淺析現(xiàn)場總線在環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用與故障處置

倪瑾

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

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線定義;應(yīng)用;故障分析

0 引言

簡單、可靠、經(jīng)濟和實用的現(xiàn)場總線（Fieldbus），近年來已在許多情況下得到應(yīng)用。國內(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)場總線的運用，目前無錫地鐵一、二號線環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采用的是ControlNet現(xiàn)場總線，三號線采用的是PROFINET現(xiàn)場總線。

1 現(xiàn)場總線的定義和結(jié)構(gòu)特點

根據(jù)國際電工委員會對IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的定義，現(xiàn)場總線是指在制造或處理區(qū)域中安裝的現(xiàn)場設(shè)備與控制室中的自動控制單元之間的數(shù)字，串行和多點通信數(shù)據(jù)總線。

典型的現(xiàn)場總線網(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)場總線

無錫地鐵1號線和2號線的BAS系統(tǒng)使用的是AB公司的ControlNet現(xiàn)場總線。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。

無錫地鐵1號線和2號線每個車站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之間通過冗余的ControlNet現(xiàn)場總線相連，構(gòu)成BAS網(wǎng)絡(luò)，實現(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)場總線連接，從而使整個車站的BAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)貫通連接。

2.2 PROFINET現(xiàn)場總線

無錫地鐵3號線的BAS系統(tǒng)采用的是西門子公司的PROFINET現(xiàn)場總線，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，通過不使用IP地址尋址，而是使用接收設(shè)備的MAC地址來確保網(wǎng)絡(luò)的實時性能。

無錫地鐵3號線每個車站A、B兩端組成冗余的三環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。三個環(huán)網(wǎng)彼此相互獨立，A 端環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障不會影響 B 端環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)，B端環(huán)網(wǎng)不會影響 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、二號線的ControlNet總線系統(tǒng)自開通運營以來，通信一直比較穩(wěn)定，但隨著設(shè)備投入使用年限的增長，現(xiàn)場總線出現(xiàn)的故障愈加頻繁;三號線的PROFINET現(xiàn)場總線系統(tǒng)伴隨著三號線的開通也將面臨著運營的考驗?，F(xiàn)將調(diào)試和運營過程中的一般常見現(xiàn)場總線系統(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)場總線通信穩(wěn)定的基礎(chǔ)。總線模塊穩(wěn)定性很高，可一旦主、備模塊均損壞，則A、B通道都會受損，所連接的機電接口設(shè)備都無法監(jiān)控。當(dāng)分支線纜發(fā)生故障時，那對應(yīng)單個通道的通訊會受到影響。終端電阻可以消除通信電纜中的信號衰減，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無法掃描全部總線設(shè)備或者發(fā)生通信時好時壞的故障時，就可檢查終端電阻是否損壞或遺失。

（2）電纜敷設(shè)問題。電纜敷設(shè)的好壞關(guān)系到總線信號的質(zhì)量，項目建設(shè)初期，工人因為施工經(jīng)驗不足，導(dǎo)致線纜彎曲半徑過大，都會導(dǎo)致終端設(shè)備的通信故障。

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

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)備都將無法監(jiān)控，需要在第一時間使用程序軟件加載備份程序上去。

（2）數(shù)據(jù)突然離線。現(xiàn)場運維人員日常巡檢時，突然發(fā)現(xiàn)某遠(yuǎn)程模塊箱的數(shù)據(jù)離線。需要立即通過通訊管理軟件登錄，在其中查詢該遠(yuǎn)程I/O的節(jié)點，當(dāng)找不到時候，表明網(wǎng)絡(luò)連接確實已丟失。當(dāng)確定同軸電纜或連接器無問題時，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、做好屏蔽和加強培訓(xùn)。要做到現(xiàn)場總線電纜和電源電纜纜放在各自橋架中，當(dāng)確有困難時，可考慮中間使用隔板;屏蔽好現(xiàn)場總線設(shè)備和電纜;加強對現(xiàn)場人員的培訓(xùn)，規(guī)范安裝流程，纜線的布放正確并在兩端配備端子號，方便后期排查檢修。

（2）運營維護(hù)中要注意，加強運維人員的巡查力度，提升人員的專業(yè)素養(yǎng)，對總線軟硬件設(shè)備認(rèn)識深刻，對總線故障有充足的預(yù)判，第一時間消除對正常運營的影響。

5 總結(jié)

現(xiàn)場總線系統(tǒng)技術(shù)目前已經(jīng)逐步成熟，尤其是無錫地鐵一、二號線的總線系統(tǒng)運營一直比較穩(wěn)定。但是總線故障的判斷在實際應(yīng)用中，尤其是遇到一端網(wǎng)絡(luò)上有多個節(jié)點時或者當(dāng)遠(yuǎn)程模塊箱處于區(qū)間時，排查工作將會復(fù)雜又耗時還需要請點施工。這時可以考慮開發(fā)一款可以快速判斷總線故障的程序軟件，方便現(xiàn)場檢修人員能在第一時間查出問題癥結(jié)所在，這是后續(xù)研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

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