電解多功能天車PLC通訊網絡問題改造技術

康聰明

（恩凱諾爾（廈門）機電設備有限公司，福建廈門，361009）

電解多功能天車PLC通訊網絡問題改造技術

康聰明

（恩凱諾爾（廈門）機電設備有限公司，福建廈門，361009）

電解多功能天車是電解鋁車間生產作業的重要設備，其工作的特殊環境，使得PLC通訊網絡易受到外界的干擾，導致天車誤動作造成人身傷害、設備燒毀，影響生產。本文分析了引發問題的原因；針對問題實施了多功能天車PLC通訊網絡系統的改造；闡述了改造中關鍵技術等。本文為企業生產現場提供一種有效的通訊技改方法。

電解鋁；多功能天車（PTM）；PLC；Profibus DP；網絡通訊

引言

電解多功能天車（簡寫PTM）是電解車間內的主要設備，是一種綜合陽極更換、打殼、出鋁、抓斗撈渣、加料、抬母線等多種功能于一身的設備。這種設備因為工作在強磁場、高粉塵污染的環境中，同時工作過程中又常有可能接觸低電壓、強電流環境，所以對配電系統有嚴格的要求。

本文針對PLC通訊網絡、電子設備等與電解天車配電系統的關系［1-2］，探討了其間的干擾狀態，為設備能夠穩定、安全工作提供了基本方法。

1 系統架構與存在的問題

多功能電解天車控制系統采用的是西門子S7-300系列PLC系統。通訊方式采用的是Profibus DP現場總線，PLC主站與各個設備分站、設備分站與設備分站之間均采用的是以Profibus DP標準格式使用雙絞線實施通訊，結構如圖1所示。

圖1　安卓版GPS狀態軟件操作界面

現在設備實際運行中，發現如下問題：

（1）因電解車間工作的特殊性，當天車行走時，現場的強磁場將會對不同絕緣層鋼結構件分別做切割磁力線運動，產生不等的電勢。由于結構的差異，產生的電勢并不相等，形成電勢差，在雙絞線屏蔽層形成感應電流干擾PLC；干擾嚴重時產生通訊中斷；

（2）電解多功能天車長期高負荷的運行，當一級、二級絕緣維護不當時，將會發生強直流電通過通訊線屏蔽層竄入電氣室燒毀電子設備，使得PLC系統癱瘓，影響生產；

（3）雙絞通訊線也會受到變頻器、動力電纜干擾，影響PLC正常通訊；

（4）發生通訊故障時如Profibus 接頭故障，通訊電纜老化等，很難找出問題，影響生產。

2 技術改造措施

針對現有的問題，對天車通訊網絡進行光纜改造。將原有的通訊雙絞線更換為光纜，采用進口品牌的Profibus DP光電轉換器及Profibus DP連接器光接口作為光電轉換對接口［3-4］，具體技術改造過程及關鍵技術參數選用比較重要。

2.1改造通訊電纜

光纜是一種通信電纜，由玻璃或塑料光纖芯組成，這些光纖芯位于保護性的覆層內，由塑料PVC外部套管覆蓋。沿內部光纖進行的信號傳輸一般使用紅外線。它具有容量大、中繼距離長、保密性好、不受電磁干擾、電氣完全絕緣等優點。

天車含有出鋁小車、工具小車、工具小車旋轉等移動設備，對光纖電纜的要求較高，需選用高柔性光纖電纜防止光纖斷裂，具體參數選擇如下：

光波：660 nm；

工作溫度：-30℃～ +70℃；

允許彎曲半徑：50 mm；

固定安裝最大拉伸力：400 N；

柔性安裝最大拉伸力：100 N；

2.2改造通訊連接器

Profibus 連接器光纖接頭是一款用于將電氣RS485 9針接口信號轉換成光纖信號的轉換接頭，智能轉換，無需其它設置。技術特征有：一是無需修改PLC網絡參數；二是支持通訊速率自適應，最大速率為12Mbit/s；三是帶有9針D-sub插頭，集成式中繼器功能，可直接插在PLC設備上，節約空間；四是無須外接電源，僅通過Profibus設備上自帶的RS485 9針接頭提供；五是具有模塊化編程、自動診斷性能；六是帶有一個LED指示燈可通過顏色進行通訊狀態判斷。

