一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，包括：主站設(shè)置一個有效通信周期計數(shù)器用于記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，設(shè)置兩個接收計數(shù)器用于記錄主站A、B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)；從站設(shè)置兩個接收計數(shù)器，記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)；主站根據(jù)收到有效周期數(shù)據(jù)幀的CRC判斷該通信周期各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)幀；現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤時，主站進入故障處理狀態(tài)；主站根據(jù)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主站接收計數(shù)器、從站接收計數(shù)器的數(shù)值差異，定位出發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤的通信連接。本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確定位數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線線中發(fā)生偶發(fā)性故障的連接。
【專利說明】
一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及基于工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線與相關(guān)的數(shù)控設(shè)備產(chǎn)品的數(shù)據(jù)通信，尤其是涉及基于工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線與數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、1數(shù)據(jù)模塊、PCI工控數(shù)據(jù)采集卡以及數(shù)控領(lǐng)域的其他功能模塊的數(shù)據(jù)通信，具體的說是一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線是用于實現(xiàn)數(shù)控裝置、主軸單元、伺服驅(qū)動單元、I/O單元等部件之間數(shù)據(jù)實時通信的串行、數(shù)字化、多點、雙向通信網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)全數(shù)字控制、簡化設(shè)備連接、提尚系統(tǒng)控制精度和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，具有尚速、尚實時性、尚同步性、尚可靠性等設(shè)計要求及運行特點。
[0003]數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，主站與從站設(shè)備之間通過基于異步通信方式的串行總線，以環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖2所示)或者線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖3、4所示)互聯(lián)在一起，組成通信網(wǎng)絡(luò)。環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能實現(xiàn)冗余通信功能。
[0004]在數(shù)控系統(tǒng)傳統(tǒng)連接方式中，數(shù)控裝置與主軸單元、伺服驅(qū)動單元、I/O單元等之間采用點對點連接，這種連接方式故障定位簡單，但是通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，通信質(zhì)量不高。數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線型連接方式中，數(shù)控裝置與主軸單元、伺服驅(qū)動單元、I/O單元等之間采用線性拓?fù)溥B接或環(huán)形拓?fù)溥B接，這種連接方式在出現(xiàn)故障時，難以準(zhǔn)確定位。偶發(fā)性故障發(fā)生時，故障定位尤其困難，給調(diào)試服務(wù)人員現(xiàn)場維護帶來很大麻煩，偶發(fā)性故障是指故障幾個小時，甚至幾天、幾個月才出現(xiàn)一次。
[0005]因此，研究一種基于現(xiàn)場總線的、能夠準(zhǔn)確定位偶發(fā)性故障發(fā)生點的診斷方法具有重要研究意義和應(yīng)用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，該方法可以快速準(zhǔn)確定位數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中發(fā)生偶發(fā)性故障的連接，即發(fā)生故障的兩個端口及連接兩個端口的連接線。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，用于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)異步串行通信的現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，包括:
[0008]主站設(shè)置一個有效通信周期計數(shù)器和兩個接收計數(shù)器，有效通信周期計數(shù)器記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，接收計數(shù)器記錄主站A端口、主站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù);從站設(shè)置兩個接收計數(shù)器，記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù);主站根據(jù)收到有效周期數(shù)據(jù)幀的CRC(Cyclic Redundancy Code，循環(huán)冗余碼)判斷該通信周期各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)幀;現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤時，主站進入故障處理狀態(tài);主站根據(jù)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主站接收計數(shù)器、從站接收計數(shù)器的數(shù)值差異，定位出發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤的通信連接;所述通信連接包括一個端口的發(fā)送電路、一個端口的接收電路和兩個端口之間的連接線。
