阅读说明：本技术 基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法 (Fault point positioning and isolating method based on annular communication loop ) 是由 郎聪 王明俊 丁利 张柳 吴东 徐彪 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法,所述环形通讯回路是由一台主机以及多个通讯节点通过通讯线缆串接在一起形成；该环形通讯回路中各通讯节点的通讯接口处分别设置一分界开关,通讯节点通过对分界开关的控制进行故障诊断来实现故障点的定位及隔离。本发明能够在环路有断点的情况下、定位故障点位置并保证各通讯节点仍可正常通讯,在环路短路情况下、可快速定位故障点并进行隔离实现通讯恢复,减少检修时间,提高工作效率,降低现场损失,进一步提高通讯网络的可靠性以及环形通讯回路的抗故障能力。(The invention discloses a fault point positioning and isolating method based on a ring-shaped communication loop, wherein the ring-shaped communication loop is formed by connecting a host and a plurality of communication nodes in series through a communication cable; a boundary switch is respectively arranged at the communication interface of each communication node in the annular communication loop, and the communication nodes carry out fault diagnosis by controlling the boundary switch to realize the positioning and the isolation of fault points. The invention can position the fault point and ensure that each communication node can still normally communicate under the condition that the loop has a breakpoint, can quickly position the fault point and isolate the fault point to realize communication recovery under the condition of short circuit of the loop, reduces maintenance time, improves working efficiency, reduces field loss, and further improves the reliability of a communication network and the fault resistance of a loop communication circuit.)

基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法

技术领域

本发明涉及通讯网络故障分析处理技术领域，特别是一种通讯回路故障点的定位与隔离方法。

背景技术

随着工业控制对设备信息的依赖性愈来愈强，工业现场采用通讯联络的设备持续增多，通讯网络的故障也随之增加。作为承载通讯系统介质的通讯回路难免会出现各种故障现象，一旦故障将对整个工业现场控制产生严重影响，对故障点的定位与隔离是恢复通讯系统的重要步骤。但是目前缺乏简单、实用、工程上易于实现的故障快速定位并且隔离故障实现系统自恢复的方法，特别是针对环形通讯回路，一旦发生故障，环形通讯回路全部中断，难以保证通讯网络的可靠性和安全性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法，能够在单点故障的情况下，快速实现故障点的定位和隔离，使通讯系统快速恢复，进一步保证通讯网络的可靠与安全。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法，所述环形通讯回路是由一台主机以及多个通讯节点通过通讯线缆串接在一起形成；该环形通讯回路中各通讯节点的通讯接口处分别设置一分界开关，通讯节点通过对分界开关的控制进行故障诊断来实现故障点的定位及隔离。

上述基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法，所述方法具体包括以下步骤：

A.环形通讯回路建立后，主机向各通讯节点发送诊断模式广播指令询问其位置信息，得到各个通讯节点的位置地址；

B.主机轮询检查环形通讯回路是否发生故障，当环形通讯回路发生通讯中断超时时，进行故障类型判断；

C.当主机判断环形通讯回路发生断路故障时，主机分别从左接口和右接口向环形通讯回路中各通讯节点发送通讯交互命令，根据各通讯节点返回的报告确定断路故障位置和故障类型，进入步骤E；

D.当主机判断环形通讯回路发生短路故障时，分别从主机左接口和右接口执行断开相邻侧分界开关并通过相对侧向环形通讯回路汇总发送报告的形式进行短路点的定位与隔离，然后进入步骤E；

E.主机和各通讯节点各自在界面上显示故障点位置及故障类型信息，环形通讯回路中的数据交互不受影响。

上述基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法，步骤A具体包括以下步骤：

A1.主机按照通讯序列向第X个通讯节点发送断开左分界开关命令，其他通讯节点处于监听模式，第X个通讯节点断开左分界开关后发送断开响应，此时环形通讯回路中位于第X个通讯节点右侧的所有其他通讯节点均收到响应信息并保存；

A2.主机向第X个通讯节点发送断开右分界开关命令，其他通讯节点处于监听模式，第X个通讯节点断开右分界开关后发送断开响应，此时环形通讯回路中位于第X个通讯节点左侧的所有其他通讯节点均收到响应信息并保存；

A3.主机按照通讯序列重复步骤A1-A2，直到所有通讯节点分别进行了断开左分界开关和右分界开关后，各个通讯节点将获得自己在环形通讯回路中的物理位置；主机再根据各通讯节点反馈的信息确定各个通讯节点的位置地址。

