汽車自動化產(chǎn)線D 網(wǎng)通訊故障的影響因素及解決方案

程智浩

柳州五菱汽車工業(yè)有限公司山東分公司 山東省青島市 266000

D 網(wǎng)通訊廣泛應(yīng)用于汽車制造自動化生產(chǎn)線中，它使設(shè)備之間以一根電纜互相連接和通訊，布線、接線簡單，支持設(shè)備帶電插拔或更換，能夠做到即插即用，而不會中斷網(wǎng)絡(luò)連接。它將自動化生產(chǎn)設(shè)備用到的安全光柵、感應(yīng)器、機(jī)器人、焊接控制器等連結(jié)起來，建立通訊，實現(xiàn)大規(guī)模自動化控制的應(yīng)用。DeviceNet 不僅僅使設(shè)備之間以一根電纜互相連接和通訊，更重要的是它給系統(tǒng)所帶來的設(shè)備級的診斷功能，該功能在傳統(tǒng)的I/O 上是很難實現(xiàn)。DeviceNet 是一個開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和協(xié)議都是開放的，供貨商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時，無需為硬件，軟件或授權(quán)付費。

DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢、特點：（1）布線、接線簡單；（2）同時支持智能和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備；（3）可以選擇在計算機(jī)或設(shè)備上進(jìn)行組態(tài)；（4）支持網(wǎng)絡(luò)供電（傳感器）和自身供電（執(zhí)行器）的設(shè)備；（5）支持設(shè)備帶電插拔或更換，而不會中斷網(wǎng)絡(luò)連接；（6）支持控制數(shù)據(jù)實時交換；（7）支持多廠商設(shè)備的可替換性；

D 網(wǎng)通訊雖然有眾多優(yōu)勢，但由于現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，如通訊電纜柔性不佳，運動部位網(wǎng)線的彎折，拉扯、環(huán)境溫度的影響、電磁干擾、連接硬件損壞、線纜過長等，D 網(wǎng)通訊故障常常發(fā)生，隨時造成生產(chǎn)中止，嚴(yán)重影響設(shè)備的運行穩(wěn)定性。常見的故障模式有：單個節(jié)點D 網(wǎng)掉網(wǎng)、多個節(jié)點D 網(wǎng)掉網(wǎng)、全部模塊網(wǎng)絡(luò)故障（包含報警BUSOFF）、網(wǎng)絡(luò)配置丟失。

1 單個節(jié)點D 網(wǎng)掉網(wǎng)

1.1 報警顯示

觸摸屏出現(xiàn)如下報警， 點擊屏幕DeviceNet 畫面，對照節(jié)點表查找畫面中報紅色的故障節(jié)點。顯示為DNET SLOT5 NODE30 即5 槽30 節(jié)點。

圖1

1.2 影響因素

造成單個節(jié)點D 網(wǎng)掉網(wǎng)的主要因素有：T 頭連接松動、T 頭內(nèi)部氧化接觸不良、D 網(wǎng)支纜損壞（彎折磨損破皮等）、單個BK 模塊損壞。

1.3 處理方法

一般觸摸屏上會顯示掉網(wǎng)的位置，根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)布局圖或觸摸屏畫面找到BK01（以BK 模塊為例），拔插模塊線纜接頭即可恢復(fù)。如果拔插無法恢復(fù)，可以更換該段支纜或T頭，亦可全部更換 。如果還是無法恢復(fù)，則將模塊上的所有傳感器都拔下來（注意做標(biāo)記），看BK 模塊是否恢復(fù)正常通訊，若仍故障則更換BK 模塊，若BK 能夠正常通訊，則將拔下來的傳感器逐一恢復(fù)連接BK，沒連接一個傳感器觀察一下通訊是否正常，直至找出連接某一傳感器時通訊再次故障，則說明該傳感器可能損壞，造成單節(jié)點掉網(wǎng)。

小竅門：若附近有其它的BK 模塊，可將支纜插到正常的BK 模塊上，若該BK 模塊正常則證明支纜沒問題，支纜連接不同的BK 來檢查硬件通訊是否故障，不需重新設(shè)置，直接連接即可 。

注：BK 模塊上一般會有2 盞指示燈，MOD 與NET，兩盞燈綠色常亮?xí)r，該模塊正常。

2 多節(jié)點D 網(wǎng)掉網(wǎng)

2.1 報警顯示

觸摸屏顯示如下報警，節(jié)點21-38 報警，由于不是所有網(wǎng)絡(luò)掉網(wǎng)，此時首先要查找21-38 支線的主纜（因為支纜全部掉網(wǎng)，一定是為于最前端的主纜或者T 頭出現(xiàn)了故障）。

圖2

2.2 影響因素

造成多個節(jié)點D 網(wǎng)掉網(wǎng)的主要因素有：前端T 頭連接松動、T 頭內(nèi)部氧化接觸不良、D 網(wǎng)主纜損壞、該段網(wǎng)絡(luò)連結(jié)支纜過多。

