CN204406197U - Profibus总线智能诊断记录仪 - Google Patents
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Abstract
PROFIBUS总线智能诊断记录仪，该记录仪包括外部接线接口、电源模块、以太网接口模块、485收发模块、微处理器、FLASH存储器、系统内存以及板级总线；板级总线包括26条地址总线A0～A25、16条数据总线D0～D15以及两条地线GND和485GND；本实用新型记录仪结构简单，能够记录并分析PROFIBUS总线的数据帧，并对PROFIBUS总线的运行状态、通信故障、从站设备进行智能诊断。
Description
技术领域
本实用新型涉及电厂现场总线控制系统技术领域，具体涉及一种PROFIBUS总线智能诊断记录仪。
背景技术
PROFIBUS协议(IEC61158)提出了一套国际化的、开放的、不依赖生产厂家的现场总线标准。PROFIBUS于1989年正式成为现场总线的国际标准。根据总线结构与实现任务的不同，PROFIBSU-DP和PROFIBUS-PA在控制系统中广泛应用。PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息，除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性数据以进行组态、诊断和报警处理。PROFIBUS-DP采用RS-485标准，通讯介质可以是双绞线、双线电缆或光缆。PROFIBUS-PA适用于PROFIBUS的过程自动化，PROFIBUS-PA可用来替代4-20mA的模拟技术。
由于PROFIBUS具有快速、高效、低成本、分布式以及易于安装等诸多优点，其在电力系统，特别是电厂控制系统中的应用越来越广泛。在工程中快速的安装和部署PROFIBUS总线变得非常重要。快速的部署PROFIBUS总线、安装从站设备可以缩短电厂的建设工期，节省大量的成本，但是PROFIBUS总线在应用中有非常高的技术要求，施工中主站与从站的通信故障经常发生，而且排除起来非常的困难，故而开发一种智能诊断PROFIBUS总线运行状态和通信故障的仪器，能够提高PROFIBUS控制系统在电厂的施工进度，节省投资。
现有技术的主要局限：
(1)PROFIBUS总线控制系统在安装和施工过程中，为了建立主站和从站之间稳定的通信，往往需要花费大量的时间来对主站的各种通信参数、从站的数据、地址等进行配置和调试，甚至拖延施工进度和调试进度，增加用户的投入。
(2)现有PROFIBUS总线主站设备不具备对从站的非循环数据的访问能力，需要在总线中接入二类主站才能完成对从站非循环数据的读写、以此来达到对从站进行配置、调试和诊断，这种工作机制在工程施工和设备调试过程中非常不方便，不能够在工程师站直接通过控制系统来完成，需要到就地PROFIBUS总线上接入二类主站卡来完成。
(3)传统的4-20mA的硬接线技术，当与设备通信故障的情况下只需要对接线的通断进行测量，可以很快的定位和排除故障，而PROFIBUS总线通过DP/PA电缆串接所有的从站，对于通信故障的定位和诊断需要专业技术人员花费大量时间来调试。
(4)由于PROFIBUS总线对技术要求比较高，需要大量的技术投入和积累，PROFIBUS总线控制系统在调试完成后，用户需要花费高昂的成本对总线和设备进行维护检修，设备运行过程中出现故障往往会造成系统停机、设备拒动等不良后果，给用户带来巨大的损失。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种PROFIBUS总线智能诊断记录仪，该记录仪结构简单，能够记录并分析PROFIBUS总线的数据帧，并对PROFIBUS总线的运行状态、通信故障、从站设备进行智能诊断。
为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：
PROFIBUS总线智能诊断记录仪，包括外部接线接口E1、电源模块E2、以太网接口模块E3、485收发模块E4、微处理器E5、FLASH存储器E6、系统内存E7以及板级总线；所述板级总线包括26条地址总线A0～A25、16条数据总线D0～D15以及两条地线GND和485GND；
所述外部接线接口E1包括+5V电源接线柱，地线GND接线柱,485+接线柱和485-接线柱，485+接线柱和485-接线柱提供外部485输入信号的接线接口；
所述电源模块E2通过外部接线接口E1引入外部+5V直流电源，并向以太网接口模块E3、485收发模块E4、微处理器E5、FLASH存储器E6和系统内存E7提供+5V,+3.3V电源输出，以太网接口模块E3、485收发模块E4、微处理器E5、FLASH存储器E6、系统内存E7根据本模块电源要求选择接入的供电电压；
