網(wǎng)絡通信問題很多用戶都碰到過，導致問題的原因很多。最近碰到的一個ProFibus通信的問題，常見卻不容易發(fā)現(xiàn)。我覺得很有必要給大家講講。以后項目中要引以為戒啊！
一個項目進行改造，在PROFIBUS網(wǎng)絡的后面增加了幾個站點，距離也非常近，符合PROFIBUS網(wǎng)絡長度的限制，同時也符合網(wǎng)絡的安裝規(guī)范，接地也良好，施工完成后，從站出現(xiàn)不定期的掉站情況，故事將帶您一起分析故障的原因。
現(xiàn)場總線網(wǎng)絡比較復雜，劃分了好幾個網(wǎng)段，根據(jù)現(xiàn)場測試簡單畫出網(wǎng)絡拓撲圖，如圖1所示。
為了便于分析，圖1中的網(wǎng)絡只是示意圖，總共有三個網(wǎng)段，只有一個CPU，從站故障多發(fā)生于網(wǎng)段1中CPU右邊的22個從站設備中。
由于PROFIBUS通信是電壓差分信號，故障發(fā)生在哪一個網(wǎng)段只是結果并不能判斷故障源。先使用Amprolyzer （PROFIBUS報文測試軟件，可以在西門子網(wǎng)站上下載）軟件對整個網(wǎng)絡進行測試，發(fā)現(xiàn)有報文錯誤。現(xiàn)場調(diào)試最頭疼的就是由多個網(wǎng)段組成的網(wǎng)絡，必須單獨測量，檢查的方法也很簡單，就是排除法。首先進行網(wǎng)絡分拆，屏蔽網(wǎng)段2，再在CPU上使用終端電阻隔開CPU左邊的36個從站，這樣可以排除網(wǎng)段間的相互干擾。最后發(fā)現(xiàn)大量的錯誤報文還是由CPU右邊22個從站設備發(fā)出，這樣就確定了故障的網(wǎng)段。
首先檢查接地，表面看每個站點都接地良好，因為沒有考慮到接地電阻，接地線分布等原因，這些問題對于現(xiàn)場臨時調(diào)試是不可能的事情，所以就算接地良好。
其次查看是否符合PROFIBUS安裝規(guī)范，包括站點間距離、是否有分支等，看了半天也沒查出原因，就算是沒問題吧，因為查看每一個接頭是否虛接同樣不現(xiàn)實。都沒有問題，現(xiàn)場了解，在CPU右邊22個從站設備的網(wǎng)段中進行過改造，添加了新設備，有一個站點添加在原網(wǎng)段，后面又添加了一個中繼器用于擴展和隔離，檢查了也沒有發(fā)現(xiàn)問題，那么問題出現(xiàn)在哪里呢？
表面看不出來，只能通過示波器查看一下通信的物理信號，例如是否受到信號干擾以及PROFIBUS安裝問題等，使用示波器查看的波形圖如圖2所示，
在波形上可以看到明顯的信號反射，通過時間與信號傳輸速度的關系，計算到反射的位置距離主站大于70米，而70米處正是添加新設備的位置，再去現(xiàn)場重新檢查，發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的安裝現(xiàn)象，如圖3所示。
現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡最后使用中繼器與新加站點隔開，由于安裝空間問題，還有一個站點在中繼器前安裝，然后再連接到中繼器，連接從站到中繼器的電纜與原電纜不匹配，一個新的，一個是舊的，電纜訂貨號居然不同，難道問題出在這里？使用終端電阻將使用新通信電纜的站點隔離，再看信號波形圖，反射信號消失了，問題找到了，使用一段多余的舊線替換新線后，錯誤報文很少出現(xiàn)。真是沒有想到，一小段電纜居然造成整個網(wǎng)絡不穩(wěn)定。
如果通信電纜的特征阻抗不匹配，通信信號就會發(fā)生反射，如果通信距離較長，在末端出現(xiàn)反射，對通信造成的危害更大，即使電纜參數(shù)相同，但是廠商不同，特征電阻也會有偏差（手冊中標有誤差范圍為正負10%，所以最大偏差20%），如果在長距離使用非PROFIBUS協(xié)會的電纜，通信質量就更難保證，圖4的安裝不能說錯誤，但是應注意上述的問題。
如果現(xiàn)場確實有困難，應在兩種電纜交匯處使用中繼器隔開。
續(xù)集：
在跟用戶和其他工程師交流時發(fā)現(xiàn)這樣的判斷有些問題，感覺 PROFIBUS 網(wǎng)絡的安裝要求過于苛刻，交流的結果是 PROFIBUS 電纜安裝時彎曲半徑過小，影響終端電阻與電纜的特征阻抗不匹配，從而影響通信，下面先說一下 PROFIBUS 終端電阻的作用。
PROFIBUS-DP 的終端電阻是三個電阻的組合，如圖1所示， 
在網(wǎng)絡空閑時提供一個1.1V電壓，Uidle =Uv R1/ R1+R2+R3 =5*220/390+220+390=1.1 V ，提供較高的干擾抑制能力和確定的狀態(tài)。
第二個作用用于匹配PROFIBUS TYPE A （Z=150歐）的特征阻抗，阻止信號反射如圖2所示。，即原端阻抗（PROFIBUS網(wǎng)絡一端終端電阻）與電纜的特征阻抗（150歐）和負載端阻抗（PROFIBUS 網(wǎng)絡另一端終端電阻）匹配就不會產(chǎn)生信號反射，標準的終端器阻抗不精確匹配線的特征阻抗,但是已經(jīng)足夠用于避免信號反射。所以即使使用不同批次的 PROFIBUS 電纜也不會產(chǎn)生信號反射。
那么為什么會在圖3這里產(chǎn)生信號反射呢？可以肯定 PROFIBUS 電纜的特征阻抗發(fā)生變化了，由于彎曲半徑過小，圖3中得 PROFIBUS 電纜相當于對折，原先電纜的銅芯是圓的，現(xiàn)在可能變成扁平的了，在安裝時裁剪多余的電纜就可以避免這樣的問題。
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