CN105871623A - 一种现场总线的偶发性故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现场总线的偶发性故障诊断方法，包括：主站设置一个有效通信周期计数器用于记录现场总线正常通信阶段主站发送有效周期数据帧的周期个数，设置两个接收计数器用于记录主站A、B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；从站设置两个接收计数器，记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；主站根据收到有效周期数据帧的CRC判断该通信周期各个从站是否收到正确的有效周期数据帧；现场总线出现偶发性通信错误时，主站进入故障处理状态；主站根据总线拓扑结构、主站接收计数器、从站接收计数器的数值差异，定位出发生偶发性通信错误的通信连接。本发明可以快速准确定位数控系统现场总线线中发生偶发性故障的连接。

Description

一种现场总线的偶发性故障诊断方法

技术领域

本发明涉及基于工业以太网的现场总线与相关的数控设备产品的数据通信，尤其是涉及基于工业以太网的现场总线与数控系统、伺服驱动、IO数据模块、PCI工控数据采集卡以及数控领域的其他功能模块的数据通信，具体的说是一种现场总线的偶发性故障诊断方法。

背景技术

数控系统现场总线是用于实现数控装置、主轴单元、伺服驱动单元、I/O单元等部件之间数据实时通信的串行、数字化、多点、双向通信网络，是实现全数字控制、简化设备连接、提高系统控制精度和可靠性的关键技术，具有高速、高实时性、高同步性、高可靠性等设计要求及运行特点。

数控系统现场总线系统中，主站与从站设备之间通过基于异步通信方式的串行总线，以环形拓扑结构(如图2所示)或者线形拓扑结构(如图3、4所示)互联在一起，组成通信网络。环形拓扑结构能实现冗余通信功能。

在数控系统传统连接方式中，数控装置与主轴单元、伺服驱动单元、I/O单元等之间采用点对点连接，这种连接方式故障定位简单，但是通信网络架构复杂，通信质量不高。数控系统现场总线型连接方式中，数控装置与主轴单元、伺服驱动单元、I/O单元等之间采用线性拓扑连接或环形拓扑连接，这种连接方式在出现故障时，难以准确定位。偶发性故障发生时，故障定位尤其困难，给调试服务人员现场维护带来很大麻烦，偶发性故障是指故障几个小时，甚至几天、几个月才出现一次。

因此，研究一种基于现场总线的、能够准确定位偶发性故障发生点的诊断方法具有重要研究意义和应用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种现场总线的偶发性故障诊断方法，该方法可以快速准确定位数控系统现场总线线性拓扑结构或环形拓扑结构中发生偶发性故障的连接，即发生故障的两个端口及连接两个端口的连接线。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤：一种现场总线的偶发性故障诊断方法，用于环形拓扑结构或线形拓扑结构异步串行通信的现场总线系统中，包括：

主站设置一个有效通信周期计数器和两个接收计数器，有效通信周期计数器记录现场总线正常通信阶段主站发送有效周期数据帧的周期个数，接收计数器记录主站A端口、主站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；从站设置两个接收计数器，记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；主站根据收到有效周期数据帧的CRC(Cyclic Redundancy Code，循环冗余码)判断该通信周期各个从站是否收到正确的有效周期数据帧；现场总线出现偶发性通信错误时，主站进入故障处理状态；主站根据总线拓扑结构、主站接收计数器、从站接收计数器的数值差异，定位出发生偶发性通信错误的通信连接；所述通信连接包括一个端口的发送电路、一个端口的接收电路和两个端口之间的连接线。

优选的，所述主站设置一个重传次数寄存器，根据现场总线周期和从站数量设置一个重传次数阈值，主站在每个通信周期自动连续重发有效周期数据帧；一旦主站收到CRC正确的有效周期数据帧或重传次数大于等于重传次数阈值，则主站开始下一个通信周期。主站每个通信周期连续自动重发多帧周期数据帧的模式可以极大提升现场总线的可靠性和减少主站软件的负担。

优选的，所述有效通信周期计数器记录现场总线正常通信阶段主站发送有效周期数据帧的周期个数，初始化阶段该计数器被清零，进入正常通信阶段后，单个通信周期内，在主站连续重复发送相同的有效周期数据帧时该计数器只加1次，如果总线通信出现故障，主站会发送无效的周期数据帧，该计数器处于保持状态。这里所述的保持状态是指保持原来计数器的值不变。

