CN115174457B - 一种手持式Profibus总线故障诊断装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手持式Profibus总线故障诊断装置及方法，通过在该装置内集成四个诊断模块，可以很方便对总线通讯故障进行诊断；单手手持即可操作，能快速连接到总线网络上进行检测与诊断，可以检测总线网络静态电阻，自动扫描通讯网络上的各活动节点，并将诊断结果显示在OLED液晶显示器上，包括站点号、站点状态、电压、站点报文抓取等诊断数据，可视化显示；能够实现携带方便、操作简单、诊断结果实时准确的目的，降低设备停工，减少损失。可以点对点地，独立对某个profibus从站进行诊断，还可以接入profibus DP网络，对总线网络以及所有站点进行故障诊断。
Description
技术领域
本发明涉及Profibus总线技术领域，尤其涉及一种手持式Profibus总线故障诊断装置及方法。
背景技术
Profibus是Process Field BUS程序总线网络的简称，是一个用在自动化技术的现场总线标准。
由于Profibus通讯总线一旦故障，排查难度很大，造成停工时间长，损失大；总线故障不容易排查，没有专用诊断工具。现有技术中一般通过PLC组态软件进行诊断与排除，但因为现场作业空间小、需要登高，环境复杂，使用笔记本电脑进行故障诊断和分析，携带不方便，操作困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种手持式Profibus总线故障诊断装置及方法，可以自动扫描并探测Profibus总线网络的传输速率，自适应波特率，可以很方便对总线通讯故障进行诊断；单手手持即可操作，能快速连接到总线网络上进行检测与诊断，并将诊断结果显示在OLED液晶显示器上，能够实现携带方便、操作简单、诊断结果实时准确的目的。
为实现上述目的，本发明所设计一种手持式Profibus总线故障诊断装置，该装置内集成四个诊断模块，分别为活跃站点检测诊断模块、从站电压检测诊断模块、电阻检测诊断模块、从站报文抓取分析诊断模块；
活跃站点检测诊断模块，用于检测并标识活跃站点号，该模块向总线网络发出i#从站的活跃查询指令数据包，若i#从站未响应并接收相应指令，显示站点号并标识为异常站点；若i#从站响应且收到相应指令，显示站点号并标识为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有站点的活跃状态；
从站电压检测诊断模块，用于检测所有从站的电压值，该模块向总线网络发出i#从站电压查询指令数据包，收到i#站的电压值并存储数据库，显示i#从站电压值；若未显示电压值，则该从站为异常站点；若显示电压值，则该从站为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有从站的电压值；
电阻检测诊断模块，用于检测从站终端电阻或总线网络静态电阻值是否在设定范围内，如果不在此范围，则总线网络线缆有断线或首尾从站连接器异常，该装置显示总线网络诊断异常；如果在设定范围内，则该装置显示总线网络诊断正常；
从站报文抓取分析诊断模块，用于侦听从站通讯数据，逐站抓取通讯报文，若未抓取到通讯报文或报文显示异常，则该从站通讯异常，显示所有通讯异常站点号；若能抓取到通讯报文且报文显示异常，则该从站通讯正常；
四个诊断模块将各自诊断结果通过液晶屏显示在该装置上，实现检测结果可视化。
作为优选方案，该装置还包括脉冲编码器，脉冲编码器用于选择四个诊断模块。
作为优选方案，该装置还包括感应式触摸按钮，感应式触摸按钮用于确认脉冲编码器的选择。
作为优选方案，该装置还包括日期与时钟模块，日期与时钟模块为每条数据记录采集时间，使每条数据输出时即包括具体时间，为后续数据分析提供便利。
