在工業自動化現場中，PROFIBUS DP 網路有時會出現運行不穩定的情況。面對這種問題，工程師通常會選擇增大重試次數來減少設備的停機時間。表面上看，這樣確實能提升系統的穩定性，但它並未從根本上解決問題。為了找到 DP 網路中存在的隱患並進行整改，必須借助專業的 DP 診斷工具。
本文將以 Anybus 診斷產品為例，介紹兩種常見的診斷工具，幫助工程師快速排查問題，並提出有效的整改方案。
兩種常見的 PROFIBUS DP診斷工具
以 Anybus 診斷產品舉例，DP 網路的診斷工具主要有兩種類型，分別適用於不同的診斷需求。
1. 外接式診斷工具
外接式診斷工具通常透過接入網路中 DP 設備的 PG 口進行診斷，無需額外供電。它的優點是連接簡便、使用靈活，設備無需停機即可開始診斷。用戶將診斷工具外接進去之後，就可以即時查看網路數據、訊號品質和波形等資訊。使用起來非常方便，但工具需要連接到電腦上進行啟動和查看，因此並不適合長時間監控，對於偶發故障也難以記錄。
圖一、Anybus 診斷產品 ProfiTrace 的連接
2. 永久網路監測
另一種是將診斷工具串接入 DP 網路中，這種方式需要現場允許接入協力廠商設備，並且需要系統停機將診斷工具串接進網路，並為其提供 24V 電源供電。雖然接入時需要停機，並且連接過程較為複雜，但這種工具能夠實現對 DP 網路的 7 x 24 小時持續監控，記錄故障時刻的網路數據、波形、事件日誌，以及觸發報警等功能。
因此，這類工具非常適合長時間網路監測和偶發故障的捕獲和記錄，同時所有記錄的資訊都保存在工具的 SD 卡中，掉電不會丟失，可以離線或者透過 FTP 存取。
下圖展示了 Anybus Combricks 診斷產品的連接方式，該工具可以接在一個網段的中間或末端。除了具有 DP 網路診斷功能外，Combricks 還可以擴展中繼器、PA 耦合器、光電轉換模組等功能模組，因此它不僅能用於監測 DP 網路，還能改變網路拓撲結構，改善訊號品質。
圖二、永久網路監測
透過 Combricks 進行現場診斷
為了更好地理解這些診斷工具的應用，我們以一個實際現場為例，說明如何使用 Combricks 診斷工具進行 PROFIBUS DP 網路的故障診斷。
1. 接入網路，查看串列傳輸速率和設備狀況
圖三、接入網路，查看波特率和設備狀況
在將 Combricks 接入網路後，首先可以看到當前的串列傳輸速率為 3 Mbps，網路中共有 1 個控制器和 27 個從站設備在進行數據交換。
2. 訊號品質分析
圖四、訊號質量分析
Combricks 透過訊號柱狀圖顯示各設備的訊號品質。在正常情況下，訊號強度應在 5V 左右。然而，從圖表中可以看到，當前網路中設備的訊號品質普遍較差，電壓偏低，這意味著外界稍有「風吹草動」就會影響網路通訊。
3. 錯誤波形的捕捉
圖五、錯誤的波形捕捉
當網路出現故障時，Combricks 能夠捕捉並存儲發生故障時的波形資訊。這些波形數據保存在 SD 卡中，便於後續分析。借助錯誤波形圖，我們能夠發現網路中存在校驗錯誤、幀錯誤以及 SD 錯誤等問題。結合 DP 網路訊號品質不高，我們可以推測訊號出錯可能是由於外部干擾引起的。
4. 網路事件日誌記錄
圖六、網路事件日誌記錄
Combricks 的網路事件日誌功能，詳細記錄錯誤產生的時間及錯誤資訊。從日誌中可以看到，主要的錯誤資訊都是訊號電壓過低和非法數據問題。這些日誌為故障排查提供了寶貴的數據支援，説明我們更精確地定位問題源頭。
故障分析與整改方案
1. 使用中繼器進行網路分段
由於串列傳輸速率是 3Mbps，根據協定規定，每個網段的最大長度不得超過 100 米。現場共有 28 台設備，其中有些設備的距離較遠。因此，使用中繼器對網路進行分段，不僅可以延長通訊距離，還能改善訊號品質。
在佈置中繼器時，需要考慮以下幾個方面：
- 將大功率變頻系統單獨形成一個支路，以減小干擾。
- 按照工藝將不同工藝段的設備透過中繼器進行隔離。
- 在可移動的從站前端增設中繼器，以避免移動設備時電纜斷開影響網路通訊。
圖七、中繼器進行網路分段
2. 檢查線纜遮罩、接地與走線
PROFIBUS DP 網路的通訊品質受環境因素影響較大，因此檢查網路的線纜遮罩、接地以及走線是否符合規範至關重要。合理的佈線能夠有效降低外部電磁干擾，確保數據傳輸的穩定性。詳細內容可參考之前的文章《DP 線纜與連接器的正確安裝》以及《PROFIBUS DP 網路佈線 1 米原則和分支線》中的相關技術要求。
3. 使用有源終端電阻
使用有源終端替換連接器上的終端電阻。有源終端採用雙電源供電，可靠性更高，並且避免了首末端設備出現故障或更換設備時對匯流排訊號的影響，增強網路的可靠性。
總結
透過借助診斷工具，工程師能夠快速準確地發現並定位 PROFIBUS DP 網路中的隱患。診斷工具的有效應用不僅能夠提高網路的穩定性，還能幫助工程師針對現場的具體問題提出有針對性的解決方案。由於每個現場的複雜性和生產工藝各不相同，因此整改時需要結合現場的實際情況，並依據協定規範進行個性化的優化調整。這樣，工程師才能確保工業自動化系統的順利運行，並保障網路的長期穩定性。
產品推薦
如果您對此感興趣，歡迎您關注我們獲取更多文章資訊，如有任何問題，也歡迎聯絡我們！
