工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行條件與辦公和其他商業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)相比有很大不同。在工業(yè)環(huán)境中，外部影響可能會(huì)將 PLC、網(wǎng)絡(luò)控制器和其他支持過(guò)程控制的儀器等靈敏電子設(shè)備損壞。這些外部工業(yè)影響分為兩大類：

1) 具有破壞性的環(huán)境條件，包括機(jī)械振動(dòng)、很大的溫度變化、高濕度以及化學(xué)品、粉塵以及其他物質(zhì)所引起的不良空氣質(zhì)量。這些條件可造成松動(dòng)或斷續(xù)連接的接頭、導(dǎo)體和接線盒中的腐蝕和/或阻抗的變化。

2) 來(lái)自各種來(lái)源的電氣干擾。斷路器在分?jǐn)喔吣芰侩娐窌r(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬變電壓。傳送帶和機(jī)械傳動(dòng)裝置會(huì)將電壓很高的靜電釋放到電子系統(tǒng)中。分支電路上的負(fù)載變化會(huì)使電源電壓產(chǎn)生波動(dòng)。還有可能有一些其他的電氣干擾來(lái)源。

兩種干擾都可能對(duì)終端器、輸入部件和電纜等系統(tǒng)部件產(chǎn)生臨時(shí)或永久性負(fù)面影響。結(jié)果常常是生產(chǎn)過(guò)程所依賴的毫伏信號(hào)的中斷。因此，避免潛在過(guò)程通訊問(wèn)題的發(fā)生，并通過(guò)使用示波器對(duì)工業(yè)數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和故障排查來(lái)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有問(wèn)題是十分重要的。

下面將集中介紹使用一種專門(mén)設(shè)計(jì)的新型工具（Fluke ScopeMeter® 125 工業(yè)手持示波表）對(duì) FOUNDATION Fieldbus 31.25 kb/s (H1) 網(wǎng)絡(luò)這一特定系統(tǒng)進(jìn)行的監(jiān)視。

（注意：Fluke 125手持示波表 不只限于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)總線 H1 網(wǎng)絡(luò)。）

故障排查步驟

當(dāng)手持示波表對(duì)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)進(jìn)行故障排查時(shí)，首先要嘗試對(duì)系統(tǒng)的最近變化進(jìn)行記錄：最近是否已將一些設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的某些部分?jǐn)嚅_(kāi)？在故障發(fā)生前不久，是否進(jìn)行了一些添加或改動(dòng)？確定哪些部分運(yùn)行正常，哪些部分運(yùn)行有問(wèn)題。記錄觀察到的結(jié)果并與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。調(diào)查是否一些干擾可被追溯到特定事件：電機(jī)起動(dòng)、閥門(mén)打開(kāi)、燈的接通等。下一步，進(jìn)行測(cè)量以深入探查網(wǎng)絡(luò)，了解網(wǎng)絡(luò)中正在發(fā)生的事情。仔細(xì)記錄每次測(cè)量：測(cè)量到了什么？測(cè)量的精確位置是什么？測(cè)量是在什么條件下進(jìn)行的？

首先，用手持示波表在干線的兩端進(jìn)行測(cè)量并比較結(jié)果。下一步，在干線上的一個(gè)或多個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量并比較結(jié)果。如果僅有一個(gè)設(shè)備有問(wèn)題，則在該設(shè)備附近進(jìn)行測(cè)量。如果多個(gè)設(shè)備有問(wèn)題，則試著確定是否存在一種問(wèn)題模式。如果存在一種模式，那么該模式的原因是否明顯？

如果最近進(jìn)行了改動(dòng)或添加了設(shè)備，則也要在這些位置處進(jìn)行測(cè)量。試著確定網(wǎng)絡(luò)的哪些網(wǎng)段（如果有）有問(wèn)題以及哪些網(wǎng)段沒(méi)有問(wèn)題。