优选的，所述主站中的两个接收计数器分别为主站A端口接收计数器以及主站B端口接收计数器，分别用于记录现场总线正常通信阶段主站A端口和B端口接收到正确有效周期数据帧的周期个数，总线初始化阶段主站A端口接收计数器和主站B端口接收计数器都被清零，进入正常通信阶段后的单个通信周期内，主站A端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后主站A端口接收计数器加1，主站B端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后主站B端口接收计数器加1，如果总线通信出现故障，主站A端口和B端口收到的都是无效周期数据帧，主站A端口接收计数器以及主站B端口接收计数器都处于保持状态。这里所述的保持状态是指保持原来计数器的值不变。

优选的，所述从站中的两个接收计数器，分别为从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器，分别用于记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数，总线初始化阶段从站A端口接收计数器和从站B端口接收计数器都被清零，进入正常通信阶段后的单个通信周期内，从站A端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后从站A端口接收计数器加1，从站B端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后从站B端口接收计数器加1，如果总线通信出现故障，从站A端口和B端口收到的都是无效周期数据帧，从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器都处于保持状态。这里所述的保持状态是指保持原来计数器的值不变。

优选的，判断现场总线是否出现偶发性通信错误的步骤是：

(1)主站根据单个通信周期内各个从站是否收到正确的有效周期数据来判断总线连接状态是否正常，正常则继续工作，否则执行步骤(2)；

(2)判断主站是否能不断收到自己发出的无效周期数据帧，如果是，则判定现场总线出现偶发性通信错误，主站进入故障处理状态，执行步骤(4)，否则，执行步骤(3)；

(3)对总线中的主站和所有从站断电，初步检查各个站点之间的连线，对一些可能有连接问题的连接线插拔一下，重新上电，如果主站能初始化总线成功，则判定现场总线出现偶发性通信错误，主站进入故障处理状态，执行步骤(4)，否则，判定为永久性故障，诊断结束；

(4)主站发出从站计数器数据读取命令，将从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器的数值全部读取上来。

优选的，所述主站进入故障处理状态后，主动读取各个从站接收计数器记录的从站接收的正确有效周期数据帧的周期个数，根据现场总线的拓扑结构，结合主站记录的主站发送有效周期数据帧的周期个数和主站接收的正确有效周期数据帧的周期个数定位故障位置。

更进一步的，现场总线发生偶发性通信错误时，有效周期数据帧经过错误连接之前的所有站点的接收计数器数值相等，且等于有效通信周期计数器；有效周期数据帧经过错误连接之后的所有站点的接收计数器数值相等，且比有效通信周期计数器小1。

优选的，所述主站有效通信周期计数器、主站A端口接收计数器、主站B端口接收计数器、从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器均采用掉电非易失性计数器，系统重新上电后，这些计数器的数值仍然为系统掉电之前的数据。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明在主站设置有效通信周期计数器以及两个接收计数器，从站设置两个接收计数器，通过计数器的值以及总线拓扑结构，可以定位出发生偶发性通信错误的通信连接，具有结构简单、效率高、准确性高的优点。

2、本发明主站每个通信周期连续自动重发多帧周期数据帧的模式可以极大提升现场总线的可靠性和减少主站软件的负担。

3、本发明定位过程仅需比较几个计数器的值即可，无需复杂的计算，对硬件要求不高，更适合推广应用。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为现场总线是环形拓扑结构时数据报文传递示意图。

图3为现场总线是线形拓扑结构，数据报文从主站A端口发出的信号传递示意图。

图4为现场总线是线形拓扑结构，数据报文从主站B端口发出的信号传递示意图。

图5为现场总线采用两条线形拓扑结构时，从站i和从站i+1处发生偶发性通信错误时数据报文传递示意图。

图6是主站在每个通信周期T自动连续发送有效周期数据帧MDT的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1，本实施例一种现场总线的偶发性故障诊断方法，用于环形拓扑结构或线形拓扑结构异步串行通信的现场总线系统中，包括步骤：

(1)主站设置一个有效通信周期计数器和两个接收计数器，有效通信周期计数器记录现场总线正常通信阶段主站发送有效周期数据帧的周期个数，接收计数器记录主站A端口、主站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；

