一種和溫度有關(guān)的Profibus-DP通信故障分析及解決方法

引言

高架庫(kù)作為物流運(yùn)轉(zhuǎn)中樞,其占地大、接口多、單體設(shè)備和檢測(cè)裝置多樣化,且分布范圍廣、各部分間距較長(zhǎng),直接導(dǎo)致了高架庫(kù)大型的Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)具備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。本文的高架庫(kù)Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)共有60個(gè)子站,架設(shè)通信電纜約500m,覆蓋高架庫(kù)兩臺(tái)主要的運(yùn)輸設(shè)備巷道式堆垛機(jī),以及各接口碼頭,還包括了部分延伸的銀道碼頭。按照設(shè)計(jì)功能要求,高架庫(kù)各子站都安裝有安全I(xiàn)/o模塊,且每個(gè)子站必須將所管理部分的安全狀況實(shí)時(shí)反饋給采用s7-400PLC作為控制單元的主系統(tǒng):主站與各子站間還通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表、觸摸屏的數(shù)據(jù)通信,以及變頻器的控制反饋等。一旦Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷或者延遲等故障時(shí),將導(dǎo)致全線停機(jī),嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)物流運(yùn)轉(zhuǎn),并可能造成主要生產(chǎn)設(shè)備大面積停機(jī)的不良后果。由此可見(jiàn),Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對(duì)于高架庫(kù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,甚至是主要生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

1技術(shù)方案及原理

高架庫(kù)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。圖中分配地址的站點(diǎn)共有60個(gè),包括的設(shè)備有西門(mén)子s7-400PLC、觸摸屏、編碼器、MLG對(duì)中裝置、ET200子站以及變頻器等:圖1右下方兩個(gè)虛線矩形框包圍的部分表示堆垛機(jī)上的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),其與主線路的連接依靠無(wú)線DP通信裝置完成,保證堆垛機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中仍能接收到較為穩(wěn)定的信號(hào):其他各站點(diǎn)全部通過(guò)帶屏蔽層的雙絞銅芯Profibus-DP通信電纜相連,個(gè)別跨距較大的兩個(gè)站點(diǎn)之間通過(guò)增加DP信號(hào)中繼器對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行放大,目的也是為了保證全線通信順暢。

2和溫度有關(guān)的通信故障現(xiàn)象及其解決方法

2.1故障現(xiàn)象

自2012年起至2014年,每年入夏,廠房?jī)?nèi)部環(huán)境溫度上升時(shí),高架庫(kù)Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)就會(huì)出現(xiàn)突然連續(xù)閃斷的現(xiàn)象,發(fā)生閃斷的通信站點(diǎn)隨機(jī)。該故障每次發(fā)生時(shí),持續(xù)時(shí)長(zhǎng)一般在6～8h。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì),故障時(shí)間一般從中午11:30持續(xù)至晚上19:00一20:00左右,其間如果全線斷電重啟,可以維持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行0.5h左右:而當(dāng)廠房環(huán)境溫度逐漸回落之后,通信可以恢復(fù),并且整個(gè)夜班期間不會(huì)再出現(xiàn)。該故障不是連續(xù)發(fā)生,而是隨機(jī)發(fā)生,有時(shí)一周發(fā)生1～2次,有時(shí)1個(gè)月才發(fā)生1次,而高架庫(kù)正常運(yùn)行期間監(jiān)控通信系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)明顯異常。到了時(shí)近中秋,整體氣溫回落之后,該故障便不再出現(xiàn),整個(gè)冬季直到次年入夏前故障消失。該故障困擾最大、影響最壞,是最為復(fù)雜、最無(wú)跡可尋的通信故障。

2.2解決方法

針對(duì)該故障,通過(guò)查找資料,向Profibus-DP技術(shù)開(kāi)發(fā)商西門(mén)子公司咨詢(xún),均沒(méi)有得到合理的解釋,于是采取加強(qiáng)基礎(chǔ)工作,同時(shí)假設(shè)并試驗(yàn)驗(yàn)證的思路尋求解決方法。

(1）首先,對(duì)全線DP接頭進(jìn)行更換,重新接線,嚴(yán)格按照規(guī)范處理電纜屏蔽,完成后利用示波器抽樣檢測(cè)DP信號(hào)波形,均為正常方波:接著分段更換DP電纜,保證各段電纜完好:在更換電纜的過(guò)程中,嚴(yán)禁線路盤(pán)曲或者將DP通信電纜與動(dòng)力電纜混合在相同的橋架內(nèi):考慮到Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)存在3個(gè)線路終端,給線路終端也安裝了有源終端電阻,消除可能由終端電阻問(wèn)題引起的線路信號(hào)反射問(wèn)題。

