西門子Profibus地址浮動技術(shù)及應(yīng)用

石立軍

（一汽-大眾公司轎車二廠總裝車間（長春））

西門子Profibus地址浮動技術(shù)及應(yīng)用

石立軍

（一汽-大眾公司轎車二廠總裝車間（長春））

本文是通過對EHB通訊故障的分析和處理，研究西門子EMSdriver系統(tǒng)地址浮動技術(shù)。2004年，一汽-大眾建立二廠總裝車間，采用當時最先進的西門子EMSdriver系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行過程中，經(jīng)常發(fā)生EHB通訊故障，該故障成為技術(shù)難題。第一階段，維修工段工長組織大家對故障進行統(tǒng)計和科學(xué)分析，通過模擬故障等手段，歸納總結(jié)出正確處理故障思路和快速處理方法。第二階段，配合西門子專家一起對EMS軟件和硬件優(yōu)化，使EHB通訊故障得到有效解決。故障分析和處理過程也是對EMS地址浮動技術(shù)的研究和理解過程，最后簡化成一張地址浮動流程圖表，使所有人都能非常清晰地理解EHB地址浮動的整個過程。

EHB；電動吊具小車 EMS；電動單軌控制系統(tǒng) PRB；Profibus總線導(dǎo)軌放大模塊；EHB通訊故障

1　引言

1.1課題研究背景

在一汽-大眾公司汽車裝配線上，較老的生產(chǎn)線采用懸鏈輸送系統(tǒng)，即吊具掛在懸鏈上，驅(qū)動站帶著吊具運動，這種方式存在現(xiàn)場噪聲大，吊具定位差等缺點。二廠總裝車間裝配線采用西門子公司最新技術(shù)EMSdriver系統(tǒng)，可以實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，現(xiàn)場噪聲非常小，可以根據(jù)工藝要求分段設(shè)定吊具運行速度，吊具定位精確高等優(yōu)點。

隨著汽車市場升溫，二廠產(chǎn)能提升，生產(chǎn)節(jié)拍從100s/車提升到75s/車，到現(xiàn)在64s/車，電器故障非常突出，占總停臺70% 而EHB電器故障占60%，車身線和車門線EHB經(jīng)常報“707/811/F11”通訊故障，成為困擾我們的技術(shù)難題，針對EHB通訊故障，二廠總裝維修經(jīng)過一年半時間，終于在西門子專家支持下，將EHB通訊故障有效解決。

西門子EMSdriver系統(tǒng)是西門子下屬的一個實驗室研究出來，EMS控制器作為輸送系統(tǒng)標準化設(shè)計的主要組成部分，在EHB和主站通訊方面，應(yīng)用了新的設(shè)計理念，比如“地址浮動”和“拓撲表”控制，PLC程序編寫方面，使用大量高級編程語言，部分的功能塊加密處理，程序中注釋不少是德語縮寫，這給我們讀程序帶來很大障礙，只能通過它提供的目視化信息和變量表，分析其控制功能。

1.2EMSdriver系統(tǒng)簡介

EMSdriver 采用西門子可編程控制器ET200S（IM151-7 CPU），為了保證EHB吊具和控制室主PLC通訊質(zhì)量，軌道滑觸線上安裝了Power Rail Booster（PRB），用于提高Profbus信號電壓幅值，滿足EHB小車和主PLC通訊性能，LEUZE BCL21 掃碼器能夠記錄每個吊具在整個軌跡位置，EMSdriver包括三個7段數(shù)碼顯示裝置，2個用于顯示狀態(tài)和故障LED指示燈，有一個4通道遠紅外遙控器。EHB小車整個運行軌跡控制信息存儲在每個小車拓撲表內(nèi)，小車能根據(jù)拓撲點預(yù)先定義的指令，獨立自動執(zhí)行某一速度或定位功能等。主PLC可以知道軌道上所有小車信息，比如當前速度值，當前位置信息，功能組，故障信息，并將小車信息顯示在操作面板上。

1.3EMSdriver系統(tǒng)主要硬件

EMS的硬件主要有以下幾部分組成

1）EMS 控制器采用ET200S智能模塊 ，IM 151-7 CPU帶48KB的用戶內(nèi)存，以及存儲S7程序的128KB微卡，4個數(shù)字量輸入模塊，4個數(shù)字量輸出模塊，三個串行RS485接口模塊，分別用于變頻器和掃碼器通訊，一個模擬量輸入模塊，用遙控調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)EHB速度。