多種測(cè)量可幫助找到偏差，從而幫助我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。這樣的測(cè)量包括：

? 導(dǎo)體中和導(dǎo)體之間的電容和電阻

? 正確的屏蔽和導(dǎo)體觸點(diǎn)

? 流信號(hào)電平

? 噪聲和信號(hào)質(zhì)量

使用 Fluke 125 ScopeMeter 手持示波表測(cè)試工具進(jìn)行的這些測(cè)量將在下面詳細(xì)討論。

Fluke 125手持示波表 是一種結(jié)構(gòu)緊湊的便攜式示波器和數(shù)字式萬(wàn)用表 (DMM) 組合工具，提供了用于對(duì)工業(yè)總線系統(tǒng)進(jìn)行故障排查的專門(mén)功能。Fluke 125手持示波表 通過(guò)電池供電，可進(jìn)行所謂浮置測(cè)量，在這種測(cè)量中，儀器的任何點(diǎn)都不處于地電位上。這種功能可確保保持網(wǎng)絡(luò)的浮置性質(zhì)，而其他示波器可能會(huì)通過(guò)其以地為參考的安全觸點(diǎn)或電源中的大電容而引入不需要的對(duì)地連接。這種連接可能會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)的完整性，很容易將通信阻斷。

Fluke 125 手持示波表可將屏幕存儲(chǔ)在內(nèi)置存儲(chǔ)器中。正如在本技術(shù)應(yīng)用文章中所介紹的（見(jiàn)后面），可將這些屏幕復(fù)制到報(bào)告中。所使用的儀表設(shè)置也將隨屏幕一起存儲(chǔ)，儀表還允許向復(fù)制的屏幕添加名稱。

測(cè)試連接

沿一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的大多數(shù)測(cè)量都需要將儀表通道 A（標(biāo)為“A”）的正輸入端和接地參考觸點(diǎn) (“COM”) 與總線的正導(dǎo)線和負(fù)導(dǎo)線相連。符合現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的電纜的最常見(jiàn)顏色標(biāo)識(shí)是正端為橙色，負(fù)端為藍(lán)色。

有時(shí)，手持示波表進(jìn)行故障排查需要測(cè)量某條導(dǎo)線的對(duì)地電壓。對(duì)于這種測(cè)量，可將屏蔽端作為接地參考觸點(diǎn)。但是，電纜的屏蔽端不應(yīng)與設(shè)備位置處的機(jī)箱或接地端相連。

請(qǐng)記住，現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)采用浮置接地。因此，兩條導(dǎo)線都不應(yīng)在系統(tǒng)中的任何一點(diǎn)與接地端相連。如果一次檢查發(fā)現(xiàn)了接地連接，則可將其視為可能的網(wǎng)絡(luò)故障來(lái)源。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)的布線與安裝技術(shù)規(guī)范，只能將電纜屏蔽端在控制室側(cè)的一段干線中接地一次。

在分支與干線相連的位置或在設(shè)備的接線端子處，很容易接觸到干線的導(dǎo)線。在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中通常使用的接線盒采用螺釘型端子。（參見(jiàn)圖 1）。在接線盒處進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不必對(duì)電纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改變。并且，很多接線盒上的示意圖和伴隨文字都清晰無(wú)誤地標(biāo)明了導(dǎo)線。

圖 1：帶有接線圖的一個(gè)典型 FOUNDATION 現(xiàn)場(chǎng)總線接線盒。

端子上的螺釘是與 STL120 屏蔽測(cè)試線探針和 TL75 參考導(dǎo)線接觸的很好位置。STL120 和 TL75 是 Fluke 125 Scopemeter 手持示波表的標(biāo)準(zhǔn)附件。（參見(jiàn)圖 2）。