[0009]優(yōu)選的，所述主站設(shè)置一個重傳次數(shù)寄存器，根據(jù)現(xiàn)場總線周期和從站數(shù)量設(shè)置一個重傳次數(shù)閾值，主站在每個通信周期自動連續(xù)重發(fā)有效周期數(shù)據(jù)幀;一旦主站收到CRC正確的有效周期數(shù)據(jù)幀或重傳次數(shù)大于等于重傳次數(shù)閾值，則主站開始下一個通信周期。主站每個通信周期連續(xù)自動重發(fā)多幀周期數(shù)據(jù)幀的模式可以極大提升現(xiàn)場總線的可靠性和減少主站軟件的負(fù)擔(dān)。
[0010]優(yōu)選的，所述有效通信周期計數(shù)器記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，初始化階段該計數(shù)器被清零，進入正常通信階段后，單個通信周期內(nèi)，在主站連續(xù)重復(fù)發(fā)送相同的有效周期數(shù)據(jù)幀時該計數(shù)器只加I次，如果總線通信出現(xiàn)故障，主站會發(fā)送無效的周期數(shù)據(jù)幀，該計數(shù)器處于保持狀態(tài)。這里所述的保持狀態(tài)是指保持原來計數(shù)器的值不變。
[0011]優(yōu)選的，所述主站中的兩個接收計數(shù)器分別為主站A端口接收計數(shù)器以及主站B端口接收計數(shù)器，分別用于記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站A端口和B端口接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，總線初始化階段主站A端口接收計數(shù)器和主站B端口接收計數(shù)器都被清零，進入正常通信階段后的單個通信周期內(nèi)，主站A端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后主站A端口接收計數(shù)器加I，主站B端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后主站B端口接收計數(shù)器加I，如果總線通信出現(xiàn)故障，主站A端口和B端口收到的都是無效周期數(shù)據(jù)幀，主站A端口接收計數(shù)器以及主站B端口接收計數(shù)器都處于保持狀態(tài)。這里所述的保持狀態(tài)是指保持原來計數(shù)器的值不變。
[0012]優(yōu)選的，所述從站中的兩個接收計數(shù)器，分別為從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器，分別用于記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，總線初始化階段從站A端口接收計數(shù)器和從站B端口接收計數(shù)器都被清零，進入正常通信階段后的單個通信周期內(nèi)，從站A端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后從站A端口接收計數(shù)器加I，從站B端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后從站B端口接收計數(shù)器加I，如果總線通信出現(xiàn)故障，從站A端口和B端口收到的都是無效周期數(shù)據(jù)幀，從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器都處于保持狀態(tài)。這里所述的保持狀態(tài)是指保持原來計數(shù)器的值不變。
[0013]優(yōu)選的，判斷現(xiàn)場總線是否出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤的步驟是:
[0014](I)主站根據(jù)單個通信周期內(nèi)各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)來判斷總線連接狀態(tài)是否正常，正常則繼續(xù)工作，否則執(zhí)行步驟(2);
[0015](2)判斷主站是否能不斷收到自己發(fā)出的無效周期數(shù)據(jù)幀，如果是，則判定現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤，主站進入故障處理狀態(tài)，執(zhí)行步驟(4)，否則，執(zhí)行步驟(3);
[0016](3)對總線中的主站和所有從站斷電，初步檢查各個站點之間的連線，對一些可能有連接問題的連接線插拔一下，重新上電，如果主站能初始化總線成功，貝lJ判定現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤，主站進入故障處理狀態(tài)，執(zhí)行步驟(4)，否則，判定為永久性故障，診斷結(jié)束；
[0017](4)主站發(fā)出從站計數(shù)器數(shù)據(jù)讀取命令，將從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器的數(shù)值全部讀取上來。
[0018]優(yōu)選的，所述主站進入故障處理狀態(tài)后，主動讀取各個從站接收計數(shù)器記錄的從站接收的正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合主站記錄的主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)和主站接收的正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)定位故障位置。
[0019]更進一步的，現(xiàn)場總線發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤時，有效周期數(shù)據(jù)幀經(jīng)過錯誤連接之前的所有站點的接收計數(shù)器數(shù)值相等，且等于有效通信周期計數(shù)器;有效周期數(shù)據(jù)幀經(jīng)過錯誤連接之后的所有站點的接收計數(shù)器數(shù)值相等，且比有效通信周期計數(shù)器小I。