2）EHB小車驅(qū)動部分采用 Lenze Motec8200系列2.2kW變頻器，車身EHB采用兩個變頻器，車門分裝EHB 采用一個變頻器。

3）驅(qū)動電機使用BAUER 帶離合器的1.5kW電機。

4）EHB小車位置檢測和精確定位采用Leuze BCL21掃碼器 。

5）PRB 作為Profbus信號的放大專用器件，從電壓5V放大到30V，應(yīng)用于移動滑觸線通訊方式，兩個主站切換采用PRB-SWITCH。

6）其他，包括防撞開關(guān)，供電電路和數(shù)碼顯示部分。

7）主PLC采用西門子CPU416-3DP。

圖1　車身EHB線總纜圖

2　EHB通訊故障的分析研究

2.1現(xiàn)場故障的模擬及快速處理流程的制定

經(jīng)過以上各個硬件問題排查后，故障發(fā)生頻次有所下降，但是對EHB 小車地址如何浮動的概念不是很清楚，我們開始研究西門子培訓(xùn)資料和程序，準備利用停產(chǎn)檢修時間進行故障模擬，研究故障發(fā)生原因和處理方法，同時監(jiān)控地址分配功能塊及變量表狀態(tài)。

模擬故障方法如下：

1）強制把主站內(nèi)已占用的地址給等候切換的吊具,此時EMS代碼顯示“811”。

2）強制把主站內(nèi)已占用I/O給等候切換的吊具,此時EMS代碼顯示“811”。

3）把DP 3主站內(nèi)等候切換的吊具在面板或編程器變量表進行撤銷,此時EMS代碼顯示“707/811/F11”。

4）把主站切換激活傳感器斷開,吊具行駛至激活位置時,新地址未被激活, EMS代碼顯示811，不能自動復(fù)位,在DP切換的另一側(cè)此時出現(xiàn)“F11”。

5）模擬現(xiàn)場故障吊具，把吊具推入DP切換位置，EMS代碼顯示“F11”。

根據(jù)EMS和操作面板故障信息發(fā)生的先后順序，最后歸納分為六種類型，我們開始討論研究解決方案，并對處理方法進行反復(fù)對比優(yōu)化，最后確定出以下快速處理方法。

2.1.1兩輛EHB小車同時報“707/811”通訊故障處理方法

當發(fā)現(xiàn)小車位于從DP-X切換到DP-Y完成處報通訊故障，且在DP-Y的總線上同時有一輛小車報通訊故障，此時請用遙控器檢查兩輛小車的地址是否相同，如果相同，則按下列步驟執(zhí)行：

1）在操作面板上切換成手動模式，禁止EHB小車進入切換區(qū)域。

2）在操作面板上撤銷當前正在報通訊故障的EHB小車，將此EHB小車切換到緊急地址狀態(tài)，此時故障EHB小車會顯示“707/811”，然后將顯示F13，此時在申請新的地址。在切換處的那個EHB故障小車經(jīng)過三分鐘后，會自動恢復(fù)到正常。

3）在操作面板對DP總線刷新及初始化，被熄滅的那輛小車會恢復(fù)正常。

4）切換成自動模式，釋放DP切換前的EHB小車。

注意事項：

1）不可將兩輛小車用遙控器都切換至緊急地址狀態(tài)，否則同時申請地址，需要時間將很長。

2）復(fù)位完后，請耐心等待，小車自動申請地址，從“707/811”到“F13”大約需要3min左右時間。

2.1.2單輛EHB小車在DP切換區(qū)域報通訊故障處理方法

1）請在操作面板上檢查該故障EHB小車是否在哪個主站切換位置，檢查是否被注冊，如果已經(jīng)注冊，需要耐心自動分配地址，等待一分鐘后便可自動恢復(fù)正常狀態(tài)。

2）如果該EHB小車沒有被注冊，則需要在操作面板上按DP-Y總線刷新按鈕，等待一分鐘后，故障小車便可自動恢復(fù)正常狀態(tài)。

注意事項：

不要將其他的DP總線復(fù)位，只需將當前DP總線復(fù)位即可，否則會造成另外一處DP切換位置的小車報通訊故障，使故障范圍擴大，如果操作錯誤，請參見“兩輛小車的地址沖突處理方法”。

