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摘 要：本文探讨在上汽通用五菱河西基地整车总装某生产线输送链总线控制系统的可靠性，分析输送链总线控制系统失效模式，针对性提出改进策略，并分享变频器总线控制改为端子控制的技术要领。
关键词：DeviceNet总线;变频器;端子控制;失效模式
一、输送链DeviceNet总线控制系统的失效模式
河西基地东部某生产线投产以来，整车输送链运行不稳定，最主要的问题设备网网络运行不稳定。分为如下三个方面：其一，设备网总线网络末端电源偏低;其二，设备网网络负载率偏高;其三，变频器振荡干扰设备网网络信号。
第一，设备网总线网络末端电源偏低
以内饰线为例讲解，内饰线分为内饰一、内饰二线，各具备15个工位，共计30个工位，每个工位6米，内饰线合计180米。内饰设备包括内饰主驱、阻尼、进口快驱、出口快驱、转接升降机、液压台，共计20台电机。现场需要为内饰线布置这20台电机的驱动控制系统，所需要的网络布线长度约300米。
设备网总线电源电阻估算：设备网总线干线由待屏蔽的4芯线组成。电源线+24V＼-24V，信号线+Single＼-Single，屏蔽层Shift，各线径为1mm，其每100m电阻为1.82Ω。显而易见，300m+24V线总电阻约为5.4Ω，﹣24V线路总电阻约为5.4Ω，那么电源线回路总电阻约为10.8Ω。
设备网总线电源电流估算：内饰线共计25个网络节点，据测量，每个节点总线电源电流为20mA，总线电源线回路电流共计约0.5A。
设备网总线末端电源压降估算：电源回路电阻×电源回路电流=总线末端压降，代入数据得，10.8Ω×0.5A=5.4V。电源末端总压降约为5.4V。
根据设备网总线技术要求，网络电源不低于19.2V。当总线电源电压为24V，末端压降为5.4V时，末端电压为18.6V。显然，末端电压不符合技术要求。
第二，设备网网络负载率偏高
一方面，单一节点负载率偏高原因分析。设备网理论上可以附带63个节点，事实证明，设备网络节点太多，导致网络信号严重堵塞，造成信号延迟，在实时性要求比较高应用环境中，导致设备极度不稳定性，主要与网络节点下通讯字节长度有关。
另一方面，多节点网络负载率偏高分析。总线扫描模块，默认设置为轮询扫描，整个总线扫描周期与节点数量有关。当节点数量越多，周期越长，延时越大，造成网络拥堵。
第三，变频器振荡引起总线信号干扰
首先，变频器整流电路给内部电解电容器进行非线性充电，将直接导致变频器整流电路输入三相电源不平衡，这将导致三相电源畸变，导致电控柜内周围电气元件电源受干扰。而在柜内的总线直流电源也收到干扰，轻则影响直流电源的输出直流电压，重则损坏总线直流电源模块。
其次，变频器内部驱动电路载波发生频率为2KHz至16KHz，是逆变电路晶体管高速通断，产生很强的振动源。该振荡源将通过设备网线电缆干扰设备网总线信号。
再次，变频器输出强电中并非绝对的正弦交流电，而是掺杂着高次谐波，尤其5倍频、7倍频高次谐波分量占有一定的比例。在电机及变频器接地系统不可靠的情况下，将直接导致周围电气元件及网络控制系统瘫痪。
二、输送链DeviceNet总线控制系统改进策略
通过分析整车输送链DeviceNet总线控制系统的三种失效模式。分别从如下三个方面提出应对措施：
第一方面，电压补偿策略
在内饰DeviceNet总线干路上，在第8个变频器前端、第15个变频器前端各增加24V的直流电源。使内饰20个变频器节点和5个IO箱节点的网络电源各由一个直流电源供电，每一段有7至8个节点，每一段电源线路回路总电阻变为原来的1/3，约为3.6Ω，每一段电源线路回路总电流变为原来的1/3，约为0.17A，则每段电源线路总压降变为原来的1/9，约为0.6V。那么，电压补偿后，显然，总线节点末端最低电压约为23.4V，满足设备网总线电源电压要求（大于19.2V）。
第二方面，网络分段策略
网络分段策略从两个不同层面研究，整体上降低节点数量和处理单一节点传送数据量过大问题。