上述基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法，步骤D具体包括以下步骤：

从主机左接口开始逐次断开各通讯节点的右分界开关，通过该通讯节点左侧接口向环形网络发送位置地址及断开状态报告，相邻通讯节点的右分界开关断开的时间间隔为t；直到主机右接口第一次收到有通讯节点发出的位置地址及断开状态报告，表明该通讯节点右侧发生短路；

然后从主机右接口逐次断开各通讯节点的左分界开关，通过该通讯节点的右侧接口环形网络发送位置地址及断开状态报告，相邻通讯节点的左分界开关断开的时间间隔为t；直到主机左接口第一次收到有通讯节点发出的位置地址及断开状态报告，表明该通讯节点左侧发生短路；此时完成短路点的定位与隔离。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过在通讯节点的通讯接口处增加分界开关来诊断通讯系统工作状态，实现稳定可靠的环形通讯，通讯节点的左右分界开关能够在环路有断点的情况下、定位故障点位置并保证各通讯节点仍可正常通讯，在环路短路情况下、可快速定位故障点并进行隔离实现通讯恢复，减少检修时间，提高工作效率，降低现场损失，进一步提高通讯网络的可靠性以及环形通讯回路的抗故障能力；适用于并联型多通讯节点的现场总线形式，例如：RS-485，CAN，Profibus；可适用于多通讯节点并联的单线总线、双线总线、多线总线协议。

附图说明

图1为本发明所述环形通讯网络的结构示意图；

图2为主机信号接口布置图；

图3为通讯节点信号接口布置图；

图4为本发明所述环形通讯网络发生单点短路故障时的数据流走向图；

图5为本发明所述环形通讯网络发生单点短路故障时进行故障诊断的第一状态图；

图6为本发明所述环形通讯网络发生单点短路故障时进行故障诊断的第二状态图；

图7为本发明所述环形通讯网络发生单点短路故障时进行故障诊断的第三状态图；

图8为本发明所述环形通讯网络发生单点短路故障时进行故障诊断的第四状态图；

图9为本发明所述环形通讯网络发生单点短路故障时进行故障诊断的第五状态图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法，用于实现对环形通讯回路中的故障进行定位与隔离。本发明所述的环形通讯回路是由一台主机以及多个通讯节点通过通讯线缆串接在一起形成，如图1所示。通讯节点承载通讯数据的采集、分析与处理，通讯节点设置有通讯接口，通讯线缆经过分界开关接到通讯接口，环形通讯回路中的数据通过通讯线缆在通讯节点与主机之间传输，环形通讯回路中通讯节点的总数量用Sum表示。

本发明中，主机设置有左接口和右接口，如图2所示。各通讯节点至少设置两个通讯接口，左侧通讯接口设置有左分界开关，如图3所示，左分界开关是指通讯节点面对环路时，左侧接入环形通讯回路网络的分界开关；右侧通讯接口设置有右分界开关，右分界开关是指通讯节点面对环路时、右侧接入环形通讯回路网络的分界开关。通讯节点通过对分界开关的控制进行故障诊断来实现故障点的定位及隔离，正常通讯状态下，各分界开关处于常闭状态。

本发明中各通讯节点的拥有唯一识别的协议地址，即通讯节点在环形通讯回路中进行正常通讯交互时，根据通讯协议，通讯节点应答时所用的地址信息。本实施例中，以大写英文字母A、B、C、D……X表示。

上述基于环形通讯回路的故障点定位与隔离方法具体包括以下步骤。

A.环形通讯回路建立后，主机向各通讯节点发送诊断模式广播指令询问其位置信息，得到各个通讯节点的位置地址。

首先，设定诊断模式下环形通讯网络的数据交互约定方式：首字符-第二个字符-第三字符段；其中首字符包括R、C，R是以协议地址为主地址的报告或响应，C是以协议地址为主地址的命令或动作，R/LA为以位置地址为主地址的报告或响应，C/LA为以位置地址为主地址的命令或动作；第二个字符包括D和C，D是断开命令，C是闭合命令；第三字符段包括XL、XR，XL为以协议地址为主地址的通讯节点的左分界开关，XR为以协议地址为主地址的通讯节点的右分界开关，iL为以协议地址为主地址的通讯节点的左分界开关，iR为以协议地址为主地址的通讯节点的右分界开关。