2.1.3“錯誤登記小車”故障處理方法

1）在操作面板上切換成手動模式，禁止切換區(qū)域前EHB小車運行。

2）通過變量表DP_WECHSEL將變量復(fù)位 。

3）通過操作面板確認的EHB小車已被成功注冊。

4）切換成自動模式。

注意事項：

如果按照上面的步驟還是消除不了故障，則必須通過遙控器將當前EHB小車駛離主站切換區(qū)域，并禁止下一個EHB小車運行，參照“EHB不能申請到新地址”操作方法。

2.1.4“EHB不能申請到新地址”故障處理方法

1）在變量表DP_WECHSEL-F11中復(fù)位相關(guān)變量。

2）在面板進行DP總線刷新，等待一分左右。

3）將小車進行斷電。等待重新分配新地址。

4）檢查炭刷，電源盒與EMS盒之間的電纜，EMS盒里PRB及接線端子是否有松動，檢查激活傳感器，EHB小車發(fā)號板是否變型。如果檢查發(fā)現(xiàn)問題后，進行更換或者緊固該元件。

5）檢查硬件無問題后，用遙控器操作該EHB小車，駛離主站切換位置，然后把小車切換到自動模式，確認此時沒有外部急停故障，外部供電沒有斷開，PRB和PRB-SWITCH沒有故障。小車將被重新分配新地址，恢復(fù)正常。

經(jīng)過模擬故障和對現(xiàn)場故障的積累，并對地址管理功能塊監(jiān)控，我們知道了有4個方面會導(dǎo)致EHB通訊故障：

1）EHB小車地址申請失敗。

2）在隔離段PRB總線切換不成功。

3）EHB小車新地址激活失敗。

4）人為操作錯誤，造成地址沖突。

具體產(chǎn)生以上方面故障的幾種原因。

1）兩個CPU之間DP_MASTER交換處DP/DP COUPLER 故障。

2）將一個沒有登記EHB小車推進主站切換區(qū)域。

3）將沒有撤消的EHB小車推出該主站。

4）當有車處于DP_MASTER交換處時，裝載了DB111。

5）DP_MASTER交換處PRB-SWITCH故障。

6）激活傳感器故障。

7）小車發(fā)號板變形。

將以上故障處理方法總結(jié)出來后，在實際中驗證然后不斷完善，再對其他員工培訓(xùn)，并作為以后新人培訓(xùn)教材。在該故障分析和研究中，大家共同學(xué)習交流，增強了合作意識。同樣，此工作方法推廣到其他設(shè)備故障分析中，使維修團隊整體素質(zhì)得到提高。

3　EHB通訊故障的伏化措施

解決這些問題可能需要動EMS程序，我們?nèi)绻薷膬?nèi)部程序風險很大，為了盡快解決該問題，我們通過規(guī)劃部聯(lián)系西門子廠家，希望他們從硬件和軟件上重新分析和檢查，西門子廠家非常重視這個問題，派了兩個非常有經(jīng)驗的工程師Roos和Marting先生，與我們組成了EHB通訊故障攻關(guān)小組，重點開始針對我們提出的問題，進行現(xiàn)場分析和診斷。EHB通訊故障優(yōu)化解決方案，分為軟件優(yōu)化和硬件優(yōu)化里兩部分。

3.1軟件優(yōu)化

3.1.1注銷過程的優(yōu)化

原程序中EHB舊地址注銷距離只有200mm，在1s內(nèi)完成，由于節(jié)拍提高，鏈速加快，容易造成舊地址注銷不成功，這個地址將會駐留在原來DP主站中，影響其他EHB空閑地址分配，這就是我們?yōu)槭裁纯偸歉粢欢螘r間需要清理DP中不存在的EHB小車。針對這個故障，Roos先生在FC316功能塊中將舊地址注銷過程優(yōu)化，利用DP MASTER2地址激活傳感器,再執(zhí)行一次DP MASTER1地址注銷過程，然后再執(zhí)行激活操作。

