转炉PLC控制系统通讯故障及解决方案

宋振雷

摘要：PLC控制系统对于整个转炉的正常运转无疑非常重要，但是其本身比较容易受到电磁干扰甚至远程I/O站掉站等一系列外在因素的影响，最终导致整个系统的DO通讯产生故障，而影响整个转炉的安全生产。基于此，文章主要分析转炉PLC控制系统通讯系统的故障，之后提出必要的优化解决方案并且验证其具体的实施效果。

关键词：通讯故障；光纤网络；PLC控制系统

A钢铁公司的6号转炉于2012年5月正式投产，转炉容量100t，中冶赛迪设负责设计整个转炉的自动化系统。该转炉的自动化系统当中的本体PLC系统应用德国SIEMENS公司生产的S7-400，整个系统的主机上面安装了CPU以及CP4431-1系列的通讯模板，其中CPU型号为S7-416-3，整个系统所选择的I/O共有8个全部为德国PHOENIX公司生产的分布式I/O；编程软件为德国SIEMENS公司研发的STEP7 V5.5。整个转炉的通讯系统应用美国恩畅研发的716FXE1系列作为核心的百兆光纤网络，所有的控制PLC均通过ITP工业双绞电缆以及CP443-1通讯模板与工业以太环网进行连接，氧枪变频器、倾动以及氧枪装置的PLC、倾动通讯则依靠Contro1光纤来进行连接，其中氧枪装置PLC、倾动则依靠SST卡进行转换之后和Profibus-DP 网一同连接至整个转炉的主PLC站之上。与此同时，各个远程的I/O站则同样通过同样的连接方式与主PLC站来进行连接。整个操作站采用Windows7操作系统进行控制，监控转件则应用德国SIEMENS研发的WINCC7.0，连接的主要方式为通过以太网卡进过ITP电联连接至工业以太环网之上。

1.典型的故障特征

整个6号转炉的通讯系统由于中断原因最终导致整个电气控制系统产生瘫痪，并且已发了生产的停止问题。尤其是，远程站的I/O本身位于塔楼之中，整个现场温度较高而且粉尘量极大，由此故障发生率较高，一旦发生故障势必会导致6号转炉的正常生产遭受巨大影响。目前，通讯的故障已经成为导致6号转炉生产过程当中最重要的影响因素，必须要采取相应措施来解决。而如何快速的发现通讯故障点并且及时的进行解决已经成为当前必须要解决的关键问题。目前发现的典型故障的主要特征包括以下几种：位于ET200模块之上的BF时常呈现红色故障报警，CPU出现BUS1F/BUS2F、EXTF/SF故障提示，位于操作台上的一部分系统甚至所有系统时常出现瘫痪。除此之外，还有位于6号转炉本体的PLC控制柜之内时常出现BF红色指示灯闪烁报警，HMI监控显示远程站ET200模块通信中断或者电控系统故障。

2.通讯故障产生的主要原因以及时效机理

针对事故产生的主要原因进行分析发现事故原因主要包括以下几种：终端电阻的设置存在问题或者子站的地址在设置上存在错误；通讯线路或者线路上面的相关元件损坏；电气元件产生烧毁的现象；通讯电缆遭受到一定程度的干扰。由于故障的类型相对较多，由此我们在进行排查的过程当中应该始终坚持由简到繁、由易到难的基本原则，如果有必要我们可以采用替换的方式来进行故障判断。而针对子站相对较多的系统，我们则可以引入二分法的方式来判断故障本身出自于哪一个子站上面，具体的处理方法主要是设置终端电阻至ON位置，之后通电看是否存在故障，如果故障存在则应该检查中间的子站位置至这一段是不是正常；如果是不存在，则说明故障存在于中间的子站至最后一个子站的中間的某一个位置。

3.存在的常见问题以及解决的相关方案

（1）在前期设计当中，整个6号转炉的转炉倾动、PLC控制以及传动系统所采用的变频器应用Profibus 电缆所组成的网络来开展相互之间的通讯，而由于整个系统当中DP站点相对较多，网络的线路也相对较长，比较容易受到干扰，进而导致数据产生丢失的问题。基于此，针对整个转炉的通讯系统开展必要的技术提升改造：将原本的Profibus -DP下的双绞线网络改成不会受到电磁干扰的光纤网络，并且将原本的放射状的网络改成双冗余光纤网络；针对原本的网络结构不进行改变，并且增加光纤OLM，最终形成一种光纤组成的环网结构，以求进一步提升社会运转的整体可靠性。

（2）改造远程I/O箱供电的方式，在其中加设24V电源输出模块，避免外部的控制线路对于地面造成远程的I/O电源的挑战，最终导致整个I/O产生的掉站的问题。

（3）针对远程的I/O箱加入必要的防护措施。众所周知，由于塔楼的区域温度较高而且整体的粉尘量更大。由此，必须要针对I/O箱进行保护罩的加装之后需要进行必要的密封处理，从而达到降低粉尘进入I/O箱的目的；通过检修的方式来来进行箱内的接线端子紧固以及吹灰等处理。

（4）通选以及电力电缆之间的相互干扰。通讯故障本身是时有时无的，究其原因就是因为通讯电缆本身容易被其他的电力线缆干扰。由此，应该尽可能的避免通讯以及电力两种电缆一同进行铺设，与此同时，还需要保证通讯电缆的屏蔽层能够进行有效的接地。

（5）子站的地址设置以及DP插头的终端电阻设置存在一定的错误。在整个系统当中以上两种因素当中的任何一种都会导致通讯系统产生故障。通常情况下，此类因素所导致的通讯故障本身的较为少见的，而且导致其所产生的原因主要是因为终端的电子电阻被人为的进行篡改，由此必须要记好各个子站的地质，并且保证相关的电阻位的设置处于ON之上，其他的电阻位则设置为OFF。

（7）24V 电源故障。针对电源可能出现的故障情况必须要进行进一步的精细检查，另外，还必须要保证电源至各个模块之间的相关点位不会出现虚接的状况。

4 改造效果

（1）通过改造之后，整个通讯系统故障的产生率大幅度降低，设备运转的稳定性大大提升。经过设备改造之后，6号转炉经过半年的运转，整体通讯状况相对较好，原本存在的通讯故障问题基本得到了解决，保证整个转炉生产的顺行而且整体我内定性较高。

（2）进一步延长了设备的寿命，并且降低了设备整体成本。进过改造之后，6号转炉的通讯故障得到了很大程度的控制，故障的时间大幅度减少，转炉炼钢的节奏进一步加快，而且故障的概率整体大大降低。

5.结语

此种改造方式整体的投入相对较低，而整体收益相对较大，故障的整体时间以及备件的整体消耗进一步降低，很大程度上缩减了检修工人的工作强度，在很大程度上保证了钢铁公司安全生产的整体需求。除此之外，虽然已经间远程站完成了光纤网络的改造，但是PLC控制系统的整体风险依然是存在的。

参考文献

[1] 廖常初. 西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009.

（作者身份证号码：320219197004226515）