基于RS485 通訊協(xié)議的ACS 模塊網(wǎng)絡(luò)問題解決思路

劉玉盛 張鳳珍 張路

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

水性漆，由于它的環(huán)保，在當(dāng)今汽車行業(yè)使用越來越廣，保證水性漆的穩(wěn)定性要求越來越高。公司為了滿足噴涂機器人的水性漆儲漆罐模式，特引進某品牌的ACS 產(chǎn)品，它主要靠POS、TDC、PS 三個傳感器通過內(nèi)部計算，得出輸漆泵出口壓力的大小和流量，經(jīng)過RS485 網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，再經(jīng)過Dvicenet網(wǎng)絡(luò)傳遞到PLC，從而實現(xiàn)PLC 的監(jiān)控；同時由POS、TDC、PS 三個傳感器檢測通過內(nèi)部計算得出的壓力和流量，結(jié)合當(dāng)前控制模式，適當(dāng)調(diào)整AB 變頻器的輸出，控制泵頻，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出。ACS 控制原理示意圖1 如下：

圖1 ACS 控制原理示意圖

縱然ACS 的特性是穩(wěn)定輸出，但在項目調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，ACS 模塊在不同油漆模組使用條件下，均頻繁出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題，一個月內(nèi)出現(xiàn)網(wǎng)路問題累計超過69 次，故障時，網(wǎng)關(guān)上的紅色指示燈停止閃爍，綠色指示燈閃爍頻率變慢，油漆循環(huán)泵依然在運行，但現(xiàn)場員工在觸摸屏上無法看到正確的流量和壓力，油漆循環(huán)泵出口壓力和流量數(shù)據(jù)無法及時傳送到PLC 程序里，也即不能實現(xiàn)實時監(jiān)控，無法實時監(jiān)控相應(yīng)模組觀察電動泵泵出口壓力。每次處理問題時，都需要重新啟動ACS 模塊，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，同時，給員工造成了不必要的麻煩，為了盡快解決這一瓶頸，從以往網(wǎng)絡(luò)類似故障經(jīng)驗去分析潛在原因，利用人機料法環(huán)工具探討，頭腦風(fēng)暴法制定相關(guān)措施。

2 ACS 網(wǎng)絡(luò)故障分析及處理方式

團隊經(jīng)過頭腦風(fēng)暴，多次現(xiàn)場跟蹤，利用人機料法環(huán)工具進行了深度剖析，如圖2

圖2 人機料法環(huán)分析

最終，找出7 個以下末端因素，

1.電磁干擾

2.ACS 接地不良

3.總線網(wǎng)絡(luò)異常

4.網(wǎng)關(guān)問題

5.ACS RS485 端口問題

6.ACS 數(shù)量過多

7.ACS 芯片版本問題

2.1 電磁干擾

通過對電控柜的觀察發(fā)現(xiàn)電控柜的器件布局比較密集，柜內(nèi)元器件可能會干擾RS485 網(wǎng)絡(luò)，從而影響ACS 通訊網(wǎng)絡(luò)。

排查驗證方式：將對講機分別靠近ACS模塊、RS485 通訊模塊、現(xiàn)場循環(huán)泵，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對講機靠近現(xiàn)場的循環(huán)泵時，ACS 模塊反饋回來的數(shù)據(jù)會丟失，網(wǎng)絡(luò)故障出現(xiàn)。

為了消除這種可能的干擾，采取以下4措施作為驗證策略：①、將通訊電纜換成屏蔽雙絞線；②、ACS 上加抗干擾電磁環(huán)；③、加終端電阻；④、又將屏蔽雙絞線改為cc link；具體效果如表1：

表1 措施效果

2.2 ACS 接地不良

將原來串聯(lián)ACS 的接地改為并聯(lián)接地，使所有ACS 都能單獨接地，并確保ACS 模塊100%實現(xiàn)接地。經(jīng)過觀察，24 小時之內(nèi)，ACS 仍有報警。

2.3 Devicenet 網(wǎng)絡(luò)異常

考慮到RS485 模塊與PLC 之間的通訊是Devicenet 網(wǎng)，為排除Devicenet 網(wǎng)絡(luò)問題，采取了以下措施進行驗證：

a、將Devicenet 網(wǎng)網(wǎng)線更換成成預(yù)鑄接頭式網(wǎng)線，跟蹤5 小時，故障發(fā)生；

b、將Devicenet 網(wǎng)控制改為以太網(wǎng)控制方式。跟蹤發(fā)現(xiàn)，24 小時之內(nèi)發(fā)生3 次網(wǎng)絡(luò)故障

2.4 網(wǎng)關(guān)問題

針對網(wǎng)關(guān)潛在問題，主要從兩個角度分析，一是網(wǎng)關(guān)配置有問題，二是網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品有問題。對此，采取以下措施：1.從其他使用正常的工廠正在使用的網(wǎng)關(guān)配置導(dǎo)入到我們現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)，并對配置參數(shù)進行對比;2.將某默認(rèn)網(wǎng)關(guān)更換成泗博品牌的網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)故障依舊發(fā)生。

2.5 ACS 的RS485 網(wǎng)絡(luò)端口有問題

為排查ACS 上的RS485 網(wǎng)絡(luò)端口設(shè)計可能存在問題，將所有ACS 模塊上的RS485 通訊端口全部斷開，用萬用表測量不連接ACS模塊時的通訊電纜電壓，發(fā)現(xiàn)，在不帶負(fù)載的情況下，RS485 電壓正常。