作为优选方案，该装置还包括SD存储卡，SD存储卡将采集的数据存储下来，不需要人一直盯守在现场，另外能及时释放该装置的存储空间。
作为优选方案，该装置还包括WIFI模块，WIFI模块通过局域网可以将采集的数据实时传输到后台服务器上，进行远程数据库管理。
本发明还设计一种手持式Profibus总线故障诊断方法，基于上述四个诊断模块，四个诊断模块对Profibus总线故障诊断方式包括单站诊断模式和网络诊断模式，单站诊断只有手动模式，网络诊断模式包括手动模式和自动模式；该方法包括以下步骤：
S1软件初始化；
S2选择诊断模式；
S2.1单站诊断模式，分别执行从站终端电阻诊断、从站地址检测诊断、点对点通讯报文分析诊断程序，每项诊断数据单独输出诊断结果；
S2.2手动网络诊断模式，分别执行活跃站点检测诊断、从站电压检测诊断、总线网络静态电阻检测诊断、从站报文抓取分析诊断程序，每项诊断数据单独输出诊断结果；
S2.3自动网络诊断模式，逐项执行活跃站点检测诊断、从站电压检测诊断、总线网络静态电阻检测诊断、从站报文抓取分析诊断程序，对每项检测数据进行综合分析，输出综合诊断分析报告；
S3流程结束。
本发明的有益效果：
通过在该装置内集成四个诊断模块，可以很方便对总线通讯故障进行诊断；单手手持即可操作，能快速连接到总线网络上进行检测与诊断，可以检测总线网络静态电阻，自动扫描通讯网络上的各活动节点，并将诊断结果显示在OLED液晶显示器上，包括站点号、站点状态、电压、站点报文抓取等诊断数据，可视化显示；能够实现携带方便、操作简单、诊断结果实时准确的目的，降低设备停工，减少损失。
可以点对点地，独立对某个profibus从站进行诊断，还可以接入profibus DP网络，对总线网络以及所有站点进行故障诊断。
附图说明
图1为本发明硬件模块结构框图；
图2为本发明软件模块逻辑框图；
图3为单站诊断模式示意图；
图4为单站诊断模式流程图；
图5为网络诊断模式示意图；
图6为手动网络诊断模式流程；
图7为自动网络诊断模式流程；
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明涉及一种手持式Profibus总线故障诊断装置，该装置由硬件和软件两个部分组成，能快速连接到总线网络上进行检测与诊断；因该装置为手持式单手操作，个体小巧、重量轻、移动式、携带方便，适合排查困难、操作空间狭窄、登高等环境恶劣场所。
主站，指PLC站点，执行数据计算和运行处理。从站，除主站之外的所有站点，从站负责采集数据并传输给主站。本实施例的活跃站点号为1#至255#，1#通常作为预留站点，2#作为主站点，3#之后作为从站点。站点通讯正常状态下显示绿色，即该站点处于活跃状态，站点通讯异常状态下显示红色。
该装置内集成四个诊断模块，分别为活跃站点检测诊断模块、从站电压检测诊断模块、电阻检测诊断模块、从站报文抓取分析诊断模块；
活跃站点检测诊断模块，用于检测并标识活跃站点号，未标识的站点即为异常站点；
从站电压检测诊断模块，用于检测所有活跃站点的电压值，并生成电压值曲线，未显示电压值的站点即为异常站点；
电阻检测诊断模块，用于检测从站终端电阻或总线网络静态电阻值是否在设定范围内，如果超出设定范围则显示总线网络故障；
从站报文抓取分析诊断模块，用于抓取从站通讯报文，若从站无响应则显示通讯异常站点号。
如图1所示，为本发明硬件组成结构框图，MCU，即Motor Control Unit电机控制单元，硬件部分由MCU、输入模块和输出模块组成。