(2)从站设置两个接收计数器，记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；

(3)主站根据收到有效周期数据帧的CRC(Cyclic Redundancy Code，循环冗余码)判断该通信周期各个从站是否收到正确的有效周期数据；

(4)现场总线出现偶发性通信错误时，主站进入故障处理状态；

(5)主站根据总线拓扑结构、主站接收计数器、从站接收计数器的数值差异，定位出发生偶发性通信错误的通信连接。

上述的环形拓扑结构参见图2，在该结构中，采用冗余通信模式，数据是双向流动的，即同一个数据报文同时从主站的两个端口发出，依次通过各个从站后，又回到主站的两个端口，其中主站A端口接收从站B端口发回的数据，主站B端口接收从站A端口发回的数据，通信正常的情况下，主站在两组数据中取一组，另一组作为备用。如果一组数据出现错误，则取另一组数据使用。

上述的线形拓扑结构参见图3、4，在该结构中，数据报文从主站的A端口或B端口发出，依次通过各个从站，到达最后一个从站后，改变报文的传送方向后向主站传输，最后回到主站的发送端口。例如，在图3所示线形拓扑结构中，数据报文从主站的A端口发出，依次通过各个从站，到达最后一个从站n后，改变报文的传输方向后向主站传输，最后回到主站的发送端口A端口。线形拓扑结构中，不能采用冗余通信模式，主站A端口、B端口都必须正确接收到从站发挥的数据，则系统通信正常。

数控系统现场总线系统中，数控系统主站与主轴装置、伺服装置通信、光栅反馈等装置通信频繁，通信准确性要求高。主站设置一个重传次数寄存器，可以根据现场总线周期和从站数量设置一个合理的重传次数阈值，主站在每个通信周期自动连续重复发送有效周期数据帧MDT(如图6)，直到主站收到CRC正确的有效周期数据帧或重复次数大于等于重传次数阈值。主站每个通信周期连续自动重发多帧周期数据帧的模式可以极大提升现场总线的可靠性和减少主站软件的负担。

所述主站有效通信周期计数器C，用于记录现场总线正常通信阶段进行有效周期数据帧发送的周期个数。总线初始化阶段该计数器被清零，进入正常通信阶段后，单个通信周期内，主站会连续重复发送相同的有效周期数据帧，该计数器只加1次，如果总线通信出现故障，主站会发送无效的周期数据帧，该计数器处于保持状态。

所述主站中的两个接收计数器分别为主站A端口接收计数器以及主站B端口接收计数器，分别用于记录现场总线正常通信阶段主站A端口和B端口接收到正确有效周期数据帧的周期个数，总线初始化阶段主站A端口接收计数器和主站B端口接收计数器都被清零，进入正常通信阶段后的单个通信周期内，主站A端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后主站A端口接收计数器加1，主站B端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后主站B端口接收计数器加1，如果总线通信出现故障，主站A端口和B端口收到的都是无效周期数据帧，主站A端口接收计数器以及主站B端口接收计数器都处于保持状态。这里所述的保持状态是指保持原来计数器的值不变。

所述从站中的两个接收计数器，分别为从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器，分别用于记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数，总线初始化阶段从站A端口接收计数器和从站B端口接收计数器都被清零，进入正常通信阶段后的单个通信周期内，从站A端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后从站A端口接收计数器加1，从站B端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后从站B端口接收计数器加1，如果总线通信出现故障，从站A端口和B端口收到的都是无效周期数据帧，从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器都处于保持状态。这里所述的保持状态是指保持原来计数器的值不变。

主站根据单个通信周期内各个从站是否收到正确的有效周期数据来判断总线连接状态是否正常，正常则继续工作，否则要判断是否出现偶发性通信错误，判断的过程如下：

A、总线通信故障以后，主站仍然能不断收到自己发出的无效周期数据帧，则总线通信线路仍然能进行数据传输，只是某个通信周期出现了数据传输错误或数据丢失，总线通信故障为偶发性通信故障。主站可以将总线通信状态切换到故障处理状态，主站发出从站计数器数据读取命令，将从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器的数值全部读取上来。

B、总线通信故障以后，主站不能收到自己发出的无效周期数据帧，则总线通信线路已经断开，可以对总线系统中的主站和所有从站断电，初步检查各个站点之间的连线，对一些可能有连接问题的连接线插拔一下，重新上电，如果主站能初始化总线成功，则可以进入偶发性通信错误故障处理状态，主站发出从站计数器数据读取命令，将从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器的数值全部读取上来。如果总线主站不能成功初始化总线系统，只能按照非偶发性通信错误故障进行处理，不在本发明所述方法的讨论范围之内。

