西门子Profibus地址浮动技术及应用

2016-08-24石立军

电气技术与经济 2016年2期

关键词：吊具主站浮动

石立军

（一汽-大众公司轿车二厂总装车间（长春））

西门子Profibus地址浮动技术及应用

石立军

（一汽-大众公司轿车二厂总装车间（长春））

本文是通过对EHB通讯故障的分析和处理，研究西门子EMSdriver系统地址浮动技术。2004年，一汽-大众建立二厂总装车间，采用当时最先进的西门子EMSdriver系统，该系统运行过程中，经常发生EHB通讯故障，该故障成为技术难题。第一阶段，维修工段工长组织大家对故障进行统计和科学分析，通过模拟故障等手段，归纳总结出正确处理故障思路和快速处理方法。第二阶段，配合西门子专家一起对EMS软件和硬件优化，使EHB通讯故障得到有效解决。故障分析和处理过程也是对EMS地址浮动技术的研究和理解过程，最后简化成一张地址浮动流程图表，使所有人都能非常清晰地理解EHB地址浮动的整个过程。

EHB；电动吊具小车 EMS；电动单轨控制系统 PRB；Profibus总线导轨放大模块；EHB通讯故障

1　引言

1.1课题研究背景

在一汽-大众公司汽车装配线上，较老的生产线采用悬链输送系统，即吊具挂在悬链上，驱动站带着吊具运动，这种方式存在现场噪声大，吊具定位差等缺点。二厂总装车间装配线采用西门子公司最新技术EMSdriver系统，可以实现柔性化生产，现场噪声非常小，可以根据工艺要求分段设定吊具运行速度，吊具定位精确高等优点。

随着汽车市场升温，二厂产能提升，生产节拍从100s/车提升到75s/车，到现在64s/车，电器故障非常突出，占总停台70% 而EHB电器故障占60%，车身线和车门线EHB经常报“707/811/F11”通讯故障，成为困扰我们的技术难题，针对EHB通讯故障，二厂总装维修经过一年半时间，终于在西门子专家支持下，将EHB通讯故障有效解决。

西门子EMSdriver系统是西门子下属的一个实验室研究出来，EMS控制器作为输送系统标准化设计的主要组成部分，在EHB和主站通讯方面，应用了新的设计理念，比如“地址浮动”和“拓扑表”控制，PLC程序编写方面，使用大量高级编程语言，部分的功能块加密处理，程序中注释不少是德语缩写，这给我们读程序带来很大障碍，只能通过它提供的目视化信息和变量表，分析其控制功能。

1.2EMSdriver系统简介

EMSdriver 采用西门子可编程控制器ET200S（IM151-7 CPU），为了保证EHB吊具和控制室主PLC通讯质量，轨道滑触线上安装了Power Rail Booster（PRB），用于提高Profbus信号电压幅值，满足EHB小车和主PLC通讯性能，LEUZE BCL21 扫码器能够记录每个吊具在整个轨迹位置，EMSdriver包括三个7段数码显示装置，2个用于显示状态和故障LED指示灯，有一个4通道远红外遥控器。EHB小车整个运行轨迹控制信息存储在每个小车拓扑表内，小车能根据拓扑点预先定义的指令，独立自动执行某一速度或定位功能等。主PLC可以知道轨道上所有小车信息，比如当前速度值，当前位置信息，功能组，故障信息，并将小车信息显示在操作面板上。

1.3EMSdriver系统主要硬件

EMS的硬件主要有以下几部分组成

1）EMS 控制器采用ET200S智能模块，IM 151-7 CPU带48KB的用户内存，以及存储S7程序的128KB微卡，4个数字量输入模块，4个数字量输出模块，三个串行RS485接口模块，分别用于变频器和扫码器通讯，一个模拟量输入模块，用遥控调节速度调节EHB速度。

2）EHB小车驱动部分采用 Lenze Motec8200系列2.2kW变频器，车身EHB采用两个变频器，车门分装EHB 采用一个变频器。

3）驱动电机使用BAUER 带离合器的1.5kW电机。

4）EHB小车位置检测和精确定位采用Leuze BCL21扫码器。

5）PRB 作为Profbus信号的放大专用器件，从电压5V放大到30V，应用于移动滑触线通讯方式，两个主站切换采用PRB-SWITCH。

6）其他，包括防撞开关，供电电路和数码显示部分。

7）主PLC采用西门子CPU416-3DP。

图1　车身EHB线总缆图

2　EHB通讯故障的分析研究

2.1现场故障的模拟及快速处理流程的制定

经过以上各个硬件问题排查后，故障发生频次有所下降，但是对EHB 小车地址如何浮动的概念不是很清楚，我们开始研究西门子培训资料和程序，准备利用停产检修时间进行故障模拟，研究故障发生原因和处理方法，同时监控地址分配功能块及变量表状态。

