什么是現(xiàn)場(chǎng)總線？現(xiàn)場(chǎng)總線工作原理及常見(jiàn)故障排除

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動(dòng)化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC/SC65C的定義，安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。

現(xiàn)場(chǎng)總線主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。簡(jiǎn)單說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號(hào)及普通開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳輸，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計(jì)算機(jī)廠商的高度重視。

現(xiàn)場(chǎng)總線的工作原理

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)由測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個(gè)部分組成，而通信部分的硬、軟件是它最有特色的部分。

1、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)：

它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護(hù)軟件、仿真軟件、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等。首先選擇開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機(jī)接口軟件MMI。通過(guò)組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算。優(yōu)化控制及邏輯控制報(bào)警、監(jiān)視、顯示、報(bào)表等。

2、現(xiàn)場(chǎng)總線的測(cè)量系統(tǒng)：

其特點(diǎn)為多變量高性能的測(cè)量，使測(cè)量?jī)x表具有計(jì)算能力等更多功能，由于采用數(shù)字信號(hào)，具有高分辨率，準(zhǔn)確性高、抗干擾、抗畸變能力強(qiáng)，同時(shí)還具有儀表設(shè)備的狀態(tài)信息，可以對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。

3、設(shè)備管理系統(tǒng)：

可以提供設(shè)備自身及過(guò)程的診斷信息、管理信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息（包括智能儀表）、廠商提供的設(shè)備制造信息。例如FISHER—Rosemoune公司，推出AMS管理系統(tǒng)，它安裝在主計(jì)算機(jī)內(nèi)，由它完成管理功能，可以構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的綜合管理系統(tǒng)信息庫(kù)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠性分析以及預(yù)測(cè)性維護(hù)。將被動(dòng)的管理模式改變?yōu)榭深A(yù)測(cè)性的管理維護(hù)模式AMS軟件是以現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器為平臺(tái)的T型結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器上支撐模塊化，功能豐富的應(yīng)用軟件為用戶提供一個(gè)圖形化界面。

4、總線系統(tǒng)計(jì)算機(jī)服務(wù)模式：

以客戶機(jī)/服務(wù)器模式是較為流行的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)服務(wù)模式。服務(wù)器表示數(shù)據(jù)源（提供者），應(yīng)用客戶機(jī)則表示數(shù)據(jù)使用者，它從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步進(jìn)行處理?？头繖C(jī)運(yùn)行在PC機(jī)或工作站上。服務(wù)器運(yùn)行在小型機(jī)或大型機(jī)上，它使用雙方的智能、資源、數(shù)據(jù)來(lái)完成任務(wù)。

5、數(shù)據(jù)庫(kù)：

它能有組織的、動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)大量有關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問(wèn)，具有高度獨(dú)立性。工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)連續(xù)變化，數(shù)據(jù)量大，操作與控制的實(shí)時(shí)性要求很高。因此就形成了一個(gè)可以互訪操作的分布關(guān)系及實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，市面上成熟的供選用的如關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的Oracle，sybas，Informix，SQL Server；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的Infoplus，PI，ONSPEC等。

6、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件：

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件有：系統(tǒng)管理主機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、協(xié)議變換器、集線器，用戶計(jì)算機(jī)等及底層智能化儀表。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件有網(wǎng)絡(luò)操作軟件如：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務(wù)器操作軟件如Lenix，os/2，Window NT。應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫(kù)、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。

現(xiàn)場(chǎng)總線故障排除

1、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊故障

懷疑總線通訊故障與變頻器干擾有關(guān)。

（1）檢查接地，保證接地良好。

（2）通訊總線遠(yuǎn)離大功率變頻器等功率設(shè)備，最好使用光纖連接變頻器等大干擾設(shè)備的通訊，比電氣連接對(duì)抗干擾能力強(qiáng)。

（3）盡量保證通訊距離不是很遠(yuǎn)，波特率不是太高。

2、profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通訊故障

多數(shù)情況下是阻抗不匹配、終端電阻設(shè)置不當(dāng)、電纜屏蔽層接地不正確、電纜連接器故障（DP頭上的ON/OFF開(kāi)關(guān)不好用）引起的通訊不暢。

