原创 COMbricks--Profibus总线监控技术在某钢厂二高线的应用与探讨

COMbricks--Profibus总线监控技术在某钢厂二高线的应用与探讨

关键字：COMbricks  监控   Profibus诊断  Profibus在线监测 Profibus网络故障

导读：博森泰克（北京）科技有限公司是国际PI组织在中国的技术资格认证中心（PICC），是PROFIBUS、PROFINET总线故障排除和技术服务的领导生产商与服务商之一。公司致力于为国内应用PROFIBUS和PROFINET现场总线技术的客户提供专业的网络诊断、检测、在线监控及维修等产品与服务，积极推动了PROFIBUS和PROFINET总线技术在中国各项工程上的应用。

引言

线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成，主要用于建筑钢筋混凝土结构作配筋，也可冷拔拉制成钢丝作捆扎等，其主要工艺流程包括加热、轧制、水冷、卷取、冷却等。某钢厂二高线作为国内比较先进的线材生产线，其自动化控制系统与大传动采用PROFIBUS-DP总线通讯，工控机读取大传动数据通过PROFIBUS-DP读取信息，在系统运行时将工控机连入DP网络后，出现通信报警，设备无法正常工作，工控机不连入系统，整个网络通讯不正常，并严重影响到了正常生产，本文就COMbricks总线通讯监控技术在某钢厂二高线扎线级联控制系统的应用进行详细的探讨。

故障描述

某钢厂二高线扎线级联控制系统中上位机与现场设备连接通讯时，有时往往读取不到信息发不出命令，并且现场从站设备时不时出现掉站状况，显示报警故障。然而，人机界面的报警只是显示整个系统的故障，而非故障设备定位点。每次，工程师不得不停机进行每个设备的排查，但一条PROFIBUS DP会连接多个从站，且各设备之间距离比较长，整个故障排除过程有时会浪费掉工程师一个下午甚至一天的时间；更有甚者，一旦无法确定是哪个故障点，工程师就会每个接头的更换。浪费的是时间，同时也支付了更换接头的成本……

应该厂设备维护负责人之邀，博森泰克派专人前往某钢厂进行了登门拜访和现场的产品演示。现场模拟了从站掉站、和闪断、掉站时间、终端电阻使用并通过COMbricks内部集成软件直接显示和记录，COMbricks是无需安装的只需要打开WEB浏览器，通过IP直接访问，并记录PROFIBUS信息。 工程师无论使用哪个PC,笔记本都可以直接访问COMbricks，来排查PROFIBUS网络故障和工作状况。现场工程师对此非常感兴趣，并对使用的便携性给予高度肯定。

故障分析

经过使用COMbricks系列产品对总线通讯进行监测、记录，我们分析出该系统的现场存在着严重的干扰，由干扰导致通讯中断,从而影响整个系统正常运行的故障。但是在处理故障的整个过程中,比较困扰维护人员的问题是,这套系统都是运行了比较长时间的系统,且最近在维护过程中,运行环境等客观因素并未发生什么变化,怎么就会突然受到干扰呢？要想明白这个问题,还是让我们先弄明白几个问题。

1  干扰的类型

我们使用的系统各式各样,我们受干扰的设备五花八门,所以干扰源也是千奇百怪,但大致总结起来,干扰的类型有以下几种:

1.1  电源干扰

在很多时候,由于电源引入的干扰而造成PLC控制系统故障甚至停机的情况很多,控制系统一般由电网直接供电,由于电网通常覆盖面广,网内设备众多,尤其是在电网运行环境及负荷发生变化时,如大型开关操作、大型设备启停、交直流传动装置引起的谐波等,都会对电网产生直接影响,并通过电网传输到企业用电设备的进线端,导致电源质量大副下降,严重时还可以导致用电设备受到损害,所以在企业自动化设备的进线电源处一般都要加装隔离装置或净化装置,但起到的效果因为装置的性能不同差别也很大[1]。

1.2  信号干扰

在冶金行业的现场布线施工过程中,往往存在高压大电流线路与信号线、通讯线相距很近,大负荷电气设备的启停频繁等情况,此种情况极易引起信号线与通讯线周围磁场产生迅速的变化,从而对线路信号的传输产生干扰。由此引入系统的干扰,会引起模拟量信号的不稳定,开关量信号的工作异常,通讯数据的中断,严重时会因为各类信号的不稳定而导致通讯中断、站点丢失甚至系统瘫痪,再甚者会对系统硬件产生不可恢复的伤害。

1.3  负载干扰

在控制系统中,往往具有很多具备储能特性的负载,由于没有加装信号隔离装置或者浪涌吸收器,当控制触点切换时就将产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电动势,这会对系统中的相关设备产生较大的冲击。

