PROFIBUS现场总线及抗干扰性简析

自动化控制系统抗干扰技术应用摘要：在工业自动化控制现场应用中，为了防止信号干扰，提高系统运行的稳定性和可靠性，文章主要分析了自动化控制系统应对各种干扰源通过两种干扰传播方式，以便在实际应用当中如何抑制干抚信号，并介绍了控制系统常用的干扰抑制措施。

关键词：DCS、PLC、干扰源、屏蔽、接地、PROFIBUS、S7-300、控制系统在工业控制现场中分布着各种各样的杂散电磁干扰信号，对DCS及PLC系统等弱电检测信号具有很强的干扰作用，甚至使整个系统瘫痪，如何在自动化控制系统中减少干扰信号的干扰，保证系统的稳定可靠运行，这就使得我们必须在应用过程当中正确地处理。

一般地，电磁干扰可在多个方面影响PLC：• 电磁场对系统有直接影响。

• 由总线信号导致的干扰耦合（PROFIBUS DP 等）• 通过系统布线产生的干扰耦合。

• 干扰通过电源和/或保护接地来影响系统。

一、两种干扰传播途径通常产生干扰有三个要素：干扰源、耦合路径、易受干扰的潜在电子器件（DCS及PLC系统各种卡件）。

干扰源可以通过空间的辐射或电磁耦合传递到DCS及PLC系统的CPU和信号采集卡件，也可以通过信号电缆的传输进入控制系统。

1、干扰源通过空间传播干扰源的电磁能量以场的方式向四周传播, 频率较高时，干扰信号可以通过导线间的分布电容从一个回路传导到另一个回路，这是电容耦合或电场耦合；干扰信号通过导线间的分布电感，从一个回路传到另一个回路为电感性耦合或磁场耦合；电磁场的干扰还可以通过天线发送至电子装置，即干扰的天线效应，由信号源－传输线－负载组成电流环路，就相当于磁场天线。

2、干扰源通过导线传播信号通过导线传输，实际的传输导线都存在分布电容和电感，尤其在传送频率高的情况下，分布电容和电感参数的影响更不能忽视。

当设备或元件共用电源或地线时，会产生共阻抗耦合；当脉冲信号通过传输线传播，在一定条件下，信号会发生波反射，反射会改变正常信号而产生有危害的冲击电压；干扰源通过磁场耦合在两根导线和设备构成的回路上产生感应电压，会产生差模干扰；干扰源通过电场耦合在一根导线与系统地构成的回路上产生的感应电压，会产生共模电压。

PROFIBUS 总线简介及应用PROFIBUS 是一个用在自动化技术的现场总线标准，常用于PLC 与现场设备的数据通信和控制。

目前的PROFIBUS 可分为二种，分别是大多数人使用的PROFIBUS DP 和用在过程控制的PROFIBUS PA。

通信速率在9.6kb/s~12Mb/s。

PROFIBUS PA（过程自动化，Process Automation）应用在过程自动化系统中，由过程控制系统监控量测设备控制，是本质安全的通信协议，可适用于防爆区域（工业防爆危险区分类中的Ex-zone 0 及Ex-zone 1）。

PROFIBUS DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）用在工厂自动化的应用中，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态。