[0020]優(yōu)選的，所述主站有效通信周期計數(shù)器、主站A端口接收計數(shù)器、主站B端口接收計數(shù)器、從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器均采用掉電非易失性計數(shù)器，系統(tǒng)重新上電后，這些計數(shù)器的數(shù)值仍然為系統(tǒng)掉電之前的數(shù)據(jù)。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0022]1、本發(fā)明在主站設(shè)置有效通信周期計數(shù)器以及兩個接收計數(shù)器，從站設(shè)置兩個接收計數(shù)器，通過計數(shù)器的值以及總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以定位出發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤的通信連接，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、準(zhǔn)確性高的優(yōu)點。
[0023]2、本發(fā)明主站每個通信周期連續(xù)自動重發(fā)多幀周期數(shù)據(jù)幀的模式可以極大提升現(xiàn)場總線的可靠性和減少主站軟件的負(fù)擔(dān)。
[0024]3、本發(fā)明定位過程僅需比較幾個計數(shù)器的值即可，無需復(fù)雜的計算，對硬件要求不高，更適合推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0026]圖2為現(xiàn)場總線是環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時數(shù)據(jù)報文傳遞示意圖。
[0027]圖3為現(xiàn)場總線是線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)報文從主站A端口發(fā)出的信號傳遞示意圖。
[0028]圖4為現(xiàn)場總線是線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)報文從主站B端口發(fā)出的信號傳遞示意圖。
[0029]圖5為現(xiàn)場總線采用兩條線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，從站i和從站i+ Ι處發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤時數(shù)據(jù)報文傳遞示意圖。
[0030]圖6是主站在每個通信周期T自動連續(xù)發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀MDT的原理圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0032]實施例1
[0033]參見圖1，本實施例一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，用于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)異步串行通信的現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，包括步驟:
[0034](I)主站設(shè)置一個有效通信周期計數(shù)器和兩個接收計數(shù)器，有效通信周期計數(shù)器記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，接收計數(shù)器記錄主站A端口、主站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)；
[0035](2)從站設(shè)置兩個接收計數(shù)器，記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)；
[0036](3)主站根據(jù)收到有效周期數(shù)據(jù)幀的CRC(Cyclic Redundancy Code，循環(huán)冗余碼)判斷該通信周期各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)；
[0037](4)現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤時，主站進入故障處理狀態(tài)；
[0038](5)主站根據(jù)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主站接收計數(shù)器、從站接收計數(shù)器的數(shù)值差異，定位出發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤的通信連接。
[0039]上述的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見圖2，在該結(jié)構(gòu)中，采用冗余通信模式，數(shù)據(jù)是雙向流動的，即同一個數(shù)據(jù)報文同時從主站的兩個端口發(fā)出，依次通過各個從站后，又回到主站的兩個端口，其中主站A端口接收從站B端口發(fā)回的數(shù)據(jù)，主站B端口接收從站A端口發(fā)回的數(shù)據(jù)，通信正常的情況下，主站在兩組數(shù)據(jù)中取一組，另一組作為備用。如果一組數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，則取另一組數(shù)據(jù)使用。
[0040]上述的線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見圖3、4，在該結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)報文從主站的A端口或B端口發(fā)出，依次通過各個從站，到達(dá)最后一個從站后，改變報文的傳送方向后向主站傳輸，最后回到主站的發(fā)送端口。例如，在圖3所示線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)報文從主站的A端口發(fā)出，依次通過各個從站，到達(dá)最后一個從站η后，改變報文的傳輸方向后向主站傳輸，最后回到主站的發(fā)送端口A端口。線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，不能采用冗余通信模式，主站A端口、B端口都必須正確接收到從站發(fā)揮的數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)通信正常。