输入模块包括DP总线接头、电阻测量传感器、脉冲编码器、感应式触摸按钮、日期与时钟模块；DP总线接头经过RS485通信模块转换TTL协议，再与MCU连接；电阻测量传感器经过A/D转换输入模块与MCU连接，电阻测量传感器为电阻检测诊断模块提供输入；脉冲编码器、感应式触摸按钮、日期与时钟模块经过输入驱动与MCU连接。脉冲编码器用于选择四个诊断模块，感应式触摸按钮用于确认脉冲编码器的选择，日期与时钟模块为每条数据记录采集时间，使每条数据输出时即包括具体时间，为后续数据分析提供便利。
输出模块包括OLED液晶屏、SD存储卡、ESP8266 WIFI模块，由MCU经液晶驱动输出数据到OLED液晶屏，实现可视化，可以直观地显示出数据采集结果；SD存储卡可以将采集的数据存储下来，不需要人一直盯守在现场，降低的人的劳动强度，另外还可以及时释放该装置的存储空间；ESP8266 WIFI模块通过局域网可以将采集的数据实时传输到后台服务器上，进行远程数据库管理，使现场作业和后台数据处理可以同步进行，提高工作效率。
如图2所示，为本发明软件功能模块逻辑框图，软件部分由综合信息汇集管理模块、输入模块和输出模块组成。综合信息汇集管理模块为主要软件程序。
输入模块包括电阻检测诊断模块、获取活跃站点号与列表处理模块、从站电压获取与计算模块、从站报文截获与分析模块；电阻检测诊断模块依次输入信号给总线电阻采集与计算模块、总线网络电阻从站静态电阻，最后输入给综合信息汇集管理模块；综合信息汇集管理模块依次输出信息给数据查询管理模块、通讯数据发送模块、RS485总线模块、通讯数据接收模块、Profibus协议解释数据提取模块，再由Profibus协议解释数据提取模块分别输入信息给获取活跃站点号与列表处理模块、从站电压获取与计算模块、从站报文截获与分析模块，最后输入给综合信息汇集管理模块。电阻检测诊断模块可以直接通过测量电阻值判断从站是否异常，并将结果输入综合信息汇集管理模块。而获取活跃站点号与列表处理模块、从站电压获取与计算模块、从站报文截获与分析模块需要通过协议转换才能将诊断结果输入给综合信息汇集管理模块。
输出模块包括显示驱动模块、数据存储实时处理模块；显示驱动模块可以实现实时信息、报警显示与可视化；数据存储实时处理模块可以将采集的数据单独存储写入SD卡中，及时释放电机的存储空间。
本发明还涉及一种手持式Profibus总线故障诊断方法，该诊断方法包括单站诊断模式和网络诊断模式，单站诊断只有手动模式，网络诊断模式包括手动模式和自动模式。
单站诊断模式，即诊断工具与某个从站采用点对点方式连接进行诊断，诊断仪分别单独检测每个站点活跃状态，如图3、图4所示。
该模式包括以下步骤：
S1软件初始化；
S2选择单站诊断模式；
S3选择诊断模块；
S3.1选择从站终端电阻诊断模块，在断电状态下检测从站连接器终端电阻，判断从站终端电阻阻值在设定范围内，本实施例中从站终端电阻阻值设定范围为215Ω至225Ω，如果不在此范围，则从站总线连接器故障异常，该装置显示总线网络诊断异常；如果在设定范围内，则该装置显示总线网络诊断正常；输出诊断结果，流程结束；
S3.2选择从站地址检测诊断模块，向从站发送站地址查询指令，该查询指令不带数据，若从站未响应并接收从站地址号，该装置未显示从站地址号，则从站通信异常；若从站正常响应且接收从站地址号，该装置显示从站地址号，则从站通信正常；输出诊断结果，流程结束；
S3.3选择点对点通讯报文分析诊断模块，给从站发带数据的通讯报文作为诊断指令，若从站未响应或分析报文异常，则该从站通讯异常，显示所有通讯异常站点号；若从站正常响应且报文内容正常，则该从站通讯正常；输出诊断结果，流程结束。
网络诊断模式，即诊断工具接入总线网络中进行诊断，诊断仪与每个站点并联，依次检测每个站点活跃状态，如图5至图7所示。
手动网络诊断模式，如图6所示。
该模式包括以下步骤：
S1软件初始化；
S2选择手动网络诊断模式；
