用于基金会现场总线的故障诊断方法及诊断电路与流程

1.本发明涉及用于基金会现场总线的故障诊断方法及诊断电路。


背景技术：

2.基金会现场总线，即foundation fieldbus，简称ff，在过程自动化领域得到广泛应用。ff现场总线仪表通讯技术是指多台仪表被连接在一个总线电缆上(简称网段)实现仪表通讯的技术，如图1所示，网段1表示总线电缆6和安装在一对rc终端器5之间的设备300。该技术优点在于大大节省电缆敷设量，数字化集中通讯及信号处理，但也相应存在缺点，当网段出现故障时，会使网段上多台仪表发生故障，对工艺操作影响范围较大。
3.而目前应对故障的方法一般是断电重启网段和使用供应商专用仪器(例如fbt6)对网段通讯进行测试，但发明人发现，以上排除故障的效果不佳，经常出现故障还是重复发生的情况。并且，目前的方法只能是在ff现场总线发生故障并影响对应的设备后进行排查，很难在事前进行预防。另外，ff现场总线网段长，排查故障工作存在故障点较难以确定、无法精准定位故障点、排查过程较繁琐等问题，且网段上仪表的运行也对排查工作造成一定阻碍。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基金会现场总线的故障诊断方法。
5.本发明的另一目的是提供一种用于基金会现场总线的诊断电路。
6.根据本发明一方面的一种基金会现场总线的故障诊断方法，所述基金会现场总线包括现场装置侧以及机柜侧，所述故障诊断方法包括：a.所述现场装置侧的网络通讯模块的总线端子保持连通供电，所述机柜侧的接线端子保持连通供电；万用表电路的电压档在一侧分别连接所述接线端子的“ ”端、
“‑”
端，另一侧连接机柜侧的接地，若得到的电压值大于所述基金会现场总线的基准电压，则为故障。
7.采用在线电压测量法，无需对网段进行断电，用万用表电路的电压档进行诊断测量操作，可对基金会现场总线的运行健康状况进行定期检测，保证设备正常在线运行的同时，高效完成诊断，可以在故障发生前起到预防作用，防止基金会现场总线的故障影响对应的设备运行，保证了对应生产设备的正常运行避免影响生产效率。
8.在所述的基金会现场总线的故障诊断方法的一个或多个实施例中，所述故障诊断方法还包括：b.若所述a判断为故障，所述现场装置侧的网络通讯模块的总线端子被断开，所述机柜侧的接线端子保持连通供电；万用表电路的电阻档在一侧分别连接所述总线端子的各个端，另一侧连接现场装置侧的接地；若得到的阻值为非开路阻值，则该网络通讯模块及分支回路存在故障，所述现场装置侧的网络通讯模块的分支端子回路被逐个断开，若某一分支端子回路被断开后得到的阻值为开路阻值，则该分支端子回路被诊断为故障；c.所述现场装置侧的网络通讯模块的总线端子被断开，所述机柜侧的接线端子被断开；万用表电路的电阻档在一侧分别连接所述总线端子的各个端，另一侧连接所述现场装置侧的接
地；d.所述现场装置侧的网络通讯模块的总线端子被断开，所述机柜侧的接线端子保持连通供电；万用表电路的电阻档在一侧分别连接所述接线端子的各个端，另一侧连接机柜侧的接地。
9.以上实施例的有益效果在于，通过采用离线电阻测量法，通过对网段断电，用万用表电路的电阻档进行诊断测量操作，在网段发生故障时，可以实现快速精准定位故障点，简化基金会现场总线的故障诊断过程，大大提高故障诊断效率，且可节约故障诊断成本，使故障诊断过程简单快速精准高效并大大提高了基金会现场总线的运行可靠性。
10.在所述的基金会现场总线的故障诊断方法的一个或多个实施例中，所述万用表电路的电压档在一侧串联第一电阻，该电压档的阻值与所述第一电阻的阻值之和大于或等于基金会现场总线规定的对地电阻阈值。
11.在所述的基金会现场总线的故障诊断方法的一个或多个实施例中，所述基金会现场总线规定的对地电阻阈值为20mω，所述电压档的阻值与所述第一电阻的阻值之和为21mω至101mω。
12.在所述的基金会现场总线的故障诊断方法的一个或多个实施例中，所述万用表电路为万用表，在所述b中，所述万用表的红色表棒分别连接所述总线端子的“ ”端、