[0041]數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)主站與主軸裝置、伺服裝置通信、光柵反饋等裝置通信頻繁，通信準(zhǔn)確性要求高。主站設(shè)置一個重傳次數(shù)寄存器，可以根據(jù)現(xiàn)場總線周期和從站數(shù)量設(shè)置一個合理的重傳次數(shù)閾值，主站在每個通信周期自動連續(xù)重復(fù)發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀MDT(如圖6)，直到主站收到CRC正確的有效周期數(shù)據(jù)幀或重復(fù)次數(shù)大于等于重傳次數(shù)閾值。主站每個通信周期連續(xù)自動重發(fā)多幀周期數(shù)據(jù)幀的模式可以極大提升現(xiàn)場總線的可靠性和減少主站軟件的負(fù)擔(dān)。
[0042]所述主站有效通信周期計數(shù)器C，用于記錄現(xiàn)場總線正常通信階段進行有效周期數(shù)據(jù)幀發(fā)送的周期個數(shù)?？偩€初始化階段該計數(shù)器被清零，進入正常通信階段后，單個通信周期內(nèi)，主站會連續(xù)重復(fù)發(fā)送相同的有效周期數(shù)據(jù)幀，該計數(shù)器只加I次，如果總線通信出現(xiàn)故障，主站會發(fā)送無效的周期數(shù)據(jù)幀，該計數(shù)器處于保持狀態(tài)。
[0043]所述主站中的兩個接收計數(shù)器分別為主站A端口接收計數(shù)器以及主站B端口接收計數(shù)器，分別用于記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站A端口和B端口接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，總線初始化階段主站A端口接收計數(shù)器和主站B端口接收計數(shù)器都被清零，進入正常通信階段后的單個通信周期內(nèi)，主站A端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后主站A端口接收計數(shù)器加I，主站B端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后主站B端口接收計數(shù)器加I，如果總線通信出現(xiàn)故障，主站A端口和B端口收到的都是無效周期數(shù)據(jù)幀，主站A端口接收計數(shù)器以及主站B端口接收計數(shù)器都處于保持狀態(tài)。這里所述的保持狀態(tài)是指保持原來計數(shù)器的值不變。
[0044]所述從站中的兩個接收計數(shù)器，分別為從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器，分別用于記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，總線初始化階段從站A端口接收計數(shù)器和從站B端口接收計數(shù)器都被清零，進入正常通信階段后的單個通信周期內(nèi)，從站A端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后從站A端口接收計數(shù)器加I，從站B端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后從站B端口接收計數(shù)器加I，如果總線通信出現(xiàn)故障，從站A端口和B端口收到的都是無效周期數(shù)據(jù)幀，從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器都處于保持狀態(tài)。這里所述的保持狀態(tài)是指保持原來計數(shù)器的值不變。
[0045]主站根據(jù)單個通信周期內(nèi)各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)來判斷總線連接狀態(tài)是否正常，正常則繼續(xù)工作，否則要判斷是否出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤，判斷的過程如下:
[0046]A、總線通信故障以后，主站仍然能不斷收到自己發(fā)出的無效周期數(shù)據(jù)幀，則總線通信線路仍然能進行數(shù)據(jù)傳輸，只是某個通信周期出現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸錯誤或數(shù)據(jù)丟失，總線通信故障為偶發(fā)性通信故障。主站可以將總線通信狀態(tài)切換到故障處理狀態(tài)，主站發(fā)出從站計數(shù)器數(shù)據(jù)讀取命令，將從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器的數(shù)值全部讀取上來。
[0047]B、總線通信故障以后，主站不能收到自己發(fā)出的無效周期數(shù)據(jù)幀，則總線通信線路已經(jīng)斷開，可以對總線系統(tǒng)中的主站和所有從站斷電，初步檢查各個站點之間的連線，對一些可能有連接問題的連接線插拔一下，重新上電，如果主站能初始化總線成功，則可以進入偶發(fā)性通信錯誤故障處理狀態(tài)，主站發(fā)出從站計數(shù)器數(shù)據(jù)讀取命令，將從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器的數(shù)值全部讀取上來。如果總線主站不能成功初始化總線系統(tǒng)，只能按照非偶發(fā)性通信錯誤故障進行處理，不在本發(fā)明所述方法的討論范圍之內(nèi)。
[0048]所述主站進入故障處理狀態(tài)后，主動讀取各個從站接收計數(shù)器記錄的從站接收的正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合主站記錄的主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)和主站接收的正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)定位故障位置。有效周期數(shù)據(jù)幀經(jīng)過錯誤連接之前的所有站點的接收計數(shù)器數(shù)值相等，且等于有效通信周期計數(shù)器;有效周期數(shù)據(jù)幀經(jīng)過錯誤連接之后的所有站點的接收計數(shù)器數(shù)值相等，且比有效通信周期計數(shù)器小I。
[0049]下面對各種類型的診斷結(jié)果說明如下。
[0050]首先，設(shè)主站的編碼地址為0，從站的編碼地址依次為I，2，3，...，k，...，n。主站有效通信周期計數(shù)器C數(shù)值記為Co，主站A端口接收計數(shù)器A記為Ao，主站B端口接收計數(shù)器13記為Bo，η個從站A端口接收計數(shù)器A依次記為Al，A2，A3，...，Ak—i，Ak，Ak+i，...，An，n個從站B端口接收計數(shù)器B依次記為B1, B2，B3，...，Bk-1，Bk，Bk+i，...，Bn。
