西門子400PLC系統DP網絡故障處理與預防研究

譚翔宇

（江西新鋼環?？萍加邢薰?，江西新余 338001）

DP 網絡是西門子400PLC 的重要組成部分，負責實現設備間的通信與控制。然而，在實際應用過程中，由于各種原因可能導致其DP 網絡出現故障。針對這些故障需進行深入的研究，以找出故障原因，提出有效的處理方法，并制訂預防措施，確保400PLC系統DP 網絡的穩定、可靠運行。

1 西門子400PLC系統DP網絡故障分析

（1）網絡物理層故障。①光纖故障。主要表現為信號傳輸過程中出現丟失或錯誤。光纖故障的原因可能有：光纖本身質量問題、光纖接頭連接不良、光纖長度超過規定范圍等[1]。②接頭故障?？赡軐е滦盘杺鬏斨袛嗷蝈e誤。接頭故障的原因有：接頭材料質量問題、接頭接觸不良、接頭氧化等。③線路故障。如線路短路、斷路等，可能導致整個網絡癱瘓。線路故障的原因有：線路老化、線路施工不當、線路受到外部干擾等。

（2）網絡協議層故障。①數據包丟失?？赡苁怯捎诰W絡干擾、線路故障、傳輸延遲等原因導致的。數據包丟失會導致接收方PLC 無法收到預期的數據，從而影響系統的正常運行。②數據包重復?？赡苁怯捎诰W絡中的數據包沖突、通訊卡故障等原因引起的，導致接收方PLC 收到重復的數據，從而影響系統的正常運行。③數據包錯誤?？赡苁怯捎跀祿趥鬏斶^程中受到干擾、通訊卡故障、數據包長度錯誤等原因導致的。數據包錯誤會導致接收方PLC 收到錯誤的數據，從而影響系統的正常運行。

（3）設備配置與參數設置故障。①設備配置不正確。在PLC 系統設備配置過程中，可能會出現設備類型選擇不當、設備地址分配錯誤等問題，這可能導致PLC 系統無法正確識別和控制相關設備，進而引發DP 網絡故障。②參數設置不合理。PLC 系統中的參數設置對設備的運行狀態和性能具有重要影響，如果參數設置不合理，可能導致設備運行不穩定，從而引發DP 網絡故障。例如，可能出現通信速率設置過高或過低、傳輸距離設置不合理等問題[2]。③設備參數與實際需求不匹配。在設備配置和參數設置過程中，可能未充分考慮實際工程需求，導致設備參數與實際需求不匹配，這可能導致設備運行效果不佳，從而引發DP 網絡故障。

2 西門子400PLC系統DP網絡故障處理

2.1 網絡物理層故障處理

（1）光纖故障處理。①針對光纖可能存在的故障，應定期用反射儀檢查光纖的通訊質量和狀態，并根據檢查結果及時更換不達標的光纖。同時，在選擇光纖時，要確保其符合西門子400PLC系統DP網絡的要求，以保證信號傳輸的穩定性和可靠性。②處理光纖接頭連接不良時，需檢查光纖接頭的連接狀態，如果發現連接不良，應立即重新連接。同時，要確保光纖接頭在使用過程中保持良好的狀態，避免受到污染和損壞。如果光纖接頭需更換，應選擇與原有接頭相同類型和規格的新接頭，以保證連接的穩定性。③調整光纖長度時要保證融接質量、控制融接損耗。同時應注意光纖的彎曲半徑不小于光纖外徑的15倍，以保證信號傳輸的損耗正常。

（2）接頭故障處理。①選擇接頭時，應盡量使用西門子原廠的DP 頭，其具有較好的耐腐蝕性和穩定性，以適應不同的環境條件；具有良好的電氣性能，以確保信號傳輸的穩定性和可靠性；具有足夠的機械強度，以抵抗外部力的作用，防止接頭斷裂。②針對接頭接觸不良的問題，應定期清潔接頭表面，使用專用的清潔劑清除接頭表面的污垢；對于長期未使用的接頭，應進行充分的預處理，如涂抹適量的導電膏，以確保接頭具有良好的接觸性能。③氧化。應盡量避免接頭暴露在腐蝕性氣體和潮濕的環境中，以降低接頭氧化的風險。