首先，增加设备网网络扫描模块，在PLC底板中增加一块设备网扫描模块，将原来内饰线25个节点的网络一分为二，分别由两个网络扫描模块驱动。如此，两路网络节点数量大约减半，释放网络资源。另外，通过设置网络节点的扫描方式，将轮询扫描改为状态改变时扫描，降低网络使用频次，释放网络资源。
其次，增加网络中继器。当单一节点数据量过大时，比如模拟量传输、高速计数、字符显示等占用大量传输字节，增加中继器后，为这些节点开辟独立总线资源，降低了整个网络的负载率。
第三方面，变频器振荡源屏蔽及隔离策略
首先，变频器整流电路输入电源隔离。在变频驱动设计阶段，增加变频器电源输入电抗器，有效隔离变频器整流电路输入电源的非线性成分，降低对周围电气元件电源的干扰。
其次，变频器及电机动力线屏蔽层可靠接地。变频器接地点与电机动力线的屏蔽层可靠连接，并同一处接入地线。
再次，改变变频器的控制模式。将原来DeviceNet总线控制的方式改变为变频器端子控制。由于变频器输入、输出端子带有光电隔离，使变频器振荡被隔离在变频器内部，极大程度降低对总线信号的干扰。
三、某整车输送链变频器网络控制改为端子控制的技术要领
以三菱E700系列变频器设置为例。
（1）变频器控制信号源选择设置，网络控制时79号参数值为6;改为端子控制，79号参数值为3。
（2）速度设置：设置4、5、6号参数值作为电机运行频率。设置多段速功能，由24、25、26、27号参数设置。
（3）变频器启动设置：F端子正转、R端反转、RES端子复位
（4）变频器状态反馈：RUN端子运行状态，AC＼BC端子触点反馈故障状态。
（5）总线控制改为端子控制PLC逻辑实现
其一，总线控制与端子控制的输入逻辑互为并联、输出逻辑互为并联。
其二，列出总线控制与端子控制的输入输出点表，并一一核对，切勿遗漏。
结语：
本文分析整车输送链控制总线的失效模式，并提出总线可靠性改进策略，并成功应用上汽通用五菱河西基地东部某生产线，卓有成效解决了DeviceNet运行不稳定问题，为后续整车输送链建设项目提供了设计经验和方法，为横向排查类似问题提供了理论指导和实践依据。
作者简介：
石能光（1984-10-），男，廣西三江，本科，工程师，从事整车输送设备电控系统运维工作。
关键词：DeviceNet总线;变频器;端子控制;失效模式
一、输送链DeviceNet总线控制系统的失效模式
河西基地东部某生产线投产以来，整车输送链运行不稳定，最主要的问题设备网网络运行不稳定。分为如下三个方面：其一，设备网总线网络末端电源偏低;其二，设备网网络负载率偏高;其三，变频器振荡干扰设备网网络信号。
第一，设备网总线网络末端电源偏低
以内饰线为例讲解，内饰线分为内饰一、内饰二线，各具备15个工位，共计30个工位，每个工位6米，内饰线合计180米。内饰设备包括内饰主驱、阻尼、进口快驱、出口快驱、转接升降机、液压台，共计20台电机。现场需要为内饰线布置这20台电机的驱动控制系统，所需要的网络布线长度约300米。
设备网总线电源电阻估算：设备网总线干线由待屏蔽的4芯线组成。电源线+24V＼-24V，信号线+Single＼-Single，屏蔽层Shift，各线径为1mm，其每100m电阻为1.82Ω。显而易见，300m+24V线总电阻约为5.4Ω，﹣24V线路总电阻约为5.4Ω，那么电源线回路总电阻约为10.8Ω。
设备网总线电源电流估算：内饰线共计25个网络节点，据测量，每个节点总线电源电流为20mA，总线电源线回路电流共计约0.5A。
设备网总线末端电源压降估算：电源回路电阻×电源回路电流=总线末端压降，代入数据得，10.8Ω×0.5A=5.4V。电源末端总压降约为5.4V。
根据设备网总线技术要求，网络电源不低于19.2V。当总线电源电压为24V，末端压降为5.4V时，末端电压为18.6V。显然，末端电压不符合技术要求。
第二，设备网网络负载率偏高
一方面，单一节点负载率偏高原因分析。设备网理论上可以附带63个节点，事实证明，设备网络节点太多，导致网络信号严重堵塞，造成信号延迟，在实时性要求比较高应用环境中，导致设备极度不稳定性，主要与网络节点下通讯字节长度有关。