(2）在2012一2013年間,按照第一點(diǎn)措施進(jìn)行改進(jìn)后,故障依然在2013年夏季出現(xiàn)。本文的高架庫(kù)Profibus-DP通信波特率為1500kbit/s,只有當(dāng)兩個(gè)通信站點(diǎn)之間安裝的通信電纜長(zhǎng)度大于200m時(shí),才需要安裝Rs485信號(hào)中繼器。為排除距離導(dǎo)致的信號(hào)衰減問(wèn)題,將全線凡是通信段大于50m部分的DP電纜全部一分為二,加裝中繼器。上述改造后,2013年夏季,故障出現(xiàn)次數(shù)大大降低,現(xiàn)場(chǎng)跟蹤共發(fā)生不到10次,但該故障仍未得到徹底解決。

(3）2014年夏季,經(jīng)過(guò)一年的分析整理,將目標(biāo)鎖定在信號(hào)干擾問(wèn)題上。采用具有較厚的金屬編織層的液壓專(zhuān)用金屬軟管代替普通金屬軟管,對(duì)高架庫(kù)全線上所有與大功率動(dòng)力電纜相鄰或者相近的DP通信電纜進(jìn)行套管處理,處理完成后故障消失。整個(gè)2014年夏季未再出現(xiàn)該故障,經(jīng)跟蹤觀察一年,2015年入夏以來(lái)也未再發(fā)生該故障,判定該故障得到徹底解決。

3故障處理原則

通過(guò)近三年來(lái)對(duì)高架庫(kù)Profibus-DP通信故障的處理,筆者對(duì)Profibus-DP通信故障的處理原則進(jìn)行了如下總結(jié):

(1）先一般后特殊。對(duì)于Profibus-DP故障現(xiàn)象較為單一且固定的,可以?xún)?yōu)先采取二分法進(jìn)行判斷:而對(duì)于故障現(xiàn)象復(fù)雜多變,沒(méi)有確定現(xiàn)象的,則應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)分析。

(2）先硬件后電纜。在分析Profibus-DP通信故障時(shí),往往先檢查DP接頭、通信裝置接口等硬件的好壞:如果已經(jīng)確認(rèn)硬件正常,那么可以考慮通過(guò)測(cè)量相應(yīng)故障段的DP電纜阻值等手段來(lái)檢測(cè)電纜質(zhì)量,或者在方便操作的情況下直接更換電纜測(cè)試。

(3）先基礎(chǔ)后專(zhuān)項(xiàng)。在排查Profibus-DP通信故障過(guò)程中,應(yīng)該重視檢查DP接頭接線、DP電纜安裝是否規(guī)范等基礎(chǔ)工作,有時(shí)復(fù)雜的故障現(xiàn)象往往是由簡(jiǎn)單的失誤造成的:在基礎(chǔ)排查完成后,如果故障仍然存在,就應(yīng)該選擇故障特征最為明顯的方向進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)分析。

(4）先宏觀后微觀。尤其在遇到Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)閃斷、數(shù)據(jù)丟失或者其他一些無(wú)規(guī)律的復(fù)雜故障時(shí),首先應(yīng)該從宏觀上排查硬件狀態(tài)、電纜質(zhì)量、安裝規(guī)范等具有比較明確的判斷標(biāo)準(zhǔn)的部分:如果故障依舊存在,就要轉(zhuǎn)而考慮信號(hào)傳輸強(qiáng)度或者信號(hào)干擾等微觀層面的問(wèn)題,這些問(wèn)題往往沒(méi)有一個(gè)明確的表征指向,也不可能花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行專(zhuān)業(yè)檢測(cè),主要通過(guò)試驗(yàn)法排除。

4結(jié)語(yǔ)

本文所述的故障現(xiàn)象,由于故障發(fā)生在特殊時(shí)間,復(fù)雜多變,且全國(guó)范圍內(nèi)沒(méi)有找到可參考的范例,多次咨詢(xún)西門(mén)子專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,也沒(méi)有得到有效的處理建議,所以前后耗時(shí)三年才將該故障徹底解決?；仡^分析,可以判定該故障其實(shí)是由兩個(gè)因素共同作用導(dǎo)致,即溫度和信號(hào)干擾。

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