模拟故障方法如下：

1）强制把主站内已占用的地址给等候切换的吊具,此时EMS代码显示“811”。

2）强制把主站内已占用I/O给等候切换的吊具,此时EMS代码显示“811”。

3）把DP 3主站内等候切换的吊具在面板或编程器变量表进行撤销,此时EMS代码显示“707/811/F11”。

4）把主站切换激活传感器断开,吊具行驶至激活位置时,新地址未被激活, EMS代码显示811，不能自动复位,在DP切换的另一侧此时出现“F11”。

5）模拟现场故障吊具，把吊具推入DP切换位置，EMS代码显示“F11”。

根据EMS和操作面板故障信息发生的先后顺序，最后归纳分为六种类型，我们开始讨论研究解决方案，并对处理方法进行反复对比优化，最后确定出以下快速处理方法。

2.1.1两辆EHB小车同时报“707/811”通讯故障处理方法

当发现小车位于从DP-X切换到DP-Y完成处报通讯故障，且在DP-Y的总线上同时有一辆小车报通讯故障，此时请用遥控器检查两辆小车的地址是否相同，如果相同，则按下列步骤执行：

1）在操作面板上切换成手动模式，禁止EHB小车进入切换区域。

2）在操作面板上撤销当前正在报通讯故障的EHB小车，将此EHB小车切换到紧急地址状态，此时故障EHB小车会显示“707/811”，然后将显示F13，此时在申请新的地址。在切换处的那个EHB故障小车经过三分钟后，会自动恢复到正常。

3）在操作面板对DP总线刷新及初始化，被熄灭的那辆小车会恢复正常。

4）切换成自动模式，释放DP切换前的EHB小车。

注意事项：

1）不可将两辆小车用遥控器都切换至紧急地址状态，否则同时申请地址，需要时间将很长。

2）复位完后，请耐心等待，小车自动申请地址，从“707/811”到“F13”大约需要3min左右时间。

2.1.2单辆EHB小车在DP切换区域报通讯故障处理方法

1）请在操作面板上检查该故障EHB小车是否在哪个主站切换位置，检查是否被注册，如果已经注册，需要耐心自动分配地址，等待一分钟后便可自动恢复正常状态。

2）如果该EHB小车没有被注册，则需要在操作面板上按DP-Y总线刷新按钮，等待一分钟后，故障小车便可自动恢复正常状态。

注意事项：

不要将其他的DP总线复位，只需将当前DP总线复位即可，否则会造成另外一处DP切换位置的小车报通讯故障，使故障范围扩大，如果操作错误，请参见“两辆小车的地址冲突处理方法”。

2.1.3“错误登记小车”故障处理方法

1）在操作面板上切换成手动模式，禁止切换区域前EHB小车运行。

2）通过变量表DP_WECHSEL将变量复位。

3）通过操作面板确认的EHB小车已被成功注册。

4）切换成自动模式。

注意事项：

如果按照上面的步骤还是消除不了故障，则必须通过遥控器将当前EHB小车驶离主站切换区域，并禁止下一个EHB小车运行，参照“EHB不能申请到新地址”操作方法。

2.1.4“EHB不能申请到新地址”故障处理方法

1）在变量表DP_WECHSEL-F11中复位相关变量。

2）在面板进行DP总线刷新，等待一分左右。

3）将小车进行断电。等待重新分配新地址。

4）检查炭刷，电源盒与EMS盒之间的电缆，EMS盒里PRB及接线端子是否有松动，检查激活传感器，EHB小车发号板是否变型。如果检查发现问题后，进行更换或者紧固该元件。

5）检查硬件无问题后，用遥控器操作该EHB小车，驶离主站切换位置，然后把小车切换到自动模式，确认此时没有外部急停故障，外部供电没有断开，PRB和PRB-SWITCH没有故障。小车将被重新分配新地址，恢复正常。

