施洪亮,姚煥琴,蘇倩

大型棒材生產(chǎn)線開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

施洪亮,姚煥琴,蘇倩

（江蘇永鋼集團有限公司，江蘇張家港215628）

針對永鋼大型棒材分廠開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)閃斷的情況，對控制網(wǎng)絡(luò)進行了研究，提出了有效的優(yōu)化措施并實施，在優(yōu)化結(jié)束后未再出現(xiàn)過同類故障，從根本上解決了問題，并為以后處理類似故障提供了借鑒。

棒材;開坯機;DP網(wǎng)絡(luò);優(yōu)化

1 引言

江蘇永鋼集團聯(lián)峰能源裝備有限公司大棒分廠2013年建廠，主要生產(chǎn)坯料為400～800圓，成品為50～200圓。其中開坯機是整個連軋系統(tǒng)最重要的設(shè)備之一。

開坯機是軋制減徑過程的開始，鋼坯從加熱爐出來后由開坯機開始軋制。開坯機軋制過程由一些軋制道次組成，當(dāng)鋼坯從加熱爐出來后由入口輥道將鋼坯送至開坯機進行軋制，待鋼坯從開坯機出來后，開坯機停止，傾斜裝置將鋼坯旋轉(zhuǎn)90°，然后由出口推鋼機將鋼坯移入下一道次，開坯機以相反的方向重新軋制，如此循環(huán)，直至完成規(guī)定道次為止。大棒分廠開坯機可實現(xiàn)全自動控制，因此驅(qū)動設(shè)備和檢測設(shè)備很多，且檢測設(shè)備通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)與西門子S7-400PLC進行數(shù)據(jù)交換，自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

自投產(chǎn)以來開坯機的自動化網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)閃斷現(xiàn)象，造成多次軋制中斷或卡料，導(dǎo)致誤時較多，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的連續(xù)性，并增加了能耗。為解決這一問題，對開坯機的自動化網(wǎng)絡(luò)進行了改造，并取得了良好的效果。

2 開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)的基本情況

2.1 基本情況

大棒分廠整個開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)共包括2臺上位機，1個S7-400PLC主站，以及若干個遠程站。遠程站包括PLC輸入輸出模塊、變頻器、直流調(diào)速裝置以及現(xiàn)場傳感器。在開坯機S7-400PLC主站上，共連接11個IM153遠程站，7個CU320遠程站，1個6RA70遠程站，1個KPI1000和5組現(xiàn)場傳感器遠程站。S7-400PLC又通過DP耦合器分別與車間其它S7-300PLC主站交換數(shù)據(jù)。開坯機上位機與PLC主站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，開坯機S7-400PLC主站與從站之間通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。改造前開坯機的自動化網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示，所有遠程站均連接在一條Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上，整個網(wǎng)絡(luò)長度較長，為增加網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，在網(wǎng)絡(luò)中的適當(dāng)位置增加若干中繼器來增加傳輸距離。

圖1 改造前自動化網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.2 現(xiàn)象分析

2014年車間投產(chǎn)以來，分廠多次發(fā)生開坯機Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)閃斷故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。通過對多次故障的原因進行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，造成開坯機Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中斷的主要原因包括網(wǎng)絡(luò)電纜斷線、網(wǎng)絡(luò)電纜外皮磨損對地以及現(xiàn)場傳感器故障等。

結(jié)合故障現(xiàn)象及分析結(jié)果，對可能造成開坯機Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)閃斷故障的影響因素進行了分析驗證，開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)主要存在的問題有：

（1）S7-400PLC的從站連接數(shù)量較多，范圍較廣，尤其還有很多現(xiàn)場的傳感器，距離較遠，且容易受到干擾，雖然整個系統(tǒng)通過4個中繼器來增加傳輸距離，但由于所有遠程站均連接在一條DP網(wǎng)絡(luò)上，一個遠程站出現(xiàn)故障會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)故障，且由于遠程站數(shù)量較多，在故障發(fā)生后很難準(zhǔn)確快速的找到故障點。

（2）通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場DP網(wǎng)線敷設(shè)不規(guī)范，沒有嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范執(zhí)行，存在部分DP網(wǎng)線沒有穿管，或幾根網(wǎng)線同穿在一根管內(nèi)的現(xiàn)象。

（3）由于大棒車間開軋坯料最輕的有5～6 t，最重的重量要達到20 t左右，設(shè)備運行時震動較大，對傳感器壽命本身影響較大，且由于項目建設(shè)時施工不規(guī)范，容易造成傳感器線路出現(xiàn)斷線、對地等情況。

