棒材冷床区自动化网络升级改造

刘畅

摘 要：针对棒材冷床区域自动化控制网络频繁出现闪断，严重影响生产秩序的问题进行了网络系统升级改造，保障了系统的稳定性。

关键词：网络;自动化;总线;通讯速率

一、项目背景

河钢宣钢一棒冷床区域自动化控制网络自2017年3月开始频繁出现闪断故障，故障频率从每周一次逐渐增加至每周2-3次。故障时间极短，查看报警记录均显示故障后1秒钟自动恢复。此故障造成冷床区域设备全部断电，无法正常工作，轧机送出的红钢在冷床入口处堆钢，重新恢复生产需20分钟以上时间，对正常的生产秩序造成了严重影响。

二、分析解决问题

自动化控制网络共配置有6个分站，起始于冷床区可编程控制器PLC2的第三块通讯模板CP443-5的DP网络接口。网络布线路由顺序为CP443-5→ET200→三号飞剪就地操作台PL-TR41→冷床液压站就地操作台PL-UH40→P2集中操作台P2A→P2操作台远程控制柜L52→裙板就地操作台PL-CM43→冷剪就地操作台PL-C50→冷床区域集中油脂润滑就地操作台PL-UG2，网络总线长度约260米。

从故障存储器的故障报警记录可以查看到，大部分故障信息均包含P2A网路通讯中断故障，也有一小部分故障信息包含PL-TR41或者PL-CM43等分站。由于一棒自动控制网络使用年限较长，现场工况较差，参考以前故障实例，故障点应与故障信息相对应，或者在真实故障点的上下游相邻站点，所以根据这些故障信息，我们陆续进行了如下改造：

（1）首先，检查故障信息频率最高的P2A分站网络通讯模板、DP网络接头。检查发现P2A网络通讯模板ET200M已经老化严重，通讯指示灯昏暗，DP网络接头原设计为直接头，线路压痕明显。因此更换ET200M通讯模板和背板连接器，将DP网络接头改为斜接头，斜接头更有利于DP线路插接和布置。

（2）其次，测量分站电源模板，测得输出电压为19.3VDC。电源模板的额定值为输入220VAC，输出24VDC。19.3 VDC已经低于额定输出的负5%，说明电源长期使用性能下降，所以更换P2A分站电源模板，确保各模板供电的24VDC电源正常。

（3）由于此网段总线距离达到260米，DP线路长期使用后，线路阻抗增大，防漏电性能下降，总线控制信号有所衰减。为了保证信号稳定，分别在P2A分站和PL-TR41分站处各增设1台DP网络中继器，用于信号放大和过滤干扰。DP网络中继器采用西门子RS-485，采用全双工模式，可以自动识别RS-485信号流向，零延时自动转发报文，工作电压24VDC，中继距离大于1.2km，通讯波特率从300-115.2Kbps自适应，内置抗雷击保护和抗静电保护，完全适应现在的工况环境。

（4）对于出现故障报警的PL-TR41分站，更换了PL-TR41通讯模板IM153-1和DP网络通讯适配器。

（5）使用ProfiCoreUltra2网络测试工具软件进行了网络测试，针对PL-CM43分站通讯反馈电压值偏低的情况，更换了PL-CM43通讯模板IM153-1和DP网络适配器，并重新制作了DP网线接头。

（6）轧线自动化改造后DP网络网速均被调试厂家提高至1.5Mbps，根据西门子网络手册说明，网络的通讯速率与通讯距离和稳定性成反比，此路网络设计速率1.5Mbps，通过测试软件观察各分站反馈电压值波动较大，说明网络运行情况不稳定。所以将此路网络通讯速率由1.5Mbps降为187.5Kbps，修改后的网络通讯速率完全可以满足生产使用要求，且使此路网络通讯距离和通讯稳定性有了明显提高。从下图的电压值可以看出，图1改造前各分站反馈电压差别较大，最大电压差达到1.5V，波形图中毛刺较多，没有形成类似平直的波形。改造后图2直方图中各分站电压反馈基本平稳，电压差值0.27V，已經小于系统允许误差。波形图中波峰毛刺明显变小，基本类似于平直的方形波。

（7）根据网络拓扑结构，P2A网线来自PL-UH40，此路网线与冷剪输出辊道VR51变频电缆在同一电缆沟敷设，期间也出现过启动VR51变频辊道的同时造成P2A网络中断的故障，所以针对VR51辊道共计43台变频电机的接地线路进行了整理，规范了电机侧地线连接，同时补全了辊道电机开关箱处与传动部件的地线连接。改造后，没有出现过变频电机对通讯网路的干扰。

三、结语

通过此次改造，基本解决了棒材冷床区域自动化控制网络频繁闪断问题，保障了生产的顺利进行。

参考文献：

[1]《工厂常用电气设备手册》编写组.工厂常用电气设备手册.2版[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2]S7-200 CN可编程序控制器手册[M].西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，2005.