大型棒材生產線開坯機自動化網絡優化

施洪亮,姚煥琴,蘇倩

大型棒材生產線開坯機自動化網絡優化

施洪亮,姚煥琴,蘇倩

（江蘇永鋼集團有限公司，江蘇張家港215628）

針對永鋼大型棒材分廠開坯機自動化網絡頻繁出現閃斷的情況，對控制網絡進行了研究，提出了有效的優化措施并實施，在優化結束后未再出現過同類故障，從根本上解決了問題，并為以后處理類似故障提供了借鑒。

棒材;開坯機;DP網絡;優化

1 引言

江蘇永鋼集團聯峰能源裝備有限公司大棒分廠2013年建廠，主要生產坯料為400～800圓，成品為50～200圓。其中開坯機是整個連軋系統最重要的設備之一。

開坯機是軋制減徑過程的開始，鋼坯從加熱爐出來后由開坯機開始軋制。開坯機軋制過程由一些軋制道次組成，當鋼坯從加熱爐出來后由入口輥道將鋼坯送至開坯機進行軋制，待鋼坯從開坯機出來后，開坯機停止，傾斜裝置將鋼坯旋轉90°，然后由出口推鋼機將鋼坯移入下一道次，開坯機以相反的方向重新軋制，如此循環，直至完成規定道次為止。大棒分廠開坯機可實現全自動控制，因此驅動設備和檢測設備很多，且檢測設備通過Profibus-DP網絡與西門子S7-400PLC進行數據交換，自動化網絡結構復雜。

自投產以來開坯機的自動化網絡頻繁出現閃斷現象，造成多次軋制中斷或卡料，導致誤時較多，嚴重影響了生產的連續性，并增加了能耗。為解決這一問題，對開坯機的自動化網絡進行了改造，并取得了良好的效果。

2 開坯機自動化網絡的基本情況

2.1 基本情況

大棒分廠整個開坯機自動化網絡共包括2臺上位機，1個S7-400PLC主站，以及若干個遠程站。遠程站包括PLC輸入輸出模塊、變頻器、直流調速裝置以及現場傳感器。在開坯機S7-400PLC主站上，共連接11個IM153遠程站，7個CU320遠程站，1個6RA70遠程站，1個KPI1000和5組現場傳感器遠程站。S7-400PLC又通過DP耦合器分別與車間其它S7-300PLC主站交換數據。開坯機上位機與PLC主站之間通過工業以太網進行數據交換，開坯機S7-400PLC主站與從站之間通過Profibus-DP網絡實現數據交換。改造前開坯機的自動化網絡示意圖如圖1所示，所有遠程站均連接在一條Profibus-DP網絡上，整個網絡長度較長，為增加網絡的穩定性，在網絡中的適當位置增加若干中繼器來增加傳輸距離。

圖1 改造前自動化網絡示意圖

2.2 現象分析

2014年車間投產以來，分廠多次發生開坯機Profibus-DP網絡閃斷故障，嚴重影響生產的連續性和穩定性。通過對多次故障的原因進行總結后發現，造成開坯機Profibus-DP網絡中斷的主要原因包括網絡電纜斷線、網絡電纜外皮磨損對地以及現場傳感器故障等。

結合故障現象及分析結果，對可能造成開坯機Profibus-DP網絡閃斷故障的影響因素進行了分析驗證，開坯機自動化網絡主要存在的問題有：

（1）S7-400PLC的從站連接數量較多，范圍較廣，尤其還有很多現場的傳感器，距離較遠，且容易受到干擾，雖然整個系統通過4個中繼器來增加傳輸距離，但由于所有遠程站均連接在一條DP網絡上，一個遠程站出現故障會導致整個網絡故障，且由于遠程站數量較多，在故障發生后很難準確快速的找到故障點。

（2）通過現場調查發現，現場DP網線敷設不規范，沒有嚴格按照行業規范執行，存在部分DP網線沒有穿管，或幾根網線同穿在一根管內的現象。

（3）由于大棒車間開軋坯料最輕的有5～6 t，最重的重量要達到20 t左右，設備運行時震動較大，對傳感器壽命本身影響較大，且由于項目建設時施工不規范，容易造成傳感器線路出現斷線、對地等情況。