因此通過以上研究分析可以看出，開坯機目前的自動化控制網(wǎng)絡(luò)主要存在兩個問題：

（1）現(xiàn)場DP網(wǎng)線敷設(shè)不規(guī)范。導(dǎo)致容易受到外界干擾，線路容易出現(xiàn)故障。

（2）開坯機所有遠程站共用一個通訊處理器，現(xiàn)場單個或多個DP網(wǎng)絡(luò)站點出現(xiàn)故障時，將影響整個網(wǎng)絡(luò)，且由于遠程站數(shù)量較多，也不易查找故障點，給故障排查造成一定難度，導(dǎo)致故障處理時間變長，不利于生產(chǎn)的快速恢復(fù)。

3 改造方案

針對大棒分廠開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)目前存在的問題，決定對其進行優(yōu)化，徹底解決此問題。

3.1 問題分析與探討

首先對以往發(fā)生的故障進行了總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)易發(fā)生故障的遠程站主要是現(xiàn)場的傳感器遠程站，易發(fā)生故障的原因是現(xiàn)場傳感器均安裝在開坯機機體上，震動大，傳感器本身容易損壞，線路的敷設(shè)也不規(guī)范，容易出現(xiàn)通訊中斷的問題。因此，需要對線路進行改造，重新敷設(shè)，規(guī)范施工，另外將遠程站傳感器重新分組，每組為一個單獨的DP網(wǎng)絡(luò)，增加網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時出現(xiàn)問題后可及時判斷故障點的位置，減少故障處理時間。

3.2 改造方案

具體的改造方案主要包括兩個部分：

一是線路重新敷設(shè)，規(guī)范施工；從PLC主站至現(xiàn)場單獨進行網(wǎng)絡(luò)布線，路徑與現(xiàn)有橋架分開，全路程使用鍍鋅管，每根鍍鋅管內(nèi)只允許穿一根DP網(wǎng)線，鍍鋅管之間使用圓鋼進行連接，并保證可靠接地；

二是在PLC主站新增4塊CP443-5DP通訊模板，用于分配至現(xiàn)場的DP網(wǎng)絡(luò)點（如位移傳感器、編碼器等），每塊通訊處理器連接一路DP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，共分4路，降低現(xiàn)場DP網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定對整個系統(tǒng)的干擾。

同時將遠程柜內(nèi)中繼器上的DP網(wǎng)線重新進行調(diào)整組態(tài)優(yōu)化，以便使整個網(wǎng)絡(luò)分配更加合理，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率和穩(wěn)定性。改造后開坯機的自動化網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

4 改造后的經(jīng)濟效益分析

開坯機的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)斷開時，會導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，若坯料卡在開坯機中，造成卡料，不但整根坯料報廢，對設(shè)備本身也會造成沖擊，同時為將坯料從開坯機中拉出會導(dǎo)致4～5個小時的誤時，對生產(chǎn)的連續(xù)性及能源消耗都有一定的影響。且由于整條Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上的遠程站數(shù)量較多，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也有一定的影響，一旦有網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生，由于站點過多，導(dǎo)致排查時間較長，也不利于生產(chǎn)的盡快恢復(fù)。本次改造完成后，設(shè)備運行至今已有半年左右，開坯機未再出現(xiàn)過網(wǎng)絡(luò)閃斷的情況，有效保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。由此可見，通過本次改造，開坯機自動化控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性有了大大的提高，有效避免了網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生，減少了設(shè)備誤時和廢料的產(chǎn)生，具有一定的經(jīng)濟效益。

圖2 改造后自動化網(wǎng)絡(luò)示意圖

5 結(jié)論

以棒材生產(chǎn)線最重要的設(shè)備開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)閃斷現(xiàn)象為研究對象，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，對影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的因素進行了分析，經(jīng)過研究，提出了改造方案，對原有的整個Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化，提高了開坯機自動化網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，減少了設(shè)備非計劃停車次數(shù)及意外停車造成的冷條，提高了設(shè)備運行的可靠性，降低了能源消耗。

Optim ization of the Autom ation Network of Breakdown M ill at Heavy Bar Production Line

Shi Hongliang,Yao Huanqin,Su Qian
(Jiangsu Yonggang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang,Jiangsu 215628,China)

The automation network for the breakdown mill at YongGang’s heavy bar plant frequently flashed broken.The control network was studied and effective optimizing measures were put forward.After implementation of these measures similar faults had never occurred,thus completely solved the problem and also provided reference for treatment of similar faults in the future.

steel bar;breakdown mill;DP network;optimization

TG333

B

1006-6764（2015）09-0072-03

2015-07-01

施洪亮（1970-），男，1993年畢業(yè)于河海大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事冶金企業(yè)電氣自動化管理工作。