基于工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS的FCS實時在線故障診斷系統(tǒng)

0 引言

在十多年的開發(fā)和應(yīng)用實踐過程中，PROFIBUS以其技術(shù)的成熟性、完整性和應(yīng)用的可靠性等多方面的優(yōu)秀表現(xiàn)，在現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域中成為國際市場上的領(lǐng)導(dǎo)者，PROFIBUS是目前唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)場總線?；赑ROFIBUS的FCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是：底層由一個或多個PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)和其他子網(wǎng)組成，用來完成底層的控制和數(shù)據(jù)采集等任務(wù)；上層由工業(yè)以太網(wǎng)組成，完成對底層數(shù)據(jù)的整合和處理。圖1為典型的FCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

現(xiàn)場總線的I／O從站一般離控制室較遠(yuǎn)，而且比較分散，加上現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，使用現(xiàn)有的診斷工具進(jìn)行故障位置判斷、準(zhǔn)確找出故障原因會需要較長時間，這對正常生產(chǎn)有很大影響。因此設(shè)計實時在線的故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)在控制室實時顯示故障狀態(tài)，并準(zhǔn)確定位故障位置，將會大大縮短檢修時間，減少維護(hù)費(fèi)用，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

圖1 典型FCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)有PROFIBUS診斷工具有較大的缺陷，一是非實時在線系統(tǒng)，只能進(jìn)行短時在線的報文采集和分析工作；二是適用性差，只能對單一的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷，而不能對大中型的FCS進(jìn)行診斷；三是診斷范圍小，不能全面診斷FCS各層次的狀態(tài)和故障：四是診斷系統(tǒng)智能化程度不高，使用不方便。國內(nèi)外診斷工具研究現(xiàn)狀比較如表一所示。針對上述不足，在對PROFmUS進(jìn)行深入分析研究的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計開發(fā)出了一套全新的基于工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS的FCS故障診斷系統(tǒng)。

1 PROFIBUS診斷層次劃分與分析

1.1 診斷層次劃分

表1 國內(nèi)外診斷工具研究現(xiàn)狀比較表

本系統(tǒng)把在監(jiān)控層和控制層之間的PLC主站作為執(zhí)行診斷的第一個層次，本層次主要提供系統(tǒng)診斷和從站診斷數(shù)據(jù)；在底層網(wǎng)絡(luò)中掛接診斷中繼器，它在控制層與重要現(xiàn)場設(shè)備層之間作為執(zhí)行診斷的第二個層次，本層次主要提供底層診斷數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)診斷

PROFIBUS系統(tǒng)診斷主要用以完成對FCS控制層各主站的全面診斷，下位機(jī)通過調(diào)用SFC51“RDSYSST”讀取局部系統(tǒng)狀態(tài)表(System Status List)得到系統(tǒng)診斷數(shù)據(jù)，獲取CPU指示燈狀態(tài)，局部系統(tǒng)狀態(tài)表的標(biāo)識符為W#16#0019；獲取CPU診斷緩沖區(qū)診斷信息，標(biāo)示符為W#16#OOA0。將這些診斷數(shù)據(jù)有規(guī)律地存放在對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊中，建立診斷數(shù)據(jù)塊，通過上位機(jī)軟件分析診斷數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其意義，并表征出來。