CN112180906A - 一种故障自诊断的通讯系统及其故障自诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障自诊断的通讯系统及其故障自诊断方法，系统包括MCU，与MCU连接的完全集成式隔离数据收发芯片，与完全集成式隔离数据收发芯片连接的保护电路，以及与MCU连接的通讯故障自诊断脱离电路；通过MCU连接完全集成式隔离数据收发芯片、通讯故障自诊断脱离电路，完全集成式隔离数据收发芯片连接保护电路，达到了在现场总线上的所有节点内置自诊断逻辑，当由于通讯节点的通讯线路有问题时，通讯节点会自动的从总线上脱离，避免整个总线的瘫痪，极大的提高系统可靠性。故障自诊断方法可以实现故障节点在出现故障时，能够自动从现场总线网络中脱离，不影响其余正常的设备，并且能够自动判断并确认故障。
Description
技术领域
本发明涉及总线诊断技术领域，尤其涉及一种故障自诊断的通讯系统及其故障自诊断方法。
背景技术
在当前技术中，485通讯节点的通讯线路直接将485通讯接口芯片连接到485现场总线(如图1所示)，部分线路为了提高可靠性会增加保护电路部分后再连接到通讯总线，但当485节点出现故障后，任何一个节点无法知道自己是否是故障节点，也无法自动的将故障节点从现场总线上脱离，造成整个485网络的瘫痪。在另一方面，很多485节点的损坏可能是由于静电，雷击等原因造成。正常的485节点在完成一次通讯后，会在MCU的控制下退出通讯过程，释放通讯总线，以便其他的485节点可以使用通讯总线进行通讯。而很多485节点损坏的症状是：该节点的输出不再受通讯节点的MCU控制，该节点长期或者随机的占用通讯总线，造成其他的485节点的通讯无法进行或受到干扰，引起整个现场总线网络的不正常甚至崩溃。
传统的通讯节点的设计，没有对上述问题进行很好的处理，只加了防损坏的保护电路，并没有针对损坏后的485节点进行自动的处理，当出现这种情况时，用户只能靠人工去排查故障节点，由于所有的485节点是并联在现场总线上的，需要一一排除，因为有时候可能损坏几个节点，损坏的节点的数量和位置都是位置的，工作量非常大，排除故障的方法也非常繁琐，会极大地影响生产的快速恢复。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了满足上述要求，本发明的目的在于提供一种故障自诊断的通讯系统及其故障自诊断方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本申请实施例提出了一种故障自诊断的通讯系统，包括MCU，与MCU连接的完全集成式隔离数据收发芯片，与完全集成式隔离数据收发芯片连接的保护电路，以及与MCU连接的通讯故障自诊断脱离电路；
所述通讯故障自诊断脱离电路包括与MCU连接双刀双掷信号继电器，所述双刀双掷信号继电器的两个静触点与总线连接，所述MCU连接双刀双掷信号继电器的通电线圈串联有二极管；
所述完全集成式隔离数据收发芯片的型号为ADM2587E，所述完全集成式隔离数据收发芯片的A引脚、B引脚与保护电路连接，所述保护电路的输出端连接于双刀双掷信号继电器的两个动触点。
在一个可能的实施方式中，所述双刀双掷信号继电器的两个静触点通过信号输出端子与总线连接。
在一个可能的实施方式中，所述保护电路包括共模电感器。
在一个可能的实施方式中，所述共模电感器的型号为B80S513N。
在一个可能的实施方式中，所述完全集成式隔离数据收发芯片的Y引脚连接于B引脚与共模电感器之间的节点。
在一个可能的实施方式中，所述完全集成式隔离数据收发芯片的Y引脚与A引脚连接。
在一个可能的实施方式中，所述完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端与MCU的使能输出端连接；所述完全集成式隔离数据收发芯片的使能发送端与MCU的使能接收端连接；所述完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端与MCU的数据发送端连接；所述完全集成式隔离数据收发芯片的数据发送端与MCU的数据接收端连接。
在另一方面，本申请实施例还提出了一种如上述任一项中所述的故障自诊断的通讯系统的故障自诊断方法，包括以下步骤：
利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点保持分离；
清除MCU产生的中断标志；
