Profibus总线智能诊断记录仪及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电厂现场总线控制系统技术领域，具体涉及一种PR0FIBUS总线智能诊断记录仪及方法。
【背景技术】
[0002]PR0FIBUS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。PR0FIBUS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PR0FIBUS的过程自动化，PROFIBUS-PA可用来替代4_20mA的模拟技术。
[0003]由于PR0FIBUS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PR0FIBUS总线变得非常重要。快速的部署PR0FIBUS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PR0FIBUS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PR0FIBUS总线运行状态和通信故障的仪器，能够提高PR0FIBUS控制系统在电厂的施工进度，节省投资。
[0004]现有技术的主要局限:
[0005](l)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。
[0006](2)现有PR0FIBUS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PR0FIBUS总线上接入二类主站卡来完成。
[0007](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PR0FIBUS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。
[0008](4)由于PR0FIBUS总线对技术要求比较高，需要大量的技术投入和积累，PR0FIBUS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】
[0009]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种PROFIBUS总线智能诊断记录仪及方法，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。
[0010]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]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AO?A25、16条数据总线DO?D15以及两条地线GND和485GND ；
[0012]所述外部接线接口 El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 ；
[0013]所述电源模块E2通过外部接线接口 El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；
[0014]所述以太网接口模块E3采用DMA9000，其管脚SDO?SD15依次接入板级总线的数据总线DO?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 ；
[0015]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；
[0016]所述微处理器E5采用AT91RM9200，其管脚DO?D15依次接入板级总线的数据总线DO?D15，管脚AO?A22依次接入地址总线AO?A22 ；
[0017]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16MX 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Ull的管脚/G2A，微处理器E5的地址线A25接入38译码器Ul I的管脚A，38译码器Ull的管脚/YO连接第一片E28F128J3A-150U9的CEO，38译码器 Ul I 的管脚/Yl 连接第二片 E28F128J3A-150U10 的管脚 CE0，第一片 E28F128J3A-150U9和第二片E28F128J3A-150U10管脚DO?D15依次接入数据总线DO?D15,管脚AO?A24依次接入地址总线AO?A24 ；
[0018]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DQO?DQ15依次接入数据总线DO?D15，管脚AO?All依次接入地址总线AO?All。
[0019]上述所述PROFIBUS总线智能诊断记录仪的智能诊断方法如下:
[0020]第一片E28F128J3A-150U9作为文件存储器，存储运行过程中的数据和日志，第二片E28F128J3A-150U10作为指令存储器，存储运行指令；上电后，指令从第二片E28F128J3A-150U10提取到系统内存E7中执行；
[0021]第一片E28F128J3A-150U9 和第二片 E28F128J3A-150U10 的片选，当微处理器 E5的166管脚输出为0，地址线A25为0，NCS0_L有效，微处理器E5的166管脚为0，A25等于1，NCS0_H有效，即当38译码器Ull的输入CBA = 000时，输出为YO = NCS0_L，此时选通第二片 E28F128J3A-150U10 ;当 38 译码器 Ull 的输入 CBA = 001 时，输出为 Yl = NCS0_H，此时选通第一片 E28F128J3A-150U9 ；
[0022]通过以太网接口模块E3等待接收工程中的配置参数集，配置参数集经过以太网接口模块E3发送到微处理器E5，微处理器E5将配置参数集存储在FLASH存储器E6和系统内存E7中；
[0023]正常运行后，微处理器E5使能485收发模块E4为侦听485总线数据帧状态，当外部PROFIBUS总线通过外部接线接口 El接入后，微处理器E5自动通过485收发模块E4侦听该PROFIBUS总线的通信数据，当有数据帧到达后，485收发模块E4通过中断方式通知微处理器E5，微处理器E5主动读取485收发模块E4中接收到的数据帧，微处理器E5将数据帧读完后，分别将数据帧存储到FLASH存储器E6和系统内存E7中，同时将数据帧通过以太网接口模块E3发送到以太网；
[0024]微处理器E5会实时对接入到外部接线接口 El的PROFIBUS总线的数据帧收发、数据帧源地址和目的地址进行分析，以获取该PROFIBUS总线上设备的活动状态和接入信息；分析过程，微处理器E5主动在系统内存E7中创建设备链表，设备链表包含127个位置，分别记录总线上的设备地址以及该地址的设备是否处于正常通信、设备的地址，是否获得令牌；如果在一个令牌轮转周期内某设备获得令牌，并将令牌传递，那么就将该设备设置为活动状态，如果两项两个周期没有令牌轮状改地址的设备，那么就将设备链表中对应位置的设备设置为离线状态；
[0025]微处理器E5主动