同時，選擇在網(wǎng)絡(luò)正常時與網(wǎng)絡(luò)不正常時，分別測量ACS 模塊上的兩端接口對地電壓，得出：在網(wǎng)絡(luò)通訊正常時，ACS 模塊485 端口一端（A 端）對地電壓VA=3.08V，另一端（B 端）電壓為VA=0.91V，試驗測量如圖3、圖4 所示：

圖3 A 端測量結(jié)果

圖4 B 端測量結(jié)果

在有網(wǎng)絡(luò)故障時，ACS 模塊485 端口A 端對地電壓VA=4.58V，B 端對地電壓VB=0.55V，試驗測量如圖5、圖6 所示：

圖5 A 端測量結(jié)果

圖6 B 端測量結(jié)果

通過試驗對比，得出結(jié)論：排除網(wǎng)絡(luò)端口問題，問題鎖定在ACS 模塊上。

2.6 ACS 數(shù)量過多

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)配置為：

1#網(wǎng)關(guān):1#網(wǎng)關(guān)模塊下面帶19 個ACS模塊，數(shù)據(jù)大?。篒NPUT 120Bytes,OUTPUT 160Bytes.

2#網(wǎng)關(guān):2#網(wǎng)關(guān)模塊下面帶20 個ACS模塊，數(shù)據(jù)大?。篒NPUT 120Bytes,OUTPUT 160Bytes.

考慮到每個網(wǎng)關(guān)所帶的ACS 模塊數(shù)量過多，我們將兩個網(wǎng)關(guān)下的ACS 模塊分別用1個小RS485 小集線器，3 個大集線器，每個大RS485 集線器各帶幾個ACS 模塊，網(wǎng)絡(luò)分配示意圖7 如下：

圖7 改進后的網(wǎng)絡(luò)分配示意圖

實驗跟蹤72 小時后，網(wǎng)絡(luò)故障仍發(fā)生，但當(dāng)其中一個ACS 出現(xiàn)故障后，不會影響所有的ACS 模塊，哪臺ACS 模塊發(fā)生故障，就重啟哪臺ACS 即可，提高故障鎖定點的效率，減少響應(yīng)時間。

2.7 ACS 芯片版本問題

經(jīng)過團隊一系列的分析與試驗，故障仍未解決。我們最終懷疑ACS 模塊本身有bug，于是借助廠家提供相關(guān)資料，分析故障的原因在于，軟件開發(fā)者忽略了通訊在延遲情況下通訊指令處理，即主站發(fā)送指令給某個子站，子站迅速根據(jù)指令作出回應(yīng)，如接受收據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)，通訊本身是在納秒級的時間下完成，即便這樣高速度響應(yīng)，難免也會出現(xiàn)稍微延遲的情況，程序里面，主站根據(jù)規(guī)定好的時序，發(fā)送指令到某個子站，不做任何等待，隨即發(fā)送指令給第二個子站，此種情況下，很有可能發(fā)生“沖突”問題，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷。由此，聯(lián)系廠家，并得到廠家的幫助，升級ACS 芯片和網(wǎng)關(guān)配置軟件版本，ACS 芯片由原來的1.03 版本升級到1.04 版本，網(wǎng)關(guān)配置軟件由原來的1.01.001升級到1.01.005。軟件升級后，如出現(xiàn)子站相應(yīng)延遲的話，即等待N 個時序脈沖，N 個脈沖后，放棄接受子站回應(yīng)，發(fā)送通訊指令給下一子站。如此循環(huán)N 次后，如始終不能得到該站信息，即認(rèn)為是通訊故障。ACS 版本升級后，再沒出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障。如圖8 所示為升級后的版本：

圖8

3 結(jié)論

本文所闡述的主要是針對在項目調(diào)試階段所遇到的網(wǎng)絡(luò)故障問題，通過對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及故障現(xiàn)象剖析，利用魚骨圖分析方法篩選出7 個潛在問題進行不斷實驗和確認(rèn)，最終鎖定ACS 模塊軟件版本設(shè)計程序考慮不周全導(dǎo)致，通過對ACS 模塊版本升級，徹底解決了該網(wǎng)絡(luò)問題。本文針對ACS 出現(xiàn)問題梳理的一些問題處理思路，為今后處理devicenet以及以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)故障時提供參考。隨著工業(yè)環(huán)保要求的不斷提高，汽車行業(yè)使用水性漆噴涂必將成為主流噴涂工藝，從而對供漆設(shè)備的要求將越來越高，ACS 模塊的壓力和流量兩種運行模式確保了不同油漆不同設(shè)備所需運行的模式，可在流量模式下，穩(wěn)定流量輸出控制水性溶劑，流量根據(jù)泵出口的壓力大小實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而保證流量穩(wěn)定；又可在壓力模式下，穩(wěn)定壓力輸出控制水性油漆，壓力根據(jù)ACS 計算出來的流量大小實現(xiàn)閉環(huán)控制，保證噴涂設(shè)備填充壓力充足。實際上，在后續(xù)運行中，ACS 性能穩(wěn)定，集成式控制油漆循環(huán)泵的輸出壓力和流量，相信該模塊的今后推廣應(yīng)用中將會更加廣泛。