PROFIBUS-DP网络检测工具在轧线介质系统中的应用

PROFIBUS-DP网络检测工具在轧线介质系统中的应用王亚敏;吴传开;李丹鹤
【摘要】PROFIBUS-DP网络是工业自动化应用最广泛的现场总线.现场DP网络的稳定运行是轧钢生产线正常生产的重要部分,一旦介质系统停机,将直接导致轧线的设备停机,介绍了PROFIBUS-DP网络改造的方案以及进行网络检测算法的改进,取得了较好的效果.
【期刊名称】《工业技术与职业教育》
【年(卷),期】2018(016)003
【总页数】3页(P13-15)
【关键词】PROFIBUS-DP;网络检测;介质系统
【作者】王亚敏;吴传开;李丹鹤
【作者单位】唐山工业职业技术学院,河北唐山 063299;唐山钢铁集团有限责任公司,河北唐山 063000;唐山工业职业技术学院,河北唐山 063299
【正文语种】中文
【中图分类】TP277
0 PROFIBUS简介
PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准[1]。

PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术[2]。

可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网
络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

随着我国工业自动化水平的不断提高，现在总线技术也得到了大规模的应用[3]。

而PROFIBUS以其传输速度快、数据安全性高、传输距离远、安装简易、使用方便、节省成本等特点，逐渐成为工控现场最广泛的一种现场总线。

PROFIBUS自身有着严格的技术规范要求[4]，但许多用户在使用该总线的过程中，并不能完全满足这些规范，可能导致PROFIBUS的整体性能受到影响，出现通讯不稳定、丢站甚至通讯中断等故障[5]。

这些故障常常会影响控制系统的正常工作，如果不能提前预测网络是否健康，或者出现异常及时处理，将对生产造成严重的影响。

PROFIBUS网络常出现的故障如图1所示。

图1 工业自动化常见PROFIBUS网络故障
1 项目工艺概述及相关背景
在热轧轧钢生产过程中，现场远程DP网络系统的稳定运行是轧线正常生产的一个重要组成部分，一旦介质系统停机，直接导致轧线的设备停机或造成堆钢，影响生产顺利进行。

对现有网络进行优化，同时如何能够对DP网络进行预诊断,提前预测到故障，再利用检修或停机时进行处理，显得相当重要。

热轧带钢生产线介质系统主要分为5大部分，包括：加热炉介质系统、粗轧介质系统、精轧介质系统、卷取介质系统、钢卷运输介质系统。

每一部分分别由西门子400PLC主站，以及几个ET200从站组成。

以精轧介质控制系统为例，从站单独控制液压站、稀油站、工艺润滑站等，整个DP网络从400PLC通过光纤与各介质站串联通讯。

400PLC通过OLM转换为光纤通讯，到达介质站光纤盒后再通过OLM转换后以DP网连接。

因为网络较长、从站较多并且比较复杂，会出现通讯不稳定、网络闪断导致介质站停机，在生产过程中会造成堆钢等一系列问题，影响生产。

而且该类问题不易锁定故障点，出现异常后，处理问题的时间都会比较长；因此，需要对现有设备进行改造后，同时引入检测工具对网络进行诊断，以保障热
轧生产线的的稳定运行。

2 改造内容和技术创新点
2.1 改造内容
改造前，1 580mm介质系统每一部分分别由西门子400PLC主站，以及几个
ET200从站组成，从站单独控制低压液压站、高压液压站、稀油站、工艺润滑站、油膜轴承润滑站。

整个DP网络从400PLC通过光纤与各介质站串联通讯。

400PLC通过OLM转换为光纤通讯到达介质站光纤盒后再通过OLM转换后以
DP网连接。

精轧介质系统网络如图2所示。

图2 精轧介质系统DP网络图
为保证介质系统稳定运行，对网络进行了改造，将串联的网络连接方式改为Profibus-dp环网光纤转换器（数据光端机）连接、优化硬件设备、通过用OTDR 设备“打光”检测网络通讯（对于光度比较弱的光纤进行替换），优化控制程序，添加PDA曲线等手段。

2.2 系统优化和网络改造创新点
1）对网络的连接方式进行了改造，具体做法为将串联的网络连接方式改为Profibus-dp环网光纤转换器（数据光端机）连接。

2）优化网络硬件设施，在网络硬件连接过程中重点是光纤的熔接方法和跳线连接，由此造成中间连接环节多，增加了隐患故障点，不利于查找，因此根据现场情况，首先将光纤头部熔接部分重新熔接，另外是取消光纤跳线的法兰部分，与光纤直接连接。

