基于RS485 通讯协议的ACS 模块网络问题解决思路

刘玉盛 张凤珍 张路

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545000

1 引言

水性漆，由于它的环保，在当今汽车行业使用越来越广，保证水性漆的稳定性要求越来越高。公司为了满足喷涂机器人的水性漆储漆罐模式，特引进某品牌的ACS 产品，它主要靠POS、TDC、PS 三个传感器通过内部计算，得出输漆泵出口压力的大小和流量，经过RS485 网络传送数据，再经过Dvicenet网络传递到PLC，从而实现PLC 的监控；同时由POS、TDC、PS 三个传感器检测通过内部计算得出的压力和流量，结合当前控制模式，适当调整AB 变频器的输出，控制泵频，从而实现系统的稳定输出。ACS 控制原理示意图1 如下：

图1 ACS 控制原理示意图

纵然ACS 的特性是稳定输出，但在项目调试过程中发现，ACS 模块在不同油漆模组使用条件下，均频繁出现网络问题，一个月内出现网路问题累计超过69 次，故障时，网关上的红色指示灯停止闪烁，绿色指示灯闪烁频率变慢，油漆循环泵依然在运行，但现场员工在触摸屏上无法看到正确的流量和压力，油漆循环泵出口压力和流量数据无法及时传送到PLC 程序里，也即不能实现实时监控，无法实时监控相应模组观察电动泵泵出口压力。每次处理问题时，都需要重新启动ACS 模块，严重影响生产效率，同时，给员工造成了不必要的麻烦，为了尽快解决这一瓶颈，从以往网络类似故障经验去分析潜在原因，利用人机料法环工具探讨，头脑风暴法制定相关措施。

2 ACS 网络故障分析及处理方式

团队经过头脑风暴，多次现场跟踪，利用人机料法环工具进行了深度剖析，如图2

图2 人机料法环分析

最终，找出7 个以下末端因素，

1.电磁干扰

2.ACS 接地不良

3.总线网络异常

4.网关问题

5.ACS RS485 端口问题

6.ACS 数量过多

7.ACS 芯片版本问题

2.1 电磁干扰

通过对电控柜的观察发现电控柜的器件布局比较密集，柜内元器件可能会干扰RS485 网络，从而影响ACS 通讯网络。

排查验证方式：将对讲机分别靠近ACS模块、RS485 通讯模块、现场循环泵，发现，当对讲机靠近现场的循环泵时，ACS 模块反馈回来的数据会丢失，网络故障出现。

为了消除这种可能的干扰，采取以下4措施作为验证策略：①、将通讯电缆换成屏蔽双绞线；②、ACS 上加抗干扰电磁环；③、加终端电阻；④、又将屏蔽双绞线改为cc link；具体效果如表1：

表1 措施效果

2.2 ACS 接地不良

将原来串联ACS 的接地改为并联接地，使所有ACS 都能单独接地，并确保ACS 模块100%实现接地。经过观察，24 小时之内，ACS 仍有报警。

2.3 Devicenet 网络异常

考虑到RS485 模块与PLC 之间的通讯是Devicenet 网，为排除Devicenet 网络问题，采取了以下措施进行验证：

a、将Devicenet 网网线更换成成预铸接头式网线，跟踪5 小时，故障发生；

b、将Devicenet 网控制改为以太网控制方式。跟踪发现，24 小时之内发生3 次网络故障

2.4 网关问题

针对网关潜在问题，主要从两个角度分析，一是网关配置有问题，二是网关产品有问题。对此，采取以下措施：1.从其他使用正常的工厂正在使用的网关配置导入到我们现场网关，并对配置参数进行对比;2.将某默认网关更换成泗博品牌的网关。网络故障依旧发生。

2.5 ACS 的RS485 网络端口有问题

为排查ACS 上的RS485 网络端口设计可能存在问题，将所有ACS 模块上的RS485 通讯端口全部断开，用万用表测量不连接ACS模块时的通讯电缆电压，发现，在不带负载的情况下，RS485 电压正常。

