何進(jìn)行下一步的測(cè)試了，而此時(shí)已經(jīng)差不多晚上23：00了。大家的信心指數(shù)也隨著晚上的溫度在逐漸的降低，現(xiàn)場(chǎng)參與調(diào)試的人員的情緒也都越來(lái)越低落。而問(wèn)題的處理已經(jīng)陷入了僵局，完全沒(méi)有頭緒。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)又接到了廠長(zhǎng)詢問(wèn)的電話—工廠方面的領(lǐng)導(dǎo)層已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注停機(jī)的問(wèn)題了，我們的壓力陡增！

此時(shí)，我們已經(jīng)沒(méi)有特別明確的處理方向，只是又檢查了一遍變頻器和DP電纜。在控制高壓電機(jī)的變頻器柜內(nèi)，可以看到變頻柜都做了接地處理，連接至電機(jī)的動(dòng)力電纜的屏蔽層也接到了柜內(nèi)的金屬板上，金屬板也是接地的，唯一有一點(diǎn)沒(méi)處理好的地方就是該動(dòng)力電纜的屏蔽層是通過(guò)“豬尾巴”的方式進(jìn)行連接的，而且該電纜似乎有點(diǎn)細(xì)，并且在接地螺釘處連接也不是很好。

于是大家決定將該電纜的屏蔽層進(jìn)行重新的處理，將屏蔽層接地的電纜加粗，并且重新連接到金屬接地板上（圖6）。

經(jīng)過(guò)處理，我們又進(jìn)行了測(cè)試，而這次，我們驚喜的發(fā)現(xiàn)4號(hào)從站居然沒(méi)有掉站，高壓電機(jī)居然能夠正常啟動(dòng)了，大家一片歡呼，情緒一下子又都高漲起來(lái)--終于看到點(diǎn)希望了！

“好了，系統(tǒng)可以啟機(jī)了！”操作人員和維護(hù)人員們一下子都興奮起來(lái)，大家開(kāi)始準(zhǔn)備啟動(dòng)設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)了，“高壓電機(jī)起來(lái)了！準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)。。”話音未落，只聽(tīng)“啪”的一聲，系統(tǒng)又跳了！

剛剛看到曙光的喜悅還不到兩分鐘，片刻間再次回到冰冷的黑夜。。。

這次中斷的，是6號(hào)站。

經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)變頻柜內(nèi)的接地是通過(guò)一根黃綠的接地電纜接到了PLC柜的接地銅牌上，進(jìn)而通過(guò)PLC柜再連到系統(tǒng)的“地”，變頻柜本身并沒(méi)有直接接地。

于是，我們?cè)俅螌⒋箫L(fēng)機(jī)的變頻器的動(dòng)力電纜的屏蔽層也做了進(jìn)行了同樣的處理。同時(shí)，在高壓電機(jī)變頻柜內(nèi)又增加了一根接地電纜，并連接到PLC柜的接地銅牌。

這次處理后，再次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)從站和6號(hào)從站都不再掉站，系統(tǒng)終于可以啟動(dòng)了，并且運(yùn)行了大概30多分鐘時(shí)間，當(dāng)大家都以為問(wèn)題已經(jīng)解決了的時(shí)候，系統(tǒng)又停了。

看來(lái)僅處理屏蔽層的接地并沒(méi)有解決問(wèn)題，應(yīng)該還要考慮別的方面。

此時(shí)已經(jīng)是第二天凌晨的4點(diǎn)多了，而工廠的領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)明確要求我們，在早班8：00鐘前將系統(tǒng)開(kāi)起來(lái)，否則將影響到整個(gè)工廠的生產(chǎn)進(jìn)度的安排。

此時(shí)，我想到了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。由于之前我們?cè)?jīng)發(fā)現(xiàn)，作為主站的CPU被放置在了網(wǎng)段的中間，因此我提出，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行修改。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們?cè)贑PU側(cè)增加了一個(gè)中繼器，從而使改變了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，將CPU做為一個(gè)終端站點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)的距離有了變化，而為了保證系統(tǒng)的正常工作，我們同時(shí)又將通訊波特率調(diào)整為500Kbps，滿足了從站通信距離的要求（圖8）。

整改后，我們又對(duì)網(wǎng)絡(luò)波形進(jìn)行了檢測(cè)（圖9）?？梢钥吹?，波形較之前有了較大的改善。

此時(shí)我們?cè)俅螁?dòng)高壓電機(jī)和大風(fēng)機(jī)電機(jī)，系統(tǒng)正常啟動(dòng)。此時(shí)已經(jīng)是第二天早上5：30分。

而這次啟動(dòng)后，之后又經(jīng)過(guò)一個(gè)多小時(shí)的預(yù)生產(chǎn)觀察，系統(tǒng)工作完全正常，沒(méi)有再出現(xiàn)停機(jī)故障。工廠隨即恢復(fù)生產(chǎn)。

至此，我們終于在第二天早上早班（8：00）之前保證了工廠恢復(fù)生產(chǎn)，也保證了廠家的生產(chǎn)進(jìn)度沒(méi)有收到更大的影響。

而我們，從頭一天早上早班時(shí)進(jìn)廠，到第二天早上早班時(shí)出廠，整整工作了24個(gè)小時(shí)。。。