其次，在正常通讯状态下、主机向各通讯节点发送诊断模式广播指令，所有通讯节点进入诊断模式，进行各通讯节点位置地址的确定。

A1.主机按照通讯序列向协议地址为X的通讯节点发送断开左分界开关命令C-D-XL，其他通讯节点处于监听模式，协议地址为X的通讯节点断开左分界开关后，发送断开响应R-D-XL；此时环形通讯回路中位于协议地址为X的通讯节点右侧的所有其他通讯节点均收到响应信息并保存。本步骤中的通讯序列是指主机和通讯节点之间按照主从方式交互数据时，一轮按照通讯节点协议地址顺序进行数据交互的序列。

A2.主机向协议地址为X的通讯节点发送断开右分界开关命令C-D-XR，其他通讯节点处于监听模式，协议地址为X的通讯节点断开右分界开关后发送断开响应R-D-XR；此时环形通讯回路中位于协议地址为X的通讯节点左侧的所有其他通讯节点均收到响应信息并保存。

A3.主机按照通讯序列重复步骤A1-A2，直到所有通讯节点分别进行了断开左分界开关和右分界开关后，各个通讯节点将获得自己在环形通讯回路中的物理位置。协议地址为X的通讯节点成功收到断开左分界开关时响应的次数为NL，即表明协议地址为X的通讯节点左侧到主机的右接口有NL个通讯节点，从主机右侧到此通讯节点位置地址为NL+1，当协议地址为X的通讯节点收到断开右分界开关时的响应次数为NR，即表明协议地址为X的通讯节点右侧到主机的左侧接口有NR个通讯节点，即主机从左向右此通讯节点位置地址为NR+1,满足Sum＝NL+NR+1。

主机再根据各通讯节点反馈的信息确定各个通讯节点的位置地址。位置地址是指通讯节点的实际位置地址，为图1环形通讯回路中标识的通讯节点号用希腊小写数字序列表示ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、……sum表示。

本实施例中，进行各个通讯节点的位置地址获取的过程中，得到的断开各分界开关时各通讯节点是否收到断开响应的记录表如表1所示。表中第一列为各通讯节点的协议地址，第一行为各通讯节点发送的断开分界开关的命令，其他表格中，X表示发送断开指令的通讯节点为当前通讯节点，0表示未收到断开响应，√-表示收到断开响应。

表1

由表中数据可知，协议地址为B的通讯节点收到4个断开左分界开关的断开响应，可知该通讯节点从右到左有4个通讯节点，收到0个断开右分界开关的断开响应，可知该通讯节点从左到右有0个通讯节点，综合可知通讯网络中共有5个通讯节点，协议地址为B的通讯节点位于从左到右顺时针的第1个节位置，即协议地址为B的通讯节点的位置地址为i。其他通讯节点类推，由此可推出本实施例的环形通讯回路如图1所示。

B.主机轮询检查环形通讯回路是否发生故障，当环形通讯回路发生通讯中断超时时，进行故障类型判断。通讯中断超时是指通讯节点在正常数据交互时，约定的时间段内未成功进行通讯交互。故障类型的判断依据为：正常通讯时，主机的左右接口都可以接受数据，断路时单侧接口接收不到数据，短路时两侧接口都接收不到数据；也即，当主机的左右接口都可以接受数据说明通讯正常，当主机的单侧接口接收不到数据说明环路中存在断路故障，当主机的两侧接口都接收不到数据则说明环路中存在短路故障。

C.当主机判断环形通讯回路发生断路故障时，主机分别从左接口和右接口向环形通讯回路中各通讯节点发送通讯交互命令，根据各通讯节点返回的报告确定断路故障位置和故障类型，进入步骤E。

假设在环形通讯回路中发生了单一断路点，主机通过左接口向网络中的各个通讯节点发送通讯交互命令，发生断路故障通讯线缆右侧到主机左接口之间的所有通讯节点通讯正常，发生断路故障通讯线缆之后的通讯节点通讯中断，主机再切换到右接口发送通讯交互命令，发生断路故障通讯线缆左侧到主机右接口之间的所有通讯节点通讯正常，发生断路故障通讯线缆之前的通讯节点通讯中断，那么主机即可准确判断出故障位置。

本实施例中，假设在环形通讯回路中第ii号位置地址的通讯节点左侧发生单一断路点，如图4所示，那么，主机左接口向网络中通讯节点发送通讯交互命令，第ii号位置地址的通讯节点及它右侧到主机左接口之间的通讯节点通讯正常，之后的通讯节点通讯中断；主机再切换到右接口发送通讯交互命令，第iii号位置地址的通讯节点及这个通讯节点左侧到主机右接口的通讯节点通讯正常，第iii号位置地址的通讯节点之前的通讯节点通讯中断，此时主机即可判断出第ii号位置地址的通讯节点左侧到第iii号位置地址的通讯节点右侧发生断路故障。在此过程中，正常的数据交互不受到影响。