所述以太网接口模块E3采用DMA9000，其管脚SD0～SD15依次接入板级总线的数据总线D0～D15，管脚RESET连接微处理器E5管脚120，管脚CMD连接微处理器E5管脚135，管脚INT连接微处理器E5管脚69；
所述485收发模块E4包括三个高速光耦隔离器HCPL0600和型号为SN75LBC184P的485总线收发器U38，所述三个高速光耦隔离器HCPL0600分别为第一高速光耦隔离器HCPL0600H3、第二高速光耦隔离器HCPL0600H4和第三高速光耦隔离器HCPL0600H5，其中第一高速光耦隔离器HCPL0600H3的管脚6连接微处理器E5的管脚103，第二高速光耦隔离器HCPL0600H4的管脚3连接微处理器E5的管脚102，第三高速光耦隔离器HCPL0600H5的管脚3连接微处理器E5的管脚104，第一高速光耦隔离器HCPL0600H3的管脚3连接U38的R，第二高速光耦隔离器HCPL0600H4的管脚6连接U38的管脚D，第三高速光耦隔离器HCPL0600H5的管脚6连接485总线收发器U38的管脚RE和DE，485总线收发器U38的管脚A和B为连接外部485总线的A线和B线；
所述微处理器E5采用AT91RM9200，其管脚D0～D15依次接入板级总线的数据总线D0～D15,管脚A0～A22依次接入地址总线A0～A22；
所述FLASH存储器E6采用第一片E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10并用的方式，每片容量为16M×16，微处理器E5的管脚166作为FLASH片选信号FLASH_NCS0,接入38译码器U11的管脚/G2A，微处理器E5的地址线A25接入38译码器U11的管脚A,38译码器U11的管脚/Y0连接第一片E28F128J3A-150U9的CE0，38译码器U11的管脚/Y1连接第二片E28F128J3A-150U10的管脚CE0，第一片E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10管脚D0～D15依次接入数据总线D0～D15,管脚A0～A24依次接入地址总线A0～A24；
所述系统内存E7采用同步动态随机存储器MT48LC8M16A2，其管脚CKE连接微处理器E5的管脚175，管脚CLK连接微处理器E5管脚174，管脚/CS连接微处理器E5管脚167,管脚/WE连接微处理器E5管脚178，管脚/CAS连接微处理器E5管脚177，管脚/RAS连接微处理器E5管脚176，管脚DQ0～DQ15依次接入数据总线D0～D15,管脚A0～A11依次接入地址总线A0～A11。
本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：
1、PROFIBUS总线智能诊断记录仪同时具有一类主站和二类主站功能，能够对现场总线设备进行组态，配置现场总线的主站参数集、总线参数集、从站参数集。一类主站功能和二类主站功能分别独立运行，能够通过配置文件进行在线动态配置。
2、PROFIBUS总线智能诊断记录仪能够对接入的PROFIBUS总线的电气特性和运行参数进行动态分析，对数据帧的格式进行分析，判断PROFIBUS总线是否有错误的数据帧，并对数据帧的内容进行检验，根据组态参数智能判断数据帧的内容是否正确，例如从站地址是否正确等。
3、PROFIBUS总线智能诊断记录仪能够实时记录所接入的PROFIBUS总线的所有运行数据帧，包括设备输入输出数据帧的内容和数据帧的收发时间值，记录的数据存储在内置的大容量存储空间内。
4、PROFIBUS总线智能诊断记录仪能够对所接入的PROFIBUS总线的运行状态进行智能分析，并根据统计的数据形成分析结果，包括现场总线从站是否稳定运行，是否发出错误数据帧、是否有请求没有响应以及未响应的次数等。
5、PROFIUBS总线智能诊断记录仪能够快速定位PROFIBUS总线安装、施工、以及运行过程中的故障，帮助技术人员快速的排除故障，加快现场安装调试工作进度。
附图说明
图1是PROFIBUS总线智能诊断记录仪系统组成图。
图2是PROFIBUS总线智能诊断记录仪以太网接口模块组成图。
图3是PROFIBUS总线智能诊断记录仪485收发模块组成图。
图4是PROFIBUS总线智能诊断记录仪FLASH存储器组成图。
图5是PROFIBUS总线智能诊断记录仪在带主站系统中应用示意图。