另一方面，多节点网络负载率偏高分析。总线扫描模块，默认设置为轮询扫描，整个总线扫描周期与节点数量有关。当节点数量越多，周期越长，延时越大，造成网络拥堵。
第三，变频器振荡引起总线信号干扰
首先，变频器整流电路给内部电解电容器进行非线性充电，将直接导致变频器整流电路输入三相电源不平衡，这将导致三相电源畸变，导致电控柜内周围电气元件电源受干扰。而在柜内的总线直流电源也收到干扰，轻则影响直流电源的输出直流电压，重则损坏总线直流电源模块。
其次，变频器内部驱动电路载波发生频率为2KHz至16KHz，是逆变电路晶体管高速通断，产生很强的振动源。该振荡源将通过设备网线电缆干扰设备网总线信号。
再次，变频器输出强电中并非绝对的正弦交流电，而是掺杂着高次谐波，尤其5倍频、7倍频高次谐波分量占有一定的比例。在电机及变频器接地系统不可靠的情况下，将直接导致周围电气元件及网络控制系统瘫痪。
二、输送链DeviceNet总线控制系统改进策略
通过分析整车输送链DeviceNet总线控制系统的三种失效模式。分别从如下三个方面提出应对措施：
第一方面，电压补偿策略
在内饰DeviceNet总线干路上，在第8个变频器前端、第15个变频器前端各增加24V的直流电源。使内饰20个变频器节点和5个IO箱节点的网络电源各由一个直流电源供电，每一段有7至8个节点，每一段电源线路回路总电阻变为原来的1/3，约为3.6Ω，每一段电源线路回路总电流变为原来的1/3，约为0.17A，则每段电源线路总压降变为原来的1/9，约为0.6V。那么，电压补偿后，显然，总线节点末端最低电压约为23.4V，满足设备网总线电源电压要求（大于19.2V）。
第二方面，网络分段策略
网络分段策略从两个不同层面研究，整体上降低节点数量和处理单一节点传送数据量过大问题。
首先，增加设备网网络扫描模块，在PLC底板中增加一块设备网扫描模块，将原来内饰线25个节点的网络一分为二，分别由两个网络扫描模块驱动。如此，两路网络节点数量大约减半，释放网络资源。另外，通过设置网络节点的扫描方式，将轮询扫描改为状态改变时扫描，降低网络使用频次，释放网络资源。
其次，增加网络中继器。当单一节点数据量过大时，比如模拟量传输、高速计数、字符显示等占用大量传输字节，增加中继器后，为这些节点开辟独立总线资源，降低了整个网络的负载率。
第三方面，变频器振荡源屏蔽及隔离策略
首先，变频器整流电路输入电源隔离。在变频驱动设计阶段，增加变频器电源输入电抗器，有效隔离变频器整流电路输入电源的非线性成分，降低对周围电气元件电源的干扰。
其次，变频器及电机动力线屏蔽层可靠接地。变频器接地点与电机动力线的屏蔽层可靠连接，并同一处接入地线。
再次，改变变频器的控制模式。将原来DeviceNet总线控制的方式改变为变频器端子控制。由于变频器输入、输出端子带有光电隔离，使变频器振荡被隔离在变频器内部，极大程度降低对总线信号的干扰。
三、某整车输送链变频器网络控制改为端子控制的技术要领
以三菱E700系列变频器设置为例。
（1）变频器控制信号源选择设置，网络控制时79号参数值为6;改为端子控制，79号参数值为3。
（2）速度设置：设置4、5、6号参数值作为电机运行频率。设置多段速功能，由24、25、26、27号参数设置。
（3）变频器启动设置：F端子正转、R端反转、RES端子复位
（4）变频器状态反馈：RUN端子运行状态，AC＼BC端子触点反馈故障状态。
（5）总线控制改为端子控制PLC逻辑实现
其一，总线控制与端子控制的输入逻辑互为并联、输出逻辑互为并联。
其二，列出总线控制与端子控制的输入输出点表，并一一核对，切勿遗漏。
结语：
本文分析整车输送链控制总线的失效模式，并提出总线可靠性改进策略，并成功应用上汽通用五菱河西基地东部某生产线，卓有成效解决了DeviceNet运行不稳定问题，为后续整车输送链建设项目提供了设计经验和方法，为横向排查类似问题提供了理论指导和实践依据。
作者简介：
石能光（1984-10-），男，廣西三江，本科，工程师，从事整车输送设备电控系统运维工作。