S3选择诊断模块；
S3.1选择活跃站点检测诊断模块，向总线网络发出i#从站的活跃查询指令数据包，若i#从站未响应并接收相应指令，显示站点号并标识为异常站点；若i#从站响应且收到相应指令，显示站点号并标识为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有站点的活跃状态，本实施例的所有站点号为1#至255#，输出诊断结果，流程结束；
S3.2选择从站电压检测诊断模块，向总线网络发出i#从站电压查询指令数据包，收到i#站的电压值并存储数据库，显示i#从站电压值；若未显示电压值，则该从站为异常站点；若显示电压值，则该从站为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有从站的电压值，依据从站电压数据库生成从站电压值曲线，结合从站历史电压曲线的变化趋势对从站故障进行预测，输出诊断结果，流程结束；
S3.3选择总线网络静态电阻检测诊断模块，首尾从站终端选择“ON”模式，在断电状态下检测总线网络静态电阻，判断总线网络静态电阻阻值是否在设定范围内，本实施例中总线网络静态电阻阻值设定范围为100Ω至120Ω；如果不在此范围，则总线网络线缆有断线或首尾从站连接器异常，该装置显示总线网络诊断异常；如果在设定范围内，则该装置显示总线网络诊断正常；输出诊断结果，流程结束；
S3.4选择从站报文抓取分析诊断模块，接入总线网络，侦听从站通讯数据，逐站抓取通讯报文，若未抓取到通讯报文或报文显示异常，则该从站通讯异常，显示所有通讯异常站点号；若能抓取到通讯报文且报文显示异常，则该从站通讯正常；输出诊断结果，流程结束。
自动网络诊断模式，如图7所示。
该模式包括以下步骤：
S1软件初始化；
S2选择自动网络诊断模式；
S3选择活跃站点检测诊断模块，向总线网络发出i#从站的活跃查询指令数据包，若i#从站未响应并接收相应指令，显示站点号并标识为异常站点；若i#从站响应且收到相应指令，显示站点号并标识为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有站点的活跃状态，本实施例的所有站点号为1#至255#；接着进入步骤S4；
S4选择从站电压检测诊断模块，向总线网络，发出i#从站电压查询指令数据包，收到i#站的电压值并存储数据库，显示i#从站电压值；若未显示电压值，则该从站为异常站点；若显示电压值，则该从站为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有从站的电压值，依据从站电压数据库生成从站电压值曲线，结合从站历史电压曲线的变化趋势对从站故障进行预测；进入步骤S5；
S5选择总线网络静态电阻检测诊断模块，首尾从站终端选择“ON”模式，在断电状态下检测总线网络静态电阻，判断总线网络静态电阻阻值是否在设定范围内，本实施例中总线网络静态电阻阻值设定范围为100Ω至120Ω；如果不在此范围，则总线网络线缆有断线或首尾从站连接器异常，该装置显示总线网络诊断异常；如果在设定范围内，则该装置显示总线网络诊断正常；进入步骤S6；
S6选择从站报文抓取分析诊断模块，接入总线网络，侦听从站通讯数据，逐站抓取通讯报文，若未抓取到通讯报文或报文显示异常，则该从站通讯异常，显示所有通讯异常站点号；若能抓取到通讯报文且报文显示异常，则该从站通讯正常；进入步骤S7；
S7输出综合诊断分析报告；
S8输出诊断结果，流程结束。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种手持式Profibus总线故障诊断装置，其特征在于：该装置内集成四个诊断模块，分别为活跃站点检测诊断模块、从站电压检测诊断模块、电阻检测诊断模块、从站报文抓取分析诊断模块；