所述主站进入故障处理状态后，主动读取各个从站接收计数器记录的从站接收的正确有效周期数据帧的周期个数，根据现场总线的拓扑结构，结合主站记录的主站发送有效周期数据帧的周期个数和主站接收的正确有效周期数据帧的周期个数定位故障位置。有效周期数据帧经过错误连接之前的所有站点的接收计数器数值相等，且等于有效通信周期计数器；有效周期数据帧经过错误连接之后的所有站点的接收计数器数值相等，且比有效通信周期计数器小1。

下面对各种类型的诊断结果说明如下。

首先，设主站的编码地址为0，从站的编码地址依次为1，2，3，···，k，···，n。主站有效通信周期计数器C数值记为C₀，主站A端口接收计数器A记为A₀，主站B端口接收计数器B记为B₀，n个从站A端口接收计数器A依次记为A₁，A₂，A₃，···，A_k-1，A_k，A_k+1，···，A_n，n个从站B端口接收计数器B依次记为B₁，B₂，B₃，···，B_k-1，B_k，B_k+1，···，B_n。

从现场总线的拓扑结构图2、3、4、5可以看出，主站、从站的两个端口的连接都是A端口接B端口，A端口和B端口分别有两组信号线，可以进行异步全双工通信。每个从站即是一个设备终端，同时也承担网络交换机的功能，将A端口接收的数据转发到B端口发送给下一个从站，将B端口接收的数据转发到A端口发送给下一个从站，数据转发功能会导致某个从站接收到一帧错误数据后，转发给下一个从站的数据也是错误的。

现场总线通信正常情况时，每个有效通信周期内，主站的A端口和B端口，所有从站的A端口和B端口，都会至少收到一帧正确的有效周期数据帧，所有的计数器数值会相等，主站、从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝A₀＝A₁＝A₂，···，＝A_n

C₀＝B₀＝B₁＝B₂，···，＝B_n

现场总线通信不正常时，主站、从站计数器的数值之间的关系复杂，与现场总线的拓扑结构有密切关系。

若现场总线采用图2所示环形拓扑结构，周期数据帧同时从主站的A端口和B端口发出，经过所有从站后回到主站的B端口和A端口。

假设第k个从站的A端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据和第m个从站的B端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据。第k个从站之后的从站A端口都接收到正确有效周期数据帧，第k个从站A端口、第k个从站之前从站A端口和主站A端口都没接收到正确有效周期数据帧；第m个从站之前的从站B端口都接收到正确有效周期数据帧，第m个从站B端口、第m个从站之后从站B端口和主站B端口都没接收到正确有效周期数据帧。主站、从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝A_k+1＝A_k+2＝，···，＝A_n

C₀＝A₀+1＝A₁+1＝A₂+1，···，＝A_k+1

C₀＝B₁＝B₂，···，＝B_m-1

C₀＝B_m+1＝B_m+1+1＝，···，＝B_n+1

C₀＝B₀+1

若现场总线采用图3所示线形拓扑结构，所有从站依次连接到主站A端口，周期数据帧从主站的A端口发出，到达线形拓扑的最后一个从站开始回传，最后又回到主站的A端口。

假设第k个从站的A端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据帧。所有从站B端口、第k个从站之后的从站A端口都接收到正确有效周期数据帧，第k个从站A端口、第k个从站之前从站A端口和主站A端口都没接收到正确有效周期数据帧，主站、从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝B₁＝B₂＝，···，＝B_n

C₀＝A_k+1＝A_k+2＝，···，＝A_n-1

C₀＝A₀+1＝A₁+1＝A₂+1＝，···，＝A_k+1

假设第k个从站的B端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据。第k个从站之前的从站B端口都接收到正确有效周期数据帧，第k个从站B端口、第k个从站之后的从站B端口、所有从站A端口和主站A端口都没接收到正确有效周期数据帧，主站、从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝B₁＝B₂＝，···，＝B_k-1

