PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在白車身生產(chǎn)線上應(yīng)用典型故障分析

陳大艷

摘 要：文章對(duì)在維修過程中需使用到的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，并就PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在白車身生產(chǎn)線上應(yīng)用典型故障處理過程進(jìn)行了詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS-DP;現(xiàn)場(chǎng)總線;典型故障;解決辦法;干擾

中圖分類號(hào)：U463.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）17-182-03

Typical Malfunction Analysis for PROFIBUS-DP Fieldbus Application

in White-body Production Line

Chen Dayan

（ Shaanxi Automobile Group Co. Ltd， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： In this paper， we expound the relevant theoretical knowledge points of PROFIBUS-DP field bus used in the maintenance process and in detailly describe the typical Malfunction treatment process of PROFIBUS-DP field bus applied in white-body production line.

Keywords： PROFIBUS-DP; Fieldbus; Typical malfunction; Solution; Interference

CLC NO.： U463.8? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-182-03

1 PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線介紹

PROFIBUS是一種國際性的開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，它以RS485串行通信為基礎(chǔ)，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有以下特征：

（1）傳輸速率和電纜長度：PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)碾娎|長度同波特率的理論關(guān)系如下表1：

每個(gè)總線分段最多可以連接32個(gè)子站，可允許的最遠(yuǎn)傳輸距離同設(shè)定的傳輸速率有關(guān)（見上表）?？梢允褂弥欣^器來延長總線長度或者擴(kuò)充子站臺(tái)數(shù)。

（2）終端電阻：在通訊中，增加終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射。在Profibus-DP規(guī)范中，其終端匹配電阻為220歐。當(dāng)信號(hào)在一根長電纜上傳輸或是有很高的數(shù)據(jù)速率時(shí)，電纜將呈現(xiàn)傳輸線的特性，即信號(hào)在線路上以一定的速度傳播開來，從而形成行波。當(dāng)遇到不連續(xù)的阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射波，反射波與原來信號(hào)疊加，從而造成原來信號(hào)的失真，加終端匹配就是要消除或減少線路中這種反射振蕩。

（3）RS485中繼器：按照Profibus的規(guī)范，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備超過32個(gè)，或者波特率對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通訊距離已經(jīng)超出規(guī)定范圍時(shí)，就應(yīng)該使用RS485中繼器來拓展網(wǎng)絡(luò)連接。

（4）總線接頭

1）共有2組Profibus網(wǎng)線接線端子，第一組（A1，B1），第二組（A2，B2）。

2）終端電阻開關(guān)為“ON”時(shí)，進(jìn)線出線斷開。終端電阻開關(guān)為“OFF”時(shí)，進(jìn)線出線導(dǎo)通。

3）終端電阻開關(guān)為“ON”時(shí)，進(jìn)線出線斷開，終端電阻并聯(lián)在進(jìn)線端，測(cè)量A1，B1之間的阻值應(yīng)為終端電阻與與整條進(jìn)線回路并聯(lián)后的阻值，正常為110歐姆。測(cè)量A2，B2之間的阻值應(yīng)為出線回路的阻值，正常為220歐姆。

4）終端電阻開關(guān)為“OFF”時(shí)，進(jìn)線出線導(dǎo)通，此時(shí)測(cè)量進(jìn)線或出線的阻值都應(yīng)為整條Profibus網(wǎng)絡(luò)回路的阻值，正常為110歐姆。

（5）電磁干擾和接地

在進(jìn)行Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)布線時(shí)，要選用標(biāo)準(zhǔn)的電纜，標(biāo)準(zhǔn)的Profibus-DP電纜是雙層屏蔽的，效果比較好。另外，通訊電纜要與動(dòng)力電纜分開布置，一般要求為100mm以上距離，分別在不同的橋架中敷設(shè)，同時(shí)橋架應(yīng)該做好接地處理。如現(xiàn)場(chǎng)不能分橋架敷設(shè)，則將兩類電纜盡量遠(yuǎn)離，中間加金屬隔板進(jìn)行隔離。

在Profibus-DP接頭安裝時(shí)，需要將屏蔽層壓在插頭的金屬部分，如不能采用專門的接頭安裝時(shí)，也不要將屏蔽層剝離太長，這樣暴露在電磁空間中，易成為受干擾的“天線”。

如Profibus-DP電纜在電柜中余留比較長時(shí)，不要將電纜捆成環(huán)形，此時(shí)如果有磁力線從環(huán)中間穿過，根據(jù)“右手定律”，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)。

下面介紹裝焊車間某白車身生產(chǎn)線上PROFIBUS-DP在生產(chǎn)運(yùn)行期間典型故障及解決辦法。

2 典型故障及解決辦法

（1）某白車身大裝線，采用三菱Q02HCPU作為主站，設(shè)有PROFIBUS-DP從站50個(gè)站點(diǎn)，其中圖爾克I0模塊站點(diǎn)有14個(gè)，圖爾克IP67輸入模塊29個(gè)，SEW變頻器子站1個(gè)，ABB機(jī)器人子站6個(gè)。近期該生產(chǎn)線每天出現(xiàn)1-2次總線故障，故障表現(xiàn)現(xiàn)象為偶爾某機(jī)器人完工信號(hào)未傳遞給PLC，或者某工位工裝夾具無動(dòng)作，通過斷電重啟各子站的方法臨時(shí)可恢復(fù)正常。利用周末檢修時(shí)間對(duì)該大裝線總線系統(tǒng)進(jìn)行了全面的檢查檢修工作。