[0051]從現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2、3、4、5可以看出，主站、從站的兩個端口的連接都是A端口接B端口，A端口和B端口分別有兩組信號線，可以進行異步全雙工通信。每個從站即是一個設(shè)備終端，同時也承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)交換機的功能，將A端口接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到B端口發(fā)送給下一個從站，將B端口接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到A端口發(fā)送給下一個從站，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能會導(dǎo)致某個從站接收到一幀錯誤數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)發(fā)給下一個從站的數(shù)據(jù)也是錯誤的。
[0052]現(xiàn)場總線通信正常情況時，每個有效通信周期內(nèi)，主站的A端口和B端口，所有從站的A端口和B端口，都會至少收到一幀正確的有效周期數(shù)據(jù)幀，所有的計數(shù)器數(shù)值會相等，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0053]Co = Ao=Ai=A2,..., =An
[0054]Co = Bo = Bi = B2,..., =Bn
[0055]現(xiàn)場總線通信不正常時，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系復(fù)雜，與現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。
[0056]若現(xiàn)場總線采用圖2所示環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，周期數(shù)據(jù)幀同時從主站的A端口和B端口發(fā)出，經(jīng)過所有從站后回到主站的B端口和A端口。
[0057]假設(shè)第k個從站的A端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)和第m個從站的B端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)。第k個從站之后的從站A端口都接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，第k個從站A端口、第k個從站之前從站A端口和主站A端口都沒接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀；第m個從站之前的從站B端口都接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，第m個從站B端口、第m個從站之后從站B端口和主站B端口都沒接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0058]Co = Ak+i = Ak+2= ,..., =An
[0059]Co = Ao+l =Αι+1 =A2+1，..., =Ak+1
[0060]Co = Bi = B2 ,...，=Bm-1
[0061]Co = Bm+l =Bm+l+l = ,..., =Bn+1
[0062]Co = Bo+1
[0063]若現(xiàn)場總線采用圖3所示線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有從站依次連接到主站A端口，周期數(shù)據(jù)幀從主站的A端口發(fā)出，到達(dá)線形拓?fù)涞淖詈笠粋€從站開始回傳，最后又回到主站的A端
□O
[0064]假設(shè)第k個從站的A端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。所有從站B端口、第k個從站之后的從站A端口都接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，第k個從站A端口、第k個從站之前從站A端口和主站A端口都沒接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0065]Cq = Bi = B2=，..., =Bn
[0066]Co = Ak+i = Ak+2=，..., =An-1
[0067]Co = Ao+l =Αι+1 =A2+1 =，..., =Ak+1
[0068]假設(shè)第k個從站的B端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)。第k個從站之前的從站B端口都接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，第k個從站B端口、第k個從站之后的從站B端口、所有從站A端口和主站A端口都沒接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0069]Cq = Bi = B2=，...，=Bk-1
[0070]Co = Bk+l =Bk+i+l =，..., =Bn+1
[0071]Co = Ao+l =Αι+1 =A2+1 =，..., =An-1+1
[0072]若現(xiàn)場總線采用圖4所示線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有從站依次連接到主站B端口，周期數(shù)據(jù)幀從主站的B端口發(fā)出，到達(dá)線形拓?fù)涞淖詈笠粋€從站開始回傳，最后又回到主站的B端
□O
[0073]假設(shè)第k個從站的A端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。第k個從站之后的從站A端口都接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，第k個從站A端口、第k個從站之前從站A端口、所有從站B端口和主站B端口都沒接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0074]Co = Ak+i = Ak+2= ,..., =An
[0075]Co = Ai+l =A2+1 =，..., =Ak+1
[0076]Co = B2+l =B3+1 =，..., =Bn+1
[0077]Co = Bo+1
[0078]假設(shè)第k個從站的B端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)。所有從站A端口和第k個從站之前的從站B端口都接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，第k個從站B端口、第k個從站之后的從站B端口和主站B端口都沒接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0079]Cq = Ai=A2=，...，=An
