攀鋼一號方坯連鑄機公共PLC系統DP網絡優化

耿慶紅,羅浩文

(攀鋼釩提釩煉鋼廠,四川攀枝花617000)

攀鋼一號方坯連鑄機公共PLC系統DP網絡優化

耿慶紅,羅浩文

(攀鋼釩提釩煉鋼廠,四川攀枝花617000)

針對一號方坯連鑄機公共PLC DP通訊網絡存在獨立性不強、穩定性差、一個DP網絡故障點引發公共系統癱瘓的現狀,通過多次網絡故障統計、分析,找出故障原因。結合網絡設計安全性、選擇性、適用性對DP網絡進行二次分割、規劃,制定優化方案并成功實施。消除了原DP通訊網絡獨立性不強、穩定性差的缺陷,收到顯著的優化效果。

公共PLC;DP網絡;規劃;優化

1 引言

攀鋼一號方坯連鑄機公共PLC系統采用西門子(SIEMENS)Simatic S7-400系列自動化產品。它主要承擔大包、中包車、大中包重量、溫度、電磁攪拌及滑動水口液壓站、拉矯機液壓站、振動液壓站、澆鑄平臺液壓站介質系統等20個子系統的驅動、控制任務。PLC系統采用Profibus-DP通信方式,子系統作為從站通過DP網絡與公共PLC主站連接通訊。2009年曾發生大屏幕顯示器和二冷風機變頻器DP接口板硬件故障,引發振動液壓站、拉矯機液壓站、平臺液壓站等重要部位的設備同時故障(液壓泵站停運),造成連鑄機生產中斷。由于故障持續時間短、隱蔽性強,對故障點的查找和判斷困難。據統計(見表1),因公共PLC系統DP網絡通訊故障引起鑄機斷澆4次,鋼種改判異常事件1次,給研發、生產高附加值鋼種造成嚴重沖擊。

表1 DP通訊網絡故障統計表

2 原因分析

(1)由于環境條件限制,拉矯機液壓站、振動液壓站、滑動水口液壓站、平臺液壓站的物理分布位置與公共PLC物理距離遠,不可避免造成DP網絡電纜敷設距離長,實際電纜布線距離超過200m。由于線路長,通訊信號衰減量必然增加,抗干擾能力下降。通訊信號容易被周圍大功率的用電設備干擾,導致上述重要液壓站的DP從站出現通訊故障,引起液壓泵站掉泵。液壓站掉泵后造成大包滑動水口、大包升降操作失效;中包車升降、對中功能失靈;結晶器振動停振;拉矯機輕壓下功能退出等關鍵功能喪失,直接導致鑄機連續澆鑄過程被迫中斷。

(2)網絡規模無論大小,在設計時必須考慮它的安全性、選擇性、合理性、實用性。即:首先必須要考慮網絡出現故障后,系統可能會導致設備出現不受控的后果,可能直接威脅到人身及設備安全;其次網絡站點設置“輕重緩急”之分,必須具有選擇性。這樣在網絡出現局部故障后,才能將不良影響范圍盡可能縮小,確保生產連續性和緊急處置爭取時間。從表1可以看出DP網絡故障均引起鑄機斷澆。從故障處理結果來看,一次是大包重量大屏幕顯示器故障,影響到公共PLC DP網絡故障,造成受PLC控制的公共設備功能全部異常,一個即其輔助設備(C級設備)的故障,但引起了其它重要部位的設備故障,導致鑄機斷澆事故。另兩次是2#二冷風機變頻器DP通訊模件故障及OS5模件故障,一般設備(B級設備)的故障,造成了鑄機的另兩次斷澆事故。

(3)網絡的隔離功能除選用多通訊口的模板外,使用中繼器隔離是另一個經濟、有效的解決方法。由于它具有信號放大、波形整形和隔離的功能,可以較大程度地有效分割DP網段,將網絡上的干擾、斷路等故障進行隔離。2009年2月的一次DP網絡故障,導致電攪系統停機,盡管發現及時、處理得當,但由于電攪系統短暫失去攪拌功能,仍造成鑄坯鋼種改判。

從上述故障分析、處理結果來看:一號方坯連鑄機原有的DP網絡不夠優化,輕重、主次分布不合理,沒有將重要的DP從站和一般性的DP從站進行有效分隔,缺乏必要的選擇性(如圖1)。不重要的DP網絡子系統發生故障時,直接導致其它重要的DP從站通訊中斷,引起大面積故障。

3 方案制定

根據網絡設計的安全性、選擇性、適用性。制定3種優化方案(見表2)。方案一,優化后雖對DP網絡故障敏感度不高,但其網絡獨立性欠佳,投資高,程序編制、調試工作量較大,鑄機檢修期間內時間無法保障。方案二,DP網絡獨立性較高,實施難度適中,但涉及網絡參數更改較多,調試風險增加,投資金額適中。方案三,網絡獨立性較高,調試技術難度適中,投資最少,改動量較大。但由于可以預先線外設計、仿真、測試,保產壓力風險相對較小。綜合對比,優選實施方案三。