圖 2：STL120（紅色）和 TL75（黑色）測(cè)試線是用于在 FOUNDATION 現(xiàn)場(chǎng)總線上進(jìn)行測(cè)試連接的主要工具。當(dāng)在總線上遇到嚴(yán)重噪聲時(shí)，嘗試使用帶彈簧夾的較短測(cè)試線（中間）。所有三種測(cè)試線都是 Fluke 125 Scopemeter 手持示波表的標(biāo)準(zhǔn)附件。

當(dāng)環(huán)境中存在嚴(yán)重噪聲干擾時(shí)，可使用帶彈簧夾的一條較短圓形導(dǎo)線（圖 2 中間）來(lái)降低記錄的噪聲。使用此測(cè)試線時(shí)，將彈簧夾夾到負(fù)端干線導(dǎo)線上。該較短測(cè)試線也是 Fluke 125手持示波表 的標(biāo)準(zhǔn)附件。

進(jìn)行測(cè)試連接的另外一種方法是使用 HC120 鉤夾選件（圖 3），它可將 STL120 探針鉤到電纜的導(dǎo)線上。另外一種連接方法是使用 TP88 探針（圖 4），它可用于探測(cè)導(dǎo)線入口處的螺釘端子。這些長(zhǎng)而細(xì)的針很容易接觸到因布滿導(dǎo)線而使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試探針難于接觸的點(diǎn)。

電纜檢查

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)停止運(yùn)行而問(wèn)題又難于發(fā)現(xiàn)時(shí)，常常要從檢查電纜開(kāi)始。問(wèn)題可能來(lái)自潮濕或不良空氣使電氣接頭受到腐蝕?；蛘?，也可能是由于振動(dòng)引起接頭斷續(xù)接觸。

圖 3：HC120 鉤夾

圖 4：TP88 探針

對(duì)新裝置進(jìn)行檢查時(shí)，在安裝分支線和設(shè)備之前，有必要對(duì)干線電纜進(jìn)行測(cè)試。為了避免干線電纜成為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題來(lái)源或新網(wǎng)絡(luò)中的潛在問(wèn)題來(lái)源，需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單測(cè)量?？梢允褂媒Y(jié)合到 Fluke 125 手持示波表中的數(shù)字式萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量電纜的電阻和電容。如果存在問(wèn)題，則使用這些測(cè)量功能可檢測(cè)到它們。

1.       手持示波表檢查干線電纜的第一步是測(cè)量各條導(dǎo)線與屏蔽端之間的電容。兩個(gè)值（導(dǎo)線 A 對(duì)屏蔽端和導(dǎo)線 B 對(duì)屏蔽端）應(yīng)大約相同，因?yàn)楦删€被認(rèn)為是完全對(duì)稱的。在進(jìn)行這些測(cè)量時(shí)，將電容值與所用電纜類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并將干線的長(zhǎng)度考慮在內(nèi)。（本技術(shù)應(yīng)用文章的附錄中提供了廠商電纜技術(shù)規(guī)格的一個(gè)例子。）

當(dāng) Fluke 125 手持示波表是最佳測(cè)試儀表時(shí)，測(cè)試時(shí)需將 TL75 測(cè)試線連接到控制室中的屏蔽連接器，并將 STL120 的正端分別與導(dǎo)線 A 和 B 相連。根據(jù)干線的長(zhǎng)度，電容讀數(shù)穩(wěn)定下來(lái)可能要用幾秒鐘時(shí)間。讀數(shù)穩(wěn)定后，將其記錄下來(lái)。

2.     下一步，通過(guò)將 TL75 連接到一條導(dǎo)線、將 STL120 的正端連接到另一條導(dǎo)線的觸點(diǎn)，來(lái)測(cè)量?jī)蓷l導(dǎo)線（A 和 B）之間的電容。記錄結(jié)果。

沒(méi)有獲得三個(gè)電容中任意一個(gè)電容的讀數(shù)可能表明該部分電路中發(fā)生了短路或斷線。不穩(wěn)定讀數(shù)可能表示接線盒中存在一個(gè)較弱的連接，它與干線的某一段只存在斷續(xù)接觸。

