焦炉四车自控系统调试及运行期间典型问题处理

冀传玖

（山钢集团日照有限公司，山东日照 276800）

0 引言

某钢厂新建7.2 m 焦炉，其主要设备推焦车、装煤车、拦焦车及电机车（以下简称四车）的自动化控制系统采用SIMENS S7-400 PLC、AB PowerFlex 755 变频器等设备组成，PLC、变频器、现场检测设备之间采用现场总线PROFIBUS-DP 进行通信，其系统简图如图1 所示。在进行四车调试和初期运行的时候，PLC、变频器及PROFIBUSDP 通信系统出现的一系列故障或问题，具有一定代表性，现汇总并逐一分析，为今后四车设备的管理维护积累第一手的宝贵资料。

1 典型问题分析与解决

1.1 变频器DP 通信卡拨码开关的设置状态问题

图1 四车自动化控制系统系统简图

在四车PLC 系统中，通信模块选用的是IM 467（6ES7467-5GJ02-0AB0）模块，变频器内部的通信卡选用的是20-COMMP，当进行网络组态时，变频器DP 通信模块有8 位红色拨码，这8 位红色拨码的位置代表的状态与SIMENS 通信模块拨码位置代表的状态正好相反，变频器通信卡的拨码位置打到“ON”时，代表为0，打到“OFF”时，代表为1；而西门子通信模块拨码位置达到“ON”时，代表为1，打到“OFF”时，代表为0，二者正好相反。在进行PROFIBUS-DP 组态时，花费很长时间才找到问题的关键所在，这个设置和人们平时理解不一样。

1.2 变频器与电机选型时注意的问题。

装煤车变频器采用一拖二结构设计，即每台变频器除了要控制一台装煤车走行电机，还要控制一台螺旋电机。装煤车变频器系统在调试运行初期，曾出现电机运转时间不长便会出现温升异常的问题，分析原因，这是由于没有考虑到变频器输出时含有高次谐波，造成电机功率因素和效率降低的缘故，当用变频器给电机供电与工频电网给电机供电相比较，电机电流每增加10%，电机温升就会增加20%左右，根据装煤车技术参数，适当考虑变频器和电机的匹配，根据装煤车的技术参数，电机功率选择30 kW，变频器选型采用37 kW，留出一定裕量。

1.3 线路干扰造成的通信问题及解决措施

四车投入运行至后的几个月时间，四大机车不同程度的发生过PLC 与变频器通信中断、上位画面变频器运行数据丢失、PLC 主站与从站通信故障（可以简单描述为PLC 掉站）等一系列故障，每次故障发生时，按照查询故障的习惯，均从源头上顺着思路分析和解决，效果不是很理想，最后，归结为这些故障是由于线路对通信电缆的干扰造成。对每个车从电缆敷设上进行检查，发现因为车辆设备布置紧凑原因，变频器动力电缆和PROFIBUS-DP 的RS485 通信电缆、以太网均共用在一个路由（电缆槽盒）里面。于是，重新布管，将上述通信线缆与动力电缆分开敷设，逐步消除了线路干扰造成的通信中断故障。

1.4 四大车上位触摸屏频繁重启问题及解决措施

2018 年10 月份以来，四车司机室不同程度上出现上位触摸屏重启现象，刚开始每个班平均出现1～2 次，分析原因，没有很好的解决办法；后来重启的频次逐渐增加，几乎（1～2）h 就会重启一次。仔细分析原因，在整个PLC、变频器、编码器及触摸屏（上位操作员站）里面，除了PLC 与触摸屏采用的是以太网通信，其他设备之间的通信均采用PROFIBUS-DP 通信，初步判断是以太网通信引起。试着将一台车的PLC 与触摸屏的通信由DP 改为以太网，问题基本得到解决。于是将其他车辆PLC 与触摸屏的通信方式均改成了以太网通信，目前重启的问题基本得到改善。

后来，在与SIMENS 厂家售后人员反馈这个问题时，售后人员建议给每个触摸屏安装一个杀毒补丁软件—永恒之蓝病毒补丁，怀疑触摸屏感染了WannaCry 病毒。据称，这个WannaCry病毒是利用了微软的系统漏洞进行传播的，利用工具Eternalblue（永恒之蓝）对系统的445 端口进行远程攻击，从而达到入侵和传播的目的（445 端口是用于文件和打印机共享服务，但这个接口在日常生产中并不使用）。解决办法：①关闭445 端口；②除Win10 系统以外的其他XP，Win7，Win8 和Vista 等系统，安装Eternalblue 病毒补丁。

按照这个解决措施，对四车的每台触摸屏均进行了端口设置和杀毒软件的安装，触摸屏重启的问题得到根本解决。

1.5 PROFIBUS-DP 接口子模块安装调试中出现的组态报错及解决措施

在S7-400 PLC 中，各种模块的安装和组态出现了一定的规则，不按照这个规则去安装硬件，在软件组态时会报出错误。

在调试初期，作为DP 主站，在安装完PROFIBUS-DP 接口子模块IF 964-DP 后，进行软件组态时，报出连接错误提示。经分析原因和技术咨询，得知PROFIBUS 总线连接器把下面的模块插槽或接口覆盖了，只能在CPU、FM 或EXM 下方或者左下方的模块插槽中插入一个PROFIBUS-DP 接口子模块，IF964-DP 模块下的CPU、FM 或EXM 口中不能再插入其他接口子模块，同时不能使用这个接口子模块下的CPU、FM 或EXM 的任一接口。

1.6 接口模块IM 在机架搭建过程中的注意事项

在S7-400 PLC 系统中，机架是安装各个模块的基本框架，各种PLC 模块通过机架的背板总线交换数据、信号和供电，一般来说，机架由中央机架（CR）和一个或多个扩展机架（ER）组成，根据实际需要，当中央机架缺少插槽时，可以添加扩展机架（ER）来达到扩充模块的目的。

需要注意，如果需要扩展机架，S7-400 PLC 机架之间的连接需要接口模块（IM）来实现，即在中央机架安装一个接口模块，称为发送IM；相应的扩展机架也需要安装一个接口模块，称为接收IM。每个接口模块IM 有两个接口，每个接口可以串联多大4 个扩展机架ER。

PLC 模块上电时，将通过机架上面的背板总线和基本连接器，由安装在机架左侧插槽中的电源模块为插入机架的模块提供所需的工作电压（5 V 用于逻辑控制器，24 V 用于接口模块）。对于本地连接，还可通过IM 460-1/IM 461-1 接口模块为ER 供电。发送IM 460-1 两个接口中的各个接口可通过5 A 的电流，也可本地连接中的每个ER 提供5 A 的电流。

需要注意，当扩展机架与中央机架连接时，需要遵守下列规则。

（1）一个中央机架CR 上多可以连接21 个扩展ER。

（2）应该为扩展机架ER 分配编号以便识别，需要在接收模块IM 的编码开关中设置机架号；允许分配1～21 之间的任何机架号，但编号不得重复。

（3）在一个中央机架CR 中多可插入6 个发送模块IM，一个中央机架CR 中只允许存在两个能够传输5 V 电压的发送模块IM。

（4）连接到发送模块IM 接口的每个链中多可包括4 个扩展模块ER（不能传输5 V 电压）或一个扩展模块ER（能传输5 V 电压）。

（5）通过通信总线进行数据交换时限定为7 个机架，即1 个中央机架CR 和编号为1～6 的6 个扩展模块ER。