D.当主机判断环形通讯回路发生短路故障时，分别从主机左接口和右接口执行断开相邻侧分界开关并通过相对侧向环形通讯回路汇总发送报告的形式进行短路点的定位与隔离，然后进入步骤E。

本实施例中，假如在第ii号位置地址的通讯节点左侧到第iii号位置地址的通讯节点右侧发生短路故障，如图5所示。

主机左接口从第i号位置地址的通讯节点开始，在i*t时刻断开第i号位置地址通讯节点的右分界开关，如图5中所示的OPEN位置。其中t为故障诊断轮询间隔时间，即通讯中断时网络中每动作一个分界开关断开并发送位置及断开分界开关状态的请求包的时间间隔，也即相邻通讯节点的右分界开关断开的时间间隔。

通过第i号位置地址的通讯节点的左侧接口向环形网络发送位置地址及断开状态报告R/LA-D-iR，由于环形通讯回路的短路原因主机无法收到报告。在ii*t时刻断开第ii个位置地址通讯节点的右分界开关，如图6中所示的OPEN位置。

通过第ii号位置地址的通讯节点的左侧接口向环形网络发送位置地址及断开状态报告R/LA-D-iiR，由于环形通讯回路的短路原因主机无法收到报告。在iii*t时刻断开第iii个位置地址通讯节点的右分界开关，如图7中所示的OPEN位置。

通过第iii号位置地址通讯节点的左侧接口向环形网络发送位置地址及断开状态报告R/LA-D-iiiR，主机右接口第一次接到有通讯节点发出的位置及断开状态报告，表明第iii个位置地址通讯节点右侧发生短路，即刻发出命令C/LA-D-iiiR，将第iii号位置地址通讯节点的右分界开关断开隔离，同时短路点左侧的所有通讯节点均收到此命令。

但由于此刻短路点和它的右侧的通讯节点仍然为一体尚未隔离，所以并不知道已经找到短路点的情况，依然在诊断模式中等待约定的这一轮断开时间Sum*t，之后将进入断开通讯节点左侧分界开关的诊断序列。

通过上述步骤诊断后得到的短路故障断开右分界开关时各通讯节点是否收到断开响应的数据记录表如表2所示。表格中第一列为位置位置，第一行为断开状态报告，其余表格中的X表示发送断开指令的通讯节点为当前通讯节点，0表示未收到断开报告，√-表示收到断开报告。

表2

然后从主机右接口逐次断开各通讯节点的左分界开关，即从第Sum号位置地址通讯节点(从右往左逆时针第一号位置地址通讯节点)开始，在(Sum+i)*t时刻断开第Sum号位置地址通讯节点的左分界开关，如图8中所示的OPEN位置。

通过该通讯节点的右侧接口环形网络发送位置地址及断开状态报告R/LA-D-SumL，主机左接口由于短路点的原因无法收到任何数据。

如此按照位置地址依次断开各通讯节点的左分界开关，并发送相应的位置地址及断开状态报告，直到第(2Sum-ii+1)*t时刻断开第ii号位置地址通讯节点的左分界开关，如图9所示的OPEN位置。

由于短路点发生在第ii号位置地址通讯节点左侧和第iii号位置地址通讯节点右侧之间，主机左接口此时第一次收到有通讯节点发出的位置地址及断开状态报告，表明该通讯节点左侧发生短路；即刻发出命令C/LA-D-iiL，将第ii号位置通讯节点左侧断开隔离，同时短路点右侧通讯节点均收到此命令，即刻中断顺序断开左侧分界开关的动作序列，整个网络由于短路点的隔离，而进入正常能通讯的工作模式。

通过上述步骤诊断后得到的短路故障断开左分界开关时各通讯节点是否收到断开响应的数据记录表如表3所示。表格中第一列为位置位置，第一行为断开状态报告，其余表格中的X表示发送断开指令的通讯节点为当前通讯节点，0表示未收到断开报告，√-表示收到断开报告。

此时完成短路点的定位与隔离。

E.最后，主机和各通讯节点各自在界面上显示故障点位置及故障类型信息，环形通讯回路中的数据交互不受影响。

本发明通过通讯节点控制分界开关来诊断通讯系统工作状态，实现故障点快速定位和隔离，在单点故障的情况下，可实现通讯系统快速恢复，为检修人员维修做出指导，提高工作效率减少生产损失。