Profibus DP 是工业现场比较常用的总线形式。

Profibus DP 物理接口一般采用RS485形式，通信线缆包括RS485 的A 和B 两根数据线和一个屏蔽线。

因为Profibus DP 的通信速率较高(最高达12Mb/s),所以现场安装中一定要注意加入阻抗匹配，线缆尽量使用带有屏蔽的线缆。

DP 接头如下，红色的拨片就是匹配阻抗的开关，打到ON 及加入匹配电阻。

需要注意的是同一条Profibus 总线上，只能有两个DP 头打开阻抗匹配。

Profibus 由于其较快的通信速度和较强的故障诊断能力，在工业现场中的到非常广泛的应用。

然而在实际应用过程中，Profibus 总线总会出现一些不理想的情况。

如：1）PLC 控制器和其他需要通信的设备相距比较远，profibus 布线会比较长。

较长的电缆布线会使Profibus 信号不稳定，经常出现数据错误，丢包，设备掉线等情况，使整个系统运行很不稳定。

2）一些电磁干扰特别强的现场，采用电缆布线后也会出现Profibus 通信不稳定的情况。

PROFIBUS在工业应用中的抗干扰设计PROFIBUS是一种常用的工业现场总线通信协议，被广泛应用于工业自动化控制系统中。

由于工业环境中存在各种干扰源，如电磁干扰、电源波动、接地干扰等，因此在PROFIBUS 的设计中需要考虑抗干扰的问题。

本文将介绍PROFIBUS在工业应用中的抗干扰设计。

1. 线缆选择：PROFIBUS通信采用双绞线作为传输介质，常用的是屏蔽双绞线。

屏蔽层可以有效阻挡外界电磁干扰对信号的影响，提高抗干扰性能。

线缆应选择质量好、传输性能稳定的产品，确保信号传输的可靠性。

2. 接头和连接：PROFIBUS连接器应采用专用的金属接头，确保连接的稳定性和可靠性。

接头处应进行良好的接地，降低接地干扰对信号的影响。

3. 屏蔽：PROFIBUS通信中，屏蔽是一种重要的抗干扰手段。

除了线缆的屏蔽外，还需要在节点和设备之间进行屏蔽。

如在节点上使用屏蔽盒，将PROFIBUS线缆和设备连接在一起，并接地。

这样可以有效屏蔽外界电磁干扰信号的影响。

4. 接地：PROFIBUS通信中的接地是关键的一环，应确保接地的良好连接和干净的接地，减少接地干扰对信号的影响。

在接地过程中，应注意避免接地回路中产生大回流，造成地回流干扰。

5. 可靠性：在PROFIBUS系统的设计和安装中，应保证整个系统的可靠性。

应选择可靠的设备和传感器，减少设备故障对系统正常运行的影响。

应进行系统测试和调试，确保通信的可靠性和稳定性。

PROFIBUS在工业应用中的抗干扰设计至关重要。

通过合理选择线缆、接头和连接器，使用屏蔽盒进行屏蔽，保证良好的接地连接，并确保系统的可靠性，可以提高PROFIBUS系统的抗干扰能力，保证通信的稳定性和可靠性。

根据国际电工委员会IEC1158定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

当今全球最流行的现总线有FF总线(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus等,在造纸行业,ABB公司AF100应用也很多。

但是无论哪一种现场总线,都是数字信号,当在介质上传输时,由于干扰噪音的原因,使得“1”变成了“0”,“0”变成了“1”,从而影响现场总线性能,以至于不能正常工作。

因此研究现场总线的抗干扰问题并提高现场总线的抗干扰能力非常重要。

1 纸机车间存在的干扰源(1)纸机传动系统是纸机车间最大的干扰源。

纸机传动系统的总负荷约占造纸车间总负荷的1/3以上,在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件(IGBT等)高速开和关转换,产生大量的高频电磁波,污染整个车间,并且产生大量高次谐波,污染工频电网。

(2)变压器、MCC柜、电力电缆和动力设备。

这些设备均为工频,频率较低,干扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很大差别。

特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的6~1倍,会产生大电流冲击的暂态干扰。

(3)来自工频电源的干扰。

工频电源波形畸变和高次谐波若未加隔离或滤波,便会通过向纸机控制系统供电而进入控制系统,影响现场总线的信号。

(4)导线接触不良产生的火花、电弧等。

(5)三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共地产生的接地环流。

2 干扰的传播途径(1)由导线传输,称为传导干扰。

在现场总线中,主要表现为地线阻抗干扰和来自工频电源的干扰。

(2)通过空间以辐射的形式传输,称为辐射干扰。

3 现场总线的抗干扰措施(1)远离干扰源动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。

所以,现场总线设备远离用电设备,现场总线电缆与动力缆分层桥架布置,都能起到很好的防干扰作用。

PROFIBUS—DP现场总线干扰原因分析摘要：针对什邡卷烟厂制丝车间生产线改造完成，参照电控资料并结合本人的理解认识，分析了烟草行业中对PLC控制系统造成干扰的电磁干扰来源，指出在工程应用时必须综合考虑控制系统的抗干扰性能，并结合工程提出了几种有效的抗干扰措施。

关键词：Profibus—DP；干扰；PLC通讯随着自动控制技术的发展，现场总线技术存工、I 控制 }1的应用也越来越广泛，总线的可靠性直接影响到，企业生产的效率和安全。