图6是PROFIBUS总线智能诊断记录仪在无主站系统中应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型PROFIBUS总线智能诊断记录仪，包括外部接线接口E1、电源模块E2、以太网接口模块E3、485收发模块E4、微处理器E5、FLASH存储器E6、系统内存E7以及板级总线；所述板级总线包括26条地址总线A0～A25、16条数据总线D0～D15以及两条地线GND和485GND。
所述外部接线接口E1包括+5V电源接线柱，地线GND接线柱,485+接线柱和485-接线柱，485+接线柱和485-接线柱提供外部485输入信号的接线接口。
所述电源模块E2通过外部接线接口E1引入外部+5V直流电源，并向以太网接口模块E3、485收发模块E4、微处理器E5、FLASH存储器E6和系统内存E7提供+5V,+3.3V电源输出，以太网接口模块E3、485收发模块E4、微处理器E5、FLASH存储器E6、系统内存E7根据本模块电源要求选择接入的供电电压。
如图2所示，所述以太网接口模块E3采用DMA9000，其管脚SD0～SD15依次接入板级总线的数据总线D0～D15，管脚RESET连接微处理器E5管脚120，管脚CMD连接微处理器E5管脚135，管脚INT连接微处理器E5管脚69。
如图3所示，所述485收发模块E4包括三个高速光耦隔离器HCPL0600和型号为SN75LBC184P的485总线收发器U38，所述三个高速光耦隔离器HCPL0600分别为第一高速光耦隔离器HCPL0600H3、第二高速光耦隔离器HCPL0600H4和第三高速光耦隔离器HCPL0600H5，其中第一高速光耦隔离器HCPL0600H3的管脚6连接微处理器E5的管脚103，第二高速光耦隔离器HCPL0600H4的管脚3连接微处理器E5的管脚102，第三高速光耦隔离器HCPL0600H5的管脚3连接微处理器E5的管脚104，第一高速光耦隔离器HCPL0600H3的管脚3连接U38的R，第二高速光耦隔离器HCPL0600H4的管脚6连接U38的管脚D，第三高速光耦隔离器HCPL0600H5的管脚6连接485总线收发器U38的管脚RE和DE，485总线收发器U38的管脚A和B为连接外部485总线的A线和B线。
所述微处理器E5采用AT91RM9200，其管脚D0～D15依次接入板级总线的数据总线D0～D15,管脚A0～A22依次接入地址总线A0～A22。
如图4所示，所述FLASH存储器E6采用第一片E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10并用的方式，每片容量为16M×16，微处理器E5的管脚166作为FLASH片选信号FLASH_NCS0,接入38译码器U11的管脚/G2A，微处理器E5的地址线A25接入38译码器U11的管脚A,38译码器U11的管脚/Y0连接第一片E28F128J3A-150U9的CE0，38译码器U11的管脚/Y1连接第二片E28F128J3A-150U10的管脚CE0，第一片E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10管脚D0～D15依次接入数据总线D0～D15,管脚A0～A24依次接入地址总线A0～A24。
所述系统内存E7采用同步动态随机存储器MT48LC8M16A2，其管脚CKE连接微处理器E5的管脚175，管脚CLK连接微处理器E5管脚174，管脚/CS连接微处理器E5管脚167,管脚/WE连接微处理器E5管脚178，管脚/CAS连接微处理器E5管脚177，管脚/RAS连接微处理器E5管脚176，管脚DQ0～DQ15依次接入数据总线D0～D15,管脚A0～A11依次接入地址总线A0～A11。
如图5所示，为本实用新型在有主站系统中的应用和部署图例，图中PROFIBUS主站通过PROFIBUS总线连接从站设备压力变送器、阀门定位器、电磁流量计、执行机构、马达保护器、液位计；主站对所有的连接从站进行输入输出控制以及启停、运行的控制，PROFIBUS总线智能诊断记录仪接入到PROFIBUS总线上，接入的位置可以在任何位置，通过现场总线连接器接入，支持热拔插操作。接入后，会自动接收记录目前PROFIBUS总线的数据帧、对数据帧进行分析，诊断PROFIBUS总线上各个设备的运行情况，包括所有的主站和从站。可以选择通过以太网来远程连接，在远程对PROFIBUS总线进行调试和诊断。
如图6所示，是PROFIBUS总线智能诊断记录仪在无主站系统中的实施和应用，在工程施工阶段，需要对PROFIBUS总线进行铺设并安装设备，在这个阶段DCS主站可能没有上电，需要对就地安装的设备是否正确，能否通信进行调试，可以采用如图所示安装方式。本装置接入到PROFIBUS总线，可以完成主站的功能，读入设备的GSD文件，对GSD文件进行分析，对设备的模块和参数进行选择，然后建立和设备的通信，对设备的输入或者输出进行调试和验证，通过此种功能可以对施工过程中就地的设备追逐个进行实时接入调试，确保整条PROFIBUS总线施工的正确。同时支持通过以太网接口进行远程调试、与从站建立通信测试，对设备进行校验等操作。