经过模拟故障和对现场故障的积累，并对地址管理功能块监控，我们知道了有4个方面会导致EHB通讯故障：

1）EHB小车地址申请失败。

2）在隔离段PRB总线切换不成功。

3）EHB小车新地址激活失败。

4）人为操作错误，造成地址冲突。

具体产生以上方面故障的几种原因。

1）两个CPU之间DP_MASTER交换处DP/DP COUPLER 故障。

2）将一个没有登记EHB小车推进主站切换区域。

3）将没有撤消的EHB小车推出该主站。

4）当有车处于DP_MASTER交换处时，装载了DB111。

5）DP_MASTER交换处PRB-SWITCH故障。

6）激活传感器故障。

7）小车发号板变形。

将以上故障处理方法总结出来后，在实际中验证然后不断完善，再对其他员工培训，并作为以后新人培训教材。在该故障分析和研究中，大家共同学习交流，增强了合作意识。同样，此工作方法推广到其他设备故障分析中，使维修团队整体素质得到提高。

3　EHB通讯故障的伏化措施

解决这些问题可能需要动EMS程序，我们如果修改内部程序风险很大，为了尽快解决该问题，我们通过规划部联系西门子厂家，希望他们从硬件和软件上重新分析和检查，西门子厂家非常重视这个问题，派了两个非常有经验的工程师Roos和Marting先生，与我们组成了EHB通讯故障攻关小组，重点开始针对我们提出的问题，进行现场分析和诊断。EHB通讯故障优化解决方案，分为软件优化和硬件优化里两部分。

3.1软件优化

3.1.1注销过程的优化

原程序中EHB旧地址注销距离只有200mm，在1s内完成，由于节拍提高，链速加快，容易造成旧地址注销不成功，这个地址将会驻留在原来DP主站中，影响其他EHB空闲地址分配，这就是我们为什么总是隔一段时间需要清理DP中不存在的EHB小车。针对这个故障，Roos先生在FC316功能块中将旧地址注销过程优化，利用DP MASTER2地址激活传感器,再执行一次DP MASTER1地址注销过程，然后再执行激活操作。

3.1.2复位按钮动作优化

实际工作中发现，在处理从站掉落故障时，有时会引发“F11”故障，不清楚是什么原因造成的。针对这个问题，通过监控变量表，发现在处理从站掉落故障时，如果不小心长时间按刷新按钮，此时恰巧主站切换处有EHB需要新的地址，那么主站将重复刷新地址，所以EHB小车报“F11”故障。需要对功能块FC316程序刷新方式优化，在改进后既使长按也只能产生一个脉冲。

3.1.3分离复位功能优化

原程序设计中，操作面板上故障总复位按钮长按5s，可以对DP总线初始化。如果维修人员在处理其他故障时，按故障复位按钮时间超过5s，此时恰巧切换处有EHB等待分配新地址，会造成EHB通讯故障。改进方法，在程序中删除故障复位按钮刷新总线功能。出现EHB通讯故障时，只能用触摸屏上总线刷新按钮。

3.1.4地址申请功能优化

使用PLC ANALYZER软件，监控地址申请过程，发现在切换位置的条码上有白色漆点，条码值出现跳跃，产生了错误数值，造成地址申请失败。Rose先生在FC316功能块中，设置三个EHB位置标示位， EHB在地址申请位置，通过三次条码判断之后，才开始申请地址。

3.2硬件安装位置优化

用示波器对Profbus网络信号质量进行监控，有一天突然发现在两个DP MASTER切换瞬间有干扰信号，同时出现EHB通讯故障。我们分析PRB-SWITCH的激活过程，对比各个DP切换处PRB-SWITCH激活传感器安装位置，分析有两种情况可能引发此故障，一是条码位置发生偏差，另一种原因是就是EHB定位精度有偏差，EHB允许定位精度误差是5mm。当EHB 触发PRB-switch时，如果此时碳刷还没有离开原DP总线，造成两段总线瞬间搭接，由于两段总线首尾电压不一致，所以造成总线电压波动。最后决定把PRB-SWITCH激活传感器安装位置向前进方向5cm，彻底解决了PRB-SWITCH触发问题，通讯质量得到了很大改善。

现场发现，EHB通讯故障多数发生在地址切换出口，此时EHB已经得到新的地址，但是在总线上不能被激活。经过分析研究，原来激活传感器位置太靠近隔离区域，在此区域，EHB小车还使用切换地址124，所以造成激活失败。优化方法，向后移动地址激活传感器位置，EHB小车先得到地址后，再进行地址激活。

3.3制作“地址浮动”流程图

经过以上软硬件优化，对EHB小车“地址浮动”概念有了更加深入理解和研究，对地址管理功能块FC316中程序结构有了更深了解，笔者对照程序执行过程，制作了“地址浮动”流程图（图2），丰富和完善原来地址浮动步骤，从原来的7步到现在21步，绘制地址浮动流程图，使分析和看程序更加快捷，思路更加清晰，对问题判断更准确。