“‑”
端、“s”端，所述万用表的黑色表棒连接现场装置侧的接地。
13.在所述的基金会现场总线的故障诊断方法的一个或多个实施例中，万用表电路为万用表，在所述d中，所述万用表测量所述接线端子的
“‑”
端与所述机柜侧的接地时，所述万用表带正电的表棒连接所述接线端子的
“‑”
端，带负电的表棒连接所述机柜侧的接地；所述万用表测量所述接线端子的“ ”端与所述机柜侧的接地时，所述万用表带负电的表棒连接所述接线端子的“ ”端，带正电的表棒连接所述机柜侧的接地。
14.根据本发明另一方面的一种用于基金会现场总线的诊断电路，包括：开关模块，分别与所述基金会现场总线的现场装置侧的网络通讯模块的总线端子、所述基金会现场总线的机柜侧的接线端子连接，以控制两者的断开或连通；诊断模块，包括万用表电路，包括电阻档所述电压档能够在一侧分别连接所述接线端子的“ ”端、
“‑”
端，另一侧连接所述机柜侧的接地。
15.在所述的诊断电路的一个或多个实施例中，所述电压档在一侧串联第一电阻，该电压档的阻值与所述第一电阻的阻值之和大于或等于基金会现场总线规定的对地电阻阈值。
16.在所述的诊断电路的一个或多个实施例中，所述基金会现场总线规定的对地电阻阈值为20mω，所述电压档的阻值与所述第一电阻的阻值之和为21mω至101mω。
17.在所述的诊断电路的一个或多个实施例中，所述万用表电路还包括电压档；所述电阻档能够在一侧分别连接所述总线端子的各个端，另一侧连接现场装置侧的接地，和/或在一侧连接所述接线端子的各个端，另一侧连接机柜侧的接地。
附图说明
18.本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要
求的保护范围构成限制，其中：
19.图1为一实施例的基金会现场总线的结构示意图；
20.图2为一实施例的基金会现场总线的故障诊断方法的流程图；
21.图3为一实施例的基金会现场总线的故障诊断的结构示意图；
22.图4为另一实施例的基金会现场总线的故障诊断方法的流程图；
23.图5为另一实施例的基金会现场总线的故障诊断的结构示意图；
24.图6为一实施例的用于基金会现场总线的诊断电路的结构示意图。
25.图7为一种基金会现场总线的故障示意图。
26.附图标记：
27.100-现场装置侧，200-机柜侧，300-设备；
28.1-网段；
29.2-电源卡；
30.3-接线端子；
31.4-网络通讯模块；
32.5-rc终端器；
33.6-总线电缆；
34.7-万用表电路，71-红色表棒，72-黑色表棒；
35.8-对地电阻；
36.81-现场装置侧的接地，82-机柜侧的接地；
37.90-接线箱；
38.9-总线端子；
39.10-分支端子回路；
40.101-第一电阻，102-对地电阻；
41.400-开关模块，500-诊断模块。
具体实施方式
42.现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。
43.在随后的描述中，“左”、“右”、“中部”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”或者其他方位术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的
组合。
45.本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
46.参考图1至图3所示，在一个实施例中，基金会现场总线包括现场装置侧100以及机柜侧200，基金会现场总线的故障诊断方法的具体步骤可以是，包括：
47.现场装置侧100的网络通讯模块4的总线端子9保持连通供电，机柜侧200的接线端子3保持连通供电；万用表电路7的电压档在一侧分别连接接线端子3的“ ”端、
“‑”
端，另一侧连接机柜侧200的接地82，若得到的电压值大于所述基金会现场总线的基准电压，则为故障。