通过MCU将完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端保持低电压、使能发送端保持高电压，保证完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端和数据发送端同时保持工作；
通过MCU向完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端发送指定信号；
判断MCU的数据接收端接受的数据是否与指定信号一致，若一致，则判断无异常，若不一致，则判断存在故障。
在一个可能的实施方式中，方法还包括，若检测到MCU的通用异步收发传输器产生最高优先级中断，则判断是否为BI或FE故障；
若是，则依次执行，利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点保持分离；清除MCU产生的中断标志；通过MCU将完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端保持低电压、使能发送端保持高电压，保证完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端和数据发送端同时保持工作；通过MCU向完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端发送指定信号；判断MCU的数据接收端接受的数据是否与指定信号一致，若一致，则判断无异常，若不一致，则判断存在故障；
若否，则结束流程。
在一个可能的实施方式中，所述则判断无异常的步骤包括，利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点连接；所述则判断存在故障的步骤包括，MCU启动报警指示灯并与总线保持断开连接。
相比于现有技术,本发明的有益效果在于：基于本申请提出的通信系统，通过MCU连接完全集成式隔离数据收发芯片、通讯故障自诊断脱离电路，完全集成式隔离数据收发芯片连接保护电路，达到了在现场总线上的所有节点内置自诊断逻辑，当由于通讯节点的通讯线路有问题时，通讯节点会自动的从总线上脱离，避免整个总线的瘫痪，极大的提高系统可靠性。本申请提出的故障自诊断方法可以实现让故障节点在出现故障时，能够自动的从现场总线网络中脱离，实现了系统出现故障后，不影响其余正常的设备，并且能够自动判断并确认故障，减少用户排查故障的工作量，提高工厂自动化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的485通讯节点的通讯线路的电路连接示意图；
图2为本发明实施例提出的故障自诊断的通讯系统的电路原理图；
图3为本发明实施例提出的故障自诊断方法的具体实施例流程示意图；
图4为本发明实施例提出的故障自诊断方法的另一实施例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
参考图2，图2为本发明实施例提出的故障自诊断的通讯系统的电路原理图；一种故障自诊断的通讯系统，包括MCU，与MCU连接的完全集成式隔离数据收发芯片，与完全集成式隔离数据收发芯片连接的保护电路A，以及与MCU连接的通讯故障自诊断脱离电路B；
所述通讯故障自诊断脱离电路B包括与MCU连接双刀双掷信号继电器RELAY1，所述双刀双掷信号继电器RELAY1的两个静触点与总线连接，所述MCU连接双刀双掷信号继电器RELAY1的通电线圈串联有二极管D3，所述二极管D3可以起到保护元器件的作用，以保证电路稳定工作；
所述完全集成式隔离数据收发芯片的型号为ADM2587E，所述完全集成式隔离数据收发芯片的A引脚、B引脚与保护电路连接，所述保护电路A的输出端连接于双刀双掷信号继电器RELAY1的两个动触点。
所述保护电路A的输出端分别为RS485A、RE485B，可参考图示连接，具体地，所述双刀双掷信号继电器RELAY1的两个静触点通过信号输出端子J1与485总线连接。所述保护电路A包括共模电感器，所述共模电感器的型号为B80S513N，可有效抑制电磁干扰，保证信号的传输。
在一实施例中，所述完全集成式隔离数据收发芯片的Y引脚连接于B引脚与共模电感器之间的节点，所述完全集成式隔离数据收发芯片的Y引脚与A引脚连接，所述完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端RE与MCU的使能输出端连接，所述完全集成式隔离数据收发芯片的使能发送端DE与MCU的使能接收端连接,所述完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端RxD与MCU的数据发送端连接,所述完全集成式隔离数据收发芯片的数据发送端TxD与MCU的数据接收端连接。