1）首先對(duì)PLC配電柜主電源斷電，對(duì)機(jī)器人控制柜電源斷電。選擇中間任一個(gè)站點(diǎn)的A1、B1進(jìn)行測(cè)量，總線回路阻值在180歐姆，不在110歐正常值附近，說明中間串入了約1000歐左右的阻值。

2）從一工位逐個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，總線接頭在OFF狀態(tài)時(shí)，正常情況下，進(jìn)線出線導(dǎo)通，但有多個(gè)站點(diǎn)測(cè)量都不是導(dǎo)通狀態(tài)，不同程度地串入了幾十到幾百的阻值，將總線接頭OFF-ON撥動(dòng)開關(guān)上下?lián)軇?dòng)幾次后再測(cè)量，大部分總線接頭進(jìn)線出線導(dǎo)通，應(yīng)該為開關(guān)撥動(dòng)處金屬片有氧化現(xiàn)象，對(duì)撥動(dòng)后阻值仍然不正常的4個(gè)站點(diǎn)總線接頭進(jìn)行更換。

3）更換后再次測(cè)量總線回路阻值，在110歐姆左右，恢復(fù)正常。對(duì)PLC和機(jī)器人全部站點(diǎn)設(shè)備通電測(cè)試，總線系統(tǒng)正常。

（2）某車型頂蓋總成生產(chǎn)線，采用西門子CPU317-2PN/ DP作為主站，設(shè)有PROFIBUS-DP從站12個(gè)站點(diǎn)，1個(gè)分布式IO站點(diǎn)，4臺(tái)KUKA機(jī)器人站點(diǎn)，4個(gè)閥島箱站點(diǎn)，3個(gè)變頻器站點(diǎn)。近期對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行了改造，改造后經(jīng)常出現(xiàn)總線報(bào)警現(xiàn)象，改造前該區(qū)域生產(chǎn)量非常少，基本處于閑置狀態(tài)，改造后設(shè)備幾乎是滿負(fù)荷運(yùn)行。該問題應(yīng)該為原設(shè)計(jì)不良或安裝質(zhì)量問題導(dǎo)致，經(jīng)常需人為干預(yù)夾具或機(jī)器人動(dòng)作后才能恢復(fù)使用，但報(bào)警不是徹底無法使用狀態(tài)，一般是電機(jī)在運(yùn)行到快到停車位時(shí)出現(xiàn)總線報(bào)警，人為手動(dòng)操作回到初始狀態(tài)后又恢復(fù)正常，影響生產(chǎn)節(jié)拍的正常發(fā)揮。利用生產(chǎn)間隙對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行了全面的檢查檢修工作。

1）對(duì)該系統(tǒng)全部設(shè)備斷電測(cè)量阻值，由于有個(gè)終端是閥島箱，閥島的Profibus-DP終端阻值為195歐姆，另一端終端為機(jī)器人站，使用的西門子Profibus-DP總線接頭，阻值為220歐姆，從中間任一站點(diǎn)A1、B1測(cè)量總線回路阻值為105，正常。

2）由于總線出線報(bào)警，設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，主要為電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)，懷疑為變頻器輸出線路干擾導(dǎo)致。原設(shè)計(jì)安裝時(shí)，臺(tái)車電機(jī)使用有拖纜，總線電纜與變頻器輸出到電機(jī)電源線均布置在拖纜里，無有效隔離措施。重新布置一條拖纜，將總線電纜與動(dòng)力電纜分開布置，在從配電柜出來附近，通過加裝金屬隔板來隔離。改進(jìn)后使用的一周內(nèi)，未再出現(xiàn)由于總線導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)等異?，F(xiàn)象。

3）但運(yùn)行一段時(shí)間后，偶爾又出現(xiàn)總線報(bào)警，且某閥島箱站點(diǎn)報(bào)警出現(xiàn)頻次較多，測(cè)量該總線模塊插頭處進(jìn)出口，無異常。模塊電源插頭處電壓在22.5V左右，正常。

4）考慮更換該站點(diǎn)閥島箱總線模塊進(jìn)行測(cè)試，在拆卸該總線模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥島箱模塊底板只安裝一個(gè)螺栓，總線模塊與兩端IO及電源模塊都是通過底板拼接連接，有接觸不良的風(fēng)險(xiǎn)。重新加裝底板連接螺栓，并對(duì)閥島箱模塊底板進(jìn)行除塵保養(yǎng);

通過上述處理后，未再出現(xiàn)由于總線報(bào)警導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)現(xiàn)象。在處理該生產(chǎn)線總線報(bào)警時(shí)，發(fā)現(xiàn)SMC閥島EX600在使用時(shí)，需將通訊速率調(diào)到125kbps，即能調(diào)的速率最低值。如將SMC閥島速率調(diào)到與西門子S7-300PLC通訊速率500 kbps一致時(shí)，頻繁發(fā)生通訊異常問題，如夾具實(shí)際處于打開狀態(tài)，但顯示處于夾緊狀態(tài)。因此，在使用該系列閥島時(shí)需注意速率不要調(diào)太快。

3 結(jié)束語

本文對(duì)在使用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線所需用到的理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了闡述，并就現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的兩次典型故障案例處理過程進(jìn)行了詳細(xì)描述，可作為現(xiàn)場(chǎng)維修人員參考。另外，成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)取代了RS485為基礎(chǔ)的串口通信，Profibus總線也逐漸被PROFInet所取代。

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