基于RS485 通訊協議的ACS 模塊網絡問題解決思路

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，由于它的環保，在當今汽車行業使用越來越廣，保證水性漆的穩定性要求越來越高。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 產品，它主要靠POS、TDC、PS 三個傳感器通過內部計算，得出輸漆泵出口壓力的大小和流量，經過RS485 網絡傳送數據，再經過Dvicenet網絡傳遞到PLC，從而實現PLC 的監控；同時由POS、TDC、PS 三個傳感器檢測通過內部計算得出的壓力和流量，結合當前控制模式，適當調整AB 變頻器的輸出，控制泵頻，從而實現系統的穩定輸出。ACS 控制原理示意圖1 如下：

圖1 ACS 控制原理示意圖

縱然ACS 的特性是穩定輸出，但在項目調試過程中發現，ACS 模塊在不同油漆模組使用條件下，均頻繁出現網絡問題，一個月內出現網路問題累計超過69 次，故障時，網關上的紅色指示燈停止閃爍，綠色指示燈閃爍頻率變慢，油漆循環泵依然在運行，但現場員工在觸摸屏上無法看到正確的流量和壓力，油漆循環泵出口壓力和流量數據無法及時傳送到PLC 程序里，也即不能實現實時監控，無法實時監控相應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，嚴重影響生產效率，同時，給員工造成了不必要的麻煩，為了盡快解決這一瓶頸，從以往網絡類似故障經驗去分析潛在原因，利用人機料法環工具探討，頭腦風暴法制定相關措施。

2 ACS 網絡故障分析及處理方式

團隊經過頭腦風暴，多次現場跟蹤，利用人機料法環工具進行了深度剖析，如圖2

圖2 人機料法環分析

最終，找出7 個以下末端因素，

1.電磁干擾

2.ACS 接地不良

3.總線網絡異常

4.網關問題

5.ACS RS485 端口問題

6.ACS 數量過多

7.ACS 芯片版本問題

2.1 電磁干擾

通過對電控柜的觀察發現電控柜的器件布局比較密集，柜內元器件可能會干擾RS485 網絡，從而影響ACS 通訊網絡。

排查驗證方式：將對講機分別靠近ACS模塊、RS485 通訊模塊、現場循環泵，發現，當對講機靠近現場的循環泵時，ACS 模塊反饋回來的數據會丟失，網絡故障出現。

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；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ACS 的接地改為并聯接地，使所有ACS 都能單獨接地，并確保ACS 模塊100%實現接地。經過觀察，24 小時之內，ACS 仍有報警。

2.3 Devicenet 網絡異常

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

a、將Devicenet 網網線更換成成預鑄接頭式網線，跟蹤5 小時，故障發生；

b、將Devicenet 網控制改為以太網控制方式。跟蹤發現，24 小時之內發生3 次網絡故障

2.4 網關問題

針對網關潛在問題，主要從兩個角度分析，一是網關配置有問題，二是網關產品有問題。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關配置導入到我們現場網關，并對配置參數進行對比;2.將某默認網關更換成泗博品牌的網關。網絡故障依舊發生。

2.5 ACS 的RS485 網絡端口有問題

為排查ACS 上的RS485 網絡端口設計可能存在問題，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，發現，在不帶負載的情況下，RS485 電壓正常。

同時，選擇在網絡正常時與網絡不正常時，分別測量ACS 模塊上的兩端接口對地電壓，得出：在網絡通訊正常時，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 端測量結果

圖4 B 端測量結果

在有網絡故障時，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 端測量結果

圖6 B 端測量結果

通過試驗對比，得出結論：排除網絡端口問題，問題鎖定在ACS 模塊上。

2.6 ACS 數量過多

現場網絡配置為：

1#網關:1#網關模塊下面帶19 個ACS模塊，數據大小：INPUT 120Bytes,OUTPUT 160Bytes.

2#網關:2#網關模塊下面帶20 個ACS模塊，數據大小：INPUT 120Bytes,OUTPUT 160Bytes.

考慮到每個網關所帶的ACS 模塊數量過多，我們將兩個網關下的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，網絡分配示意圖7 如下：

圖7 改進后的網絡分配示意圖

實驗跟蹤72 小時后，網絡故障仍發生，但當其中一個ACS 出現故障后，不會影響所有的ACS 模塊，哪臺ACS 模塊發生故障，就重啟哪臺ACS 即可，提高故障鎖定點的效率，減少響應時間。

2.7 ACS 芯片版本問題

經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資料，分析故障的原因在于，軟件開發者忽略了通訊在延遲情況下通訊指令處理，即主站發送指令給某個子站，子站迅速根據指令作出回應，如接受收據或者發送數據，通訊本身是在納秒級的時間下完成，即便這樣高速度響應，難免也會出現稍微延遲的情況，程序里面，主站根據規定好的時序，發送指令到某個子站，不做任何等待，隨即發送指令給第二個子站，此種情況下，很有可能發生“沖突”問題，從而導致網絡中斷。由此，聯系廠家，并得到廠家的幫助，升級ACS 芯片和網關配置軟件版本，ACS 芯片由原來的1.03 版本升級到1.04 版本，網關配置軟件由原來的1.01.001升級到1.01.005。軟件升級后，如出現子站相應延遲的話，即等待N 個時序脈沖，N 個脈沖后，放棄接受子站回應，發送通訊指令給下一子站。如此循環N 次后，如始終不能得到該站信息，即認為是通訊故障。ACS 版本升級后，再沒出現網絡故障。如圖8 所示為升級后的版本：

圖8

3 結論

本文所闡述的主要是針對在項目調試階段所遇到的網絡故障問題，通過對網絡架構及故障現象剖析，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，最終鎖定ACS 模塊軟件版本設計程序考慮不周全導致，通過對ACS 模塊版本升級，徹底解決了該網絡問題。本文針對ACS 出現問題梳理的一些問題處理思路，為今后處理devicenet以及以太網等網絡故障時提供參考。隨著工業環保要求的不斷提高，汽車行業使用水性漆噴涂必將成為主流噴涂工藝，從而對供漆設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備所需運行的模式，可在流量模式下，穩定流量輸出控制水性溶劑，流量根據泵出口的壓力大小實現閉環控制，從而保證流量穩定；又可在壓力模式下，穩定壓力輸出控制水性油漆，壓力根據ACS 計算出來的流量大小實現閉環控制，保證噴涂設備填充壓力充足。實際上，在后續運行中，ACS 性能穩定，集成式控制油漆循環泵的輸出壓力和流量，相信該模塊的今后推廣應用中將會更加廣泛。