1.4  接地干扰

PLC控制盘柜与大地之间存在着电位差,规范而良好的接地系统可以减少由于这种电位差而引起的干扰电流。混入信号线与通讯线缆的干扰,可通过接地线引入大地,从而减少干扰的影响。不合格的地线和不规范的接地方式通常是引起接地干扰的重要原因。

解决方案

根据以上分析,我们的技术工程师得出结论是现场存在着严重的EMC干扰与网络负载过大，建议安装我们的COMbricks DP套件来屏蔽干扰和降低负载同时达到以下目标：

（1）、稳定性：要求改造后网络通讯稳定性大于99.9%，年故障次数不超过1次。

（2）、可监控：可以实时监控Profibus网络通讯状态和通讯质量。　

（3）、快速诊断：当网络出现故障后可在30分钟内找出故障点。

（4）、保持原网络一切功能，不影响原程序和软件。

以下是原先网络拓扑图和解决方案的网络拓扑图：

原先网络拓扑图

解决方案拓扑图

通过现场安装解决后，总线系统运行十分稳定,再没发生类似故障，并能实时观测到总线设备的运行状况。

现场安装图片：

案例思考与探讨

目前工业现场应用中的PROFIBUS—DP大部分是线性总线结构，该结构上一个点出现问题将导致整个DP网络通讯故障，数据无法传输，且难以定位故障点；另外，采用该总线结构，在现场设备分布比较分散时，会对布线造成困难，很容易超出DP协议规定的通信距离。而且网络通讯故障是非常抽象的概念，让你非常难于检测与判断，并且一个从站或设备掉站而往往引起故障的根本原因却不是这个设备或从站造成的，这样就大大增加了现场维护工程师维护总线设备的难度，对正常的生产造成了很大的影响。因此在PROFIBUS总线网络上安装COMbricks在线监测产品能够让你非常形象的看到总线网络的运行状况，并能够提前预知故障，从而快速有效的解决掉此类故障，极大的提高了现场工程师的工作效率，保障了PROFIBUS总线系统的稳定运行。

COMbricks产品功能介绍

COMbricks系列集成模块

COMbricks产品：

全球首套集成PROFIBUS和PROFINET网络元件、ProfiTrace和远程I/O的自动化系统， 它具有以下特点：

• 模块式 PROFIBUS 中继器, 光纤, 和 PA 
• 全部模块都带有ProfiTrace 
• 服务器连接 (不用软件)
• 监视4个网络, 最多20 个网段
• 输出模块能够直接解决总线问题
• 中继器和光纤模块带有冗余功能
• CommDTM应用于资产管理工具
• ProfiTrace 2软件带有直播系统和OPC功能
• PROFINET带有网关和I/O控制
• 所有功能都可以同时启用

COMbricks产品优点与技术特点

• 24小时*7天实时监听诊断 
• 不需要软件安装 
• 解决终端用户的常见错误
• 隔离敏感区域并修复故障
• 解决延线限度
• 能够扩展/减少活动站点
• 保护控制系统
• 永久监测设备的状态
• 集成项目
• 出现问题前发出警报
• 以太网/网络
• 无需要一直连接电脑
• 独立操作系统
• 无需要专家在场

COMbricks监测系统的功能及介绍

1   分析仪功能：

智能实时列表：

• 被检测设备的各种颜色显示
• 对每一个误差的强大数字统计，重复，信号消失等
• 提示：ID号不匹配，监视定时器未设置，错误的组态
• 先前的诊断，参数，组态及数据交换的报文
• 对产品及诊断签定的GSD文档管理

如下图：

2 智能报文取样器：

• FDL，DP，DP-V1，DP-V2，PA及I&M
• 可对报文进行筛选和存储
• 数据解析机制（字节，字，浮点等等）
• 误差检测
• 标记功能

如下图：

3   示波器功能

时间范围：50ns至500ms

电压范围：0.5至5V

      测量指示线（等级和时间）

      压差（A-B）及终端电压（A线或B线）的测量

      触发器特征：响应开始或信息答复

如下图：

4   条线图功能

平均值，最大值和最小值，总线信号值

不同颜色显示信号值

如下图：

5  可将事件发送指定邮箱

配置如下图：

通过以上介绍的功能，现场接入的COMbricks PROFIBUS诊断模块中继器可实现实时在线远程诊断，为现场维护工程师提供参考，方便了现场维护工程师快速有效的解决生产过程中出现的总线网络通讯故障，大大提高了生产效率，保障了企业经济效益。