参考图3，图3为本申请实施例提出的一种如上述所述的故障自诊断的通讯系统的故障自诊断方法的流程示意图，包括以下步骤：
步骤S101、利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点保持分离；
步骤S102、清除MCU产生的中断标志；
步骤S103、通过MCU将完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端保持低电压、使能发送端保持高电压，保证完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端和数据发送端同时保持工作；
步骤S104、通过MCU向完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端发送指定信号；
具体地，通过MCU将向U13的TXD脚发送的指定信号为0x55。
步骤S105、判断MCU的数据接收端接受的数据是否与指定信号一致，若一致，则判断无异常，若不一致，则判断存在故障。
其中，所述判断MCU的数据接收端接受的数据是否与指定信号一致的步骤包括检测MCU UART接收寄存器RXD脚的信号是否为：0x55。
在本实施例中，所述则判断无异常的步骤包括，利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点连接；所述则判断存在故障的步骤包括，MCU启动报警指示灯并与总线保持断开连接，即MCU启动报警指示灯，并保持本台设备的485线路为切断状态。
具体地，基于图2所示电路图，完全集成式隔离数据收发芯片(485通讯芯片)将MCU发出的通讯信号转换后经过保护电路A，再通过故障自诊断电路B连接到485总线。正常情况下当设备从485总线脱离后，芯片U13在RE信号使能时，RXD脚可以接收到TXD脚发送信号相同的信号。通讯系统中的节点设备开机过程会先进行一次自检，再进行接入总线操作，避免新设备接入即造成故障，自诊断原理如下：使用双刀双掷信号继电器realy1将通讯节点内部的485通讯线(RS485A、RE485B)从外部485总线上断开，并控制U13自发自收一段特殊字符0x55，通过比对从RXD脚接收到的字符和发送字符是否一致，来判断是通讯节点本身的通讯器件或线路是否正常，并在发现通讯节点本身出了问题后，保持通讯节点从总线的断开状态，并给出报警信号来防止由于本通讯节点的故障影响整个485通讯总线；自诊断没有问题的485通讯节点会自动的接入总线，以完成整个故障自诊断流程。
参考图4，图4为本申请实施例提出的一种故障自诊断方法的另一实施例流程示意图，在通信节点运行过程中，当通讯出现故障时，MCU的UART(通用异步收发传输器)会产生RLS中断(其中，UART RLS中断，为最高优先级中断，只要UART Rx输入产生4个错误条件(溢出错误OE、奇偶错误PE、帧错误FE以及间隔中断BI)中的任意一个，该位就会被置位。产生中断的UART Rx错误条件可通过查看U0LSR[4:1]来得到，当读取LSR时，中断就会被清除)，当检查到是由于的BI(Break interrupt)或者FE(framing error)中断引起的RLS中断时，通讯节点启动自诊断程序：使用双刀双掷信号继电器realy1将通讯节点内部的485通讯线从外部485总线上断开，并控制U13自发自收一段特殊字符0x55，通过比对从RXD脚接收到的字符和发送字符是否一致，来判断是通讯节点本身的通讯器件或线路出了问题，还是外部总线出了问题，并在发现通讯节点本身出了问题后，保持通讯节点从总线的断开状态，并给出报警信号来防止由于本通讯节点的故障影响整个485通讯总线；自诊断没有问题的通讯节点会再次自动的接入总线。
控制流程如下：若检测到MCU的通用异步收发传输器产生最高优先级中断，则判断是否为BI或FE故障；
若是，依次执行步骤S201-S207的步骤；
若否，则结束流程。
通过图3以及图4所示的步骤，实现了故障设备自动从现场总线脱离，避免了由于某一台或几台故障设备造成总线瘫痪，并影响其他设备的正常的通讯；由于故障设备通过自诊断检测出来故障，并降低了故障查找的难度，降低了对系统维护人员的要求；还能够减少用户处理故障所需要的时间，可以实现不停机的故障处理。
