攀钢一号方坯连铸机公共PLC系统DP网络优化

耿庆红,罗浩文

(攀钢钒提钒炼钢厂,四川攀枝花617000)

攀钢一号方坯连铸机公共PLC系统DP网络优化

耿庆红,罗浩文

(攀钢钒提钒炼钢厂,四川攀枝花617000)

针对一号方坯连铸机公共PLC DP通讯网络存在独立性不强、稳定性差、一个DP网络故障点引发公共系统瘫痪的现状,通过多次网络故障统计、分析,找出故障原因。结合网络设计安全性、选择性、适用性对DP网络进行二次分割、规划,制定优化方案并成功实施。消除了原DP通讯网络独立性不强、稳定性差的缺陷,收到显著的优化效果。

公共PLC;DP网络;规划;优化

1 引言

攀钢一号方坯连铸机公共PLC系统采用西门子(SIEMENS)Simatic S7-400系列自动化产品。它主要承担大包、中包车、大中包重量、温度、电磁搅拌及滑动水口液压站、拉矫机液压站、振动液压站、浇铸平台液压站介质系统等20个子系统的驱动、控制任务。PLC系统采用Profibus-DP通信方式,子系统作为从站通过DP网络与公共PLC主站连接通讯。2009年曾发生大屏幕显示器和二冷风机变频器DP接口板硬件故障,引发振动液压站、拉矫机液压站、平台液压站等重要部位的设备同时故障(液压泵站停运),造成连铸机生产中断。由于故障持续时间短、隐蔽性强,对故障点的查找和判断困难。据统计(见表1),因公共PLC系统DP网络通讯故障引起铸机断浇4次,钢种改判异常事件1次,给研发、生产高附加值钢种造成严重冲击。

表1 DP通讯网络故障统计表

2 原因分析

(1)由于环境条件限制,拉矫机液压站、振动液压站、滑动水口液压站、平台液压站的物理分布位置与公共PLC物理距离远,不可避免造成DP网络电缆敷设距离长,实际电缆布线距离超过200m。由于线路长,通讯信号衰减量必然增加,抗干扰能力下降。通讯信号容易被周围大功率的用电设备干扰,导致上述重要液压站的DP从站出现通讯故障,引起液压泵站掉泵。液压站掉泵后造成大包滑动水口、大包升降操作失效;中包车升降、对中功能失灵;结晶器振动停振;拉矫机轻压下功能退出等关键功能丧失,直接导致铸机连续浇铸过程被迫中断。

(2)网络规模无论大小,在设计时必须考虑它的安全性、选择性、合理性、实用性。即:首先必须要考虑网络出现故障后,系统可能会导致设备出现不受控的后果,可能直接威胁到人身及设备安全;其次网络站点设置“轻重缓急”之分,必须具有选择性。这样在网络出现局部故障后,才能将不良影响范围尽可能缩小,确保生产连续性和紧急处置争取时间。从表1可以看出DP网络故障均引起铸机断浇。从故障处理结果来看,一次是大包重量大屏幕显示器故障,影响到公共PLC DP网络故障,造成受PLC控制的公共设备功能全部异常,一个即其辅助设备(C级设备)的故障,但引起了其它重要部位的设备故障,导致铸机断浇事故。另两次是2#二冷风机变频器DP通讯模件故障及OS5模件故障,一般设备(B级设备)的故障,造成了铸机的另两次断浇事故。

(3)网络的隔离功能除选用多通讯口的模板外,使用中继器隔离是另一个经济、有效的解决方法。由于它具有信号放大、波形整形和隔离的功能,可以较大程度地有效分割DP网段,将网络上的干扰、断路等故障进行隔离。2009年2月的一次DP网络故障,导致电搅系统停机,尽管发现及时、处理得当,但由于电搅系统短暂失去搅拌功能,仍造成铸坯钢种改判。

从上述故障分析、处理结果来看:一号方坯连铸机原有的DP网络不够优化,轻重、主次分布不合理,没有将重要的DP从站和一般性的DP从站进行有效分隔,缺乏必要的选择性(如图1)。不重要的DP网络子系统发生故障时,直接导致其它重要的DP从站通讯中断,引起大面积故障。

