InterBus现场总线控制系统在线故障诊断

摘要：InterBus现场总线作为IEC61158标准之一，广泛应用于制造业和机器加工业。汽车生产过程中的物料呼叫控制系统采用InterBus现场总线技术，在现有生产线上进行生产物流重构，实现了企业同步化物流的需求。 
一、引言
   
    InterBus现场总线作为IEC61158标准之一，是一种开放型的串行总线系统，其数据传输速度快、效率高，总线控制器和总线设备具有智能化和很强的故障诊断能力，广泛应用于制造业和机器加工业。汽车生产过程中的物料呼叫控制系统采用InterBus现场总线技术，在现有生产线上进行生产物流重构，实现了企业同步化物流的需求。该系统能使物料供应及时、，节省物料线边占用空间、减少线边库存和储位库存，自动统计缺料的工位、时间与频次，有效防止不必要的延误、等待时间和因物料短缺产生停线的问题。控制系统具有在线故障诊断功能，减少了系统故障处理的时间，提高了系统运行的可靠性和工厂生产效率。
    
二、控制系统组成
    
    物料呼叫控制系统由硬件和软件构成。硬件主要由工控机，现场总线控制器，总线耦合器BK模块，数字输入、输出模块DIO、SAB模块，LED显示屏，灯箱和按钮构成。现场总线控制器选用RFC430，其具有数据采集、逻辑控制、信息交换和自动诊断等功能。控制系统软件由控制程序和故障诊断程序组成。
    控制程序功能如下：根据汽车生产要求，当生产线线边库存低于zui低值时，生产工人按下工位上对应的按钮，总线控制器根据回送的过程数据，通过一种基于InterBus现场总线的通信模块，发送该物料的名称、工位号数量等信息到LED大屏幕显示屏，同时启动音乐铃声和灯箱上对应该物料的指示灯。仓库工作人员得到信息后，按下灯箱指示灯下面对应的按钮，表示信息确认，已开始投料。总线控制器根据确认的信息，将工位按钮上方的指示灯由常亮转为闪亮状态，表示该物料正在投送中。当物流到达呼叫的工位后，操作人员恢复按钮，该物料配送过程结束。该物料的名称、呼叫工位、呼叫时间、到位时间、投料人等信息记入上位机的数据库，作为管理人员考核员工的一项指标。
    
    故障诊断程序包括运行在控制器上的诊断和自启动程序和运行在上位机（工控机）上的OPC（OLE for Process Control）应用程序。控制系统一旦出现故障，总线便停止运行。在线故障诊断程序可以快速诊断故障原因，并应用OPC技术将RFC430总线控制器的诊断信息传送到上位机，上位机根据控制器传送的诊断信息，采用专家数据库技术为管理层提供更为详细的故障原因以及处理方法。因此，一旦控制系统出现故障，值班人员就能根据故障诊断信息以及处理方法迅速排除故障。故障排除后，系统能自动启动总线，恢复正常运行。
三、诊断和自启动程序
    
    InterBus总线控制器RF430中的标准寄存器提供了总线运行的状态信息，也可通过控制程序操作总线系统。总线控制器中的标准寄存器包括诊断状态寄存器、诊断参数寄存器、标准功能启动寄存器、标准功能状态寄存器和标准功能参数寄存器。寄存器的地址可利用PC WORX组态软件在控制系统的输入或输出地址区域设定，以便在编程中应用。诊断状态寄存器为一个字长，每一位都反映了总线系统运行状态的某一方面情况。诊断参数寄存器为诊断状态寄存器的状态位提供更为详细的信息，当外围设备出现故障和总线出错时，诊断参数寄存器提供错误位置；当控制器和总线出错时，诊断参数寄存器提供错误代码。
    
    诊断和自启动程序在PC WORX 2.02中功能编程软件Program Worx上开发，采用ST（结构化文本）语言编程，编程后封装成功能模块FCDIAG（见图1）。该模块以诊断状态寄存器、诊断参数寄存器作为输入，经过处理之后把诊断信息赋给全局外部变量ERR DIAG STATUS和ERR DIAG_PAPA。自启动功能可以检测故障是否清除，一旦检测到故障已经清除后，通过标准功能启动寄存器，启动总线运行。

四、应用程序
    
1. OPC数据访问
    
    OPC过程控制中对象链接与嵌入技术，OPC以组件对象模型和分布式组件对象模型技术为基础，采用客户/服务器的模式，定义了一组COM对象及其接口标准，是一种工业控制和生产自动化领域为了连接数据源（OPC服务器）和数据使用者（OPC应用程序）之间的接口标准。
    
    OPC数据访问方法主要有同步访问、异步访问和订阅方式数据采集。对于异步访问，OPC服务器接到OPC应用程序要求后，几乎立即将方法还回，OPC应用程序不必处于等待状态，可以处理其他任务。当OPC服务器完成数据访问时，触发OPC应用程序的异步访问完成事件，OPC应用程序在的VB事件处理程序中接受从OPC服务器传输过来的数据；对于订阅方式数据采集，OPC服务器也是通过触发事件方式传输数据到OPC应用程序。
    
2. 使用VisualBasic开发的OPC应用程序的诊断部分
（1） 变量声明
    
    包括OPCServer对象、OPCGroups对象、OPCGruop对象、OPCItems对象和保存OPC标签的服务器句柄的数组SeverHandles_Bus（）。声明如下：

（2） 连接服务器和建立组

（3） 添加标签

（4） 采取订阅方式的数据采集
    
    订阅方式的数据采集，OPC应用程序不必发出读取要求，OPC服务器发现数据有变化时，通过事件objTestGrp_BusDataChange自动向OPC应用程序侧通知和传送变化的数据。VB应用程序根据传送的错误信息，通过查询数据库获取更为详细的故障原因及其处理办法，其中数据库中处理办法由专家经验知识构成，可以不断更新和充实。
    
五、结束语
    
    汽车生产过程中的物料呼叫控制系统自2003年投入运行以来，运行状况良好，达到了预期的控制要求。该系统的推行使公司的物流管理上了一个台阶，取得了良好的经济效益。而控制系统中在线故障诊断功能提高了系统运行的可靠性，可以大大减少系统的故障处理时间，有利于充分发挥系统的优越性。