综上所述，基于本申请提出的通信系统，通过MCU连接完全集成式隔离数据收发芯片、通讯故障自诊断脱离电路，完全集成式隔离数据收发芯片连接保护电路，达到了在现场总线上的所有节点内置自诊断逻辑，当由于通讯节点的通讯线路有问题时，通讯节点会自动的从总线上脱离，避免整个总线的瘫痪，极大的提高系统可靠性。本申请提出的故障自诊断方法可以实现让故障节点在出现故障时，能够自动的从现场总线网络中脱离，实现了系统出现故障后，不影响其余正常的设备，并且能够自动判断并确认故障，减少用户排查故障的工作量，提高工厂自动化水平。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种故障自诊断的通讯系统，其特征在于，包括MCU，与MCU连接的完全集成式隔离数据收发芯片，与完全集成式隔离数据收发芯片连接的保护电路，以及与MCU连接的通讯故障自诊断脱离电路；
所述通讯故障自诊断脱离电路包括与MCU连接双刀双掷信号继电器，所述双刀双掷信号继电器的两个静触点与总线连接，所述MCU连接双刀双掷信号继电器的通电线圈串联有二极管；
所述完全集成式隔离数据收发芯片的型号为ADM2587E，所述完全集成式隔离数据收发芯片的A引脚、B引脚与保护电路连接，所述保护电路的输出端连接于双刀双掷信号继电器的两个动触点。
2.根据权利要求1所述的故障自诊断的通讯系统，其特征在于，所述双刀双掷信号继电器的两个静触点通过信号输出端子与总线连接。
3.根据权利要求1所述的故障自诊断的通讯系统，其特征在于，所述保护电路包括共模电感器。
4.根据权利要求3所述的故障自诊断的通讯系统，其特征在于，所述共模电感器的型号为B80S 513N。
5.根据权利要求4所述的故障自诊断的通讯系统，其特征在于，所述完全集成式隔离数据收发芯片的Y引脚连接于B引脚与共模电感器之间的节点。
6.根据权利要求5所述的故障自诊断的通讯系统，其特征在于，所述完全集成式隔离数据收发芯片的Y引脚与A引脚连接。
7.根据权利要求1所述的故障自诊断的通讯系统，其特征在于，所述完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端与MCU的使能输出端连接；所述完全集成式隔离数据收发芯片的使能发送端与MCU的使能接收端连接；所述完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端与MCU的数据发送端连接；所述完全集成式隔离数据收发芯片的数据发送端与MCU的数据接收端连接。
8.一种如权利要求1-7任一项中所述的故障自诊断的通讯系统的故障自诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点保持分离；
清除MCU产生的中断标志；
通过MCU将完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端保持低电压、使能发送端保持高电压，保证完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端和数据发送端同时保持工作；
通过MCU向完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端发送指定信号；
判断MCU的数据接收端接受的数据是否与指定信号一致，若一致，则判断无异常，若不一致，则判断存在故障。
9.根据权利要求8所述的故障自诊断方法，其特征在于，方法还包括，若检测到MCU的通用异步收发传输器产生最高优先级中断，则判断是否为BI或FE故障；
若是，则依次执行，利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点保持分离；清除MCU产生的中断标志；通过MCU将完全集成式隔离数据收发芯片的使能接收端保持低电压、使能发送端保持高电压，保证完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端和数据发送端同时保持工作；通过MCU向完全集成式隔离数据收发芯片的数据接收端发送指定信号；判断MCU的数据接收端接受的数据是否与指定信号一致，若一致，则判断无异常，若不一致，则判断存在故障；
若否，则结束流程。
10.根据权利要求8所述的故障自诊断方法，其特征在于，所述则判断无异常的步骤包括，利用MCU控制双刀双掷信号继电器使动触点与静触点连接；所述则判断存在故障的步骤包括，MCU启动报警指示灯并与总线保持断开连接。
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