圖1 優化前DP網絡硬件組態

表2 優化方案對比表

4 優化措施

(1)增加DP網絡中繼器,提高抗干擾能力。鑒于拉矯機液壓站、振動液壓站、滑動水口液壓站、平臺液壓站物理位置相距較遠, DP網絡電纜敷設距離長,容易被周圍大功率用電設備干擾的實際工況,利用DP網中繼器信號波形的整形、隔離、放大作用,在上述液壓站DP系統的網絡入口處增加一個DP網絡中繼器。有效補償由于遠距離信號傳輸造成的信號衰減,同時又起到與其它DP從站的電氣隔離作用,降低相互之間的敏感度。

(2)增加獨立的DP接口,分割子系統。由于公共PLC系統的CPU模板還有一個閑置的DP/MPI協議的可編程網絡接口,基于簡潔、經濟、實用的優化思路,在不更換CPU模板或新增DP接口模板的情況下,對CPU模板硬件重新編程,將閑置的DP接口加以利用,為重要DP從站(A級設備,液壓泵站)與一般性DP從站(B級設備,如:二冷蒸汽風機、大屏幕顯示器)的網絡從電氣上實施分割創造了條件(見圖2)。

(3)按設備安全及功能依賴性程度劃分等級,進行物理分割,提高獨立性。基于網絡設計的選擇性、合理性,結合一方設備的實際工況,重新規劃網絡,重新敷設DP網絡電纜。將大包驅動變頻器、中包車驅動變頻器、二冷風機變頻器設計在一個獨立的DP網段上。將大屏幕顯示器、大中包稱重系統、大中包操作員站設計放在一個獨立的DP網段上,將電磁攪拌系統通過中繼器接入該網段中。將公共PLC的CPU模板硬件重新組態,把CPU模板上的DP/MPI協議的可編程接口編程定義為DP協議的通訊接口。在不更換CPU模板或新增DP接口模板的情況下,多出一路DP通訊協議接口,可以重新生成一個獨立的網段。將多次出現DP從站掉站的液壓站系統通過中繼器接入到這條獨立的網段中(如圖3)。

圖2 組態DP網絡硬件接口

圖3 優化后DP網絡分割組態

5 調試及效果評價

(1)CPU模板利舊,重新組態硬件信息,將閑置的接口編程定義為DP協議,按照DP行規設定相關技術參數后檢查數據并編譯保存。

(2)將大包滑動水口液壓站等5個泵站(A級設備)從原網段上刪除,規劃到新增獨立的DP網段上,重新核實輸入/輸出數據映像區地址,與原用戶程序保持一致,編譯后保存。(如圖4)

(3)下載并檢查DP網絡通訊,測試各點位狀態。

(4)通過技術手段,優選投資最少的優化方案。在不新增CPU模板或DP專用接口模板情況下,開發1路獨立DP網絡物理接口。整個優化方案僅新增一只網絡中繼器,投資1 596元(見表3)。優化后,原有DP網絡故障被有效杜絕,類似故障再沒有出現(如圖5),效果明顯。

圖4 優化編譯DP網絡

表3 DP網絡優化效果對比表

圖5 DP網絡故障時間趨勢

6 結語

“只有沒用好的設備,沒有不好用的設備”。基于網絡設計的安全性、選擇性,結合適用、經濟的優化原則。對一號方坯連鑄機公共PLC系統DP網絡結構優化設計,科學規劃、分割,使其合理分布到獨立的網段上,杜絕了相互影響的弊端;巧妙利舊CPU模板并開發一路獨立的DP網絡通道,最大程度降低了優化改造成本。優化后的公共PLC DP網絡已經穩定運行超過4年,至今尚未出現相同或類似的故障,優化效果明顯。

[1] 崔堅.SIEMENS工業網絡通信指南[M].機械工業出版社,2005.1.

Optimization of DP Network in Pangang No.1 Billet Continuous Casting Machine of Public PLC System

GENG Qing-hong,LUO Hao-wen
(Panzhihua Steel Vanadium vanadium extracting and steel making plant of Sichuan,Panzhihua 617000)

For a public PLC DP communication network independence is not strong,poor stability,a DP network fault caused by present situation of paralysis of the public system. Through multiple network fault statistics,analysis,find out the cause of the malfunction.Combined with the network security design,selectivity,the applicability of the DP network was divided two times,planning,optimization scheme of optimal and successful implementation.To eliminate the defects of the original DP communication network independence is not strong,poor stability,received the optimization effect.

public PLC;DP network;planning;optimization

TP273

:B

1001-5108(2015)03-0051-05

耿慶紅,電氣高級技師。