Claims (1)
1.PROFIBUS总线智能诊断记录仪，其特征在于：包括外部接线接口(E1)、电源模块(E2)、以太网接口模块(E3)、485收发模块(E4)、微处理器(E5)、FLASH存储器(E6)、系统内存(E7)以及板级总线；所述板级总线包括26条地址总线A0～A25、16条数据总线D0～D15以及两条地线GND和485GND；
所述外部接线接口(E1)包括+5V电源接线柱，地线GND接线柱,485+接线柱和485-接线柱，485+接线柱和485-接线柱提供外部485输入信号的接线接口；
所述电源模块(E2)通过外部接线接口(E1)引入外部+5V直流电源，并向以太网接口模块(E3)、485收发模块(E4)、微处理器(E5)、FLASH存储器(E6)和系统内存(E7)提供+5V,+3.3V电源输出，以太网接口模块(E3)、485收发模块(E4)、微处理器(E5)、FLASH存储器(E6)、系统内存(E7)根据本模块电源要求选择接入的供电电压；
所述以太网接口模块(E3)采用DMA9000，其管脚SD0～SD15依次接入板级总线的数据总线D0～D15，管脚RESET连接微处理器(E5)管脚120，管脚CMD连接微处理器(E5)管脚135，管脚INT连接微处理器(E5)管脚69；
所述485收发模块(E4)包括三个高速光耦隔离器HCPL0600和型号为SN75LBC184P的485总线收发器(U38)，所述三个高速光耦隔离器HCPL0600分别为第一高速光耦隔离器HCPL0600(H3)、第二高速光耦隔离器HCPL0600(H4)和第三高速光耦隔离器HCPL0600(H5)，其中第一高速光耦隔离器HCPL0600(H3)的管脚6连接微处理器(E5)的管脚103，第二高速光耦隔离器HCPL0600(H4)的管脚3连接微处理器(E5)的管脚102，第三高速光耦隔离器HCPL0600(H5)的管脚3连接微处理器(E5)的管脚104，第一高速光耦隔离器HCPL0600(H3)的管脚3连接U38的R，第二高速光耦隔离器HCPL0600(H4)的管脚6连接U38的管脚D，第三高速光耦隔离器HCPL0600(H5)的管脚6连接485总线收发器(U38)的管脚RE和DE，485总线收发器(U38)的管脚A和B为连接外部485总线的A线和B线；
所述微处理器(E5)采用AT91RM9200，其管脚D0～D15依次接入板级总线的数据总线D0～D15,管脚A0～A22依次接入地址总线A0～A22；
所述FLASH存储器(E6)采用第一片E28F128J3A-150(U9)和第二片E28F128J3A-150(U10)并用的方式，每片容量为16M×16，微处理器(E5)的管脚166作为FLASH片选信号FLASH_NCS0,接入38译码器(U11)的管脚/G2A，微处理器(E5)的地址线A25接入38译码器(U11)的管脚A,38译码器(U11)的管脚/Y0连接第一片E28F128J3A-150(U9)的CE0，38译码器(U11)的管脚/Y1连接第二片E28F128J3A-150(U10)的管脚CE0，第一片E28F128J3A-150(U9)和第二片E28F128J3A-150(U10)管脚D0～D15依次接入数据总线D0～D15,管脚A0～A24依次接入地址总线A0～A24；
所述系统内存(E7)采用同步动态随机存储器MT48LC8M16A2，其管脚CKE连接微处理器(E5)的管脚175，管脚CLK连接微处理器(E5)管脚174，管脚/CS连接微处理器(E5)管脚167,管脚/WE连接微处理器(E5)管脚178，管脚/CAS连接微处理器(E5)管脚177，管脚/RAS连接微处理器(E5)管脚176，管脚DQ0～DQ15依次接入数据总线D0～D15,管脚A0～A11依次接入地址总线A0～A11。
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| CN104615128A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 西安热工研究院有限公司 | Profibus总线智能诊断记录仪及方法 |
| CN113110395A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置及方法 |
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