一種斷面成型機通信故障的分析及處理

沈斌杰

（浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313012）

斷面成型機是不銹鋼無縫鋼管生產中的關鍵設備，隨著現代化工業的發展，其自動化程度越來越高，設備的控制系統越來越精細和準確，同時復雜程度也越來越高，往往一臺設備含有多個站點，各站之間的信息交互就顯得尤為重要；一旦出現通信故障，輕則某些動作運行不暢，重則控制系統癱瘓，設備停產。

1 生產工藝流程

斷面成型機基本構造包括：上料部分、送料床身、回轉送進部分、主機座（變形區）、出料拉料及下料部分。主要是將不銹鋼無縫鋼管通過軋制變形、延伸，生產出所需規格的產品。斷面成型機工藝流程如圖1所示。

來料鋼管經表面檢驗篩選合格后，放入設備上料臺架，經上料撥料機構進行逐支撥料，進入送料床身，送料床身由多組V型夾送輥組成，采用變頻器控制送料的速度?；剞D送進部分采用伺服旋轉軸控制，對鋼管的送進量和管坯的回轉角度進行控制，在主機部分配有旋轉編碼器，可根據變形區鋼管的回轉角度和機架的開口度來統一控制回轉送進部分的回轉角。經主機軋輥軋制后，成品鋼管進入下料出料部分，進入下一道工序［1-3］。

2 控制系統構成

目前國內比較先進的鋼管斷面成型機普遍采用了德國力士樂運行控制系統。該控制系統具備控制伺服一體化控制精度高，響應時間快，I/O擴展方便等功能。該控制系統的主要構成為：上位機部分、力士樂運行控制器MLC、力士樂擴展模塊（從站）、力士樂伺服驅動單元、編碼器反饋單元等。斷面成型機的控制系統如圖2所示。

圖1 斷面成型機工藝流程

圖2 斷面成型機的控制系統示意

3 控制系統通信故障診斷分析

MLC與各站點間的信息交互，主要采用了Profibus DP的形式。Profibus通信方式廣泛運用于工業現場網絡，由于Profibus通信采用的是串級連接傳輸；因此，在日常工作中，通信的任意一個點斷開都會波及整個通信網絡，對單元級的DP維護有一定的難度［4-5］。當控制系統通信出現DP故障時，多數是由于通信線在連接設備接口處的端子接觸不良造成的，當然也有連接線路老化所造成的信號丟失等情況。然而，不論是何種原因所引起的子站或主站的通信故障，整個通信網絡都將停止工作，從而導致設備控制系統癱瘓，造成設備停機［6］。

4 控制系統通信抗干擾解決方法

斷面成型機的DP網絡如圖3所示。

圖3 斷面成型機的DP網絡示意

一般來說，在現場解決該干擾的問題主要是通過更換一種抗干擾型的防護電纜，在設備布局時應盡可能的使信號電纜與動力電纜分層布局，從這一點來說，國外的設備廠商做的比較好，一般都是采用強弱電分層的方式。然而，目前比較常見的干擾問題為：一些設備廠商為了節省材料及人工，在設備布線時，用同一根電纜既作為設備動力電源，又作為信號線連接，這種做法往往會引發通信故障。

在現場處理故障時經常遇到一個問題，有一臺高速斷面成型機在工作時會經常停機，在HMI操作界面上沒有任何報警信息。每次在變頻器工作送料時，機器很可能會自動停機。根據這一重要線索，首先檢查了變頻器端的DP接頭的接線情況及終端電阻的情況，在檢測良好的情況下，初步認為該臺設備有部分子站間距離過長，信號可能有衰減的情況［7-11］。

第一步：更換部分DP通信線及通信接頭后，在通信線中途增加了西門子RS485中繼器，以加強傳輸信號。經過上述的處理之后，自動停機的問題得到有效處理，然而并沒有完全杜絕。只是降低了故障的頻率。本來可能幾小時出現一次，處理之后幾天出現一次。

第二步：針對這個情況，深入研究力士樂Indraworks系統及通信方式。組織人工，對設備進行了嚴格的強弱電電纜分層處理，強電與通信線嚴格區分，接線與其屏蔽處理按照規范嚴格執行。

第三步：在Indraworks軟件中，對DP各站點間的通信相關參數進行設置，將通信故障響應時間進行鈍化處理，消除偶發性信號丟失帶來的通信中斷。具體的操作方法如下所述：

（1）將Indraworks軟件打開，相關硬件及配置如圖4所示。

（2）打開Indraworks軟件中的Profibus/M，得到通信協議相關參數，通信協議默認參數如圖5所示。

（3）將通信中斷最大重試次數（Max.retry limit）由默認值2改大，最大允許值為15，并將等待時間（poll timeout）由默認值100 ms改大，最大允許值為10 000 ms。Indraworks通信協議修改后參數如圖6所示。

經過對Indraworks軟件中Profibus/M通信協議相關參數的更改，偶發性通信故障導致設備自動停機的問題得到了徹底解決。后續觀察，再沒有出現此類故障。因此，在處理斷面成型機通信故障時，除了對現場硬件及屏蔽電纜嚴格規范化要求以外，對Indraworks軟件中的Profibus/M通信協議的參數優化設置也是相當關鍵的［12-15］。

圖4 Indraworks軟件中硬件配置

圖5 Indraworks通信協議默認參數

圖6 Indraworks通信協議修改后參數

5 結 語

經過在不同斷面成型機設備上驗證，證明該通信故障處理方式具有較高的可行性。已在某重工業企業的不同規格、不同批次的高速斷面成型機上運用，取得良好的效果，故障診斷和處理時間大幅降低，且有效地保障了設備的正常運轉。