如果電容符合預(yù)期值，則在導(dǎo)線 A 與 B 之間的干線末端制造一個(gè)短路，然后在控制室一側(cè)來(lái)測(cè)量這些導(dǎo)線之間的電阻。這種測(cè)量應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)代表干線整個(gè)長(zhǎng)度上銅導(dǎo)線總電阻的讀數(shù)。將該讀數(shù)與電纜的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行比較，可揭示出干線上是否存在不良接頭。請(qǐng)記住，電纜技術(shù)規(guī)格可能給出單條導(dǎo)線的電阻，但此測(cè)試也測(cè)量返回路徑的電阻。

3.       下一步，取消干線末端處的短路，并測(cè)量導(dǎo)線 A 和屏蔽端之間以及導(dǎo)線 B 與屏蔽端之間的電阻。讀數(shù)應(yīng)該較高，在幾兆歐范圍內(nèi)。較低的數(shù)值表明與屏蔽端之間發(fā)生短路。短路可能由表面看似不重要的一些因素引起，如編制層上一條很細(xì)的導(dǎo)線與螺釘端子的附近位置接觸；或者可能是由于電纜有缺陷或接線盒中存在水分。

一旦您確信干線的所有電阻和電容值都符合預(yù)期以及電纜技術(shù)規(guī)格，則對(duì)分支線路進(jìn)行檢查。在新裝置上，這種檢查應(yīng)在初次連接和測(cè)試了每條分支線路之后進(jìn)行。在檢查完每條分支線路之后，重復(fù)前面的測(cè)試，以發(fā)現(xiàn)和糾正整個(gè)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤。如果所有檢查都順利完成，就可安全地將網(wǎng)絡(luò)加電。

電源電壓

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要適當(dāng)?shù)碾娫措妷骸２徽_的直流電源會(huì)引起各種個(gè)樣的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有時(shí)是連續(xù)的，有時(shí)是間歇的。

不正確的電壓可能會(huì)使設(shè)備無(wú)法一致地處理數(shù)據(jù)，頻繁斷開(kāi)和重新連接，并且可能根本不對(duì)控制器產(chǎn)生響應(yīng)。

由于電源電壓通過(guò)可能很長(zhǎng)的主網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分配，因此在系統(tǒng)中將會(huì)產(chǎn)生電壓降。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備所用的絕對(duì)最小直流電壓為 9 V，但最好提供更高的電壓。絕對(duì)最大電源電壓為 32 V。

Fluke 125 ScopeMeter 手持示波表測(cè)試工具可測(cè)量電源電壓，并自動(dòng)將其與一個(gè)上限值和一個(gè)下限值進(jìn)行比較。默認(rèn)情況下，這些限值被設(shè)定為 5.5 V 和 35.0 V。不過(guò)，用戶可在前面的屏幕菜單上來(lái)設(shè)置其他限值。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，選擇 9 V 作為最小值、選擇 32 V 作為最大值通?？身樌瓿晒ぷ鳌?/span>

圖 5：顯示總線狀況測(cè)試結(jié)果的 Fluke 125手持示波表 屏幕。

使用過(guò)程中，F(xiàn)luke 125手持示波表 將通過(guò)圖標(biāo)來(lái)指示測(cè)量的電壓是否在限值范圍內(nèi)：√ = 正常；X = 不正常。另外，當(dāng)讀數(shù)落在某個(gè)限值的一個(gè)特定百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)時(shí)，圖標(biāo)可能會(huì)變?yōu)橐粋€(gè)警告符號(hào) (!)。

圖 5 是對(duì)一個(gè) H1 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際總線狀況測(cè)試的屏幕。如果儀表識(shí)別出正在進(jìn)行進(jìn)行通訊，則活動(dòng)性指示燈就會(huì)閃爍。