因此通過以上研究分析可以看出，開坯機目前的自動化控制網絡主要存在兩個問題：

（1）現場DP網線敷設不規范。導致容易受到外界干擾，線路容易出現故障。

（2）開坯機所有遠程站共用一個通訊處理器，現場單個或多個DP網絡站點出現故障時，將影響整個網絡，且由于遠程站數量較多，也不易查找故障點，給故障排查造成一定難度，導致故障處理時間變長，不利于生產的快速恢復。

3 改造方案

針對大棒分廠開坯機自動化網絡目前存在的問題，決定對其進行優化，徹底解決此問題。

3.1 問題分析與探討

首先對以往發生的故障進行了總結和分析，發現易發生故障的遠程站主要是現場的傳感器遠程站，易發生故障的原因是現場傳感器均安裝在開坯機機體上，震動大，傳感器本身容易損壞，線路的敷設也不規范，容易出現通訊中斷的問題。因此，需要對線路進行改造，重新敷設，規范施工，另外將遠程站傳感器重新分組，每組為一個單獨的DP網絡，增加網絡的穩定性，同時出現問題后可及時判斷故障點的位置，減少故障處理時間。

3.2 改造方案

具體的改造方案主要包括兩個部分：

一是線路重新敷設，規范施工；從PLC主站至現場單獨進行網絡布線，路徑與現有橋架分開，全路程使用鍍鋅管，每根鍍鋅管內只允許穿一根DP網線，鍍鋅管之間使用圓鋼進行連接，并保證可靠接地；

二是在PLC主站新增4塊CP443-5DP通訊模板，用于分配至現場的DP網絡點（如位移傳感器、編碼器等），每塊通訊處理器連接一路DP網絡設備，共分4路，降低現場DP網絡不穩定對整個系統的干擾。

同時將遠程柜內中繼器上的DP網線重新進行調整組態優化，以便使整個網絡分配更加合理，提高數據的傳輸效率和穩定性。改造后開坯機的自動化網絡示意圖如圖2所示。

4 改造后的經濟效益分析

開坯機的Profibus-DP網絡斷開時，會導致生產中斷，若坯料卡在開坯機中，造成卡料，不但整根坯料報廢，對設備本身也會造成沖擊，同時為將坯料從開坯機中拉出會導致4～5個小時的誤時，對生產的連續性及能源消耗都有一定的影響。且由于整條Profibus-DP網絡上的遠程站數量較多，對數據傳輸的穩定性也有一定的影響，一旦有網絡故障發生，由于站點過多，導致排查時間較長，也不利于生產的盡快恢復。本次改造完成后，設備運行至今已有半年左右，開坯機未再出現過網絡閃斷的情況，有效保障了生產的穩定性和連續性。由此可見，通過本次改造，開坯機自動化控制網絡的穩定性有了大大的提高，有效避免了網絡故障的發生，減少了設備誤時和廢料的產生，具有一定的經濟效益。

圖2 改造后自動化網絡示意圖

5 結論

以棒材生產線最重要的設備開坯機自動化網絡頻繁出現閃斷現象為研究對象，根據生產現場的實際情況，對影響網絡穩定性的因素進行了分析，經過研究，提出了改造方案，對原有的整個Profibus-DP網絡進行了優化，提高了開坯機自動化網絡的穩定性，減少了設備非計劃停車次數及意外停車造成的冷條，提高了設備運行的可靠性，降低了能源消耗。

Optim ization of the Autom ation Network of Breakdown M ill at Heavy Bar Production Line

Shi Hongliang,Yao Huanqin,Su Qian
(Jiangsu Yonggang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang,Jiangsu 215628,China)

The automation network for the breakdown mill at YongGang’s heavy bar plant frequently flashed broken.The control network was studied and effective optimizing measures were put forward.After implementation of these measures similar faults had never occurred,thus completely solved the problem and also provided reference for treatment of similar faults in the future.

steel bar;breakdown mill;DP network;optimization

TG333

B

1006-6764（2015）09-0072-03

2015-07-01

施洪亮（1970-），男，1993年畢業于河海大學電力系統及其自動化專業，工程師，現從事冶金企業電氣自動化管理工作。