活跃站点检测诊断模块，用于检测并标识活跃站点号，该模块向总线网络发出i#从站的活跃查询指令数据包，若i#从站未响应并接收相应指令，显示站点号并标识为异常站点；若i#从站响应且收到相应指令，显示站点号并标识为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有站点的活跃状态；
从站电压检测诊断模块，用于检测所有从站的电压值，该模块向总线网络发出i#从站电压查询指令数据包，收到i#站的电压值并存储数据库，显示i#从站电压值；若未显示电压值，则该从站为异常站点；若显示电压值，则该从站为活跃站点；依此类推，循环i+1次直到显示所有从站的电压值；
电阻检测诊断模块，用于检测从站终端电阻或总线网络静态电阻值是否在设定范围内，如果不在此范围，则总线网络线缆有断线或首尾从站连接器异常，该装置显示总线网络诊断异常；如果在设定范围内，则该装置显示总线网络诊断正常；电阻测量传感器为电阻检测诊断模块提供输入；电阻检测诊断模块通过测量电阻值判断从站是否异常，并将结果输入综合信息汇集管理模块；
从站报文抓取分析诊断模块，用于侦听从站通讯数据，逐站抓取通讯报文，若未抓取到通讯报文或报文显示异常，则该从站通讯异常，显示所有通讯异常站点号；若能抓取到通讯报文且报文显示异常，则该从站通讯正常；其中，点对点通讯报文分析诊断模块，独立地对profibus从站进行诊断；
四个诊断模块将各自诊断结果通过液晶屏显示在该装置上，实现检测结果可视化。
2.根据权利要求1所述的手持式Profibus总线故障诊断装置，其特征在于：该装置还包括脉冲编码器，脉冲编码器用于选择四个诊断模块。
3.根据权利要求2所述的手持式Profibus总线故障诊断装置，其特征在于：该装置还包括感应式触摸按钮，感应式触摸按钮用于确认脉冲编码器的选择。
4.根据权利要求1所述的手持式Profibus总线故障诊断装置，其特征在于：该装置还包括日期与时钟模块，日期与时钟模块为每条数据记录采集时间，使每条数据输出时即包括具体时间，为后续数据分析提供便利。
5.根据权利要求1所述的手持式Profibus总线故障诊断装置，其特征在于：该装置还包括SD存储卡，SD存储卡将采集的数据存储下来，不需要人一直盯守在现场，另外能及时释放该装置的存储空间。
6.根据权利要求1所述的手持式Profibus总线故障诊断装置，其特征在于：该装置还包括WIFI模块，WIFI模块通过局域网可以将采集的数据实时传输到后台服务器上，进行远程数据库管理。
7.一种手持式Profibus总线故障诊断方法，其特征在于：基于权利要求1至6任一项所述的四个诊断模块，四个诊断模块对Profibus总线故障诊断方式包括单站诊断模式和网络诊断模式，单站诊断只有手动模式，网络诊断模式包括手动模式和自动模式；该方法包括以下步骤：
S1软件初始化；
S2选择诊断模式；
S2.1单站诊断模式，分别执行从站终端电阻诊断、从站地址检测诊断、点对点通讯报文分析诊断程序，每项诊断数据单独输出诊断结果；单站诊断模式即诊断工具与某个从站采用点对点方式连接进行诊断，诊断仪分别单独检测每个站点活跃状态，点对点通讯报文分析诊断模块，独立地对profibus从站进行诊断；
S2.2手动网络诊断模式，分别执行活跃站点检测诊断、从站电压检测诊断、总线网络静态电阻检测诊断、从站报文抓取分析诊断程序，每项诊断数据单独输出诊断结果；
S2.3自动网络诊断模式，逐项执行活跃站点检测诊断、从站电压检测诊断、总线网络静态电阻检测诊断、从站报文抓取分析诊断程序，对每项检测数据进行综合分析，输出综合诊断分析报告；
S3流程结束。
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