[0080]Co = B2 = B3 ,...，=Bk-1
[0081]Co = Bk+l =Bk+i+l =，..., =Bn+1
[0082]Co = Bo+1
[0083]若現(xiàn)場總線采用圖5所示線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，部分從站依次連接到主站A端口，部分從站依次連接到主站B端口。周期數(shù)據(jù)幀從主站的A端口發(fā)出，到達(dá)A端口線形拓?fù)涞淖詈笠粋€從站i開始回傳，最后又回到主站的A端口。周期數(shù)據(jù)幀從主站的B端口發(fā)出，到達(dá)B端口線形拓?fù)涞淖詈笠粋€從站i + Ι開始回傳，最后又回到主站的B端口。根據(jù)發(fā)生故障的從站連接在主站A端口或者B端口，主站、從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下描述。
[0084]假設(shè)發(fā)生故障的第k個從站連接在主站A端口，則連接在主站B端口的所有從站均正常工作，主站B端口及相應(yīng)從站計數(shù)器的數(shù)值之間關(guān)系如下:
[0085]Co = Bo
[0086]Co = Bi+2 = Bi+3=，..., =Bn
[0087]Co = Ai+i = Ai+2= ,..., =An
[0088]主站A端口及連接在主站A端口的從站的計數(shù)器之間的關(guān)系可以參照圖3所述，第i個從站相當(dāng)于第η個從站。
[0089]假設(shè)第k個從站的A端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。主站A端口及其連接的從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0090]Q) = Bi = B2=，..., =Bi
[0091]Co = Ak+i = Ak+2=，..., =A1-1
[0092]Co = Ao+l =Αι+1 =A2+1 =，..., =Ak+1
[0093]假設(shè)第k個從站的B端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。主站A端口及其連接的從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0094]Cq = Bi = B2=，...，=Bk-1
[0095]Co = Bk+l =Bk+i+l =，...，=Bi+l
[0096]Co = Ao+l =Ai+l =A2+1 =，...，=A1-ι+l
[0097]假設(shè)發(fā)生故障的第k個從站連接在主站B端口，則連接在主站A端口的所有從站均正常工作，主站A端口及相應(yīng)從站計數(shù)器的數(shù)值之間關(guān)系如下:
[0098]Q) = Bi = B2=，..., =Bi
[0099]Co = Ao=Ai=A2= ,...，=A1-1
[0100]主站B端口及連接在主站B端口的從站的計數(shù)器之間的關(guān)系可以參照圖4所述，第i+1個從站相當(dāng)于第I個從站。
[0101]假設(shè)第k個從站的A端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。主站B端口及其連接從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0102]Co = Ak+i = Ak+2= ,..., =An
[0103]Co = Ai+i+l =Ai+2+l =，..., =Ak+1
[0104]Co = Bi+2+l = Bi+3+l = ,..., =Bn+1
[0105]Co = Bo+1
[0106]假設(shè)第k個從站的B端口有一個通信周期沒有接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀。主站B端口及其連接從站計數(shù)器的數(shù)值之間的關(guān)系如下:
[0107]Co = Ai+i = Ai+2=，..., =An
[0108]Co = Bi+2 = Bi+3,...，=Bk-1
[0109]Co = Bk+l =Bk+i+l = ,..., =Bn+1
[0110]Co = Bo+1
[0111]現(xiàn)場總線發(fā)生偶發(fā)性故障后，主站進入故障診斷模式后，讀取所有從站的A端口、B端口接收正確有效周期數(shù)據(jù)幀計數(shù)器的計數(shù)值，根據(jù)現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的公式判斷主站有效通信周期計數(shù)器C、主站A端口接收計數(shù)器A、主站B端口接收計數(shù)器B、從站A端口接收計數(shù)器A和從站B端口接收計數(shù)器B之間關(guān)系，判斷出偶發(fā)性錯誤的連接位置。
[0112]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，用于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)異步串行通信的現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，包括: 主站設(shè)置一個有效通信周期計數(shù)器和兩個接收計數(shù)器，有效通信周期計數(shù)器記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，接收計數(shù)器記錄主站A端口、主站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù);從站設(shè)置兩個接收計數(shù)器，記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù);主站根據(jù)收到有效周期數(shù)據(jù)幀的CRC判斷該通信周期各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)幀;現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤時，主站進入故障處理狀態(tài);主站根據(jù)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主站接收計數(shù)器、從站接收計數(shù)器的數(shù)值差異，定位出發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤的通信連接;所述通信連接包括一個端口的發(fā)送電路、一個端口的接收電路和兩個端口之間的連接線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，所述主站設(shè)置一個重傳次數(shù)寄存器，根據(jù)現(xiàn)場總線周期和從站數(shù)量設(shè)置一個重傳次數(shù)閾值，主站在每個通信周期自動連續(xù)重發(fā)有效周期數(shù)據(jù)幀；一旦主站收到CRC正確的有效周期數(shù)據(jù)幀或重傳次數(shù)大于等于重傳次數(shù)閾值，則主站開始下一個通信周期。