（3）線路故障處理。①需根據實際應用場景選擇合適的線材，如耐磨、耐腐蝕、抗紫外線等性能較好的線材。定期對線路進行檢查，發現線路老化、磨損等問題及時進行更換。在易受外部環境影響的地方，加強線路的防護措施，如加裝護套、引入接線盒等。②需按照相關規范進行線路施工，保證線路的布局、接線等符合要求。在施工過程中，加強對線路的檢查，發現施工不當的地方及時進行整改[3]。加強對施工人員的培訓，提高其技能水平，確保線路施工質量。③可選擇合適的通訊線，如使用屏蔽線材，以減小外部干擾對通信訊號的影響。避免通訊線路與強電、電力線路過于接近，減小電磁干擾。

2.2 網絡協議層故障處理

（1）數據包丟失處理。檢查網絡線路的連接是否正確，網絡設備是否正常工作，如交換機、網關等；檢查網絡電纜是否損壞、接頭是否松動等。同時，網絡帶寬不足也可能導致數據包丟失，可選擇升級網絡設備、增加網絡設備等措施提高網絡帶寬。針對網絡參數設置不當的問題，需調整網絡參數，如降低網絡傳輸速率、增加數據包重傳次數等，減少數據包丟失的概率。網絡拓撲結構不合理也可能導致數據包丟失，可嘗試優化網絡拓撲結構，如增加中繼器、改變網絡路徑等。通過優化網絡拓撲結構，可提高網絡的可靠性和穩定性，從而減少數據包丟失。

（2）數據包重復處理。①針對數據包重復處理，可使用冗余網絡架構。通過布署冗余網絡架構，可有效避免數據包在網絡中的重復傳輸。在冗余網絡中，每個網絡節點都有多個連接，數據包可通過多個路徑傳輸，從而降低重復發生的概率。②配置網絡時鐘同步。網絡時鐘同步可確保網絡中所有節點的時鐘保持一致，從而避免因時鐘不同步導致的數據包重復。通過配置網絡時鐘同步，可確保數據包在正確的時間點進行傳輸和接收。③檢查網絡設備配置。定期檢查網絡設備的配置，確保網絡參數設置正確。對于配置錯誤導致的數據包重復，可通過修改網絡參數進行解決。

（3）數據包錯誤處理。①需對數據包進行正確性檢查。接收方在接收到數據包后，需對其進行校驗，以判斷數據包是否在傳輸過程中發生錯誤。這一步驟通常通過檢查數據包的校驗來實現。如果校驗正確，則認為數據包傳輸正確；如果校驗錯誤，則說明數據包在傳輸過程中發生錯誤，需進行重傳或采取其他措施。②需對數據包進行差錯處理。在數據包錯誤處理中，對于接收到的錯誤數據包，需進行相應的差錯處理。常見的差錯處理方式包括丟棄錯誤數據包、請求重傳錯誤數據包、通過冗余機制糾正錯誤數據包等。在實際應用中，要根據具體情況選擇合適的差錯處理方式，以保證系統的正常運行。③還需對數據包進行異常處理。例如，當網絡中斷時，及時通知相關設備進行重連；當設備故障時，及時進行故障排查和處理。

2.3 設備配置與參數設置故障處理

（1）調整設備配置。在設置設備參數時，需參考設備說明書，根據生產過程的實際需求進行設置。主要涉及的參數包括設備地址、通信速率、數據格式等。同時，在設備調試過程中，需對設備進行功能測試，確保設備能夠正常運行，具體包含檢查設備的通信功能，確保設備能夠與其他設備正常通信；檢查設備的控制功能，確保設備能夠根據生產過程的需求進行控制；檢查設備的保護功能，確保設備在異常情況下能夠及時采取保護措施。

（2）優化參數設置。①優化通信參數。在DP 網絡中，通信參數設置不合理會導致通信不穩定，甚至無法通信，因此，需對通信參數進行優化，包括通信速率、通信距離、通信周期、重傳機制等。②優化設備參數。設備參數設置不合理會導致設備無法正常工作，甚至損壞設備，因此，需對設備類型、設備地址、設備功能等設備參數進行優化，保證設備的正常工作和設備的安全性。③優化網絡參數。網絡參數設置不合理會導致網絡不穩定，甚至網絡癱瘓，因此，需對網絡參數進行優化，包括網絡拓撲結構、網絡地址分配、網絡通信協議等。通過對這些參數的優化，可以保證網絡的穩定性和可靠性。

（3）設備重啟與重置。設備重啟是指通過重新啟動設備來恢復其正常運行。①關閉設備的所有外部電源，包括電源插頭和電池；②等待10 s 左右，以確保設備完全斷電；③重新連接電源，并打開設備電源開關[4]；④等待設備啟動并進入正常運行狀態。需注意的是，設備重啟操作可能會導致設備中的數據丟失，因此在重啟前，應盡量備份重要數據。