同时，选择在网络正常时与网络不正常时，分别测量ACS 模块上的两端接口对地电压，得出：在网络通讯正常时，ACS 模块485 端口一端（A 端）对地电压VA=3.08V，另一端（B 端）电压为VA=0.91V，试验测量如图3、图4 所示：

图3 A 端测量结果

图4 B 端测量结果

在有网络故障时，ACS 模块485 端口A 端对地电压VA=4.58V，B 端对地电压VB=0.55V，试验测量如图5、图6 所示：

图5 A 端测量结果

图6 B 端测量结果

通过试验对比，得出结论：排除网络端口问题，问题锁定在ACS 模块上。

2.6 ACS 数量过多

现场网络配置为：

1#网关:1#网关模块下面带19 个ACS模块，数据大小：INPUT 120Bytes,OUTPUT 160Bytes.

2#网关:2#网关模块下面带20 个ACS模块，数据大小：INPUT 120Bytes,OUTPUT 160Bytes.

考虑到每个网关所带的ACS 模块数量过多，我们将两个网关下的ACS 模块分别用1个小RS485 小集线器，3 个大集线器，每个大RS485 集线器各带几个ACS 模块，网络分配示意图7 如下：

图7 改进后的网络分配示意图

实验跟踪72 小时后，网络故障仍发生，但当其中一个ACS 出现故障后，不会影响所有的ACS 模块，哪台ACS 模块发生故障，就重启哪台ACS 即可，提高故障锁定点的效率，减少响应时间。

2.7 ACS 芯片版本问题

经过团队一系列的分析与试验，故障仍未解决。我们最终怀疑ACS 模块本身有bug，于是借助厂家提供相关资料，分析故障的原因在于，软件开发者忽略了通讯在延迟情况下通讯指令处理，即主站发送指令给某个子站，子站迅速根据指令作出回应，如接受收据或者发送数据，通讯本身是在纳秒级的时间下完成，即便这样高速度响应，难免也会出现稍微延迟的情况，程序里面，主站根据规定好的时序，发送指令到某个子站，不做任何等待，随即发送指令给第二个子站，此种情况下，很有可能发生“冲突”问题，从而导致网络中断。由此，联系厂家，并得到厂家的帮助，升级ACS 芯片和网关配置软件版本，ACS 芯片由原来的1.03 版本升级到1.04 版本，网关配置软件由原来的1.01.001升级到1.01.005。软件升级后，如出现子站相应延迟的话，即等待N 个时序脉冲，N 个脉冲后，放弃接受子站回应，发送通讯指令给下一子站。如此循环N 次后，如始终不能得到该站信息，即认为是通讯故障。ACS 版本升级后，再没出现网络故障。如图8 所示为升级后的版本：

图8

3 结论

本文所阐述的主要是针对在项目调试阶段所遇到的网络故障问题，通过对网络架构及故障现象剖析，利用鱼骨图分析方法筛选出7 个潜在问题进行不断实验和确认，最终锁定ACS 模块软件版本设计程序考虑不周全导致，通过对ACS 模块版本升级，彻底解决了该网络问题。本文针对ACS 出现问题梳理的一些问题处理思路，为今后处理devicenet以及以太网等网络故障时提供参考。随着工业环保要求的不断提高，汽车行业使用水性漆喷涂必将成为主流喷涂工艺，从而对供漆设备的要求将越来越高，ACS 模块的压力和流量两种运行模式确保了不同油漆不同设备所需运行的模式，可在流量模式下，稳定流量输出控制水性溶剂，流量根据泵出口的压力大小实现闭环控制，从而保证流量稳定；又可在压力模式下，稳定压力输出控制水性油漆，压力根据ACS 计算出来的流量大小实现闭环控制，保证喷涂设备填充压力充足。实际上，在后续运行中，ACS 性能稳定，集成式控制油漆循环泵的输出压力和流量，相信该模块的今后推广应用中将会更加广泛。