第一行顯示了偏置電壓。“√”(OK) 表示直流電源電壓 (27.7 V) 在限值范圍內(nèi)：9.0 V 和 32.0 V 之間。

Fluke 125 手持示波表與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字式萬(wàn)用表的不同之處在于，它可顯示最靠近測(cè)量是否有超出預(yù)設(shè)限值的危險(xiǎn)。換言之，在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，儀表將顯示最靠近下限值或上限值的一個(gè)值。

要將保持功能復(fù)位，按 Hold/Run（保持/運(yùn)行）鍵兩次，以保持和重新開(kāi)始測(cè)量。此操作會(huì)啟動(dòng)一個(gè)新的測(cè)量循環(huán)，所有結(jié)果字段中的值將被清除。

可將該儀表作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字式萬(wàn)用表或標(biāo)準(zhǔn)示波器使用。隨后，它就可以記錄瞬時(shí)電壓，以便識(shí)別出電源中的異常。另外，儀表還可以記錄總線上的電源電壓變化?？赏瓿蛇@種記錄的功能是 TrendPlot?，在儀表的用戶手冊(cè)中對(duì)它進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

圖 5 中第 4 行上的沙漏圖標(biāo)表示，在復(fù)制屏幕畫(huà)面的那一刻正在進(jìn)行一個(gè)上升時(shí)間測(cè)量。該圖標(biāo)的旁邊是上一次測(cè)量的結(jié)果以及此上升時(shí)間用來(lái)進(jìn)行比較的限值。在此應(yīng)用中，高達(dá) 8 μs 被視為是可以接受的。正在進(jìn)行的時(shí)間跨度上某個(gè)限值的電壓讀數(shù)。該儀表具有一個(gè)保持功能，可幫助安裝和維護(hù)人員確定電源.

由于基于銅的電阻和歐姆定律而存在不可避免的電壓降，因此干線末端附近設(shè)備的電源電壓要低于離電源較近的設(shè)備的電源電壓。在總線上的各個(gè)連接處進(jìn)行偏置電壓測(cè)量可發(fā)現(xiàn)中斷問(wèn)題，如不良接頭。對(duì)干線布局的良好了解有助于故障排查人員發(fā)現(xiàn)哪個(gè)連接點(diǎn)/分支線存在故障。

在 H1 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，干線上的最大電纜長(zhǎng)度為 1900m。對(duì)于由 AWG 18（直徑 1 mm，或每條導(dǎo)線的截面積為 0.79 mm2）導(dǎo)線制作的雙絞線電纜，必須將導(dǎo)線 of 2.26 Ω/100m 的電阻考慮在內(nèi)，當(dāng)然，對(duì)于一條雙線電纜來(lái)說(shuō)，電阻將變?yōu)?4.52 Ω/100m，在干線的最大長(zhǎng)度上兩條導(dǎo)線的總電阻將達(dá)到 86 Ω。

如果只在干線末端連接了一個(gè)吸收 25 mA 的設(shè)備，則該設(shè)備本身會(huì)在干線電纜上引起 2.2 V 的電壓降。沿線路連接有多個(gè)設(shè)備時(shí)，因電源電流消耗而產(chǎn)生的電壓降會(huì)在一些設(shè)備上表現(xiàn)出良好電壓和不良電壓的差別。

表 1（圖 6 的后面）列出了針對(duì)圖 6 中的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出的電源電壓，該圖顯示了帶有有限個(gè)設(shè)備的一條全長(zhǎng)度干線。在新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)進(jìn)行相似的計(jì)算以確定電纜類型和所需的電源。

圖 6：計(jì)算因連接的設(shè)備和它們離電源的距離所產(chǎn)生的電壓降。

表 1：針對(duì)圖 6 中的進(jìn)行的供電電壓計(jì)算。

對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)，如果裝置檔案中包含一些“現(xiàn)成的數(shù)據(jù)”，其中包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和關(guān)于系統(tǒng)的物理布局和電纜長(zhǎng)度方面的信息，則應(yīng)將這些數(shù)據(jù)保留在手邊，以作為故障排查過(guò)程中的輔助工具。任何與現(xiàn)成數(shù)據(jù)的偏差都是電纜及接頭質(zhì)量的第一種指示，會(huì)幫助故障排查人員找到故障連接的位置。