2.3 處理方法

查看網(wǎng)絡(luò)布局圖，從上面可以看到從站順序，找到位于最前面的分站。找到該分站就可以到現(xiàn)場找T 頭，見圖3。

圖3

如上圖，找到21-38 這幾個節(jié)點最前端的T 頭，根據(jù)上面的標(biāo)簽找出主纜，一般T頭三根網(wǎng)線的三個標(biāo)簽中，最小至本T 頭編號（如：T153-T154 的就是主纜，153 為上個T 頭編號，154 為本T 頭編號）這根網(wǎng)線即為該段支纜的主網(wǎng)絡(luò)線纜，插拔該T 頭并檢查該T 頭前段的主纜，插拔無效應(yīng)予以更換。若該段主纜在拖鏈等活動部位應(yīng)優(yōu)先檢查。

有的故障是由于該段網(wǎng)絡(luò)連結(jié)支纜過多，支纜或主纜過長造成網(wǎng)絡(luò)通訊不穩(wěn)定，D 網(wǎng)的線纜使用不能超過長度限制，超過長度可能會引起網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，報警，甚至不能進(jìn)行正常通訊。出現(xiàn)這種情況最好要重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分段，增加一組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以便提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。另外如果單個主纜連接過多的電氣部件，也不利于后續(xù)故障時查找問題，因為“牽一發(fā)而動全身”，每一個部件的狀態(tài)都會造成整個網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)量，所以為了方便排查故障，在實際應(yīng)用中，常常化整為零，縮減排查范圍，提高處理故障的效率。

3 全部模塊穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)故障

3.1 報警顯示：

查看觸摸屏，發(fā)現(xiàn)所有網(wǎng)絡(luò)模塊全部報錯，如下圖4。

圖4

3.2 影響因素

造成所有網(wǎng)絡(luò)模塊全部報錯的主要因素有：通訊線纜短路、傳感器損壞、BK 模塊損壞、誤操作導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)配置丟失。

3.3 處理方法

查看觸摸屏，發(fā)現(xiàn)所有網(wǎng)絡(luò)模塊全部報錯，重新插拔DNB 模塊上的插頭無法消除故障，此種情況下采用分段測量方法或者二分法測試網(wǎng)絡(luò)。

分段測量法：用終端電阻按照一定順序分割整段網(wǎng)絡(luò)，并重新插拔DNB 模塊上的D 網(wǎng)接頭，通過觀察報警是否存在來診斷網(wǎng)絡(luò)持續(xù)故障的方法。可采用二分法提高排查效率。

二分法：若本段網(wǎng)絡(luò)所掛模塊較多，可以從網(wǎng)絡(luò)的中間部分將主纜從T 頭處拔開，將網(wǎng)絡(luò)一分為二，接入終端電阻后，若前面的網(wǎng)絡(luò)正常，則能判斷出問題出在后一段網(wǎng)絡(luò)，反之問題則出現(xiàn)在前一段網(wǎng)絡(luò)。

另外報警BUSOFF 故障是網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備有故障導(dǎo)致，網(wǎng)絡(luò)在重復(fù)掃描255次后，設(shè)備仍就是故障狀態(tài)，掃描器內(nèi)重復(fù) 計 數(shù)255， 關(guān) 閉 網(wǎng) 絡(luò)， 報 警BUSOFF DETECTED；要想恢復(fù)計數(shù)，只能重新上電，掃描器會清除計數(shù)器。

目前所接觸到的造成穩(wěn)定BUSOFF 的情況有以下幾個，可供參考：（1）工裝上的傳感器損壞（包括過度磨損、破裂等）；（2）網(wǎng)絡(luò)存在短路點（如快插、航插等連接處、網(wǎng)絡(luò)電纜等）；（3）網(wǎng)線接頭接線錯誤。

如果為網(wǎng)絡(luò)配置丟失導(dǎo)致的通訊故障，則需用RSNetWorx for DeviceNet 軟件上載查看D 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配置，如果網(wǎng)絡(luò)配置丟失，則將提前備份的配網(wǎng)程序重新加載進(jìn)去即可。

4 全部模塊不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)故障

全部模塊不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)故障具體表現(xiàn)為：網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)時好時壞，一會通訊正常設(shè)備可以正常運行，但運行幾分鐘后再次出現(xiàn)通訊故障，這種情況反復(fù)發(fā)生。這類故障的處理較為棘手，首先要鎖定變化點輔助判斷，通常要從設(shè)備活動部位的線路以及與人員干涉的區(qū)域開始入手檢查。造成此類故障的原因主要有：人員操作不當(dāng)造成通訊線路磨損、線路內(nèi)部絕緣降低導(dǎo)致的短路、工裝上檢測零件的傳感器磨損等。