C₀＝B_k+1＝B_k+1+1＝，···，＝B_n+1

C₀＝A₀+1＝A₁+1＝A₂+1＝，···，＝A_n-1+1

若现场总线采用图4所示线形拓扑结构，所有从站依次连接到主站B端口，周期数据帧从主站的B端口发出，到达线形拓扑的最后一个从站开始回传，最后又回到主站的B端口。

假设第k个从站的A端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据帧。第k个从站之后的从站A端口都接收到正确有效周期数据帧，第k个从站A端口、第k个从站之前从站A端口、所有从站B端口和主站B端口都没接收到正确有效周期数据帧，主站、从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝A_k+1＝A_k+2＝，···，＝A_n

C₀＝A₁+1＝A₂+1＝，···，＝A_k+1

C₀＝B₂+1＝B₃+1＝，···，＝B_n+1

C₀＝B₀+1

假设第k个从站的B端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据。所有从站A端口和第k个从站之前的从站B端口都接收到正确有效周期数据帧，第k个从站B端口、第k个从站之后的从站B端口和主站B端口都没接收到正确有效周期数据帧，主站、从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝A₁＝A₂＝，···，＝A_n

C₀＝B₂＝B₃，···，＝B_k-1

C₀＝B_k+1＝B_k+1+1＝，···，＝B_n+1

C₀＝B₀+1

若现场总线采用图5所示线形拓扑结构，部分从站依次连接到主站A端口，部分从站依次连接到主站B端口。周期数据帧从主站的A端口发出，到达A端口线形拓扑的最后一个从站i开始回传，最后又回到主站的A端口。周期数据帧从主站的B端口发出，到达B端口线形拓扑的最后一个从站i+1开始回传，最后又回到主站的B端口。根据发生故障的从站连接在主站A端口或者B端口，主站、从站计数器的数值之间的关系如下描述。

假设发生故障的第k个从站连接在主站A端口，则连接在主站B端口的所有从站均正常工作，主站B端口及相应从站计数器的数值之间关系如下：

C₀＝B₀

C₀＝B_i+2＝B_i+3＝，···，＝B_n

C₀＝A_i+1＝A_i+2＝，···，＝A_n

主站A端口及连接在主站A端口的从站的计数器之间的关系可以参照图3所述，第i个从站相当于第n个从站。

假设第k个从站的A端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据帧。主站A端口及其连接的从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝B₁＝B₂＝，···，＝B_i

C₀＝A_k+1＝A_k+2＝，···，＝A_i-1

C₀＝A₀+1＝A₁+1＝A₂+1＝，···，＝A_k+1

假设第k个从站的B端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据帧。主站A端口及其连接的从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝B₁＝B₂＝，···，＝B_k-1

C₀＝B_k+1＝B_k+1+1＝，···，＝B_i+1

C₀＝A₀+1＝A₁+1＝A₂+1＝，···，＝A_i-1+1

假设发生故障的第k个从站连接在主站B端口，则连接在主站A端口的所有从站均正常工作，主站A端口及相应从站计数器的数值之间关系如下：

C₀＝B₁＝B₂＝，···，＝B_i

C₀＝A₀＝A₁＝A₂＝，···，＝A_i-1

主站B端口及连接在主站B端口的从站的计数器之间的关系可以参照图4所述，第i+1个从站相当于第1个从站。

假设第k个从站的A端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据帧。主站B端口及其连接从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝A_k+1＝A_k+2＝，···，＝A_n

C₀＝A_i+1+1＝A_i+2+1＝，···，＝A_k+1

C₀＝B_i+2+1＝B_i+3+1＝，···，＝B_n+1

C₀＝B₀+1

假设第k个从站的B端口有一个通信周期没有接收到正确有效周期数据帧。主站B端口及其连接从站计数器的数值之间的关系如下：

C₀＝A_i+1＝A_i+2＝，···，＝A_n

C₀＝B_i+2＝B_i+3，···，＝B_k-1

C₀＝B_k+1＝B_k+1+1＝，···，＝B_n+1

C₀＝B₀+1

现场总线发生偶发性故障后，主站进入故障诊断模式后，读取所有从站的A端口、B端口接收正确有效周期数据帧计数器的计数值，根据现场总线的拓扑结构选择相应的公式判断主站有效通信周期计数器C、主站A端口接收计数器A、主站B端口接收计数器B、从站A端口接收计数器A和从站B端口接收计数器B之间关系，判断出偶发性错误的连接位置。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，用于环形拓扑结构或线形拓扑结构异步串行通信的现场总线系统中，包括：

