基于工業以太網和PROFIBUS的FCS實時在線故障診斷系統

圖5 重要網段硬件結構示意圖

搭建平臺簡介：河南省信息化電器重點實驗室工業控制網絡實驗室擁有自主開發的工業控制網絡實驗平臺，實驗室的八套試驗臺構成工業以太網絡，每臺均采用西門子的大中型PLC S7300作為系統的主站，從站設備選用不同廠家的產品。其中包括診斷中繼器，S7200+EM277、ET200M、ET200L，以及BECKHOFF公司的BK3120，WAGO公司的750-333、750-833和752-323等從站。掛接診斷中繼器的網段硬件結構示意圖如圖4所示。

測試過程：1)確定實驗對象，為了試驗方便，本測試系統選用實驗室八套試驗臺中的兩臺組成工業以太網絡，先對兩個實驗臺進行組態并測試，其中6號主站的DP網絡組態有診斷中繼器。2)人為制造錯誤，試驗臺6從站62去掉終端模塊。

調試結果分析：系統診斷測試，實驗中系統診斷畫面顯示主站6有故障、故障從站個數2、各個指示燈狀態與實際主站控制器上顯示結果完全一致；診斷緩沖區顯示系統調用OB86時間、錯誤從站號、故障優先級等詳細信息，并將其保存到歷史數據庫中。

從站診斷測試：實驗中從站詳細診斷信息顯示故障從站62方框字體變紅色、方框閃爍，代表62號從站有故障，并顯示62號從站故障信息的詳細文字描述及診斷報文；10號從站是診斷中繼器模塊，用方框藍色閃爍表示雖然模塊本身正常，但受到影響，同時也有詳細的文字描述及診斷報文顯示。診斷系統主站組態畫面如圖6所示。

圖6 診斷系統主站組態四面

底層診斷測試：診斷中繼器利用“反射檢測”的方法來測量距離，通過計算診斷中繼器發出信號的傳輸時間得到距離的值。信號經過每個PROHBUS連接器時，由于阻抗的存在，時間將被延長，即每個站將增加約0.7m的距離，會包括在總長度內。上位機系統采用優化的冒泡排序法編寫底層數據處理程序，確定每個從站具體物理位置，最終消除0.7m的誤差。

6號主站拓撲信息診斷實驗中，測得從站距離診斷中繼器距離分別為2.4m、3.3m、3.8m、2.4m、5.3m，與實際測量相差0.1m左右，同時顯示故障點距離診斷中繼器5.3m，并指示故障就在62號從站上，反射故障率為100％，說明62號從站A／B線沒有終端電阻。畫面中還可形象地顯示拓撲結構圖。

4 結束語

我們研發的基于工業以太網和PROFIBUS的FCS實時在線故障診斷系統完全實時在線地與FCS控制系統并行工作，診斷層次深，適用范圍廣。下位機完成診斷數據采集的任務，上位機完成數據顯示和處理的任務，達到了對整個基于ROFIBUS的FCS系統三層故障診斷的設計目標。本系統現巳在煙廠制絲線實際工程系統中應用，在半年多時間的運行中，共報告從站設備故障，以及底層通信電纜故障近50條次，并對主站狀態進行連續監測報告。這些實際運行結果表明該系統技術先進、功能完善、穩定可靠，為工程技術人員快速排除故障帶來了極大方便，同時，用于系統維護成本的降低和停機時間的縮短，為用戶間接創造了可觀的經濟效益。