在具體處理故障時，要借助于電氣檢測方法輔助判斷，或者使用網(wǎng)絡(luò)檢測儀進(jìn)行檢測。主要方法有：（1）網(wǎng)絡(luò)電阻檢測。檢測前，切斷所以的網(wǎng)絡(luò)電源，將PLC 打到編程模式停止所有的網(wǎng)絡(luò)通訊，然后用萬用表測量終端CANH 和CANL 之間DC 電阻，電阻值正常在50-70 歐姆之間。若小于50 歐姆，則需確認(rèn)CANH 和CANL 間是否短路，或檢查是否有大于2 個的終端電阻。若大于70歐姆，則檢查CANH 和CANL 間是否開路。（2）網(wǎng)絡(luò)電源檢測。用萬用表測量電源模塊和主干網(wǎng)連接處的CANH 和CANL 間的電壓。正常的電壓為2-3 伏特，超出范圍，則需檢查CANH 和CANL 導(dǎo)線的連續(xù)性。（3）CAN 傳導(dǎo)檢查。每次切斷其中一個節(jié)點，用萬用表測量CANH 和V+間，CANH 和V-間的電阻，正常的測量值在1M-4M 歐姆，若測量值小于1 歐姆或大于4M 歐姆，說明總線傳導(dǎo)有問題，需要更換硬件。（4）網(wǎng)絡(luò)電源常規(guī)電壓檢查。測量每個網(wǎng)絡(luò)連接到主干網(wǎng)處的V+和V-間DC 電壓。正常情況下V+和V-間DC 電壓在20-28 伏特之間。當(dāng)電壓低于20 伏特時，網(wǎng)絡(luò)可能不能正常運行。解決辦法有：縮短網(wǎng)絡(luò)長度；增加供電電源；將過載的節(jié)點移至靠近電源的位置；將網(wǎng)絡(luò)分成兩段。

5 實戰(zhàn)案例解析

故障現(xiàn)象：某車架焊接線正常生產(chǎn)過程中140 區(qū)域掉網(wǎng)，無法上自動模式，觸摸屏報警10988 安全配置錯誤，無法復(fù)位。

處理過程：

（1）查看觸摸屏報警10988，復(fù)位按鈕閃爍，無法復(fù)位。根據(jù)報警代碼查找程序，確認(rèn)FL150 J1 箱安全模塊輸出狀態(tài)異常，查看FL150 J1 接線箱安全模塊輸出端子報警亮紅，斷電重啟后模塊報警消失，但觸摸屏仍無法上自動，安全模塊模塊又出現(xiàn)報警。

（2）查看程序配置，發(fā)現(xiàn)FL150 J1 箱安全模塊報警Code16#0204 連接請求超時，把安全模塊輸出點端子排拔掉后報警消失，能上自動。但是140-160 安全程序報錯，報警無法消除，更換安全模塊驗證，仍報警10988。

（3）單獨拔掉安全模塊0V 線，可上自動，查找24V 供電線路，發(fā)現(xiàn)140 工裝閥島地線燒化，將地線臨時拆除后上自動正常生產(chǎn)。

（4）試機(jī)2 件后，閥島再次掉網(wǎng)，檢查發(fā)現(xiàn)閥島模塊24V 電源接頭燙壞，查找閥島D 網(wǎng)線，發(fā)現(xiàn)D 網(wǎng)線路燙傷。

（5）更換D 網(wǎng)線試機(jī)，試機(jī)閥島仍掉網(wǎng)，檢查發(fā)現(xiàn)R20 機(jī)器人焊接過程中正極電纜與機(jī)器人本體打火，包扎固定處理，上自動狀態(tài)正常，恢復(fù)生產(chǎn)。

原因分析：

從機(jī)器人臂正極電纜破皮處漏電，通過機(jī)器人本體、底座接地、閥島接地、閥島、工裝、負(fù)極電纜，構(gòu)成回路。造成地線和D網(wǎng)線燒壞，造成掉網(wǎng)報警。由此看出，現(xiàn)場一個小小的線路防護(hù)做不到位，日常點檢過程中沒有發(fā)現(xiàn)線路磨損，近而導(dǎo)致了近三個小時的生產(chǎn)停線。

6 結(jié)語

造成D 網(wǎng)通訊不穩(wěn)定，經(jīng)常掉網(wǎng)的影響因素復(fù)雜多變，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常輸出。通過以上分析，明確了此類故障的主要故障模式和影響因素，因此要在生產(chǎn)線設(shè)計階段做好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，使得整個網(wǎng)絡(luò)分配合理，主纜支纜長度合理，各控制單元連接可靠。在日常生產(chǎn)期間做好D 網(wǎng)設(shè)備的點檢維護(hù)，線路有效防護(hù)，人機(jī)交互區(qū)域避免干涉，同時提升故障分析與處理能力，不斷總結(jié)經(jīng)驗。只有嚴(yán)格控制好這些影響因素就能夠大幅降低停線時間，減少過程浪費，提升生產(chǎn)線的綜合效率。