棒材冷床區自動化網絡升級改造

劉暢

摘 要：針對棒材冷床區域自動化控制網絡頻繁出現閃斷，嚴重影響生產秩序的問題進行了網絡系統升級改造，保障了系統的穩定性。

關鍵詞：網絡;自動化;總線;通訊速率

一、項目背景

河鋼宣鋼一棒冷床區域自動化控制網絡自2017年3月開始頻繁出現閃斷故障，故障頻率從每周一次逐漸增加至每周2-3次。故障時間極短，查看報警記錄均顯示故障后1秒鐘自動恢復。此故障造成冷床區域設備全部斷電，無法正常工作，軋機送出的紅鋼在冷床入口處堆鋼，重新恢復生產需20分鐘以上時間，對正常的生產秩序造成了嚴重影響。

二、分析解決問題

自動化控制網絡共配置有6個分站，起始于冷床區可編程控制器PLC2的第三塊通訊模板CP443-5的DP網絡接口。網絡布線路由順序為CP443-5→ET200→三號飛剪就地操作臺PL-TR41→冷床液壓站就地操作臺PL-UH40→P2集中操作臺P2A→P2操作臺遠程控制柜L52→裙板就地操作臺PL-CM43→冷剪就地操作臺PL-C50→冷床區域集中油脂潤滑就地操作臺PL-UG2，網絡總線長度約260米。

從故障存儲器的故障報警記錄可以查看到，大部分故障信息均包含P2A網路通訊中斷故障，也有一小部分故障信息包含PL-TR41或者PL-CM43等分站。由于一棒自動控制網絡使用年限較長，現場工況較差，參考以前故障實例，故障點應與故障信息相對應，或者在真實故障點的上下游相鄰站點，所以根據這些故障信息，我們陸續進行了如下改造：

（1）首先，檢查故障信息頻率最高的P2A分站網絡通訊模板、DP網絡接頭。檢查發現P2A網絡通訊模板ET200M已經老化嚴重，通訊指示燈昏暗，DP網絡接頭原設計為直接頭，線路壓痕明顯。因此更換ET200M通訊模板和背板連接器，將DP網絡接頭改為斜接頭，斜接頭更有利于DP線路插接和布置。

（2）其次，測量分站電源模板，測得輸出電壓為19.3VDC。電源模板的額定值為輸入220VAC，輸出24VDC。19.3 VDC已經低于額定輸出的負5%，說明電源長期使用性能下降，所以更換P2A分站電源模板，確保各模板供電的24VDC電源正常。

（3）由于此網段總線距離達到260米，DP線路長期使用后，線路阻抗增大，防漏電性能下降，總線控制信號有所衰減。為了保證信號穩定，分別在P2A分站和PL-TR41分站處各增設1臺DP網絡中繼器，用于信號放大和過濾干擾。DP網絡中繼器采用西門子RS-485，采用全雙工模式，可以自動識別RS-485信號流向，零延時自動轉發報文，工作電壓24VDC，中繼距離大于1.2km，通訊波特率從300-115.2Kbps自適應，內置抗雷擊保護和抗靜電保護，完全適應現在的工況環境。

（4）對于出現故障報警的PL-TR41分站，更換了PL-TR41通訊模板IM153-1和DP網絡通訊適配器。

（5）使用ProfiCoreUltra2網絡測試工具軟件進行了網絡測試，針對PL-CM43分站通訊反饋電壓值偏低的情況，更換了PL-CM43通訊模板IM153-1和DP網絡適配器，并重新制作了DP網線接頭。

（6）軋線自動化改造后DP網絡網速均被調試廠家提高至1.5Mbps，根據西門子網絡手冊說明，網絡的通訊速率與通訊距離和穩定性成反比，此路網絡設計速率1.5Mbps，通過測試軟件觀察各分站反饋電壓值波動較大，說明網絡運行情況不穩定。所以將此路網絡通訊速率由1.5Mbps降為187.5Kbps，修改后的網絡通訊速率完全可以滿足生產使用要求，且使此路網絡通訊距離和通訊穩定性有了明顯提高。從下圖的電壓值可以看出，圖1改造前各分站反饋電壓差別較大，最大電壓差達到1.5V，波形圖中毛刺較多，沒有形成類似平直的波形。改造后圖2直方圖中各分站電壓反饋基本平穩，電壓差值0.27V，已經小于系統允許誤差。波形圖中波峰毛刺明顯變小，基本類似于平直的方形波。

（7）根據網絡拓撲結構，P2A網線來自PL-UH40，此路網線與冷剪輸出輥道VR51變頻電纜在同一電纜溝敷設，期間也出現過啟動VR51變頻輥道的同時造成P2A網絡中斷的故障，所以針對VR51輥道共計43臺變頻電機的接地線路進行了整理，規范了電機側地線連接，同時補全了輥道電機開關箱處與傳動部件的地線連接。改造后，沒有出現過變頻電機對通訊網路的干擾。

三、結語

通過此次改造，基本解決了棒材冷床區域自動化控制網絡頻繁閃斷問題，保障了生產的順利進行。

參考文獻：

[1]《工廠常用電氣設備手冊》編寫組.工廠常用電氣設備手冊.2版[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2]S7-200 CN可編程序控制器手冊[M].西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團，2005.