InterBus現場總線控制系統在線故障診斷

InterBus現場總線作為IEC61158標準之一，廣泛應用于制造業和機器加工業。汽車生產過程中的物料呼叫控制系統采用InterBus現場總線技術，在現有生產線上進行生產物流重構，實現了企業同步化物流的需求。


一、引言

InterBus現場總線作為IEC61158標準之一，是一種開放型的串行總線系統，其數據傳輸速度快、效率高，總線控制器和總線設備具有智能化和很強的故障診斷能力，廣泛應用于制造業和機器加工業。汽車生產過程中的物料呼叫控制系統采用InterBus現場總線技術，在現有生產線上進行生產物流重構，實現了企業同步化物流的需求。該系統能使物料供應及時、高效，節省物料線邊占用空間、減少線邊庫存和儲位庫存，自動統計缺料的工位、時間與頻次，有效防止不必要的延誤、等待時間和因物料短缺產生停線的問題。控制系統具有在線故障診斷功能，減少了系統故障處理的時間，提高了系統運行的可靠性和工廠生產效率。

二、控制系統組成

物料呼叫控制系統由硬件和軟件構成。硬件主要由工控機，現場總線控制器，總線耦合器BK模塊，數字輸入、輸出模塊DIO、SAB模塊，LED顯示屏，燈箱和按鈕構成。現場總線控制器選用RFC430，其具有數據采集、邏輯控制、信息交換和自動診斷等功能。控制系統軟件由控制程序和故障診斷程序組成。

控制程序功能如下：根據汽車生產要求，當生產線線邊庫存低于最低值時，生產工人按下工位上對應的按鈕，總線控制器根據回送的過程數據，通過一種基于InterBus現場總線的通信模塊，發送該物料的名稱、工位號數量等信息到LED大屏幕顯示屏，同時啟動音樂鈴聲和燈箱上對應該物料的指示燈。倉庫工作人員得到信息后，按下燈箱指示燈下面對應的按鈕，表示信息確認，已開始投料。總線控制器根據確認的信息，將工位按鈕上方的指示燈由常亮轉為閃亮狀態，表示該物料正在投送中。當物流到達呼叫的工位后，操作人員恢復按鈕，該物料配送過程結束。該物料的名稱、呼叫工位、呼叫時間、到位時間、投料人等信息記入上位機的數據庫，作為管理人員考核員工的一項指標。

故障診斷程序包括運行在控制器上的診斷和自啟動程序和運行在上位機（工控機）上的OPC（OLE for Process Control）應用程序。控制系統一旦出現故障，總線便停止運行。在線故障診斷程序可以快速診斷故障原因，并應用OPC技術將RFC430總線控制器的診斷信息傳送到上位機，上位機根據控制器傳送的診斷信息，采用專家數據庫技術為管理層提供更為詳細的故障原因以及處理方法。因此，一旦控制系統出現故障，值班人員就能根據故障診斷信息以及處理方法迅速排除故障。故障排除后，系統能自動啟動總線，恢復正常運行。

三、診斷和自啟動程序

InterBus總線控制器RF430中的標準寄存器提供了總線運行的狀態信息，也可通過控制程序操作總線系統。總線控制器中的標準寄存器包括診斷狀態寄存器、診斷參數寄存器、標準功能啟動寄存器、標準功能狀態寄存器和標準功能參數寄存器。寄存器的地址可利用PC WORX組態軟件在控制系統的輸入或輸出地址區域設定，以便在編程中應用。診斷狀態寄存器為一個字長，每一位都反映了總線系統運行狀態的某一方面情況。診斷參數寄存器為診斷狀態寄存器的狀態位提供更為詳細的信息，當外圍設備出現故障和總線出錯時，診斷參數寄存器提供錯誤位置；當控制器和總線出錯時，診斷參數寄存器提供錯誤代碼。

診斷和自啟動程序在PC WORX 2.02中功能編程軟件Program Worx上開發，采用ST（結構化文本）語言編程，編程后封裝成功能模塊FCDIAG（見圖1）。該模塊以診斷狀態寄存器、診斷參數寄存器作為輸入，經過處理之后把診斷信息賦給全局外部變量ERR DIAG STATUS和ERR DIAG_PAPA。自啟動功能可以檢測故障是否清除，一旦檢測到故障已經清除后，通過標準功能啟動寄存器，啟動總線運行。

圖1 診斷和自啟動模塊

四、應用程序

1. OPC數據訪問

OPC過程控制中對象鏈接與嵌入技術，OPC以組件對象模型和分布式組件對象模型技術為基礎，采用客戶/服務器的模式，定義了一組COM對象及其接口標準，是一種工業控制和生產自動化領域為了連接數據源（OPC服務器）和數據使用者（OPC應用程序）之間的接口標準。

OPC數據訪問方法主要有同步訪問、異步訪問和訂閱方式數據采集。對于異步訪問，OPC服務器接到OPC應用程序要求后，幾乎立即將方法還回，OPC應用程序不必處于等待狀態，可以處理其他任務。當OPC服務器完成數據訪問時，觸發OPC應用程序的異步訪問完成事件，OPC應用程序在的VB事件處理程序中接受從OPC服務器傳輸過來的數據；對于訂閱方式數據采集，OPC服務器也是通過觸發事件方式傳輸數據到OPC應用程序。

2. 使用VisualBasic開發的OPC應用程序的診斷部分

(1) 變量聲明
包括OPCServer對象、OPCGroups對象、OPCGruop對象、OPCItems對象和保存OPC標簽的服務器句柄的數組SeverHandles_Bus（）。聲明如下：

(2) 連接服務器和建立組

(3) 添加標簽

(4) 采取訂閱方式的數據采集

訂閱方式的數據采集，OPC應用程序不必發出讀取要求，OPC服務器發現數據有變化時，通過事件objTestGrp_BusDataChange自動向OPC應用程序側通知和傳送變化的數據。VB應用程序根據傳送的錯誤信息，通過查詢數據庫獲取更為詳細的故障原因及其處理辦法，其中數據庫中處理辦法由專家經驗知識構成，可以不斷更新和充實。

五、結束語

汽車生產過程中的物料呼叫控制系統自2003年投入運行以來，運行狀況良好，達到了預期的控制要求。該系統的推行使公司的物流管理上了一個臺階，取得了良好的經濟效益。而控制系統中在線故障診斷功能提高了系統運行的可靠性，可以大大減少系統的故障處理時間，有利于充分發揮系統的優越性。