冷轧处理线profibus-dp网络故障的研究及解决方法

冷轧处理线 profibus-dp网络故障的研究及解决方法

杨增荣 1 、张忠厚 1 、张培培 2

1 山东钢铁集团日照有限公司冷轧厂 ，日照 东港 276805； 2 山信软件股份有限公司日照自动化分公司， 日照 东港 276805

摘要：本文首先对冷轧连退产线profibus-dp现场总线应用情况进行了阐述，以投产以来解决的dp网络故障为例，重点研究其故障诊断方式及其对应解决方法，并分别成功应用到冷轧连续退火机组中，较好解决了影响产线稳定顺行的DP网络掉站难题，大幅度提升网络通讯质量及机组稳定性的同时，为机组运维人员，提供了解决dp网络故障的思路及经验。

关键词 冗余检测及控制 profibus-dp通讯 在线监控 关键设备 拓扑结构

1.引言

冷轧连退线现场总线普遍采用西门子PROFIBUS-DP网络，均为星型网络结构，结合大量HUB串联连接，网络级联深度较大，存在网络链路长、站点数量庞大等特点，特别是2020年以来曾多次出现关键设备通讯闪断引发停机现象，且有时通过HMI报警记录无法准确判断故障原因，给运维人员带来了极大困难。

综上所述，为了实现网络预诊断与维护，找到问题，解决问题，保障系统稳定运行，我们采取了系列技术措施，通过对关键设备采用冗余控制优化网络拓扑结构、增加PROFIBUS-DP 在线通讯检测设备等手段，深入了解通信状态，通过更加专业的维护手段提升维护效率，提高机组运行可靠性。

2. profibus总线基本特征

Profibus现场总线是目前应用最广泛的现场总线技术之一，DP和PA的完美结合是的它在结构和性能上优越于其它现场总线，profibus-dp既适合自动化系统与现场I/O单元的通讯，也可用于直接连接带接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现场信号进行采集和监控。并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆，大幅节省电缆费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用。

3．网络故障及其解决方案

连退线机组在生产0.6mm以下薄规格带钢时，关键区域设备钢卷小车、立式活套激光位置检测与平整机入口、出口防皱辊位置检测网络多次出现掉站报警，导致产线停机，造成了多起停炉事故及退火炉内带钢大面积瓢曲等问题，严重影响工序衔接和产品成材率。

问题原因主要为钢卷小车、立式活套和平整机区域内关键检测设备，频繁出现DP通讯问题，从而引发区域网络故障，产生机组快停，导致炉内带钢速度变化幅度太大，因连退线退火炉工艺特殊性决定，造成停机、炉内带钢瓢曲、断带等事故；主要影响因素体现在：前期设计中对机组关键区域重点设备缺少针对性预控措施、设备工作环境恶劣及运维不到位。

3.1针对工艺段活套位置控制检测设备网络故障，实施方案：

3.1.1完善网络拓扑结构，将活套车激光测距仪支路增加HUB中继器，实现套车位置检测冗余控制。选择profibus dp网络线路敷设络径，减少链路长度，安装激光测距仪并增加HUB5+中继器；结合设计图，优化网络拓扑结构（减少站点报警，保证网络稳定性。

3.1.2研发控制程序，完善CFC程序标准块，结合增加位置检测并调试设备，实现激光测距仪故障时，套车位置检测设备的自动判断选择；优化程序控制，实现套车位置控制的手自动两种模式切换；

自动模式切换定义:

• 当一个活套车装有两个激光测距仪A和B时，若A和B都没有故障，那么A和B同时参与活套车位置的检测，A和B被同时选中；

• 若A发生故障，系统会自动选择B为工作的激光测距仪，仅B参与活套车的位置检测，HMI上出现A的报警信息，活套保持运行状态，不会发生快停；

• 若B发生故障，系统会自动选择A为工作的激光测距仪，仅A参与活套车的位置检测，HMI上出现B的报警信息，活套保持运行状态，不会发生快停。

• 若A和B同时发生故障，活套产生快停信号。

3.1.3增加HMI界面选择模式，满足多种故障情况应急处理，提高维护效率；增加人机界面报警功能，实现故障痕迹管理。任一激光测距仪出现故障时，在相应的HMI界面上的按钮会出现红色闪烁获红色常亮，同时，HMI报警信息列表中出现对应的报警信息。

3.2针对平整机防皱辊位置检测掉站及磁尺损坏导致的DP网络故障，实施方案：

3.2.1设计开发平整机防皱辊位置检测网络拓扑结构，优化支路路由，运用HUB5+中继实现网络设备的分级控制，创新运用冗余设备及通讯技术，实现与在线DP网络通讯的互补检测与控制，提高防皱辊位置的稳定控制。

3.2.2优化平整机PLC硬件组态，增加SSI传感器网络站点。开发平整机防皱辊控制程序，增加逻辑判断功能，实现防皱辊编码器网络故障时，自动投用冗余SSI磁尺的功能，避免平整机快停。

3.2.3开发平整机HMI实时监控界面，增加SSI传感器数值显示及人机界面故障智能预警，实现设备双模式在线数值监视、操作与控制、综合信息分析与运行管理等多功能为一体的管理模式，让运维人员及时了解设备的运行情况，针对性操控设备，有效防止网络异常引发的机组停机。

该创新技术在连退平整机运用以来，解决了防皱辊磁尺检测频繁掉网导致的机组停机，避免了0.6mm以下薄规格带钢在退火炉内瓢曲的工艺难题，在减少设备故障率的同时，保证了机组成材率和产品质量稳步提升，效果显著。该技术在连退平整机运用以来，未再出现防皱辊掉网故障引发的机组停机。

3.3针对网络级联深度大，链路长、站点多支路，频发间歇性掉站故障，引发机组停机实施方案：

增加PROFIBUS -dp诊断设备，对DP段内主从站的物理层和协议层同时进行完整检测，从而帮助分析网络状况并定位故障源。通过在线监控功能（如图四所示），测试PROFIBUS网络电缆、测量PROFIBUS网络信号和分析PROFIBUS网络通讯。

将网络中电压质量偏差，干扰严重站点，特别是梭车、钢卷小车等动作频繁的设备，对其更换具有抗拉拽性能的软电缆、加强传感器DP插头保护、减少DP网络中的电磁干扰、减少DP故障的产生；对干扰严重的大功率设备，采用分分控制、线路敷设采用屏蔽布等手段控制。

通过DP在线诊断设备，持续对现有网络质量进行在线监控，掌握通信状况，及时发现网络中的潜在风险，预防突发故障。同时，结合日常检修维护，合理修改优化带病站点，并对网络信号质量持续跟踪，随时查看系统通信状态，提供全网络检测手段，预防网络通信劣化。

结论：

现场总线在钢铁行业的大范围应用极大地促进了生产系统的自动化进程，提高控制系统实时性的同时，也为工业数字化与智能化发展创造了更大的空间。由于现场总线通信的稳定性对于控制系统功能实现存在巨大的影响，因此总线通信的维护成为生产维护中极其重要的环节。本文总结日常维护中产线出现的几种典型故障进行分析，并详细阐述了解决的方案，为维护人员解决DP网络故障提供了思路及方向。

参考文献：

1. 阳宪惠.现场总线技术及应用.北京: 清华大学出版社,1999.

2. 刘国林.吴世红.郑晟.PROFIBUS现场总线的应用.国内外机电一体化技术，1993（3）