基于工業以太網和PROFIBUS的FCS實時在線故障診斷系統

0 引言

在十多年的開發和應用實踐過程中，PROFIBUS以其技術的成熟性、完整性和應用的可靠性等多方面的優秀表現，在現場總線技術領域中成為國際市場上的領導者，PROFIBUS是目前唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用領域的現場總線。基于PROFIBUS的FCS網絡結構是：底層由一個或多個PROFIBUS總線網絡和其他子網組成，用來完成底層的控制和數據采集等任務；上層由工業以太網組成，完成對底層數據的整合和處理。圖1為典型的FCS系統結構圖。

現場總線的I／O從站一般離控制室較遠，而且比較分散，加上現場環境復雜，一旦發生故障，使用現有的診斷工具進行故障位置判斷、準確找出故障原因會需要較長時間，這對正常生產有很大影響。因此設計實時在線的故障診斷系統，實現在控制室實時顯示故障狀態，并準確定位故障位置，將會大大縮短檢修時間，減少維護費用，提高系統運行效率。

圖1 典型FCS系統結構圖

現有PROFIBUS診斷工具有較大的缺陷，一是非實時在線系統，只能進行短時在線的報文采集和分析工作；二是適用性差，只能對單一的網絡進行診斷，而不能對大中型的FCS進行診斷；三是診斷范圍小，不能全面診斷FCS各層次的狀態和故障：四是診斷系統智能化程度不高，使用不方便。國內外診斷工具研究現狀比較如表一所示。針對上述不足，在對PROFmUS進行深入分析研究的基礎上，我們設計開發出了一套全新的基于工業以太網和PROFIBUS的FCS故障診斷系統。

1 PROFIBUS診斷層次劃分與分析

1.1 診斷層次劃分

表1 國內外診斷工具研究現狀比較表

本系統把在監控層和控制層之間的PLC主站作為執行診斷的第一個層次，本層次主要提供系統診斷和從站診斷數據；在底層網絡中掛接診斷中繼器，它在控制層與重要現場設備層之間作為執行診斷的第二個層次，本層次主要提供底層診斷數據。

1.2 系統診斷

PROFIBUS系統診斷主要用以完成對FCS控制層各主站的全面診斷，下位機通過調用SFC51“RDSYSST”讀取局部系統狀態表(System Status List)得到系統診斷數據，獲取CPU指示燈狀態，局部系統狀態表的標識符為W#16#0019；獲取CPU診斷緩沖區診斷信息，標示符為W#16#OOA0。將這些診斷數據有規律地存放在對應的數據塊中，建立診斷數據塊，通過上位機軟件分析診斷數據的結構及其意義，并表征出來。