3）测试网络，其中包括：各光纤盒熔纤检查，各介质站DP头检查、紧固、更换，测试光纤信号。

4）优化程序，其中包括：程序中做网络监控，优化各介质站运行程序，并对DP
网络做故障保护，当网络出现不稳定情况时，介质站能够继续运行，并且能够通过
监控找出故障点，及时进行处理，避免停机事故的发生。

程序段如图2和图3 所示 [6]。

图3 网络监测程序优化
图4 网络状态监测
如图4所示，以精轧液压站的网络控制为例进行说明。

液压站的IO柜信号注意是现场收集设备状态信号、对电磁阀的控制信号和操作信号。

这些信号由于通讯状态的闪断而出现闪断，而液压站的循环泵和主泵的控制是PLC柜与MCC柜的连接上，因此在程序中增加一个保护程序，当精轧液压IO柜出现通讯闪断问题，可以通过液压站IO状态信号保持液压泵站的运行状态；由于液压站的卸荷阀的控制是通过IO柜进行传输的，因此不能完全有程序进行控制，如果出现网络通讯问题，也会造成液压压力的波动，同时对液压泵也有一定的损害，因此制定了相应的管理规则，即出现通讯问题，首先将柜内的相应继电器硬强制，保证阀能够保持相应状态；另外利用将相应的网络状态信号加入到PDA监控系统，以便对网络状态进行监控。

5）引入PROFIBUS TRACE 对DP网络进行检测，发现异常点可以提前进行检查处理，使网络完全处于可控状态；可以根据TRACE检测出来报告看出DP线AB 之间的的差分电压,以及稳定电压，电压大于3．0V以上，说明网络状态良好，对于检测电压低于3．0V的部分，重点进行检查处理；如图5所示，同时可以根据每一个站采集的波形进行辅助分析。

图5 网络检测柱状图和波形图
3 创新攻关方案实施
3.1 创新攻关方案具体实施
为了完成PROFIBUS-DP网络的改造，不影响生产，按照以下方案实施。

1）收集整理资料，制定改造方案，并与生产协调改造时间。

2）利用检修时间放光纤、安装OLM光电转换器、使网络连接变成环网。

3）优化程序，利用换辊或者生产间隙对程序进行下装和测试。

4）利用检修时间按批次改造各个区域的现场网络硬件，并进行测试。

5）正常生产时利用网络检测工具对网络状态进行监控检查，如果发现问题立即进行登记并利用换辊时间进行检查。

3.2 创新攻关实施效果及攻关后的技术指标和参数
1）改造光纤网络硬件设施，减少了网络故障点。

2）将网络改造成环网后，出现光纤或DP网线断线时，可以立即从环网的另一个
方向恢复网络通讯，不影响生产。

3）提前对网络进行诊断，把隐患消灭在萌芽阶段；同时通过PDA对网络的监控，一旦网络出现问题，即可以通过曲线查看相关报警信息，保证了生产的稳定运行，不影响生产。

4 经济效益分析
热轧生产线的介质系统是轧线生产的重要动力设备，一旦介质网络出现问题将导致液压、润滑等系统停机，直接造成整个生产线停产。

自动化维护人员从接到通知再到现场处理完故障，最少需要5小时，而且生产是
在停止状态，正常生产状态下，轧线一般会有5块钢进行生产，因此会导致2块
钢废钢。

京唐公司现在生产形势紧迫，而且热轧正处于打高产阶段，5小时停轧，由此造成的经济损失是难以估量的，按照热轧生产线现有日产量，停车5小时将
至少减少出带钢产量约2 300 t，直接损失近33．05万元，而间接造成的经济损
失更是难以估量的，如果一年发生3次这样的故障，那就亏损近99．15万元。

本次改造后，若再次出现类似问题，首先生产是不间断的，不会影响生产，大大减少了轧线停止运行的时间，也方便了自动化人员处理和检查事故，确保了热轧生产线的稳定运行。

【参考文献】
【相关文献】
[1]崔坚．PROFIBUS的几种诊断方法[J]．中国仪器仪表,2011(增刊 ):281-285．
[2]王亚敏．基于PROFIBUS-DP的网络优化及应用[J]．工业技术与职业教育，2018(1)：10-11．
[3]陈卫国,陶庆才,卢锦川,韦瑞录．基于Profibus-DP网络的故障分析及诊断[J]．改装与维
修,2012(10):143-147．
[4]刘杰．诊断中继器在Profibus-DP网络诊断平台中的应用[J]．冶金自动化,2015(12):176-179．
[5]张岩．PROFIBUS-DP网络故障诊断及优化[J]．新媒体与信息科技,2016(7):102-127．
[6]杨少光．机电一体化设备安装与调试[M]．南宁：广西教育出版社，2010:108．。