在国内烟草行业中的制丝生产线有很多采用Profibus—DP现场总线技术对设备进行控制。

根据工艺的要求，把制丝生产线分为四段：叶片段、叶丝段、梗丝处理段、储丝房、除尘房、香料厨房。

六个生产工艺段在控制上彼此独立，但又存在一定的联锁关系。

六个工艺段采用s7～400做为控制单元，通过Profibus—DP网络与子站、变频器、流量计、红外水分仪以及现场操作屏等进行数据通汛，此Profibus—DP网络的抗干扰能力，直接影响整个制丝生产线的稳定性。

1． Profibus—DP概述Pmfibus—DP网络通讯的本质是RS485串口通讯，其在OSI参考模型中主要使用第1、2、层，即物理层、数据链路层，因此网络通讯速度比较快，而且报文简单。

Plofibus一1)P网络传输采用一种两端有终端的总线拓扑结构，可以确保在网络通讯期间接人或断开一个或多个站谢不影响其他站点的通讯，如图1所示Profibus—I)P总线允许选择ll$485或光纤两种不同的物理层，一般设备级现场总线采用RS485，传输介质采用屏蔽双绞铜线电缆，其传输速度在9．6kb／s～12Mb／s间可选，通过中继器可将输送距离延长到lO公里，在不带中继器的情况下，电缆的最大长度取决于传输速度，如表l所示。

表1 RS485传输速度与A型电缆的距离2 .Proflbus—DP网络故障现象在制丝生产过程中．根据工艺的要求，需要确保流水线生产设备的安全和烟丝产品质量，因此当控制系统发生DP站点通讯故障时，会按照设备的联锁关系停止生产线部分设备。

浅谈PROFIBUS现场总线不稳定因素及对策本文根据实际生产过程中经常遇到的一些影响PROFIBUS现场总线不稳定的因素和可能引起不稳定现象的因素,从四个方面提出了一些切实可行的对策措施,供致力于现场总线技术的人员探讨。

标签：现场总线通讯稳定对策0 引言现场总线PROFIBUS是工业通信系统,它是使用一类传输介质(如具有位串传输的铜缆、光纤或无线等),用比特串传输,将分散的现场设备(如传感器、执行机构、驱动器、变送器及各种现场仪表等)连接到中央控制或管理系统。

作为一种先进的数据传输技术,因其通信速率快、系统安全、价格低廉等特点,已被广泛的应用到烟草行业许多烟厂,它确实实现了工艺控制由结果控制向过程控制的转变,由控制指标向控制参数转变;由人工控制经验决策向自动控制科学决策转变,提高了自动化过程生产力和灵活性,但由于工业现场的恶劣环境,如温差、湿度变化大(使用蒸汽及无空调环境)、粉尘多、电磁干扰强等因素及使用一段时间后设备出现的老化现象,严重影响到PROFIBUS现场总线系统的稳定性,从而影响数据的可靠传输,这将会造成设备的突然停机,影响生产安全和产品质量。

本文根据实际生产过程中经常遇到的一些影响PROFIBUS现场总线不稳定的因素和可能引起不稳定现象的因素,从四个方面提出了一些切实可行的对策措施,供致力于现场总线技术的人员探讨。

1 网络的电气干扰实际生产现场造成电气干扰的原因很多,如变频器的干扰,地线接触不良,交流电源的信号干扰,设备振动的干扰等。

提高抗干扰能力的对策措施:1.1 对因设计安装在现场I/O柜内的变频器可考虑把变频器移到I/O柜外,对因变频器到电机没有采用屏蔽电缆线的可考虑更换为屏蔽电缆线,以减少变频器对网络的干扰。

1.2 在接地网线达到规范的前提下,应确保PROFIBUS电缆的屏蔽层在每个站点都可靠接地,在两端的接地应使用尽可能大面积的屏蔽压板,以保证地对大地的良好导电性。

1.3 应避免数据线与所用电力电缆敷设在同一桥架内,尽量避免其它电缆与现场总线电缆敷设在同一线槽内,并尽可能保持一定的距离,如不可避免时,可考虑把这些电缆套上带金属屏蔽的绝缘套管。