2.3增設Profibus DP光電中繼器

因天車含有出鋁小車、工具小車、工具小車旋轉等移動設備及稱重顯示屏，其光纖電纜敷設較長，光波衰減較大，需增加一對光電中繼器以提高通訊功率［5］。

光電中繼器是一款PROFIBUS DP協議型現場總線光纖中繼器，支持PROFIBUS DP總線，獨立總線電接口及2個光纖接口，技術參數和性能有：

（1）支持邏輯獨立Profibus DP總線；

（2）支持通訊速率自適應，最大速率為12Mbit/s；

（3）1路Profibus DP電口及2路光纖接口靈活選擇，支持多種網絡拓撲結構；

（4）雙色LED狀態指示燈，光纖鏈路以及電源故障繼電器輸出告警；

（5）電接口4000V的防雷；

（6）DC1500V電源隔離，反接保護。

在PRFIBUS 網絡中使用光電中繼器，注意電氣端口的終端電阻設置

3 技術改造效果

通過這次改造后，各站點之間的通訊沒有電的直接連通，完全電氣絕緣，杜絕強直流電竄入電氣室的可能性；提高了PLC通訊抗干擾能力，保證PLC正常工作。

改造完后的網絡示意如圖2所示：

圖2　系統通訊網絡架構

具體效果包括：一是用光纖取代完雙絞通訊線后，兩不同絕緣層鋼結構件產生的不同電勢在PLC中形成不了電勢差，對PLC不產生影響；二是整條光纜為完全電氣絕緣，當一級、二級絕緣不良、強直流電竄入天車時，也無法流向電氣室，不會造成大面積燒毀現象；三是光纖是利用光波進行通訊，不受變頻器、動力電纜干擾，對PLC不產生影響；四是Profibus DP連接器光纖接頭和Profibus DP中繼器上帶有診斷功能指示燈，當該網絡發生通訊故障時，通過其指示燈的不同顏色可以較快的找出問題所在，提高生產效率。

4 結束語

實施技術改造后，由于通訊線路狀態具有直觀顯示等功能，有利于監控信息傳輸通道狀態，保障了生產控制等信息有序、準確、抗干擾地傳輸，為企業生產正常運行、提高經濟效益，有較大貢獻。

［1］王麗麗.關于PLC在電解天車上應用時的注意事項［J］. 中國科技博覽. 2014（16）:19.

［2］張奇志， 韓家忠.電解鋁行業PTM多功能天車PLC通訊抗干擾改造一例［C］. 鋁電解專業委員會年會， 2005.

［3］楊大偉.用西門子OLM改造強干擾下的PROFIBUS總線 ［J］.《電工技術》， 2009（4）:50.

［4］周鳴，曲凌. PROFIBUS總線技術及其應用 ［J］. 《煤炭工程》，2006（4）:99-101.

［5］秦云瑞，淺談光纖通訊技術 ［J］. 《科技創新與應用》 ，2015（18）:93.

康聰明（1980-），男，工程師，研究方向為電氣自動化。

E-mail: jameckang@126.com

Technology Reform Electrolytic PTM Basis on PLC Network Communication

Congming Kang（Don Kay Noel （Xiamen） Mechanical and Electrical Equipment Co.，Ltd.， Xiamen， Fujian， 361009， China）

The PTM is an important equipment of electrolytic aluminum workshop production. PLC communication on it is vulnerable to outside interference， and it will cause machine broken or personal injury， which affects production. This article analyzes the questions about reasons， upgrades the PLC communication system of PTM to solve the problems， and expounds the key technology of upgrading. This article provides an effective way to improve the PLC communication on site.

Aluminium； PTM； PLC； Profibus DP； Network Communication

TF0

A

2095-8412 （2016） 04-606-03

工業技術創新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.006