电解多功能天车PLC通讯网络问题改造技术

康聪明

（恩凯诺尔（厦门）机电设备有限公司，福建厦门，361009）

电解多功能天车PLC通讯网络问题改造技术

康聪明

（恩凯诺尔（厦门）机电设备有限公司，福建厦门，361009）

电解多功能天车是电解铝车间生产作业的重要设备，其工作的特殊环境，使得PLC通讯网络易受到外界的干扰，导致天车误动作造成人身伤害、设备烧毁，影响生产。本文分析了引发问题的原因；针对问题实施了多功能天车PLC通讯网络系统的改造；阐述了改造中关键技术等。本文为企业生产现场提供一种有效的通讯技改方法。

电解铝；多功能天车（PTM）；PLC；Profibus DP；网络通讯

引言

电解多功能天车（简写PTM）是电解车间内的主要设备，是一种综合阳极更换、打壳、出铝、抓斗捞渣、加料、抬母线等多种功能于一身的设备。这种设备因为工作在强磁场、高粉尘污染的环境中，同时工作过程中又常有可能接触低电压、强电流环境，所以对配电系统有严格的要求。

本文针对PLC通讯网络、电子设备等与电解天车配电系统的关系［1-2］，探讨了其间的干扰状态，为设备能够稳定、安全工作提供了基本方法。

1 系统架构与存在的问题

多功能电解天车控制系统采用的是西门子S7-300系列PLC系统。通讯方式采用的是Profibus DP现场总线，PLC主站与各个设备分站、设备分站与设备分站之间均采用的是以Profibus DP标准格式使用双绞线实施通讯，结构如图1所示。

图1　安卓版GPS状态软件操作界面

现在设备实际运行中，发现如下问题：

（1）因电解车间工作的特殊性，当天车行走时，现场的强磁场将会对不同绝缘层钢结构件分别做切割磁力线运动，产生不等的电势。由于结构的差异，产生的电势并不相等，形成电势差，在双绞线屏蔽层形成感应电流干扰PLC；干扰严重时产生通讯中断；

（2）电解多功能天车长期高负荷的运行，当一级、二级绝缘维护不当时，将会发生强直流电通过通讯线屏蔽层窜入电气室烧毁电子设备，使得PLC系统瘫痪，影响生产；

（3）双绞通讯线也会受到变频器、动力电缆干扰，影响PLC正常通讯；

（4）发生通讯故障时如Profibus 接头故障，通讯电缆老化等，很难找出问题，影响生产。

2 技术改造措施

针对现有的问题，对天车通讯网络进行光缆改造。将原有的通讯双绞线更换为光缆，采用进口品牌的Profibus DP光电转换器及Profibus DP连接器光接口作为光电转换对接口［3-4］，具体技术改造过程及关键技术参数选用比较重要。

2.1改造通讯电缆

光缆是一种通信电缆，由玻璃或塑料光纤芯组成，这些光纤芯位于保护性的覆层内，由塑料PVC外部套管覆盖。沿内部光纤进行的信号传输一般使用红外线。它具有容量大、中继距离长、保密性好、不受电磁干扰、电气完全绝缘等优点。

天车含有出铝小车、工具小车、工具小车旋转等移动设备，对光纤电缆的要求较高，需选用高柔性光纤电缆防止光纤断裂，具体参数选择如下：

光波：660 nm；

工作温度：-30℃～ +70℃；

允许弯曲半径：50 mm；

固定安装最大拉伸力：400 N；

柔性安装最大拉伸力：100 N；

2.2改造通讯连接器

Profibus 连接器光纤接头是一款用于将电气RS485 9针接口信号转换成光纤信号的转换接头，智能转换，无需其它设置。技术特征有：一是无需修改PLC网络参数；二是支持通讯速率自适应，最大速率为12Mbit/s；三是带有9针D-sub插头，集成式中继器功能，可直接插在PLC设备上，节约空间；四是无须外接电源，仅通过Profibus设备上自带的RS485 9针接头提供；五是具有模块化编程、自动诊断性能；六是带有一个LED指示灯可通过颜色进行通讯状态判断。

2.3增设Profibus DP光电中继器

因天车含有出铝小车、工具小车、工具小车旋转等移动设备及称重显示屏，其光纤电缆敷设较长，光波衰减较大，需增加一对光电中继器以提高通讯功率［5］。

光电中继器是一款PROFIBUS DP协议型现场总线光纤中继器，支持PROFIBUS DP总线，独立总线电接口及2个光纤接口，技术参数和性能有：

（1）支持逻辑独立Profibus DP总线；

（2）支持通讯速率自适应，最大速率为12Mbit/s；

（3）1路Profibus DP电口及2路光纤接口灵活选择，支持多种网络拓扑结构；

（4）双色LED状态指示灯，光纤链路以及电源故障继电器输出告警；

（5）电接口4000V的防雷；

（6）DC1500V电源隔离，反接保护。

在PRFIBUS 网络中使用光电中继器，注意电气端口的终端电阻设置

3 技术改造效果

通过这次改造后，各站点之间的通讯没有电的直接连通，完全电气绝缘，杜绝强直流电窜入电气室的可能性；提高了PLC通讯抗干扰能力，保证PLC正常工作。

改造完后的网络示意如图2所示：

图2　系统通讯网络架构

具体效果包括：一是用光纤取代完双绞通讯线后，两不同绝缘层钢结构件产生的不同电势在PLC中形成不了电势差，对PLC不产生影响；二是整条光缆为完全电气绝缘，当一级、二级绝缘不良、强直流电窜入天车时，也无法流向电气室，不会造成大面积烧毁现象；三是光纤是利用光波进行通讯，不受变频器、动力电缆干扰，对PLC不产生影响；四是Profibus DP连接器光纤接头和Profibus DP中继器上带有诊断功能指示灯，当该网络发生通讯故障时，通过其指示灯的不同颜色可以较快的找出问题所在，提高生产效率。

4 结束语

实施技术改造后，由于通讯线路状态具有直观显示等功能，有利于监控信息传输通道状态，保障了生产控制等信息有序、准确、抗干扰地传输，为企业生产正常运行、提高经济效益，有较大贡献。

［1］王丽丽.关于PLC在电解天车上应用时的注意事项［J］. 中国科技博览. 2014（16）:19.

［2］张奇志， 韩家忠.电解铝行业PTM多功能天车PLC通讯抗干扰改造一例［C］. 铝电解专业委员会年会， 2005.

［3］杨大伟.用西门子OLM改造强干扰下的PROFIBUS总线 ［J］.《电工技术》， 2009（4）:50.

［4］周鸣，曲凌. PROFIBUS总线技术及其应用 ［J］. 《煤炭工程》，2006（4）:99-101.

［5］秦云瑞，浅谈光纤通讯技术 ［J］. 《科技创新与应用》 ，2015（18）:93.

康聪明（1980-），男，工程师，研究方向为电气自动化。

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

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.006