由于電流（負(fù)載）波動(dòng)是不可避免的，因此在選擇電源和電壓時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)將電源的滿負(fù)載輸出電壓作為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮電源調(diào)節(jié)裝置中的電壓降。

信號(hào)電平信號(hào)電平作為交流波形的峰-峰值幅度進(jìn)行測(cè)量。它與網(wǎng)絡(luò)干線的阻抗直接相關(guān)，任何與標(biāo)稱阻抗的偏差都會(huì)影響信號(hào)電平大小。

不正確阻抗的一個(gè)常見(jiàn)原因是使用了過(guò)少或過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)終端器。每個(gè)干線網(wǎng)段的終端器多于或少于 2 個(gè)都會(huì)因阻抗以及反射和失真等原因而導(dǎo)致不正確的信號(hào)幅度。

第三個(gè)終端器會(huì)引起大約 3 dB (-30 %) 的信號(hào)衰減。終端器缺失或斷開(kāi)會(huì)導(dǎo)致幅度超過(guò)標(biāo)稱值高達(dá) 60 %。

較長(zhǎng)的電纜也會(huì)使信號(hào)衰減。在 H1 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中常用的電纜會(huì)將信號(hào)衰減大約 0.3 Db/100m，或在 1900m 干線的總長(zhǎng)度上衰減 5.7 dB。5.7 db 的衰減值意味著對(duì)于在電纜一端注入的每伏特信號(hào)，在電纜的另外一端不會(huì)得到超過(guò) 520 mV 的信號(hào)。

任何設(shè)備上的標(biāo)稱輸出信號(hào)幅度為 800 mVpp 至 900 mVpp。（其中“pp”代表“peak-to-peak”，即峰-峰值）。在網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)距離處，幅度可能會(huì)降低高達(dá) 50 % 而不會(huì)有任何出錯(cuò)危險(xiǎn)。

可將 Fluke 125手持示波表 配置為測(cè)量峰-峰幅度值，或測(cè)量與偏置電壓相比的低電平或高電平偏移。就像在前面所介紹的直流電壓測(cè)量那樣，F(xiàn)luke 125 手持示波表將實(shí)際讀數(shù)與預(yù)設(shè)限值進(jìn)行比較，并同實(shí)際讀數(shù)一起在屏幕上顯示，從而清晰指示出讀數(shù)是好還是差。

最常見(jiàn)的測(cè)量是峰-峰幅度測(cè)量。參見(jiàn)圖 7。儀表用戶可將讀數(shù)讀數(shù)與內(nèi)置的默認(rèn)電平值進(jìn)行比較，也可以輸入一個(gè)用戶定義電平。當(dāng)將限值設(shè)置為默認(rèn)值以外的一個(gè)值時(shí)，文本顯示屏上會(huì)顯示一個(gè)星號(hào) (*)，如圖 7 中“Vbias”行所示。

在進(jìn)行故障排查時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)點(diǎn)處檢查信號(hào)電平，以確定電平值是否合理。尋找幅度偏差的模式。例如，某個(gè)接線盒一側(cè)處的突然變化是一種“嚴(yán)重警告”，表明存在硬件故障。

如果某個(gè)設(shè)備看上去帶來(lái)了問(wèn)題，則在接線盒的各側(cè)進(jìn)行測(cè)量：進(jìn)入的干線、離開(kāi)的干線和分支線。此處不應(yīng)存在信號(hào)電平或電源電壓上的差別。

