关于轧钢车间PROFIBUS-DP网络故障的解析

马志强

凌源钢铁股份有限公司

摘 要:本文通过对发生在轧钢车间关于SIEMENS公司产品PROFIBUS-DP总线网络的故障,进行深入透彻的分析,使我们了解了干扰的成因、类型以及解决方案,对我们处理PROFIBUS-DP网络故障提供了更新的思路。
关键词:SIEMENS;PROFIBUS-DP总线技术;网络故障;电磁干扰;网络日常维护。
1、引言
我单位轧钢车间主要设备包括:加热炉,轧机,热锯,冷床,冷剪,飞剪，收集链，托钢设备，水处理设备，高压水除磷，编组辊道等设备。
西门子自动化系列产品S7-400PLC、S7-300PLC、S7-200PLC、6SE70逆变器、6RA70主流传动装置、中压传动、6SE70整流装置、DP网络通讯、以太网通讯等在轧区得到了广泛的应用。经过多次的技术改造,使我们对大型自动化控制系统在冶金行业中的应用有了更进一步的了解,同时,一些看似无关却又有着千丝万缕联系的故障又使我们在其中不断学习、成长。本文主要对发生在轧钢车间的DP网络干扰故障进行介绍、分析,使我们对西门子自动化设备尤其是现在日益发展的使用和维护有了更新的认识。

2  故障案例

（一）设备简介

 冷床热锯区的控制系统以西门子工控产品为主,整个系统由一套S7-400PLC主站加一套WINCC HMI系统、以及23台6SE70逆变器和8个ET200M远程站组成,软件系统采用STEP7管理器和WINCC人机交换软件。其中PLC系统与HMI系统采用以太网，PLC系统主站与传动装置从站通讯采用PROFIBUS-DP现场总线控制。控制程序采用常规STL、LAD、FBD编程语言。通过在WINCC控制画面上设定辊道直径、线速度、上钢时间、锯切数量等参数计算得出设备的动作频率和输出转速;锯切控制、裙板动作、冷床动作、移送链动作等实现全自动操作模式,实现一键式操作。网络系统图如下：

1#S7-400PLC

以太网

热锯HMI服务器

以太网

2#S7-400PLC

以太网

S3#7-400PLC

以太网

冷床HMI服务器

DP网

DP网

DP网

1#热锯6SE70变频器

2#热锯6SE70变频器

冷床6SE70变频器

1#ET200M

2#ET200M

动力电缆

动力电缆

动力电缆

控制电缆

控制电缆

辊道

冷床

热锯

操作元件

检测元件

（二） 故障经过：
系统最初表现出来的故障为在冷床热锯区生产过程中,偶尔发生S7-400 PLC的DP通讯网络故障，并自动将6SE70传动装置的工作状态从运行切换为停止,待维护人员到达现场后,对传动装置进行重新复位后,传动装置又可以重新使用。而且在生产高峰期,发生该故障的频率越来越高。根据此种情况,技术人员到达现场后,与岗位操作人员沟通,决定分步实验,以确定传动装置的具体故障部位,经过反复实验,技术人员发现,PLC系统报故障的时机与热锯和冷床一起运行时的动作关联度很高。起初维护人员怀疑电机的主电源电路或电机存在问题,但检查后排除了这个可能。最后结合CPU自带的系统检测功能，显示为系统中DP从站(冷床输入辊道3段)丢失,致使PLC的DP通讯模块报故障使传输数据丢失，并且传动装置停机。技术人员在经过对从站传动装置的通讯模块排除后,最终确定连接主站与从站的通讯电缆上,技术人员根据上述情况将连接两个站之间的PROFIBUS-DP通讯线的屏蔽电缆重新制作安装后,故障得到了排除。
3  故障分析
经过对故障的现象、解决办法、成因进行分析,我们可以确定这是典型的由于干扰导致通讯中断,从而影响整个系统正常运行的故障。但是在处理故障的整个过程中,比较困扰维护人员的问题是,该系统是运行了比较长的时间,且最近在维护过程中,运行环境等客观因素并未发生什么变化,怎么就会突然受到干扰呢？要想明白这个问题,还是让我们先弄明白几个问题。

3.1  电磁干扰的类型
大致总结起来,干扰的类型有以下几种:
3.1.1  动力电源负荷干扰
多数情况下,由于动力负荷电源引入的干扰而造成通讯系统故障甚至停机的情况很多。
3.1.2  通讯信号干扰
在现场电缆敷设施工过程中,往往存在低压大电流线路与信号线、通讯电缆相距很近或者较差布置等情况。以及大电流机械设备的频繁启停等情况,这些情况极易引起电气线路和电气设备等周围的磁场发生迅速的变化,从而对弱电信号的传输产生磁场干扰。

3.1.3  开关性负载干扰
在电气控制系统中,存在着很多具备储能特性的电力负载,由于没有加装信号隔离元件或者浪涌吸收设备,当开关性的触点切换时将会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电动势,这会对系统中的相关电力设备产生较大的冲击。对弱电控制元件伤害最大，容易发生信号失真和通讯断开等事故。
3.1.4  接地系统不规范引起的干扰
电气自动化系统的控制盘柜与大地之间存在着明显的电位差,施工规范而接触良好的接地系统能够减少由于这种电位差，从而把干扰电流引入大地。不合格的接地线和不规范的接地方式通常是引起信号失真和通讯中断等方面的重要原因。

4  电磁干扰的解决方案

通过以上几方面的分析,基本可以判断出冷床热锯区控制系统的干扰来自于控制系统的中枢S7-400PLC的主站与DP从站变频传动装置连接的通讯电缆和热锯、冷床电机等大型设备的负荷电缆铺设不规范,存在交叉敷设等违反电力系统施工规范等方面,所以会经常发生大型电动机动作就会出现通讯中断,CPU报故障的现象。

针对这种情况,我们现场的维护人员对该控制系统的通讯电缆进行了彻底的检查,并将通讯电缆严格按照抗干扰的标准进行了重新的接引、敷设,处理之后至今,冷床热锯区电气自动化控制系统运行稳定,再未发生类似故障。

 结束语
目前,大型的电气自动化控制系统逐渐从“集中控制”到“分散控制”再到“现场控制”的演变。从“点对点”的数据传输方式到“总线”方式的数据传输的演变。近些年来,现场总线技术在冶金企业中得到了广泛应用,随之而来的问题就是一根数据线、一条通讯电缆对于一个电气自动化系统来说非常重要,所以在实际工作中,我们要根据现场的实际情况,通过认真分析，准确判断出干扰源,以最快速度排除干扰，解决问题,从而有效的做好各种预防电磁干扰的防范措施,保证电气自动化控制系统能够正常、可靠的运行。

[1]蒋国璋,李公法. 钢铁生产混合流程智能调度及其知识网系统[M].武汉理工大学出版社:数字制造科学与技术前沿研究丛书, 201801.158.

[2]董人菘. 钢铁生产过程能耗预测与调度优化研究[D].昆明理工大学,2014.

[3]赵业清. 基于多Agent的钢铁生产复杂物流系统建模与仿真研究[D].昆明理工大学,2011.