摘要：随着智能化火电厂建设不断推进，现场总线控制系统作为实现智能化火电厂建设的必要条件，其应用范围也从局部的辅控系统逐步扩大到主控系统与辅控系统全厂一体化应用。Profibus现场总线控制系统作为现场总线的主流类型，占据了火电厂现场总线控制系统的50%以上份额。Profibus现场总线控制系统作为一种本质区别于常规分散控制系统的新型控制系统，在系统调试过程中遇到的典型问题往往导致工程技术人员无从下手，本文对此进行了系统总结研究并提出了相应的解决方法。
关键词：智能化；Profibus现场总线控制系统；典型问题；解决方法
0引言
工厂自动化技术在现代通信技术、计算机网络技术、自动化技术的推动下已发展到第3代--现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称FCS）阶段[1]。现场总线控制系统作为新一代控制系统，具有传输全数字化、系统结构全分散式、现场设备具有互操性、通信网络全互联式、技术和标准全开放式的特点[2]。截至2016年底，全国火电装机105388万千瓦，为各种先进新型控制系统的广泛应用提供了可能，尤其是随着环保及节能减排、竞价上网等政策的不断深入推进，火电厂控制系统将向更高性能的安全、可靠、高效、智能目标发展，这同时也推动了智能化电厂的建设和发展。现场总线控制系统作为实现智能化火电厂建设的必要基础，在近30年来应用越来越广泛深入，其中Profibus现场总线控制系统是目前火电厂应用最为广泛的一种现场总线系统，也是目前市场保有量最大的现场总线标准。据PI组织早在2006年3月21日发布的数字表明[3]，截止到2005年12月，在全世界已安装1540万个Profibus节点。有理由相信，随着自动化技术的快速发展，Profibus现场总线技术在国内有更进一步的推广应用[4]。
1 Profibus总线系统相对于传统DCS系统的技术优势
传统DCS的局限性：信号与电缆一一对应，信号只能单向传输。数字化电厂需要大量的除常规I/O数据外的现场设备实时数据，这些数据包括设备状态、诊断信息以及历史数据，使得传输的数据量成倍增长，传统DCS软硬件无法实现这一要求，Profibus现场总线控制系统使现场总线设备与控制器之间实现了信号双向传输，能够对设备进行实时便捷的远程维护和管理。例如：1个现场总线压力变送器具有100多个传输数据，包括实时I/O数据、诊断信息和设备状态，及非实时的参数、校验、深层诊断数据，而1个常规非现场总线变送器只有一个常规I/O数据。
Profibus现场总线控制系统可组态设备实时状态和诊断显示、故障报警等，快速定位故障设备位置、原因，快速维修，节省人力和提高系统可用性，采用现场总线设备管理软件记录和积累设备运行状态及诊断信息，预测故障，提前维护和降低故障发生率，实现了设备的事前管理，综合实时和历史数据开发有针对性的软件，能够实现“状态维修”、“性能优化”、“寿命评估”等先进功能。
2 Profibus现场总线设备在调试过程典型问题及解决方法
Profibus现场总线控制系统作为一种本质区别于常规分散控制系统的新型控制系统，在系统调试和运行过程中常遇到的典型问题往往是工程技术人员从未见过的新问题，经长期工程实践总结，概括起来主要有如下问题：
2.1 单台就地总线设备无法正常与主站通信
单台就地总线设备与主站无法通信的可能性有很多种，在确保Profibus总线通信主站运行正常情况下，报警画面显示设备没有被正常连接，此时要根据设备报出的诊断信息来定位问题的具体原因，可以通过ProfiTrace检测工具的报文侦听功能对总线数据进行分析，下面对几种常见的诊断信息进行问题分析：
2.1.1 Station_Non_Existent
该诊断信息说明该设备的数据信号并没有通过总线通信到达主站，即主站认为该设备总线上不存在，出现该问题归纳有以下几种可能：
（a）物理层连接出现问题，主要表现为光纤不通、电缆有中断、中间设备（光电转换器、中继器）环节出现故障、设备上的A、B线接反，此时需根据网络连接结构对物理层链路进行逐一排查；
（b）就地设备实际地址与控制组态软件中设置的设备地址不一致。对此，就地进行设备地址检查或利用Profitrace工具检查设备地址设置；
（c）就地多个设备地址存在设置重复的情况，导致总线不能正常工作。对此，在就地利用Profitrace2软件检查设备地址，并按照组态设置对其更改；
（d）在确认无以上故障时，最终检查就地设备通信板是否存在异常，必要时需更换就地设备通信板。
2.1.2 Prm_Fault
该诊断说明通信主站组态软件中配置的从站参数与设备中的实际参数不匹配，出现此诊断的最大可能性为主站组态中选择设备的GSD文件与实际设备不匹配，此时可在从站诊断中读取实际设备反映的Ident Number，查看是否与从站参数中配置的一致，若不一致，则需更找设备厂家更换与之相对应的GSD文件，若一致，则说明GSD文件正确，但是从站参数中的参数设置与就地设备不匹配，则需更改组态软件中从站参数，使得其参数与就地设备参数保持一致。
2.1.3 Cfg_Faultt
该诊断说明通信主站组态软件中配置的设备通信模块与实际设备添加的模块不对应，此时应检查实际设备采用模块的硬件型号，再根据此型号更改组态软件中设备配置的通信模块。