另外，在分支線的設(shè)備端獲取一個(gè)讀數(shù)，并將此讀數(shù)與在接線盒處記錄的讀數(shù)進(jìn)行比較。在發(fā)送模式中，設(shè)備應(yīng)生成 800 mVpp 至 900 mVpp 范圍內(nèi)的一個(gè)信號(hào)。高于 1000 mVpp 的信號(hào)表明干線網(wǎng)段的端接不正確。

通常，根據(jù)與發(fā)送器之間的距離，250 mV 至 950 mV 范圍內(nèi)的信號(hào)是可以接受的。低于 250 mVpp 的信號(hào)可能會(huì)引起現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要進(jìn)一步檢查。

圖 7：用于改變?cè)囼?yàn)限值的設(shè)置屏

信號(hào)質(zhì)量和噪聲

在一般的術(shù)語(yǔ)中，總線上的信號(hào)被稱為“數(shù)字信號(hào)”，似乎它們是瞬時(shí)完成從低到高的狀態(tài)改變的。實(shí)際并不是這種情況。對(duì)于某些類型的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)變的速度要求很高。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)轉(zhuǎn)變速度的要求不是那么高。但是，轉(zhuǎn)變速度過(guò)慢可能最終會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)變時(shí)間較長(zhǎng)，脈沖的平坦頂部和底部不會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。出于這個(gè)原因，F(xiàn)luke 125 手持示波表可記錄脈沖的上升和下降時(shí)間，并顯示出是否時(shí)間在預(yù)設(shè)或用戶定義的限值范圍內(nèi)。

過(guò)慢的邊沿轉(zhuǎn)變可能表明干線網(wǎng)段過(guò)長(zhǎng)，指定的電纜不正確或已損壞，或者某個(gè)終端器已斷開(kāi)或缺失。檢查信號(hào)的轉(zhuǎn)變時(shí)間會(huì)揭示出此參數(shù)沿網(wǎng)絡(luò)存在的偏差，因此有助于發(fā)現(xiàn)硬件故障。

脈沖過(guò)沖也是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中超過(guò)技術(shù)參數(shù)的阻抗的一種指示。終端器斷開(kāi)或缺失或接線不正確可能會(huì)引起這種異常。因此，發(fā)生過(guò)度過(guò)沖時(shí)，需對(duì)硬件進(jìn)一步監(jiān)視。

如果網(wǎng)絡(luò)從其他設(shè)備接收到噪聲，則可能會(huì)引起信號(hào)的保真度降低，并以波形上產(chǎn)生噪聲和邊沿不穩(wěn)定的形式表現(xiàn)出來(lái)。這種不穩(wěn)定常常被稱為“抖動(dòng)”，它表明邊沿的轉(zhuǎn)變不是與系統(tǒng)定時(shí)精確相符。過(guò)多的抖動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致通訊損失。

波形檢查

Fluke 125 手持示波表所提供的另外一個(gè)分析功能是使用眼圖模式來(lái)目視檢查總線上的信號(hào)。選擇了該模式后，F(xiàn)luke 125 手持示波表的屏幕將顯示總線上交流信號(hào)的波形。眼圖在屏幕上采用了一種長(zhǎng)時(shí)間余輝模式。在用戶決定清除屏幕或改變儀表的操作模式之前，任何繪制的曲線都會(huì)保留在屏幕上。

這種專用的示波器模式可使用戶深入探查總線活動(dòng)性以及總體信號(hào)質(zhì)量。（當(dāng)然，要使示波器記錄下曲線，總線上需要具有活動(dòng)性。）

慢速改變的邊沿不一定表明存在網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，但如果轉(zhuǎn)變速度存在較大偏差，則需要進(jìn)一步調(diào)查其原因。

如果僅偶然捕獲到一個(gè)具有明顯不同波形的曲線，則可能是因?yàn)槟硞€(gè)設(shè)備存在硬件問(wèn)題，或者沒(méi)有正確為其供電。可通過(guò)對(duì)沿干線的幾個(gè)不同點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視并考慮進(jìn)正常信號(hào)衰減，來(lái)找到該設(shè)備的位置。