處理辦法：

（1）采用阻抗匹配、低衰減的RS485專用總線電纜更有利于保證通信。一般推薦如下：

普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 20 AWG ，電纜外徑7.7mm左右。適用于室內(nèi)、管道及一般工業(yè)環(huán)境。使用時(shí)，屏蔽層一端接地。

普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑8.2mm左右。適用于室內(nèi)、管道及一般工業(yè)環(huán)境。使用時(shí)，屏蔽層一端接地。

鎧裝雙絞屏蔽型電纜 ASTP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑12.3Mm左右?？捎糜诟蓴_嚴(yán)重、鼠害頻繁以及有防雷、防爆要求的場(chǎng)所。使用時(shí)，建議鎧裝層兩端接地，最內(nèi)層屏蔽一端接地！

（2）傳輸距離超過(guò)300米應(yīng)加終端電阻（一般為120Ω）。

（3）變頻器、動(dòng)力電纜、變壓器、大功率電機(jī)等往往伴隨著低頻干擾，而這種干擾是用高導(dǎo)電率材料做屏蔽層的電纜無(wú)法解決的，包括原裝的進(jìn)口電纜。只有用高導(dǎo)磁率材料（如鋼帶、鋼絲）做的屏蔽層才能有效抑制低頻干擾。

3、CAN總線錯(cuò)誤

（1）CAN BUS OFF

CAN總線錯(cuò)誤分別有發(fā)送和接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)達(dá)到一定的累計(jì)以后就會(huì)產(chǎn)生CAN BUS OFF, 這說(shuō)明CAN總線上出現(xiàn)了嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

如果出現(xiàn)了BUS OFF，總線上的節(jié)點(diǎn)需要做一些動(dòng)作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補(bǔ)救措施，最根本的還是需要找到引起B(yǎng)US OFF的根源。

CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)不成功，首先分析是不是CAN控制器本身的問(wèn)題，查看CPU中的CAN core的狀態(tài)寄存器，分析是否有BUS OFF, 如果存在BUS OFF, 則進(jìn)一步查看具體的錯(cuò)誤信息，是主動(dòng)的錯(cuò)誤還是被動(dòng)的錯(cuò)，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)有沒(méi)有超限，最后一次發(fā)生的錯(cuò)誤狀態(tài)是什么，查看是位填充錯(cuò)誤還是格式錯(cuò)誤等其他錯(cuò)誤，然后具體問(wèn)題具體分析。這種錯(cuò)誤一般是有硬件發(fā)送線路出現(xiàn)問(wèn)題引起，例如光隔次邊不導(dǎo)通，發(fā)送接口接觸不良等。

（2）CAN Socket 的CAN節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤幀：

出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤警告的原因很可能是：

此CAN總線上有干擾，導(dǎo)致CAN控制器發(fā)生接收錯(cuò)誤，CAN總線上的信號(hào)經(jīng)過(guò)收發(fā)器轉(zhuǎn)化為差分電平信號(hào)，此時(shí)信號(hào)容易受到外界干擾，這樣容易使CAN控制器發(fā)生接收錯(cuò)誤，接收錯(cuò)誤寄存器接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)累計(jì)到一定值后會(huì)報(bào)此錯(cuò)誤，如果錯(cuò)誤計(jì)數(shù)達(dá)到一定程度甚至?xí)?dǎo)致總線關(guān)閉也就是BUS OFF. 如果最終確認(rèn)是由于干擾引起的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)累計(jì)，則應(yīng)該排查干擾源，然后增加抗干擾措施。

此CAN節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)消息濾波后仍然需要接收大量的消息，導(dǎo)致CPU中的CAN控制器接收出錯(cuò)，并且錯(cuò)誤計(jì)數(shù)達(dá)到了錯(cuò)誤警告的上限。但是慶幸的是總線仍然沒(méi)有過(guò)載，總線還可以正常收發(fā)數(shù)據(jù)，沒(méi)有引起B(yǎng)US OFF。但是對(duì)于一個(gè)安全可靠控制系統(tǒng)，這樣的警告是絕對(duì)不允許的。我們需要通過(guò)一些手段去避免這樣的問(wèn)題出現(xiàn)，例如降低總線數(shù)據(jù)并發(fā)量，降低總線負(fù)載。

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