48.此处的“现场装置侧100”是指连接于基金会现场总线的设备300所在的一侧，如图1、图2、图4所示，现场装置侧100还包括总线端子9、分支端子回路10；而“机柜侧200”是指为设备300供电的基金会现场总线的电源卡2所在的一侧，如图1、图2、图4所示，机柜侧200还包括接线端子3，机柜侧200一般为机柜间。
49.此处的“万用表电路7”是指采用常用的电气装置“万用表”的原理电路构造的电路可以实现电阻、电流、电压的测量。
50.此处的“基准电压”指的是基金会现场总线在正常状态时的电压范围，发明人发现，即使是基金会现场总线正常状态时，由于扰动、测量精度等因素限制，电压档可能也会有读数，因此并不是电压值大于零即为故障，对应常用的万用表，发明人发现，电压基准值为1vdc，即当测得1vdc以上稳定的电压时，不管阻值多少，都视为故障。当然，可以理解到，对于不同类型的基金会现场总线以及使用环境，以及不同的万用表电路，基准值可以是不同的，具体的基准值可以通过试验得到。
51.在一些实施例中，万用表电路7为万用表，参考图3所示，采用万用表对基金会现场总线进行故障诊断的相对应的具体步骤可以是：
52.如图3所示，理论设计基金会现场总线网段1的“ ”、
“‑”
两端对地电阻8悬空为开路，所以当测量接线端子3的“ ”端与机柜侧的接地82、
“‑”
端与机柜侧的接地82时，电压值均为0vdc。而假设当
“‑”
端出现对地电阻8时，
“‑”
端电位被引到接地，此时测量机柜侧的接地82与接线端子3的“ ”端电压就相当于测量接线端子3的“ ”、
“‑”
两端被对地电阻8压降的电压；同样的，假设当“ ”端出现对地电阻8时，“ ”端电位被引到接地，此时测量机柜侧的接地82与接线端子3的
“‑”
端电压就相当于测量接线端子3的“ ”、
“‑”
两端被对地电阻8压降的电压。测量接线端子3的“ ”、
“‑”
两端供电电压后，再分别测量接线端子3的“ ”、
“‑”
两端与机柜侧的接地82的电压，进行对比。“ ”、
“‑”
两端与机柜侧的接地82的电压越大、越接近供电电压，说明“ ”、
“‑”
两端的对地电阻8越小，可能存在对地短路，即该回路存在故障。
53.虽然在基金会现场总线工程技术指南中，规定“ ”、
“‑”
两端对地电阻8≥20mω都处于正常范围，但发明人发现，当出现例如图7所示故障时，虽然对地电阻≥20mω，但实际回路存在≤20mω的故障电阻。因此发明人发现，在保持供电的情况下很难通过电阻值测量的方式测量得到，而需要通过电压档的测量进行故障诊断。且需要先得到基准电压，当测量得到的电压值大于基准电压，即判定存在故障。
54.采用以上实施例的有益效果在于，可以在基金会现场总线日常运行时进行，而无
需断电、可以在日常运行时定期进行步骤a，若步骤a检测出故障，则再找出具体的故障点。
55.以上实施例采用在线电压测量法，无需对网段进行断电，用万用表电路的电压档进行诊断测量操作，可对基金会现场总线的运行健康状况进行定期检测，保证设备正常在线运行的同时，高效完成诊断。大大提高故障诊断效率，且可节约故障诊断成本，使故障诊断过程简单快速精准高效并大大提高了基金会现场总线的运行可靠性。
56.参考图4以及图5所示的，在一些实施例中，当通过a得到基金会现场总线存在故障，可以通过以下步骤找出具体故障位置：
57.b.现场装置侧100的网络通讯模块4的总线端子9被断开，机柜侧200的接线端子3保持连通供电；万用表电路7的电阻档在一侧分别连接总线端子9的各个端，另一侧连接现场装置侧100的接地81；若得到的阻值为非开路阻值，则该网络通讯模块及分支回路存在故障。此处的“分支回路”，指的是所有分支端子回路10的总称。现场装置侧100的网络通讯模块4的分支端子回路10被逐个断开，若某一分支端子回路10被断开后得到的阻值为开路阻值，则该分支端子回路10被诊断为故障。
58.c.现场装置侧100的网络通讯模块4的总线端子9被断开，机柜侧200的接线端子3被断开；万用表电路7的电阻档在一侧分别连接总线端子9的各个端，另一侧连接现场装置侧100的接地81。
