Profibus總線智能診斷記錄儀及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電廠現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PR0FIBUS總線智能診斷記錄儀及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PR0FIBUS協(xié)議(IEC61158)提出了一套國際化的、開放的、不依賴生產(chǎn)廠家的現(xiàn)場總線標準。PR0FIBUS于1989年正式成為現(xiàn)場總線的國際標準。根據(jù)總線結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)任務(wù)的不同，PROFIBSU-DP和PROFIBUS-PA在控制系統(tǒng)中廣泛應用。PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息，除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性數(shù)據(jù)以進行組態(tài)、診斷和報警處理。PROFIBUS-DP采用RS-485標準，通訊介質(zhì)可以是雙絞線、雙線電纜或光纜。PROFIBUS-PA適用于PR0FIBUS的過程自動化，PROFIBUS-PA可用來替代4_20mA的模擬技術(shù)。
[0003]由于PR0FIBUS具有快速、高效、低成本、分布式以及易于安裝等諸多優(yōu)點，其在電力系統(tǒng)，特別是電廠控制系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。在工程中快速的安裝和部署PR0FIBUS總線變得非常重要?？焖俚牟渴餚R0FIBUS總線、安裝從站設(shè)備可以縮短電廠的建設(shè)工期，節(jié)省大量的成本，但是PR0FIBUS總線在應用中有非常高的技術(shù)要求，施工中主站與從站的通信故障經(jīng)常發(fā)生，而且排除起來非常的困難，故而開發(fā)一種智能診斷PR0FIBUS總線運行狀態(tài)和通信故障的儀器，能夠提高PR0FIBUS控制系統(tǒng)在電廠的施工進度，節(jié)省投資。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的主要局限:
[0005](l)PROFIBUS總線控制系統(tǒng)在安裝和施工過程中，為了建立主站和從站之間穩(wěn)定的通信，往往需要花費大量的時間來對主站的各種通信參數(shù)、從站的數(shù)據(jù)、地址等進行配置和調(diào)試，甚至拖延施工進度和調(diào)試進度，增加用戶的投入。
[0006](2)現(xiàn)有PR0FIBUS總線主站設(shè)備不具備對從站的非循環(huán)數(shù)據(jù)的訪問能力，需要在總線中接入二類主站才能完成對從站非循環(huán)數(shù)據(jù)的讀寫、以此來達到對從站進行配置、調(diào)試和診斷，這種工作機制在工程施工和設(shè)備調(diào)試過程中非常不方便，不能夠在工程師站直接通過控制系統(tǒng)來完成，需要到就地PR0FIBUS總線上接入二類主站卡來完成。
[0007](3)傳統(tǒng)的4_20mA的硬接線技術(shù)，當與設(shè)備通信故障的情況下只需要對接線的通斷進行測量，可以很快的定位和排除故障，而PR0FIBUS總線通過DP/PA電纜串接所有的從站，對于通信故障的定位和診斷需要專業(yè)技術(shù)人員花費大量時間來調(diào)試。
[0008](4)由于PR0FIBUS總線對技術(shù)要求比較高，需要大量的技術(shù)投入和積累，PR0FIBUS總線控制系統(tǒng)在調(diào)試完成后，用戶需要花費高昂的成本對總線和設(shè)備進行維護檢修，設(shè)備運行過程中出現(xiàn)故障往往會造成系統(tǒng)停機、設(shè)備拒動等不良后果，給用戶帶來巨大的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種PROFIBUS總線智能診斷記錄儀及方法，該記錄儀結(jié)構(gòu)簡單，能夠記錄并分析PROFIBUS總線的數(shù)據(jù)幀，并對PROFIBUS總線的運行狀態(tài)、通信故障、從站設(shè)備進行智能診斷。
[0010]為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]PROFIBUS總線智能診斷記錄儀，包括外部接線接口 E1、電源模塊E2、以太網(wǎng)接口模塊E3、485收發(fā)模塊E4、微處理器E5、FLASH存儲器E6、系統(tǒng)內(nèi)存E7以及板級總線；所述板級總線包括26條地址總線AO?A25、16條數(shù)據(jù)總線DO?D15以及兩條地線GND和485GND ；
[0012]所述外部接線接口 El包括+5V電源接線柱，地線GND接線柱，485+接線柱和485-接線柱，485+接線柱和485-接線柱提供外部485輸入信號的接線接口 ；
[0013]所述電源模塊E2通過外部接線接口 El引入外部+5V直流電源，并向以太網(wǎng)接口模塊E3、485收發(fā)模塊E4、微處理器E5、FLASH存儲器E6和系統(tǒng)內(nèi)存E7提供+5V，+3.3V電源輸出，以太網(wǎng)接口模塊E3、485收發(fā)模塊E4、微處理器E5、FLASH存儲器E6、系統(tǒng)內(nèi)存E7根據(jù)本模塊電源要求選擇接入的供電電壓；
