現(xiàn)場總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。按照國際電工委員會IEC/SC65C的定義，安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。

現(xiàn)場總線主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟實用等一系列突出的優(yōu)點，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團體和計算機廠商的高度重視。

現(xiàn)場總線的工作原理

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個部分組成，而通信部分的硬、軟件是它最有特色的部分。

1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：

它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護軟件、仿真軟件、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等。首先選擇開發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機接口軟件MMI。通過組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù)，進行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運行過程中對系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)處理、計算。優(yōu)化控制及邏輯控制報警、監(jiān)視、顯示、報表等。

2、現(xiàn)場總線的測量系統(tǒng)：

其特點為多變量高性能的測量，使測量儀表具有計算能力等更多功能，由于采用數(shù)字信號，具有高分辨率，準(zhǔn)確性高、抗干擾、抗畸變能力強，同時還具有儀表設(shè)備的狀態(tài)信息，可以對處理過程進行調(diào)整。

3、設(shè)備管理系統(tǒng)：

可以提供設(shè)備自身及過程的診斷信息、管理信息、設(shè)備運行狀態(tài)信息（包括智能儀表）、廠商提供的設(shè)備制造信息。例如FISHER—Rosemoune公司，推出AMS管理系統(tǒng)，它安裝在主計算機內(nèi)，由它完成管理功能，可以構(gòu)成一個現(xiàn)場設(shè)備的綜合管理系統(tǒng)信息庫，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備的可靠性分析以及預(yù)測性維護。將被動的管理模式改變?yōu)榭深A(yù)測性的管理維護模式AMS軟件是以現(xiàn)場服務(wù)器為平臺的T型結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場服務(wù)器上支撐模塊化，功能豐富的應(yīng)用軟件為用戶提供一個圖形化界面。

4、總線系統(tǒng)計算機服務(wù)模式：

以客戶機/服務(wù)器模式是較為流行的網(wǎng)絡(luò)計算機服務(wù)模式。服務(wù)器表示數(shù)據(jù)源（提供者），應(yīng)用客戶機則表示數(shù)據(jù)使用者，它從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并進一步進行處理?？头繖C運行在PC機或工作站上。服務(wù)器運行在小型機或大型機上，它使用雙方的智能、資源、數(shù)據(jù)來完成任務(wù)。

5、數(shù)據(jù)庫：

它能有組織的、動態(tài)的存儲大量有關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問，具有高度獨立性。工業(yè)設(shè)備在運行過程中參數(shù)連續(xù)變化，數(shù)據(jù)量大，操作與控制的實時性要求很高。因此就形成了一個可以互訪操作的分布關(guān)系及實時性的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，市面上成熟的供選用的如關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的Oracle，sybas，Informix，SQL Server；實時數(shù)據(jù)庫中的Infoplus，PI，ONSPEC等。

6、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件：

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件有：系統(tǒng)管理主機、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、協(xié)議變換器、集線器，用戶計算機等及底層智能化儀表。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件有網(wǎng)絡(luò)操作軟件如：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務(wù)器操作軟件如Lenix，os/2，Window NT。應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。

現(xiàn)場總線故障排除

1、現(xiàn)場總線通訊故障

懷疑總線通訊故障與變頻器干擾有關(guān)。

（1）檢查接地，保證接地良好。

（2）通訊總線遠(yuǎn)離大功率變頻器等功率設(shè)備，最好使用光纖連接變頻器等大干擾設(shè)備的通訊，比電氣連接對抗干擾能力強。

（3）盡量保證通訊距離不是很遠(yuǎn)，波特率不是太高。

2、profibus現(xiàn)場總線通訊故障

多數(shù)情況下是阻抗不匹配、終端電阻設(shè)置不當(dāng)、電纜屏蔽層接地不正確、電纜連接器故障（DP頭上的ON/OFF開關(guān)不好用）引起的通訊不暢。

處理辦法：

（1）采用阻抗匹配、低衰減的RS485專用總線電纜更有利于保證通信。一般推薦如下：

普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 20 AWG ，電纜外徑7.7mm左右。適用于室內(nèi)、管道及一般工業(yè)環(huán)境。使用時，屏蔽層一端接地。

普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑8.2mm左右。適用于室內(nèi)、管道及一般工業(yè)環(huán)境。使用時，屏蔽層一端接地。

鎧裝雙絞屏蔽型電纜 ASTP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑12.3Mm左右。可用于干擾嚴(yán)重、鼠害頻繁以及有防雷、防爆要求的場所。使用時，建議鎧裝層兩端接地，最內(nèi)層屏蔽一端接地！

（2）傳輸距離超過300米應(yīng)加終端電阻（一般為120Ω）。

（3）變頻器、動力電纜、變壓器、大功率電機等往往伴隨著低頻干擾，而這種干擾是用高導(dǎo)電率材料做屏蔽層的電纜無法解決的，包括原裝的進口電纜。只有用高導(dǎo)磁率材料（如鋼帶、鋼絲）做的屏蔽層才能有效抑制低頻干擾。

3、CAN總線錯誤

（1）CAN BUS OFF

CAN總線錯誤分別有發(fā)送和接收錯誤計數(shù)，計數(shù)達(dá)到一定的累計以后就會產(chǎn)生CAN BUS OFF, 這說明CAN總線上出現(xiàn)了嚴(yán)重的錯誤。

如果出現(xiàn)了BUS OFF，總線上的節(jié)點需要做一些動作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補救措施，最根本的還是需要找到引起B(yǎng)US OFF的根源。

CAN節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)不成功，首先分析是不是CAN控制器本身的問題，查看CPU中的CAN core的狀態(tài)寄存器，分析是否有BUS OFF, 如果存在BUS OFF, 則進一步查看具體的錯誤信息，是主動的錯誤還是被動的錯，發(fā)送錯誤計數(shù)有沒有超限，最后一次發(fā)生的錯誤狀態(tài)是什么，查看是位填充錯誤還是格式錯誤等其他錯誤，然后具體問題具體分析。這種錯誤一般是有硬件發(fā)送線路出現(xiàn)問題引起，例如光隔次邊不導(dǎo)通，發(fā)送接口接觸不良等。

（2）CAN Socket 的CAN節(jié)點檢測到錯誤幀：

出現(xiàn)這個錯誤警告的原因很可能是：

此CAN總線上有干擾，導(dǎo)致CAN控制器發(fā)生接收錯誤，CAN總線上的信號經(jīng)過收發(fā)器轉(zhuǎn)化為差分電平信號，此時信號容易受到外界干擾，這樣容易使CAN控制器發(fā)生接收錯誤，接收錯誤寄存器接收錯誤計數(shù)累計到一定值后會報此錯誤，如果錯誤計數(shù)達(dá)到一定程度甚至?xí)?dǎo)致總線關(guān)閉也就是BUS OFF. 如果最終確認(rèn)是由于干擾引起的錯誤計數(shù)累計，則應(yīng)該排查干擾源，然后增加抗干擾措施。

此CAN節(jié)點經(jīng)過消息濾波后仍然需要接收大量的消息，導(dǎo)致CPU中的CAN控制器接收出錯，并且錯誤計數(shù)達(dá)到了錯誤警告的上限。但是慶幸的是總線仍然沒有過載，總線還可以正常收發(fā)數(shù)據(jù)，沒有引起B(yǎng)US OFF。但是對于一個安全可靠控制系統(tǒng)，這樣的警告是絕對不允許的。我們需要通過一些手段去避免這樣的問題出現(xiàn)，例如降低總線數(shù)據(jù)并發(fā)量，降低總線負(fù)載。

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