3 方案制定

根据网络设计的安全性、选择性、适用性。制定3种优化方案(见表2)。方案一,优化后虽对DP网络故障敏感度不高,但其网络独立性欠佳,投资高,程序编制、调试工作量较大,铸机检修期间内时间无法保障。方案二,DP网络独立性较高,实施难度适中,但涉及网络参数更改较多,调试风险增加,投资金额适中。方案三,网络独立性较高,调试技术难度适中,投资最少,改动量较大。但由于可以预先线外设计、仿真、测试,保产压力风险相对较小。综合对比,优选实施方案三。

图1 优化前DP网络硬件组态

表2 优化方案对比表

4 优化措施

(1)增加DP网络中继器,提高抗干扰能力。鉴于拉矫机液压站、振动液压站、滑动水口液压站、平台液压站物理位置相距较远, DP网络电缆敷设距离长,容易被周围大功率用电设备干扰的实际工况,利用DP网中继器信号波形的整形、隔离、放大作用,在上述液压站DP系统的网络入口处增加一个DP网络中继器。有效补偿由于远距离信号传输造成的信号衰减,同时又起到与其它DP从站的电气隔离作用,降低相互之间的敏感度。

(2)增加独立的DP接口,分割子系统。由于公共PLC系统的CPU模板还有一个闲置的DP/MPI协议的可编程网络接口,基于简洁、经济、实用的优化思路,在不更换CPU模板或新增DP接口模板的情况下,对CPU模板硬件重新编程,将闲置的DP接口加以利用,为重要DP从站(A级设备,液压泵站)与一般性DP从站(B级设备,如:二冷蒸汽风机、大屏幕显示器)的网络从电气上实施分割创造了条件(见图2)。

(3)按设备安全及功能依赖性程度划分等级,进行物理分割,提高独立性。基于网络设计的选择性、合理性,结合一方设备的实际工况,重新规划网络,重新敷设DP网络电缆。将大包驱动变频器、中包车驱动变频器、二冷风机变频器设计在一个独立的DP网段上。将大屏幕显示器、大中包称重系统、大中包操作员站设计放在一个独立的DP网段上,将电磁搅拌系统通过中继器接入该网段中。将公共PLC的CPU模板硬件重新组态,把CPU模板上的DP/MPI协议的可编程接口编程定义为DP协议的通讯接口。在不更换CPU模板或新增DP接口模板的情况下,多出一路DP通讯协议接口,可以重新生成一个独立的网段。将多次出现DP从站掉站的液压站系统通过中继器接入到这条独立的网段中(如图3)。

图2 组态DP网络硬件接口

图3 优化后DP网络分割组态

5 调试及效果评价

(1)CPU模板利旧,重新组态硬件信息,将闲置的接口编程定义为DP协议,按照DP行规设定相关技术参数后检查数据并编译保存。

(2)将大包滑动水口液压站等5个泵站(A级设备)从原网段上删除,规划到新增独立的DP网段上,重新核实输入/输出数据映像区地址,与原用户程序保持一致,编译后保存。(如图4)

(3)下载并检查DP网络通讯,测试各点位状态。

(4)通过技术手段,优选投资最少的优化方案。在不新增CPU模板或DP专用接口模板情况下,开发1路独立DP网络物理接口。整个优化方案仅新增一只网络中继器,投资1 596元(见表3)。优化后,原有DP网络故障被有效杜绝,类似故障再没有出现(如图5),效果明显。

图4 优化编译DP网络

表3 DP网络优化效果对比表

图5 DP网络故障时间趋势

6 结语

“只有没用好的设备,没有不好用的设备”。基于网络设计的安全性、选择性,结合适用、经济的优化原则。对一号方坯连铸机公共PLC系统DP网络结构优化设计,科学规划、分割,使其合理分布到独立的网段上,杜绝了相互影响的弊端;巧妙利旧CPU模板并开发一路独立的DP网络通道,最大程度降低了优化改造成本。优化后的公共PLC DP网络已经稳定运行超过4年,至今尚未出现相同或类似的故障,优化效果明显。

[1] 崔坚.SIEMENS工业网络通信指南[M].机械工业出版社,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

耿庆红,电气高级技师。