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，所述有效通信周期計數(shù)器記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，初始化階段該計數(shù)器被清零，進入正常通信階段后，單個通信周期內(nèi)，在主站連續(xù)重復(fù)發(fā)送相同的有效周期數(shù)據(jù)幀時該計數(shù)器只加I次，如果總線通信出現(xiàn)故障，主站會發(fā)送無效的周期數(shù)據(jù)幀，該計數(shù)器處于保持狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，所述主站中的兩個接收計數(shù)器分別為主站A端口接收計數(shù)器以及主站B端口接收計數(shù)器，分別用于記錄現(xiàn)場總線正常通信階段主站A端口和B端口接收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，總線初始化階段主站A端口接收計數(shù)器和主站B端口接收計數(shù)器都被清零，進入正常通信階段后的單個通信周期內(nèi)，主站A端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后主站A端口接收計數(shù)器加I，主站B端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后主站B端口接收計數(shù)器加I，如果總線通信出現(xiàn)故障，主站A端口和B端口收到的都是無效周期數(shù)據(jù)幀，主站A端口接收計數(shù)器以及主站B端口接收計數(shù)器都處于保持狀態(tài)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，所述從站中的兩個接收計數(shù)器，分別為從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器，分別用于記錄從站A端口和從站B端口收到正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，總線初始化階段從站A端口接收計數(shù)器和從站B端口接收計數(shù)器都被清零，進入正常通信階段后的單個通信周期內(nèi)，從站A端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后從站A端口接收計數(shù)器加I，從站B端口接收到至少一幀正確有效周期數(shù)據(jù)幀后從站B端口接收計數(shù)器加I，如果總線通信出現(xiàn)故障，從站A端口和B端口收到的都是無效周期數(shù)據(jù)幀，從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器都處于保持狀態(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，判斷現(xiàn)場總線是否出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤的步驟是: (I)主站根據(jù)單個通信周期內(nèi)各個從站是否收到正確的有效周期數(shù)據(jù)來判斷總線連接狀態(tài)是否正常，正常則繼續(xù)工作，否則執(zhí)行步驟(2); (2)判斷主站是否能不斷收到自己發(fā)出的無效周期數(shù)據(jù)幀，如果是，則判定現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤，主站進入故障處理狀態(tài)，執(zhí)行步驟(4)，否則，執(zhí)行步驟(3); (3)對總線中的主站和所有從站斷電，初步檢查各個站點之間的連線，對一些可能有連接問題的連接線插拔一下，重新上電，如果主站能初始化總線成功，則判定現(xiàn)場總線出現(xiàn)偶發(fā)性通信錯誤，主站進入故障處理狀態(tài)，執(zhí)行步驟(4)，否則，判定為永久性故障，診斷結(jié)束； (4)主站發(fā)出從站計數(shù)器數(shù)據(jù)讀取命令，將從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器的數(shù)值全部讀取上來。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，所述主站進入故障處理狀態(tài)后，主動讀取各個從站接收計數(shù)器記錄的從站接收的正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合主站記錄的主站發(fā)送有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)和主站接收的正確有效周期數(shù)據(jù)幀的周期個數(shù)定位故障位置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，現(xiàn)場總線發(fā)生偶發(fā)性通信錯誤時，有效周期數(shù)據(jù)幀經(jīng)過錯誤連接之前的所有站點的接收計數(shù)器數(shù)值相等，且等于有效通信周期計數(shù)器;有效周期數(shù)據(jù)幀經(jīng)過錯誤連接之后的所有站點的接收計數(shù)器數(shù)值相等，且比有效通信周期計數(shù)器小I。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線的偶發(fā)性故障診斷方法，其特征在于，所述主站有效通信周期計數(shù)器、主站A端口接收計數(shù)器、主站B端口接收計數(shù)器、從站A端口接收計數(shù)器以及從站B端口接收計數(shù)器均采用掉電非易失性計數(shù)器，系統(tǒng)重新上電后，這些計數(shù)器的數(shù)值仍然為系統(tǒng)掉電之前的數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G05B23/02GK105871623SQ201610330944
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】何英武, 梅江平
【申請人】廣州數(shù)控設(shè)備有限公司