[0014]所述以太網(wǎng)接口模塊E3采用DMA9000，其管腳SDO?SD15依次接入板級總線的數(shù)據(jù)總線DO?D15，管腳RESET連接微處理器E5管腳120，管腳CMD連接微處理器E5管腳135，管腳INT連接微處理器E5管腳69 ；
[0015]所述485收發(fā)模塊E4包括三個高速光耦隔離器HCPL0600和型號為SN75LBC184P的485總線收發(fā)器U38，所述三個高速光耦隔離器HCPL0600分別為第一高速光耦隔離器HCPL0600H3、第二高速光耦隔離器HCPL0600H4和第三高速光耦隔離器HCPL0600H5，其中第一高速光耦隔離器HCPL0600H3的管腳6連接微處理器E5的管腳103，第二高速光耦隔離器HCPL0600H4的管腳3連接微處理器E5的管腳102，第三高速光耦隔離器HCPL0600H5的管腳3連接微處理器E5的管腳104，第一高速光耦隔離器HCPL0600H3的管腳3連接U38的R，第二高速光耦隔離器HCPL0600H4的管腳6連接U38的管腳D，第三高速光耦隔離器HCPL0600H5的管腳6連接485總線收發(fā)器U38的管腳RE和DE，485總線收發(fā)器U38的管腳A和B為連接外部485總線的A線和B線；
[0016]所述微處理器E5采用AT91RM9200，其管腳DO?D15依次接入板級總線的數(shù)據(jù)總線DO?D15，管腳AO?A22依次接入地址總線AO?A22 ；
[0017]所述FLASH存儲器E6采用第一片E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10并用的方式，每片容量為16MX 16，微處理器E5的管腳166作為FLASH片選信號FLASH_NCS0，接入38譯碼器Ull的管腳/G2A，微處理器E5的地址線A25接入38譯碼器Ul I的管腳A，38譯碼器Ull的管腳/YO連接第一片E28F128J3A-150U9的CEO，38譯碼器 Ul I 的管腳/Yl 連接第二片 E28F128J3A-150U10 的管腳 CE0，第一片 E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10管腳DO?D15依次接入數(shù)據(jù)總線DO?D15,管腳AO?A24依次接入地址總線AO?A24 ；
[0018]所述系統(tǒng)內(nèi)存E7采用同步動態(tài)隨機存儲器MT48LC8M16A2，其管腳CKE連接微處理器E5的管腳175，管腳CLK連接微處理器E5管腳174，管腳/CS連接微處理器E5管腳167，管腳/WE連接微處理器E5管腳178，管腳/CAS連接微處理器E5管腳177，管腳/RAS連接微處理器E5管腳176，管腳DQO?DQ15依次接入數(shù)據(jù)總線DO?D15，管腳AO?All依次接入地址總線AO?All。
[0019]上述所述PROFIBUS總線智能診斷記錄儀的智能診斷方法如下:
[0020]第一片E28F128J3A-150U9作為文件存儲器，存儲運行過程中的數(shù)據(jù)和日志，第二片E28F128J3A-150U10作為指令存儲器，存儲運行指令；上電后，指令從第二片E28F128J3A-150U10提取到系統(tǒng)內(nèi)存E7中執(zhí)行；
[0021]第一片E28F128J3A-150U9 和第二片 E28F128J3A-150U10 的片選，當微處理器 E5的166管腳輸出為0，地址線A25為0，NCS0_L有效，微處理器E5的166管腳為0，A25等于1，NCS0_H有效，即當38譯碼器Ull的輸入CBA = 000時，輸出為YO = NCS0_L，此時選通第二片 E28F128J3A-150U10 ;當 38 譯碼器 Ull 的輸入 CBA = 001 時，輸出為 Yl = NCS0_H，此時選通第一片 E28F128J3A-150U9 ；
[0022]通過以太網(wǎng)接口模塊E3等待接收工程中的配置參數(shù)集，配置參數(shù)集經(jīng)過以太網(wǎng)接口模塊E3發(fā)送到微處理器E5，微處理器E5將配置參數(shù)集存儲在FLASH存儲器E6和系統(tǒng)內(nèi)存E7中；
[0023]正常運行后，微處理器E5使能485收發(fā)模塊E4為偵聽485總線數(shù)據(jù)幀狀態(tài)，當外部PROFIBUS總線通過外部接線接口 El接入后，微處理器E5自動通過485收發(fā)模塊E4偵聽該PROFIBUS總線的通信數(shù)據(jù)，當有數(shù)據(jù)幀到達后，485收發(fā)模塊E4通過中斷方式通知微處理器E5，微處理器E5主動讀取485收發(fā)模塊E4中接收到的數(shù)據(jù)幀，微處理器E5將數(shù)據(jù)幀讀完后，分別將數(shù)據(jù)幀存儲到FLASH存儲器E6和系統(tǒng)內(nèi)存E7中，同時將數(shù)據(jù)幀通過以太網(wǎng)接口模塊E3發(fā)送到以太網(wǎng)；
[0024]微處理器E5會實時對接入到外部接線接口 El的PROFIBUS總線的數(shù)據(jù)幀收發(fā)、數(shù)據(jù)幀源地址和目的地址進行分析，以獲取該PROFIBUS總線上設(shè)備的活動狀態(tài)和接入信息；分析過程，微處理器E5主動在系統(tǒng)內(nèi)存E7中創(chuàng)建設(shè)備鏈表，設(shè)備鏈表包含127個位置，分別記錄總線上的設(shè)備地址以及該地址的設(shè)備是否處于正常通信、設(shè)備的地址，是否獲得令牌；如果在一個令牌輪轉(zhuǎn)周期內(nèi)某設(shè)備獲得令牌，并將令牌傳遞，那么就將該設(shè)備設(shè)置為活動狀態(tài)，如果兩項兩個周期沒有令牌輪狀改地址的設(shè)備，那么就將設(shè)備鏈表中對應位置的設(shè)備設(shè)置為離線狀態(tài)；
[0025]微處理器E5主動