基于工业以太网和PROFIBUS的FCS实时在线故障诊断系统

中型PLC作为系统主站，所以下位机软件采用西门子公司的STEP7，完成底层硬件组态及数据采集的任务。鉴于PROFIBUS与WinCC良好的融合性，上位机软件选用西门子组态软件WinCC作为设计平台。诊断系统故障诊断流程图如图2所示。

2.1 下位机软件数据采集系统

在控制系统硬件的基础上，对系统稳定运行影响比较大的网段挂接诊断中继器，以完成对该网段的底层故障的准确定位。参照诊断层次的划分，下位机软件系统主要负责对诊断数据的采集、判断、整合和存储，并把诊断数据存储到定义好的DB块。

2.2 上位机软件组态画面设计

上位机软件主要是编写后台数据处理程序，实现对诊断数据的分析处理，并在组态画面上准确、有效、形象的显示诊断结果，在完成直观画面显示的同时又能实现系统的所有功能。整个上位机软件结构如图3所示。

图3 上位机软件系统结构图

2.3 上位机软件数据表征方法

上位机软件系统需要编写有效的判断程序和设计丰富的诊断画面，才能对海量的诊断数据进行形象化的显示，因此就需要研究一套诊断数据的表征方法，其实现过程的关键环节大致分为变量赋值和画面设计两部分。

变量赋值表征方法关键点：首先是创建结构类型的变量，避免由于重复性的变量连接，而极大降低系统开发设计后程序的运行效率；二是把诊断数据命名为有具体意义的变量名称，例如：LED_run_1，代表模块RUN指示灯的第一个字的判断数据。三是编写高效的VBS脚本程序，实现外部变量到内部变量的赋值，把大量诊断数据缓存以避免数据丢失，并能适应画面处理速度的需要，同时循环执行函数的赋值语句，使内部变量实时刷新显示外部的变量值。故障从站详细诊断数据赋值内部变量的实例如图4所示，通过程序判断诊断数据，确定主站地址和从站地址，再把具体的诊断信息保存到相应的内部变量。例如6号主站带的72号从站故障类型判断结果，会保存在M6S72．ERROR_TYPE内部变量。

图4 从站详细诊断信息变量赋值举例

画面设计表征方法关键点：画面设计主要是针对数据表征需要，对图标颜色变化、闪烁频率变化、数据与文字显示组合等信息进行充分的综合运用，同时运用恰当的Photoshop位图，以使画面美观。
3 实验室测试平台搭建及测试结果分析

图5 重要网段硬件结构示意图

搭建平台简介：河南省信息化电器重点实验室工业控制网络实验室拥有自主开发的工业控制网络实验平台，实验室的八套试验台构成工业以太网络，每台均采用西门子的大中型PLC S7300作为系统的主站，从站设备选用不同厂家的产品。其中包括诊断中继器，S7200+EM277、ET200M、ET200L，以及BECKHOFF公司的BK3120，WAGO公司的750-333、750-833和752-323等从站。挂接诊断中继器的网段硬件结构示意图如图4所示。

测试过程：1)确定实验对象，为了试验方便，本测试系统选用实验室八套试验台中的两台组成工业以太网络，先对两个实验台进行组态并测试，其中6号主站的DP网络组态有诊断中继器。2)人为制造错误，试验台6从站62去掉终端模块。

调试结果分析：系统诊断测试，实验中系统诊断画面显示主站6有故障、故障从站个数2、各个指示灯状态与实际主站控制器上显示结果完全一致；诊断缓冲区显示系统调用OB86时间、错误从站号、故障优先级等详细信息，并将其保存到历史数据库中。

从站诊断测试：实验中从站详细诊断信息显示故障从站62方框字体变红色、方框闪烁，代表62号从站有故障，并显示62号从站故障信息的详细文字描述及诊断报文；10号从站是诊断中继器模块，用方框蓝色闪烁表示虽然模块本身正常，但受到影响，同时也有详细的文字描述及诊断报文显示。诊断系统主站组态画面如图6所示。

图6 诊断系统主站组态四面

底层诊断测试：诊断中继器利用“反射检测”的方法来测量距离，通过计算诊断中继器发出信号的传输时间得到距离的值。信号经过每个PROHBUS连接器时，由于阻抗的存在，时间将被延长，即每个站将增加约0.7m的距离，会包括在总长度内。上位机系统采用优化的冒泡排序法编写底层数据处理程序，确定每个从站具体物理位置，最终消除0.7m的误差。

6号主站拓扑信息诊断实验中，测得从站距离诊断中继器距离分别为2.4m、3.3m、3.8m、2.4m、5.3m，与实际测量相差0.1m左右，同时显示故障点距离诊断中继器5.3m，并指示故障就在62号从站上，反射故障率为100％，说明62号从站A／B线没有终端电阻。画面中还可形象地显示拓扑结构图。

4 结束语

我们研发的基于工业以太网和PROFIBUS的FCS实时在线故障诊断系统完全实时在线地与FCS控制系统并行工作，诊断层次深，适用范围