3.1.2復(fù)位按鈕動作優(yōu)化

實際工作中發(fā)現(xiàn)，在處理從站掉落故障時，有時會引發(fā)“F11”故障，不清楚是什么原因造成的。針對這個問題，通過監(jiān)控變量表，發(fā)現(xiàn)在處理從站掉落故障時，如果不小心長時間按刷新按鈕，此時恰巧主站切換處有EHB需要新的地址，那么主站將重復(fù)刷新地址，所以EHB小車報“F11”故障。需要對功能塊FC316程序刷新方式優(yōu)化，在改進后既使長按也只能產(chǎn)生一個脈沖。

3.1.3分離復(fù)位功能優(yōu)化

原程序設(shè)計中，操作面板上故障總復(fù)位按鈕長按5s，可以對DP總線初始化。如果維修人員在處理其他故障時，按故障復(fù)位按鈕時間超過5s，此時恰巧切換處有EHB等待分配新地址，會造成EHB通訊故障。改進方法，在程序中刪除故障復(fù)位按鈕刷新總線功能。出現(xiàn)EHB通訊故障時，只能用觸摸屏上總線刷新按鈕。

3.1.4地址申請功能優(yōu)化

使用PLC ANALYZER軟件，監(jiān)控地址申請過程，發(fā)現(xiàn)在切換位置的條碼上有白色漆點，條碼值出現(xiàn)跳躍，產(chǎn)生了錯誤數(shù)值，造成地址申請失敗。Rose先生在FC316功能塊中，設(shè)置三個EHB位置標示位， EHB在地址申請位置，通過三次條碼判斷之后，才開始申請地址。

3.2硬件安裝位置優(yōu)化

用示波器對Profbus網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量進行監(jiān)控，有一天突然發(fā)現(xiàn)在兩個DP MASTER切換瞬間有干擾信號，同時出現(xiàn)EHB通訊故障。我們分析PRB-SWITCH的激活過程，對比各個DP切換處PRB-SWITCH激活傳感器安裝位置，分析有兩種情況可能引發(fā)此故障，一是條碼位置發(fā)生偏差，另一種原因是就是EHB定位精度有偏差，EHB允許定位精度誤差是5mm。當EHB 觸發(fā)PRB-switch時，如果此時碳刷還沒有離開原DP總線，造成兩段總線瞬間搭接，由于兩段總線首尾電壓不一致，所以造成總線電壓波動。最后決定把PRB-SWITCH激活傳感器安裝位置向前進方向5cm，徹底解決了PRB-SWITCH觸發(fā)問題，通訊質(zhì)量得到了很大改善。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，EHB通訊故障多數(shù)發(fā)生在地址切換出口，此時EHB已經(jīng)得到新的地址，但是在總線上不能被激活。經(jīng)過分析研究，原來激活傳感器位置太靠近隔離區(qū)域，在此區(qū)域，EHB小車還使用切換地址124，所以造成激活失敗。優(yōu)化方法，向后移動地址激活傳感器位置，EHB小車先得到地址后，再進行地址激活。

3.3制作“地址浮動”流程圖

經(jīng)過以上軟硬件優(yōu)化，對EHB小車“地址浮動”概念有了更加深入理解和研究，對地址管理功能塊FC316中程序結(jié)構(gòu)有了更深了解，筆者對照程序執(zhí)行過程，制作了“地址浮動”流程圖（圖2），豐富和完善原來地址浮動步驟，從原來的7步到現(xiàn)在21步，繪制地址浮動流程圖，使分析和看程序更加快捷，思路更加清晰，對問題判斷更準確。

圖2　“地址浮動”流程圖

4　結(jié)束語

隨著工業(yè)用無線通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)，它利用天線的發(fā)散特性，無線電波可以覆蓋室內(nèi)和室外的大片空間，可以將自由移動物體，不受地域影響納入控制網(wǎng)絡(luò)。電磁通訊解決方案無磨損、耐臟，這意味著在有移動物體的應(yīng)用場合，相對于傳統(tǒng)的滑觸線等通訊方式，無線通訊是免維護的通訊方案。

［1］Hoch / Müller-Roos.Typ1_ET200S_E82MV_WCS_ STEP7_SW_EN_V09.doc 2003.

［2］ Marco Hoch.FC316_FG_ADRESSVERW_V1_5_ EN.doc，2003.

［3］ Weitzel.Typ_ET200S_L3_E82MV_WCS_HT_EN_ V01.doc，2003.

（2016-03-02）