59.d.现场装置侧100的网络通讯模块4的总线端子9被断开，机柜侧200的接线端子3保持连通供电；万用表电路7的电阻档在一侧分别连接接线端子3的各个端，另一侧连接机柜侧200的接地82。
60.此处的“开路阻值”指的是万用表电路中测量到的阻值为无穷大。此处需要留意“开路阻值”与基金会现场总线规定的对地电阻阈值的区别，例如一般基金会现场总线规定的对地电阻阈值为20mω，但这并非开路阻值，开路阻值为无穷大。此处的万用表电路与以上记载类似的，是指采用常用的电气装置“万用表”的原理电路构造的电路可以实现电阻、电流、电压的测量。例如此处万用表电路7可以是万用表，也可以是兆欧表。
61.在一些实施例中，万用表电路7为万用表，参考图5所示，采用万用表对基金会现场总线进行故障诊断的相对应的具体步骤可以是：
62.b.到现场装置侧100的接线箱90中拔掉网络通讯模块4的总线端子9，使网段1断电。使用万用表的电阻档，将万用表的红色表棒71分别连接总线端子9的“ ”端、
“‑”
端、“s”端，万用表的黑色表棒72连接现场装置侧100的接地81，分别测量总线端子9的“ ”端与现场装置侧的接地81、
“‑”
端与现场装置侧的接地81、“s”端与现场装置侧的接地81之间的对地电阻8，阻值应均为无穷大，表示正常；如测得的阻值并非无穷大，则说明存在对地短路，此时测得的对地电阻8就是网段1发生故障而存在的不正常的对地电阻，需要进一步检查。保持万用表测量故障对地电阻8的同时，逐个拔掉网络通讯模块4上的分支端子回路10，直至某个分支端子回路10拔掉后，对地电阻8的阻值为无穷大时，可以判断此分支的回路存在对地短路影响着整个网段1，进而再针对性的对此单个分支回路进行排查，如此大大简化整个故障排查过程，对故障点精准定位，简单易操作。
63.c.当网络通讯模块4的所有分支端子回路10均正常，则需要进一步测量总线回路的对地电阻8。此时，需要到机柜间，即机柜侧200，断开接线端子3，测量现场装置侧100的总线端子9的“ ”端与现场装置侧的接地81、
“‑”
端与现场装置侧的接地81、“s”端与现场装置
侧的接地81之间的对地电阻8，如测得阻值均为无穷大，表示总线回路正常，反之则表示总线存在故障，需要排除。
64.d.若现场装置侧100的总线端子9的测量还是正常，则需要测量机柜侧200，由于机柜侧200的回路带电，万用表的电阻档测量时表棒也带电。万用表测量接线端子3的
“‑”
端与机柜侧200的接地82时，需确保万用表带正电的表棒连接接线端子3的
“‑”
端，带负电的表棒连接机柜侧的接地82；万用表测量接线端子3的“ ”端与机柜侧的接地82时，万用表带负电的表棒连接接线端子3的“ ”端，带正电的表棒连接机柜侧的接地82。此时就能带电测出接线端子3的“ ”端对地与
“‑”
端对地的阻值，阻值为无穷大为正常。由于总线回路是在电源卡2上进行单点接地，所以此时测量接线端子3的“s”端与机柜侧的接地82时，电阻阻值应该≤2ω；如果测得机柜侧回路存在不正常，则需要检查机柜侧回路或更换电源卡2。
65.以上实施例采用离线电阻测量法，通过对网段断电，用万用表电路的电阻档进行诊断测量操作，在网段发生故障时，可以实现快速精准定位故障点，简化基金会现场总线的故障诊断过程，大大提高故障诊断效率，且可节约故障诊断成本。
66.参考图3所示，在一些实施例中，基金会现场总线的故障诊断方法的步骤a还可以包括，万用表电路7的电压档在一侧串联第一电阻101，该电压档的阻值与第一电阻101的阻值之和大于或等于基金会现场总线规定的对地电阻阈值。如此设置可保证万用表电路的使用安全、提高故障诊断的可靠性。其原理在于，万用表电路为万用表时，万用表调至电压档后，万用表的电阻为11mω左右，测量接线端子3的“ ”、
“‑”
两端与机柜侧的接地82之间的电压时不符合基金会现场总线网段电阻≥20mω的要求，测量时存在隐患可能导致接地82可能存在干扰信号通过测量回路窜入基金会现场总线影响正常通讯，因此，在万用表表棒中再串联一个≥10mω的电阻，改造成一个≥20mω的电压测量表，满足测量要求，确保故障诊断工作安全可靠。