離進(jìn)行監(jiān)視的發(fā)送設(shè)備的距離越近，來(lái)自干擾設(shè)備的脈沖信號(hào)幅度就越大。

高電平和低電平的展寬可作為信號(hào)沿干線發(fā)生衰減的一個(gè)指示。信號(hào)電平的不一致分配可能表示網(wǎng)絡(luò)中存在不連續(xù)，或者某個(gè)設(shè)備正在生成幅度過(guò)低的信號(hào)。

圖 8：這些 Fluke 125手持示波表 屏幕顯示了軌跡是如何使用儀表的眼圖顯示模式在連續(xù)采集過(guò)程中形成的。

通過(guò)眼圖模式，也可對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的噪聲電平進(jìn)行分析。噪聲會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾，并破壞或中斷通訊。電纜屏蔽連接不良或斷開(kāi)會(huì)導(dǎo)致接收破壞性的噪聲電平。

安裝和布線

在存在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，安裝的網(wǎng)絡(luò)電纜要盡可能遠(yuǎn)離電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出電纜。與其他電纜相比，網(wǎng)路電纜更易受某些設(shè)備的電源電纜的影響。例如，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)之間的電纜就是過(guò)度噪聲的一個(gè)可能來(lái)源。

一旦噪聲被引入一個(gè)分支線路或一段干線，噪聲信號(hào)就很容易被傳輸，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由噪聲的方式，在網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)點(diǎn)處表現(xiàn)出來(lái)。這意味著，一個(gè)過(guò)度噪聲源不必與某個(gè)設(shè)備距離很近就會(huì)對(duì)該設(shè)備造成影響，使其產(chǎn)生通訊問(wèn)題。

圖 9（捕獲的另外一個(gè)屏幕）顯示了存在一些噪聲的總線信號(hào)。在此情況下，在屏幕的中間檢查噪聲電平，或在屏幕的左側(cè)檢查基準(zhǔn)電平（就位于“A”軌跡標(biāo)識(shí)的下面）。這段波形代表就在捕獲任何數(shù)據(jù)包之前的總線上的穩(wěn)態(tài)電壓。由于此處的線路相對(duì)平靜，因此，這一點(diǎn)上的信號(hào)幅度是對(duì)總線上噪聲電平的很好指示。

由于無(wú)法針對(duì)可接受數(shù)值和特定錯(cuò)誤指定清晰限值，因此噪聲信號(hào)的分析必定會(huì)具有一定的主觀性。此外，嚴(yán)重的總線噪聲也是產(chǎn)生通訊錯(cuò)誤的一個(gè)可能原因。下面是一些指南：

?噪聲電平小于 50 mVpp 的一個(gè) 800 mVpp 信號(hào)是一個(gè)近于理想的信號(hào)。

?僅為 500 mVpp 的信號(hào)電平上具有大于 100 mVpp 的噪聲信號(hào)可能會(huì)引起頻繁通訊故障。

數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論

進(jìn)行完這里所述的測(cè)試之后，通過(guò)將收集到的數(shù)據(jù)匯集到一起并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，可得出關(guān)于網(wǎng)絡(luò)上正在發(fā)生的情況以及薄弱點(diǎn)在何處的結(jié)論。有時(shí)，對(duì)可用的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析將會(huì)提出另外的問(wèn)題，這些問(wèn)題隨后可作為執(zhí)行附加測(cè)試的基礎(chǔ)，使檢查人員更加接近于找到網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的解決方法。

附錄

電纜特性舉例

用作 Fluke 125手持示波表 內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線默認(rèn)設(shè)置的總線狀況限值，基于 IEC61158-2。

“Foundation Fieldbus”是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)的一個(gè)商標(biāo)。所有商標(biāo)均為其合法擁有者的財(cái)產(chǎn)。