PROFIBUS通信在门机中的应用及故障分析

公司从2002年开始陆续投产的25T门机和40T门机，全部采用安川变频调速系统，其PLC主控单元CP-316H通过内置PROFIBUS-DP通信模块与PROFIBUS总线连接，各机构变频器作为从站与CPU通信，主站周期性地读取从站的输入信息，并周期性向从站发送输出信息。PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，有比较高的数据传输率，适用于系统和外部设备之间的通信，远程I/O系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信，适用于对实时性要求比较高的自动化场合。

1、PROFIBUS-DP主、从网络的构成及通信流程

以日本安川公司的PLC和变频器构成的现场总线系统为例。前港公司变频调速式门机应用的现场总线PROFIBUS-DP系统，由主站、从站和网路三部分组成，主站是带PROFIBUS通信模块的CP-316H，从站是起升、闭合等机构G7变频器，由于安川变频器内置的是专用的MEMOBUS协议，不能直接接入PROFIBUS-DP 网络，而必须通过专用的接口卡完成通信。在主、从方式下，由一个CP-316H（主站）控制五台变频器（从站），构成主-从系统，主站发出命令，从站给出响应，配合主站完成对数据链路的控制。

2、PROFIBUS网络配置及通信格式

（1）在PLC的编程软件CP-717中选择相应的PLC型号，设置各机构驱动器文件夹，并配置变频器的相关群组参数，联机后即可在系统中识别各机构变频器的SI-P1 卡的配置地址，将其作为网络上的一个从站来组态，通讯速率通常设置为19200Bps。

（2）变频器的相关设置。各机构变频器安装的通信卡，每个卡上都有拨码开关，用于设定各变频器的通信地址，每个地址都是唯一的，不允许重复。变频器参数设置B1-01：频率基准输入方式设为3（选择通讯卡），B1-02：运行指令输入方式设为3（选择通讯卡）。系统启动后，首先完成PLC通信模块的初始化和总线参数分配，如有故障则根据系统要求作出相应动作。

（3）通信格式。下图为PROFIBUS-DP数据传输示意图（见图1），即主站发送请求，访问DP从站，其中包括帧格式;从站收到请求信息后，立即响应主站，并回送响应帧。

PROFIBUS-DP通信协议的信息帧分为协议头、用户数据和协议尾，输出数据是传输控制字和设定值（主站→变频器），是变频器运行要定义的一些功能码，如运行频率、力矩给定等，输入数据是状态字和实际值（变频器→主站），是变频器运行实时数据的反馈值。高速I/O 数据区的输入、输出数据各为16 字节，其中基本数据的长度各为16位。

3、通信故障的产生原因及解决方法

门机在运行中经常会出现通信故障，具体现象有：变频器报“BUS”故障停机;变频器频繁报“BB”—基极封锁，反复启、停。前者原因主要是通信线路断线、通信卡插排接触不良或者是通信卡损坏。后者出现的原因则比较复杂，经过分析确定大多为干扰引起，下面对影响通信可靠性的因素进行分析。

（1）共模干扰问题。PROFIBUS现场总线的物理层是基于RS-485的总线，有一定的抗共模干扰能力。但是其抗共模电压的范围是有限度的，约为-7～+12V，当共模电压超出此范围就会影响通信的稳定性，甚至损坏接口。因此各电气柜内部的布线、通信电缆的屏蔽层接地要合理，特别是要根据实际情况，灵活选择单端接地或双端接地，确保设备运行稳定可靠。

（2）通信电缆中的信号反射。导致信号反射的主要原因是阻抗不匹配，这是由于数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配引起的。信號反射对数据传输的影响，使接收器收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。想要消除这种反射，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，并根据实际情况，合理调整匹配电阻，减少信号反射现象。

（3）通信电缆中的信号衰减。一条传输电缆可以把它看成由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路，信号的损失主要是由于电缆的分布电容和分布电感组成的LC低通滤波器。PROFIBUS用的是标准型两芯电缆，在不同波特率时的衰减系数差别很大。由于总线上分布电容的影响，导致数据传输错误，从而使整个网络性能降低。解决的方式有两种，一是降低数据传输的波特率;二是使用分布电容小的电缆，提高传输质量。

4、结语

现场总线控制系统的快速发展逐渐取代了传统的控制系统，它更适合于自动化的要求，特别是采用PROFIBUS-DP控制系统，增强了整个系统的可靠性，实现了分布式控制，提高了系统的响应速度和控制精度。PROFIBUS总线用于门机变频调速控制系统，经实践应用证明其稳定可靠，维护简便。PROFIBUS现场总线以其卓越的技术性能，必将得到更广泛的应用。

参考文献

[1]浅析PROFIBUS-PA的基本原理及特性[J].周志敏. 智慧工厂.2019（02）

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