67.如此设置保证故障诊断安全可靠的同时提高诊断效果。其原理在于，根据实验室测试及分析，万用表电压档回路的电阻为11mω左右(根据万用表型号品牌不同，阻值不一样)，万用表表棒可以串联10mω～90mω的电阻，形成21mω～101mω的万用表回路电阻，万用表中串联小于10mω电阻不符合要求，大于90mω的电阻将导致电压被压降极低，例如小于基准电压，无法分辨基金会现场总线对地电阻所对应的电压值，进而导致故障诊断结果无效。在避免电压的压降过低的前提下，串联的第一电路101的阻值应尽量大，如此可以避免一些突发状况，例如雷击等情况对诊断结果的干扰，使得诊断结果更为准确可靠。
68.承上所述的故障诊断方法，虽然上述方法采用的是万用表进行手动的诊断以实现上述方法，但也可以采用半自动或全自动的诊断电路实现上述的诊断方法，因此本技术还提供了一种用于基金会现场总线的诊断电路，将故障诊断方法的原理电路(万用表电路7)集成于诊断模块，其具体结构可以是，参考图1至图6所示，包括开关模块400、诊断模块500。开关模块400分别与基金会现场总线的现场装置侧100的网络通讯模块4的总线端子9、基金会现场总线的机柜侧200的接线端子3连接，以控制两者的断开或连通。诊断模块500，包括万用表电路7，包括电阻档和/或电压档。电阻档能够在一侧分别连接总线端子9的各个端，另一侧连接现场装置侧100的接地81，和/或在一侧连接接线端子3的各个端，另一侧连接机柜侧200的接地82。电压档能够在一侧分别连接接线端子3的“ ”端、
“‑”
端，另一侧连接机柜侧200的接地82。
69.如此设置的有益效果在于，实现基金会现场总线的故障诊断半自动或全自动开展，采用在线电压测量法，无需对网段进行断电，用万用表电路的电压档进行诊断测量操作，可对基金会现场总线的运行健康状况进行定期检测，保证设备正常在线运行的同时，高效完成诊断。采用离线电阻测量法，通过对网段断电，用万用表电路的电阻档进行诊断测量操作，在网段发生故障时，可以实现快速精准定位故障点，简化基金会现场总线的故障诊断过程，大大提高故障诊断效率，且可节约故障诊断成本。同时，若通过在线电压测量法诊断出基金会现场总线存在故障后，可继续采用离线电阻法快速定位出具体的故障点进行检修。使故障诊断过程简单快速精准高效并大大提高了基金会现场总线的运行可靠性。
70.在一些实施例中，电压档在一侧串联第一电阻101，该电压档的阻值与第一电阻101的阻值之和大于或等于基金会现场总线规定的对地电阻阈值。如此设置的有益效果在于，保证诊断电路工作的安全可靠。
71.在一些实施例中，如上所记载的，基金会现场总线规定的对地电阻阈值为20mω，所述电压档的阻值与所述第一电阻101的阻值之和为21mω至101mω，以保证故障诊断安全可靠的同时提高诊断效果。
72.如下为应用本技术技术方案成功实现基金会现场总线快速精准故障诊断的实例：
73.(1)采用离线电阻测量法的故障查找：在apu装置，一个网段经常性出现网段报警，仪表及调节阀故障，多次影响工艺运行。根据本发明诊断方法，顺利排查出一台压力变送器“ ”极对地短路影响着整个网段上的仪表。
74.(2)采用离线电阻测量法的故障查找：在乙烯分离装置，一个网段上出现所有仪表报警故障，经过本发明诊断方法，精准定位到一台停用设备上的温度变送器缺少维护进水；一根电缆正负极被胶带包裹塞在电缆桥架中。此一个网段中2处问题对整个网段影响很大。
75.(3)采用在线电压测量法的网段检测：苯乙烯装置，对全装置177个ff总线网段进行测试，检查出163个网段符合要求，14个网段存在对地短路现象。对14个隐患网段进行离线电阻测量法逐个排查，确保可靠性。
76.(4)采用在线电压测量法的网段检测：丁二烯装置，对全装置66个ff总线网段进行测试，检查出65个网段符合要求，1个网段存在对地短路现象。对1个隐患网段进行离线电阻测量法逐个排查，确保可靠性。
77.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。