PROFIBUS在工业应用中的抗干扰设计一、PROFIBUS在工业应用中的特点PROFIBUS（Process Field Bus）是由德国西门子公司（Siemens）与德国菲尼克斯接口公司（Phoenix Contact）于1989年共同研发的一种工业现场总线协议。

PROFIBUS协议广泛应用于自动化控制系统中，包括工业自动化、过程自动化、建筑自动化等领域。

PROFIBUS协议具有以下特点：1. 实时性强：PROFIBUS协议能够满足工业现场对于实时性的要求，能够高效地传输控制信息和监控数据。

2. 稳定可靠：PROFIBUS协议采用了可靠的通信机制和错误检测纠正技术，能够在工业环境中稳定可靠地进行通信。

3. 灵活性强：PROFIBUS协议支持主从式和分布式控制结构，能够适应不同的自动化系统架构和通信需求。

4. 抗干扰能力强：PROFIBUS协议在设计时考虑了工业环境中存在的各种干扰源，具有较强的抗干扰能力。

二、工业环境中的常见干扰源在工业环境中，存在着各种可能干扰PROFIBUS通信的因素，主要包括电磁干扰、温度变化、湿度、机械振动等。

下面分别对这些常见干扰源进行具体描述：1. 电磁干扰：工业现场中存在大量电气设备和电磁场，这些设备和场景可能对PROFIBUS通信信号产生干扰，导致通信质量下降甚至通信中断。

2. 温度变化：工业现场温度波动较大，特别在一些特殊的工作环境中，如高温热工作环境或低温冷冻环境，可能影响PROFIBUS设备的稳定性和通信质量。

3. 湿度：工业现场湿度较大，可能对PROFIBUS设备的电子元件产生腐蚀、氧化等影响，影响设备的可靠性和稳定性。

4. 机械振动：工业现场中存在各种机械设备和振动环境，这些振动可能对PROFIBUS 设备的连接线路和连接器产生松动，导致通信故障。

三、PROFIBUS在工业应用中的抗干扰设计针对工业环境中存在的各种干扰源，PROFIBUS协议在设计时已经考虑并实现了一系列的抗干扰设计，包括硬件和软件两方面。

浅析profibus现场总线的应用计算机技术, 网络技术和数字通信技术的迅速发展引起了工业自动控制系统结构的巨大变化。

Profibus作为一种由智能化设备组成的计算机网络，近年来，凭借其独特的优势已成为自动控制领域研究的热点，应用于众多领域。

在我国冶金工艺中，profibus现场总线主要应用在炼焦配煤优化系统、焦炉加热计算机控制及管理系统、烧结过程智能控制管理系统、烧结终点判断与智能控制系统、炼铁优化专家系统、高炉人工智能系统中，通过对这些子系统的控制，确保了整个冶金工作的自动化流程的实现。

1Profibus现场总线简介随着自动化工业发展，总线分布式机械臂控制系统在工业生产得到了广泛的应用，随着机器人自动化程度的提高，控制技术逐步增大，在工业生产环节的机械臂操作需要多个机械臂的相互协调工作，操作之间的机械需要总线控制，采用机器人实现流水工作，可以有效解决生产精密设备的工作，总线控制技术在工业控制中得到广泛应用，网络通信与信息管理在机器人工业控制中得到了应用，将分散测控设备组合成变成网络节点，融合成总线通信网络，实现设备之间的有效沟通信息、完成自控工作的网络系统与控制系统，CAN总线分布式机械臂控制是一种有效的实时控制，串行通信网络，具有性能搞、可靠强、实时交互便利的特点，被广泛用于控制系统中机械设备之间的数据通信与自动化仪器控制，主要考虑将高速实时处理与分布式工业控制领域中的高可靠性相结合。

PR0FIBUS现场总线是以开放式系统互联网络作为参考模型，采用的是德国国家标准DIN19245和欧洲EN50170现场总线标准，定义了物理传输特性、总线取协议和应用功能的一种计算机网络系统，由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、和PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。

Profibus-DP是一种高速低成本通信, 用于设备级控制系统与分散的I/O形式的通信；Profibus-PA是专为过程控制自动化设计的, 将传感器和执行机构接到一根总线上, 并具有本质安全规范，Profibus-FMS是具有令牌结构的监控网络、具有实时多主的特征。