倪瑾

摘 要：介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線的定義和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，兩種流行現(xiàn)場(chǎng)總線（ControlNet和PROFINET）在無(wú)錫地鐵環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線故障診斷和常見(jiàn)原因，分析現(xiàn)場(chǎng)總線故障確定方法，查找故障原因，進(jìn)行故障處理，提高現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并提高現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完善性、為總線錯(cuò)誤處理速度提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線定義;應(yīng)用;故障分析

0 引言

簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus），近年來(lái)已在許多情況下得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)廣州地鐵、南京地鐵、上海地鐵、深圳地鐵等環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中均有現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)用，目前無(wú)錫地鐵一、二號(hào)線環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采用的是ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線，三號(hào)線采用的是PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是指在制造或處理區(qū)域中安裝的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室中的自動(dòng)控制單元之間的數(shù)字，串行和多點(diǎn)通信數(shù)據(jù)總線。

典型的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)僅使用7層模型（也稱為OSI模型）中的三層，即物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。

2 在無(wú)錫地鐵環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線

無(wú)錫地鐵1號(hào)線和2號(hào)線的BAS系統(tǒng)使用的是AB公司的ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線。借助ControlNet總線，將OSI七層模型中的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層相融合，多個(gè)控制器可以共存且支持輸入數(shù)據(jù)的多路傳輸，大大減少了網(wǎng)絡(luò)流量，大大提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能。

無(wú)錫地鐵1號(hào)線和2號(hào)線每個(gè)車站A、B兩端組成冗余的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要為ControlLogix PLC與RI/O以及通訊網(wǎng)關(guān)AB7006之間通過(guò)冗余的ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線相連，構(gòu)成BAS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。其中RI/O包括給排水、照明配電、傳感器等接口，通訊網(wǎng)關(guān)包括變頻器、智能低壓、電扶梯、EPS等接口。A端與B段之間同樣用一段Controlnet現(xiàn)場(chǎng)總線連接，從而使整個(gè)車站的BAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)貫通連接。

2.2 PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線

無(wú)錫地鐵3號(hào)線的BAS系統(tǒng)采用的是西門子公司的PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線，PROFINET保持了Profibus的開放性，優(yōu)化了OSI? 7層模型的第二層數(shù)據(jù)鏈路層，通過(guò)不使用IP地址尋址，而是使用接收設(shè)備的MAC地址來(lái)確保網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能。

無(wú)錫地鐵3號(hào)線每個(gè)車站A、B兩端組成冗余的三環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。三個(gè)環(huán)網(wǎng)彼此相互獨(dú)立，A 端環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障不會(huì)影響 B 端環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)，B端環(huán)網(wǎng)不會(huì)影響 A 端環(huán)網(wǎng)，冗余 PLC 控制器環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障不會(huì)影響A，B 端環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以達(dá)到數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

3 故障分析

目前一、二號(hào)線的ControlNet總線系統(tǒng)自開通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，通信一直比較穩(wěn)定，但隨著設(shè)備投入使用年限的增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)的故障愈加頻繁;三號(hào)線的PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)伴隨著三號(hào)線的開通也將面臨著運(yùn)營(yíng)的考驗(yàn)?，F(xiàn)將調(diào)試和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的一般常見(jiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)通信故障進(jìn)行了匯總和分析。

3.1 硬件故障

（1）硬件損壞。硬件設(shè)備的質(zhì)量是保持現(xiàn)場(chǎng)總線通信穩(wěn)定的基礎(chǔ)?？偩€模塊穩(wěn)定性很高，可一旦主、備模塊均損壞，則A、B通道都會(huì)受損，所連接的機(jī)電接口設(shè)備都無(wú)法監(jiān)控。當(dāng)分支線纜發(fā)生故障時(shí)，那對(duì)應(yīng)單個(gè)通道的通訊會(huì)受到影響。終端電阻可以消除通信電纜中的信號(hào)衰減，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無(wú)法掃描全部總線設(shè)備或者發(fā)生通信時(shí)好時(shí)壞的故障時(shí)，就可檢查終端電阻是否損壞或遺失。

（2）電纜敷設(shè)問(wèn)題。電纜敷設(shè)的好壞關(guān)系到總線信號(hào)的質(zhì)量，項(xiàng)目建設(shè)初期，工人因?yàn)槭┕そ?jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致線纜彎曲半徑過(guò)大，都會(huì)導(dǎo)致終端設(shè)備的通信故障。

（3）未作好屏蔽接地。電磁干擾對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)影響甚大，項(xiàng)目建設(shè)初期，就一定要做到總線系統(tǒng)和設(shè)備接地，現(xiàn)場(chǎng)總線屏蔽在系統(tǒng)端單點(diǎn)接地。

3.2 軟件故障

（1）程序丟失。程序的丟失這類故障是現(xiàn)場(chǎng)總線故障中情況最為嚴(yán)重的故障，這故障發(fā)生后，所有接口設(shè)備都將無(wú)法監(jiān)控，需要在第一時(shí)間使用程序軟件加載備份程序上去。

（2）數(shù)據(jù)突然離線?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員日常巡檢時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)某遠(yuǎn)程模塊箱的數(shù)據(jù)離線。需要立即通過(guò)通訊管理軟件登錄，在其中查詢?cè)撨h(yuǎn)程I/O的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)找不到時(shí)候，表明網(wǎng)絡(luò)連接確實(shí)已丟失。當(dāng)確定同軸電纜或連接器無(wú)問(wèn)題時(shí)，可重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行故障恢復(fù)。

4 提升措施

（1）從前期施工中要注意遠(yuǎn)離干擾、做好屏蔽和加強(qiáng)培訓(xùn)。要做到現(xiàn)場(chǎng)總線電纜和電源電纜纜放在各自橋架中，當(dāng)確有困難時(shí)，可考慮中間使用隔板;屏蔽好現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備和電纜;加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的培訓(xùn)，規(guī)范安裝流程，纜線的布放正確并在兩端配備端子號(hào)，方便后期排查檢修。

（2）運(yùn)營(yíng)維護(hù)中要注意，加強(qiáng)運(yùn)維人員的巡查力度，提升人員的專業(yè)素養(yǎng)，對(duì)總線軟硬件設(shè)備認(rèn)識(shí)深刻，對(duì)總線故障有充足的預(yù)判，第一時(shí)間消除對(duì)正常運(yùn)營(yíng)的影響。

5 總結(jié)

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)技術(shù)目前已經(jīng)逐步成熟，尤其是無(wú)錫地鐵一、二號(hào)線的總線系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)一直比較穩(wěn)定。但是總線故障的判斷在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是遇到一端網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)或者當(dāng)遠(yuǎn)程模塊箱處于區(qū)間時(shí)，排查工作將會(huì)復(fù)雜又耗時(shí)還需要請(qǐng)點(diǎn)施工。這時(shí)可以考慮開發(fā)一款可以快速判斷總線故障的程序軟件，方便現(xiàn)場(chǎng)檢修人員能在第一時(shí)間查出問(wèn)題癥結(jié)所在，這是后續(xù)研究的方向。

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