設備重置是指通過恢復設備出廠設置來消除故障。①關閉設備的所有外部電源，包括電源插頭和電池；②等待10 s 左右，以確保設備完全斷電；③按住設備的重置按鈕，并保持10 s；④松開重置按鈕，重新連接電源，并打開設備電源開關；⑤等待設備啟動并進入正常運行狀態。設備重置操作會將設備中的所有數據清空，因此在重置前，應盡量備份重要數據。

2.4 案例分析

江西新鋼環?？萍加邢薰镜墓た叵到y是以西門子400PLC 作為主控制器，通過光纖+DP 總線電纜組成的混合通訊網絡。在生產過程中，會時常出現子站掉站的問題，造成部分設備無法正常運行。經過現場檢查，發現出現掉站故障主要有以下幾種情況。

（1）DP 頭故障。制做DP 頭時未按照規范要求制做，造成電纜芯線與DP 頭接觸不良，網絡通訊時斷時續。

（2）DP 頭電阻開關。DP 頭上有一個電阻開關，一定要根據設備在DP 網絡中所處位置進行合理設置，否則會造成通訊報錯。

（3）OLM 問題。當出現某個子站或區域的DP通訊報錯應第一時間檢查OLM 的狀態，先確認電源及光纖通訊燈是否正常，如有條件可使用光功率計對光功率進行測量，正常值應在–25～–15 dBm，如以上正常應對總線及DP 頭進行重點檢查。

（4）PLC 參數設置不當。PLC 的DP 通訊參數設置中，存在一些不合理的設置，如超時設置過短、數據刷新率過高、傳輸速率過大等。特別是波特率的設置，如在DP 通訊故障排查中已進行認真排查，但故障一直無法解決，可嘗試將傳輸速率設置到9.6 Kbit/s，如通訊恢復正常則可在后續的處理中更換原廠總線電纜和DP 頭，排查干擾源來解決問題。

3 西門子400PLC系統DP網絡故障預防

3.1 設備選用與安裝

在進行設備選型時，應根據實際生產需求，選擇符合系統要求的DP 網絡設備。挑選具備良好品質和穩定性能的品牌設備，確保生產過程的連續性和安全性。同時，考慮硬件性能，包括處理速度、內存容量、輸入/輸出點數等，確保設備具備足夠的性能應對生產過程中的數據處理需求。選擇支持DP 協議的通信設備，保證設備間通信的穩定性和可靠性。也要考慮設備是否支持擴展模塊，以滿足生產過程中可能出現的性能升級需求。對于易受干擾的設備，應采取相應的抗干擾措施，如屏蔽、接地等。

3.2 網絡拓撲結構設計

根據實際生產環境和需求，選擇合適的網絡拓撲結構，可有效降低故障發生的風險。星型結構是一種簡單且易于維護的網絡拓撲結構，適用于規模較小、設備數量不多的場景。通過將所有設備連接至一個中央設備（如PLC），可降低設備間通信的復雜性，提高網絡穩定性。環型結構適用于設備間通信需求較高的場景。通過將設備連接成一個環，可實現設備間的快速通信，同時，環型結構具有一定的容錯能力，當某個設備發生故障時，不會影響整個網絡的運行?？偩€型結構適用于大規模、設備數量眾多的場景。通過在生產現場布置一條主干線，將各個設備連接至主干線，可降低設備間通信的線纜成本，同時，總線型結構具有較強的容錯能力，當某段線纜發生故障時，不會影響其他設備的正常運行。

3.3 網絡管理與維護

通過定期對DP 網絡進行監控，檢查網絡狀態，如設備連接狀態、通信狀態等，發現異常情況可及時處理[5]。當網絡出現故障時，應迅速展開故障排查。通過網絡監控系統了解故障設備及故障現象；對故障設備進行詳細檢查，分析故障原因；采取相應措施修復故障設備，恢復網絡正常運行。此外，需定期對網絡設備進行維護和保養，確保設備性能穩定。對于易損件，如線纜、接頭等，應定期檢查更換，防止因設備老化導致故障。

4 結束語

綜上所述，對于西門子400PLC 系統DP 網絡故障的處理和預防，需從多方面入手，綜合考慮設備、人員和維護等多個因素。只有做到未雨綢繆、防患于未然，才能提高DP 網絡的穩定性和可靠性，降低故障率，確保生產過程的正常進行。