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2.2就地设备可与通信主站能正常通信但不能被主站所控制
主站与设备能建立起正常的Profibus总线通信说明总线系统的物理层、主站和设备的硬件及地址设置均正常，问题出在主站或设备的软件配置上，属于软件配合问题，此时应先检查设备中与通信有关的参数配置是否正确，该配置需根据设备通信手册进行设置，主要检查设备控制方式、信号源、通信模块等参数，必要时还需设备厂家配合调试，在检查设备参数的同时，还应检查主站系统组态中从站参数的配置，看参数是否与设备要求一致，主要查看传动协议、数据模块等设置。查看完主站和设备的参数设置后，若设备还不能被主站所控制，则需根据设备通信手册查看主站给设备发送过程控制数据的字节是否正确，发送的数据类型是否与设备要求的一致，此时还需注意部分设备通信手册中描述的过程控制数据的字节顺序与实际应用时相反，如手册中第一个字节为控制字、第二个字节为状态字，但是实际相反。
23总线设备能与主站进行通信并且被主站所控制，但通信不稳定
2.3.1 终端电阻问题
Profibus现场总线网络中，每个网段的首尾必须安装匹配的有源终端电阻，且终端电阻不可多也不可少，终端电阻安装的不合适会导致通信信号的反射，造成信号不稳定，终端电阻的阻值应为220Ω，由
于首尾均有终端电阻，所以回路中阻值应为110Ω。无源的终端电阻相当于没有安装，所以现场连接现场总线网络时通常在总线末端安装独立的有源终端，而不采用末端设备自身的终端电阻，其目的是防止更换末端设备时，使总线失去终端电阻而导致整条总线通信不稳。
2.3.2 数据线接线问题
利用Profibus数据线连接设备时，如果出现虚接或电缆预留过长并过多缠绕，虽然可与主站通信但是会导致系统的抗干扰能力下降，在现场使用时，遇到干扰就容易造成设备通信不稳。
2.3.3 通信距离过长
目前现场Profibus-DP网段速率为500Kbit/s，根据协议要求每个网段最大支持长度为400m，通过中继器扩展网段最大网络支持2000m，如果现场连接设备时，网段长度超过规定值，则会导致信号衰减，造成设备通信不稳，有时甚至通信不上，所以应注意网段长度，避免造成通信不稳定，实际应用中若设备与主站距离过长不可避免，应及时采用中继器扩展网络长度或增加网段
2.3.4 设备接地和数据线屏蔽接地没有安装到位
Profibus现场总线网络中设备接地和数据线屏蔽接地对于设备通信的稳定至关重要，Profibus-DP网络中采用设备多点接地方式，即每台设备数据线的屏蔽层应与设备的接地片连通，并且设备直接接地。总线设备没有接地或接地错误会导致干扰信号串进总线网络中，使得设备与主站通信不稳。
2.3.5 数据线与动力线距离太近或长距离平行布线
Profibus现场总线的数据线理论上应与动力电缆保持20厘米以上的距离，如果距离太近，可能会导致动力电缆干扰到总线的数据通信，特别是在设备操作时，干扰尤为明显。当通信电缆与动力电缆出现交集时，应与动力电缆十字交叉，以免因为容性耦合而产生干扰。
2.3.6 两设备之间连接的数据线问题
通常两设备之间连接的数据线长度应大于1m，数据线在布置时需要90°的弯曲，连接的数据线过短和弯曲度过小（有可能导致线缆受损）都有可能造成通信不稳。
2.4整条总线网段突然断线或不稳定
通常出现该问题是由于线路或设备自身原因导致，如在运行过程中由于施工时线路连接不稳导致断线，或是设备受潮甚至进水导致通信电缆短路和通信板损坏。检查此类问题需先确认出现问题的网段的结构，重点是设备间的物理层连接顺序，并做好相应的保护措施，然后分段对整条网段进行排查，确认问题出现在哪段并缩小问题范围，最终定位问题原因。
3结语
从现场总线在火电厂的大量应用获知，Profibus现场总线控制系统较适宜于火电厂应用，且安全、可靠[5]。但在实际应用过程中，由于Profibus现场总线控制系统在系统结构和通信方式上与常规分散控制系统有本质区别，其在调试期间出现的问题不像常规分散控制系统那样可以采用常规分析问题的思路，无法通过使用万用表直接测量信号的电流值或电压值来确定问题所在，导致工程技术人员遇到这些问题时无从下手，这给Profibus现场总线控制系统在火电厂的进一步推广应用带来了困难，本文针对Profibus现场总线控制系统在调试过程遇到的典型问题进行了系统总结研究并提出了相应的解决方法。
参考文献：
[1] 侯维岩，费敏锐编著.《PROFIBUS协议分析和系统应用》[M].清华大学出版社，2006.12.
[2] 凌志浩主编.《DCS与现场总线控制系统》[M].华东理工大学出版社，2008.9.
[3] http：//www.profibus.com/
[4]侯维岩，费敏锐编著.《PROFIBUS协议分析和系统应用》[M].清华大学出版社，2006.12.
[5]杨新民，肖勇等.《火电厂监控系统现状及发展》[J].热力发电，2014.11.
作者简介：
叶智（1975－），男，江西乐平。高级工程师，硕士，主要研究方向：大型火电机组热工控制系统及现场总线控制系统研究与开发。
论文作者:叶智1,瞿丽莉2,赵广勋3,张小锋 3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/28
标签：设备论文; 控制系统论文; 通信论文; 现场总线论文; 主站论文; 总线论文; 火电厂论文; 《电力设备》2017年第21期论文;