基于工业以太网和PROFIBUS的FCS实时在线故障诊断系统

0 引言

在十多年的开发和应用实践过程中，PROFIBUS以其技术的成熟性、完整性和应用的可靠性等多方面的优秀表现，在现场总线技术领域中成为国际市场上的领导者，PROFIBUS是目前唯一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化应用领域的现场总线。基于PROFIBUS的FCS网络结构是：底层由一个或多个PROFIBUS总线网络和其他子网组成，用来完成底层的控制和数据采集等任务；上层由工业以太网组成，完成对底层数据的整合和处理。图1为典型的FCS系统结构图。

现场总线的I／O从站一般离控制室较远，而且比较分散，加上现场环境复杂，一旦发生故障，使用现有的诊断工具进行故障位置判断、准确找出故障原因会需要较长时间，这对正常生产有很大影响。因此设计实时在线的故障诊断系统，实现在控制室实时显示故障状态，并准确定位故障位置，将会大大缩短检修时间，减少维护费用，提高系统运行效率。

图1 典型FCS系统结构图

现有PROFIBUS诊断工具有较大的缺陷，一是非实时在线系统，只能进行短时在线的报文采集和分析工作；二是适用性差，只能对单一的网络进行诊断，而不能对大中型的FCS进行诊断；三是诊断范围小，不能全面诊断FCS各层次的状态和故障：四是诊断系统智能化程度不高，使用不方便。国内外诊断工具研究现状比较如表一所示。针对上述不足，在对PROFmUS进行深入分析研究的基础上，我们设计开发出了一套全新的基于工业以太网和PROFIBUS的FCS故障诊断系统。

1 PROFIBUS诊断层次划分与分析

1.1 诊断层次划分

表1 国内外诊断工具研究现状比较表

本系统把在监控层和控制层之间的PLC主站作为执行诊断的第一个层次，本层次主要提供系统诊断和从站诊断数据；在底层网络中挂接诊断中继器，它在控制层与重要现场设备层之间作为执行诊断的第二个层次，本层次主要提供底层诊断数据。

1.2 系统诊断

PROFIBUS系统诊断主要用以完成对FCS控制层各主站的全面诊断，下位机通过调用SFC51“RDSYSST”读取局部系统状态表(System Status List)得到系统诊断数据，获取CPU指示灯状态，局部系统状态表的标识符为W#16#0019；获取CPU诊断缓冲区诊断信息，标示符为W#16#OOA0。将这些诊断数据有规律地存放在对应的数据块中，建立诊断数据块，通过上位机软件分析诊断数据的结构及其意义，并表征出来。