前言
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 為例，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。
這類工具非常適合長時間網路監測和偶發故障的捕獲與記錄，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 還能擴展中繼器、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
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，代表外界稍有「風吹草動」就可能影響網路通訊。
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。透過錯誤波形圖，我們能夠發現網路中存在校驗錯誤、幀錯誤以及 SD 錯誤。結合 DP 網路訊號品質不高，我們推測訊號出錯可能是由於外部干擾所致。
4. 網路事件日誌記錄
圖六、網路事件記錄
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。這些日誌為故障排查提供了重要依據，能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，其中有些設備距離較遠。使用中繼器對網路進行分段，不僅能延長通訊距離，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 網路的通訊品質受外部環境影響較大，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。合理的佈線和接地能顯著降低外部電磁干擾，確保數據傳輸的穩定性。
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
藉由上述診斷工具，工程師能夠快速且準確地發現並定位 PROFIBUS DP 網路中的問題隱患。診斷工具的應用不僅能提高網路穩定性，也能針對現場實際情況提出有針對性的整改方案。由於每個現場的複雜度和生產工藝差異甚大，整改時需結合現場條件，並依據協定規範進行優化。如此才能確保工業自動化系統長期且穩定地運行。