主站设置一个有效通信周期计数器和两个接收计数器，有效通信周期计数器记录现场总线正常通信阶段主站发送有效周期数据帧的周期个数，接收计数器记录主站A端口、主站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；从站设置两个接收计数器，记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数；主站根据收到有效周期数据帧的CRC判断该通信周期各个从站是否收到正确的有效周期数据帧；现场总线出现偶发性通信错误时，主站进入故障处理状态；主站根据总线拓扑结构、主站接收计数器、从站接收计数器的数值差异，定位出发生偶发性通信错误的通信连接；所述通信连接包括一个端口的发送电路、一个端口的接收电路和两个端口之间的连接线。

2.根据权利要求1所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，所述主站设置一个重传次数寄存器，根据现场总线周期和从站数量设置一个重传次数阈值，主站在每个通信周期自动连续重发有效周期数据帧；一旦主站收到CRC正确的有效周期数据帧或重传次数大于等于重传次数阈值，则主站开始下一个通信周期。

3.根据权利要求1所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，所述有效通信周期计数器记录现场总线正常通信阶段主站发送有效周期数据帧的周期个数，初始化阶段该计数器被清零，进入正常通信阶段后，单个通信周期内，在主站连续重复发送相同的有效周期数据帧时该计数器只加1次，如果总线通信出现故障，主站会发送无效的周期数据帧，该计数器处于保持状态。

4.根据权利要求1所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，所述主站中的两个接收计数器分别为主站A端口接收计数器以及主站B端口接收计数器，分别用于记录现场总线正常通信阶段主站A端口和B端口接收到正确有效周期数据帧的周期个数，总线初始化阶段主站A端口接收计数器和主站B端口接收计数器都被清零，进入正常通信阶段后的单个通信周期内，主站A端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后主站A端口接收计数器加1，主站B端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后主站B端口接收计数器加1，如果总线通信出现故障，主站A端口和B端口收到的都是无效周期数据帧，主站A端口接收计数器以及主站B端口接收计数器都处于保持状态。

5.根据权利要求1或4所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，所述从站中的两个接收计数器，分别为从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器，分别用于记录从站A端口和从站B端口收到正确有效周期数据帧的周期个数，总线初始化阶段从站A端口接收计数器和从站B端口接收计数器都被清零，进入正常通信阶段后的单个通信周期内，从站A端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后从站A端口接收计数器加1，从站B端口接收到至少一帧正确有效周期数据帧后从站B端口接收计数器加1，如果总线通信出现故障，从站A端口和B端口收到的都是无效周期数据帧，从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器都处于保持状态。

6.根据权利要求5所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，判断现场总线是否出现偶发性通信错误的步骤是：

(1)主站根据单个通信周期内各个从站是否收到正确的有效周期数据来判断总线连接状态是否正常，正常则继续工作，否则执行步骤(2)；

(2)判断主站是否能不断收到自己发出的无效周期数据帧，如果是，则判定现场总线出现偶发性通信错误，主站进入故障处理状态，执行步骤(4)，否则，执行步骤(3)；

(3)对总线中的主站和所有从站断电，初步检查各个站点之间的连线，对一些可能有连接问题的连接线插拔一下，重新上电，如果主站能初始化总线成功，则判定现场总线出现偶发性通信错误，主站进入故障处理状态，执行步骤(4)，否则，判定为永久性故障，诊断结束；

(4)主站发出从站计数器数据读取命令，将从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器的数值全部读取上来。

7.根据权利要求6所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，所述主站进入故障处理状态后，主动读取各个从站接收计数器记录的从站接收的正确有效周期数据帧的周期个数，根据现场总线的拓扑结构，结合主站记录的主站发送有效周期数据帧的周期个数和主站接收的正确有效周期数据帧的周期个数定位故障位置。

8.根据权利要求7所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，现场总线发生偶发性通信错误时，有效周期数据帧经过错误连接之前的所有站点的接收计数器数值相等，且等于有效通信周期计数器；有效周期数据帧经过错误连接之后的所有站点的接收计数器数值相等，且比有效通信周期计数器小1。

9.根据权利要求1所述的现场总线的偶发性故障诊断方法，其特征在于，所述主站有效通信周期计数器、主站A端口接收计数器、主站B端口接收计数器、从站A端口接收计数器以及从站B端口接收计数器均采用掉电非易失性计数器，系统重新上电后，这些计数器的数值仍然为系统掉电之前的数据。