轉爐PLC控制系統通訊故障及解決方案

宋振雷

摘要：PLC控制系統對于整個轉爐的正常運轉無疑非常重要，但是其本身比較容易受到電磁干擾甚至遠程I/O站掉站等一系列外在因素的影響，最終導致整個系統的DO通訊產生故障，而影響整個轉爐的安全生產。基于此，文章主要分析轉爐PLC控制系統通訊系統的故障，之后提出必要的優化解決方案并且驗證其具體的實施效果。

關鍵詞：通訊故障；光纖網絡；PLC控制系統

A鋼鐵公司的6號轉爐于2012年5月正式投產，轉爐容量100t，中冶賽迪設負責設計整個轉爐的自動化系統。該轉爐的自動化系統當中的本體PLC系統應用德國SIEMENS公司生產的S7-400，整個系統的主機上面安裝了CPU以及CP4431-1系列的通訊模板，其中CPU型號為S7-416-3，整個系統所選擇的I/O共有8個全部為德國PHOENIX公司生產的分布式I/O；編程軟件為德國SIEMENS公司研發的STEP7 V5.5。整個轉爐的通訊系統應用美國恩暢研發的716FXE1系列作為核心的百兆光纖網絡，所有的控制PLC均通過ITP工業雙絞電纜以及CP443-1通訊模板與工業以太環網進行連接，氧槍變頻器、傾動以及氧槍裝置的PLC、傾動通訊則依靠Contro1光纖來進行連接，其中氧槍裝置PLC、傾動則依靠SST卡進行轉換之后和Profibus-DP 網一同連接至整個轉爐的主PLC站之上。與此同時，各個遠程的I/O站則同樣通過同樣的連接方式與主PLC站來進行連接。整個操作站采用Windows7操作系統進行控制，監控轉件則應用德國SIEMENS研發的WINCC7.0，連接的主要方式為通過以太網卡進過ITP電聯連接至工業以太環網之上。

1.典型的故障特征

整個6號轉爐的通訊系統由于中斷原因最終導致整個電氣控制系統產生癱瘓，并且已發了生產的停止問題。尤其是，遠程站的I/O本身位于塔樓之中，整個現場溫度較高而且粉塵量極大，由此故障發生率較高，一旦發生故障勢必會導致6號轉爐的正常生產遭受巨大影響。目前，通訊的故障已經成為導致6號轉爐生產過程當中最重要的影響因素，必須要采取相應措施來解決。而如何快速的發現通訊故障點并且及時的進行解決已經成為當前必須要解決的關鍵問題。目前發現的典型故障的主要特征包括以下幾種：位于ET200模塊之上的BF時常呈現紅色故障報警，CPU出現BUS1F/BUS2F、EXTF/SF故障提示，位于操作臺上的一部分系統甚至所有系統時常出現癱瘓。除此之外，還有位于6號轉爐本體的PLC控制柜之內時常出現BF紅色指示燈閃爍報警，HMI監控顯示遠程站ET200模塊通信中斷或者電控系統故障。

2.通訊故障產生的主要原因以及時效機理

針對事故產生的主要原因進行分析發現事故原因主要包括以下幾種：終端電阻的設置存在問題或者子站的地址在設置上存在錯誤；通訊線路或者線路上面的相關元件損壞；電氣元件產生燒毀的現象；通訊電纜遭受到一定程度的干擾。由于故障的類型相對較多，由此我們在進行排查的過程當中應該始終堅持由簡到繁、由易到難的基本原則，如果有必要我們可以采用替換的方式來進行故障判斷。而針對子站相對較多的系統，我們則可以引入二分法的方式來判斷故障本身出自于哪一個子站上面，具體的處理方法主要是設置終端電阻至ON位置，之后通電看是否存在故障，如果故障存在則應該檢查中間的子站位置至這一段是不是正常；如果是不存在，則說明故障存在于中間的子站至最后一個子站的中間的某一個位置。

3.存在的常見問題以及解決的相關方案

（1）在前期設計當中，整個6號轉爐的轉爐傾動、PLC控制以及傳動系統所采用的變頻器應用Profibus 電纜所組成的網絡來開展相互之間的通訊，而由于整個系統當中DP站點相對較多，網絡的線路也相對較長，比較容易受到干擾，進而導致數據產生丟失的問題?；诖耍槍φ麄€轉爐的通訊系統開展必要的技術提升改造：將原本的Profibus -DP下的雙絞線網絡改成不會受到電磁干擾的光纖網絡，并且將原本的放射狀的網絡改成雙冗余光纖網絡；針對原本的網絡結構不進行改變，并且增加光纖OLM，最終形成一種光纖組成的環網結構，以求進一步提升社會運轉的整體可靠性。

（2）改造遠程I/O箱供電的方式，在其中加設24V電源輸出模塊，避免外部的控制線路對于地面造成遠程的I/O電源的挑戰，最終導致整個I/O產生的掉站的問題。

（3）針對遠程的I/O箱加入必要的防護措施。眾所周知，由于塔樓的區域溫度較高而且整體的粉塵量更大。由此，必須要針對I/O箱進行保護罩的加裝之后需要進行必要的密封處理，從而達到降低粉塵進入I/O箱的目的；通過檢修的方式來來進行箱內的接線端子緊固以及吹灰等處理。

（4）通選以及電力電纜之間的相互干擾。通訊故障本身是時有時無的，究其原因就是因為通訊電纜本身容易被其他的電力線纜干擾。由此，應該盡可能的避免通訊以及電力兩種電纜一同進行鋪設，與此同時，還需要保證通訊電纜的屏蔽層能夠進行有效的接地。

（5）子站的地址設置以及DP插頭的終端電阻設置存在一定的錯誤。在整個系統當中以上兩種因素當中的任何一種都會導致通訊系統產生故障。通常情況下，此類因素所導致的通訊故障本身的較為少見的，而且導致其所產生的原因主要是因為終端的電子電阻被人為的進行篡改，由此必須要記好各個子站的地質，并且保證相關的電阻位的設置處于ON之上，其他的電阻位則設置為OFF。

（7）24V 電源故障。針對電源可能出現的故障情況必須要進行進一步的精細檢查，另外，還必須要保證電源至各個模塊之間的相關點位不會出現虛接的狀況。

4 改造效果

（1）通過改造之后，整個通訊系統故障的產生率大幅度降低，設備運轉的穩定性大大提升。經過設備改造之后，6號轉爐經過半年的運轉，整體通訊狀況相對較好，原本存在的通訊故障問題基本得到了解決，保證整個轉爐生產的順行而且整體我內定性較高。

（2）進一步延長了設備的壽命，并且降低了設備整體成本。進過改造之后，6號轉爐的通訊故障得到了很大程度的控制，故障的時間大幅度減少，轉爐煉鋼的節奏進一步加快，而且故障的概率整體大大降低。

5.結語

此種改造方式整體的投入相對較低，而整體收益相對較大，故障的整體時間以及備件的整體消耗進一步降低，很大程度上縮減了檢修工人的工作強度，在很大程度上保證了鋼鐵公司安全生產的整體需求。除此之外，雖然已經間遠程站完成了光纖網絡的改造，但是PLC控制系統的整體風險依然是存在的。

參考文獻

[1] 廖常初. 西門子工業通信網絡組態編程與故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2009.

（作者身份證號碼：320219197004226515）