王紅東

（中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

40MN擠壓機(jī)是我廠2002年大管大棒技術(shù)改造時(shí)安裝的一臺(tái)大型設(shè)備，主要用于銅及銅合金管材、棒材、型材的熱擠壓，是太原重型機(jī)械廠設(shè)計(jì)制造的。在這幾年的生產(chǎn)中，電氣設(shè)備運(yùn)行基本正常，沒有出現(xiàn)大的問(wèn)題。后來(lái)出現(xiàn)的DP網(wǎng)絡(luò)通信故障，讓我們花費(fèi)了很多時(shí)間，想了很多辦法，最終把故障消除?，F(xiàn)把當(dāng)時(shí)的處理方法總結(jié)出來(lái)，與讀者交流。

1 電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

40MN擠壓機(jī)主要包括擠壓桿、擠壓筒、穿孔針、供錠機(jī)、橫向模座、壓余分離機(jī)構(gòu)、出料輥道、冷床、鋸切、液壓泵站等幾部分組成，有4個(gè)操作臺(tái)。整個(gè)電氣控制點(diǎn)比較散，輸入和輸出遠(yuǎn)離PLC，需要鋪設(shè)很長(zhǎng)的電纜，不易實(shí)現(xiàn)，并且也可能因?yàn)殡姶鸥蓴_而使得可靠性降低。所以控制系統(tǒng)采用由一個(gè)主站和十個(gè)從站組成的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主站由S7-400 CPU414-2DP和S7-400輸入、輸出模塊組成，10個(gè)從站均采用ET200S分布式I/O，I/O為S7-300模塊。主站和其中的6個(gè)從站分布在主控制室內(nèi)，其余的4個(gè)從站分布在設(shè)備周圍的四個(gè)操作臺(tái)內(nèi)。站與站之間用西門子專用通信電纜連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度將近100m，網(wǎng)絡(luò)波特率為1.5Mbps。

2 網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象

剛開始出現(xiàn)故障時(shí)，設(shè)備正運(yùn)行著突然停了，而操作工可以馬上再把設(shè)備啟動(dòng)起來(lái)，故障是一閃而過(guò)，看不到故障現(xiàn)象。到后來(lái)，故障時(shí)間加長(zhǎng)，設(shè)備停后開不起來(lái)了?？吹焦收犀F(xiàn)象是主站CPU上SF信號(hào)燈閃爍，顯示是外部總線通信故障，檢查發(fā)現(xiàn)是2號(hào)操作臺(tái)從站報(bào)警，ET200S的 BF信號(hào)燈閃爍，意思是本站故障或無(wú)連接報(bào)文，原因可能是I/O模塊中存在錯(cuò)誤，或缺少連接到控制器的總線電纜，也可能是背板總線故障，與主站通信中斷。根據(jù)故障指示，把這個(gè)從站的模塊拆掉，檢查是否有接觸不好，往往是拆拆裝裝，故障就消失了?？墒沁^(guò)兩天突然又不行了，后來(lái)不只是2號(hào)操作臺(tái)報(bào)警，其他從站也報(bào)警，頻次越來(lái)越高。

在線打開程序，從PLC診斷緩沖區(qū)中查看模塊信息，可以看到CPU提示的報(bào)警信息，報(bào)警信息如下（選取了其中一段）：

報(bào)警故障代碼為39C4，表示分布式I/O、從站失靈到來(lái)狀況；故障發(fā)生在5號(hào)從站，5號(hào)從站診斷地址為8187，主站診斷地址為8188，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用OB86組織塊，但未找到該塊。

3 原因分析及處理

3.1 通信線路問(wèn)題

故障現(xiàn)象是外部從站丟失，懷疑是通信線路有問(wèn)題。剛開始只有2號(hào)操作臺(tái)從站報(bào)警，2號(hào)臺(tái)的通信線是從1號(hào)主操作臺(tái)接過(guò)來(lái)的。首先檢查1號(hào)、2號(hào)操作臺(tái)DP插頭接線是否可靠，屏蔽層與DP插頭的金屬片是否壓緊，終端電阻開關(guān)撥的位置對(duì)不對(duì)。 往往在檢查過(guò)程中故障就會(huì)消失，但故障還會(huì)不定時(shí)出現(xiàn)，后來(lái)又更換DP插頭，仍沒有從根本上解決問(wèn)題。于是就想著更換 1、2號(hào)操作臺(tái)之間通信電纜，懷疑是通信電纜受損，阻值增大，信號(hào)損耗引起的。1號(hào)、2號(hào)操作臺(tái)相距大概有20m，我們所用電纜是西門子專用雙絞通信電纜，手頭暫無(wú)備品，一時(shí)無(wú)法更換。后來(lái)設(shè)備狀況越來(lái)越差，很多從站都報(bào)警，電纜總長(zhǎng)將近一百米，無(wú)法判斷究竟是哪一段有問(wèn)題，雖然買了一些通信電纜，但不知道該更換哪一段，最終沒有更換。往往是哪個(gè)站報(bào)警，就檢查哪個(gè)站的DP插頭接線情況，模塊插接情況，有時(shí)反復(fù)檢查，故障總是在檢查的過(guò)程中消失。

通信線路電磁干擾也是造成網(wǎng)絡(luò)故障的主要原因，我們的現(xiàn)場(chǎng)布線是通信電纜與其他控制線、動(dòng)力線混在一個(gè)電纜溝里，這極容易造成干擾。由于平行布線的兩根電纜之間會(huì)產(chǎn)生電容耦合，因此為了避免相互之間的影響，通信電纜與動(dòng)力電纜應(yīng)避免長(zhǎng)距離平行布線 。當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)未把通信線與其他線分開排布，現(xiàn)在想改已不具備條件，只有盡量把通信線離別的電纜遠(yuǎn)一點(diǎn)，但仍有長(zhǎng)距離平行布線情況。由于接地有利于保護(hù)PLC設(shè)備以及DP通信口，消除干擾，因此對(duì)于所有的Profibus站點(diǎn)都進(jìn)行接地檢查，檢查配電柜、操作臺(tái)外殼接地是否可靠，把每個(gè)DP插頭的接線嚴(yán)格按網(wǎng)絡(luò)布線規(guī)范重新接線，Profibus網(wǎng)絡(luò)布線規(guī)范要求：電纜在DP插頭內(nèi)接線時(shí)，應(yīng)將外部編織網(wǎng)屏蔽層剝開，把鋁箔屏蔽層壓在插頭內(nèi)的金屬片上，該金屬部分是與插頭外部的金屬部分相連的，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時(shí)，就通過(guò)設(shè)備連接到了安裝底板，而安裝底板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實(shí)現(xiàn)了屏蔽層的接地。另外還要保證屏蔽層不能剝開的太長(zhǎng)，否則通信線芯會(huì)暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”。通信電纜在進(jìn)/出電柜時(shí)，把電纜的外層屏蔽層進(jìn)行接地處理。這樣避免外部的干擾信號(hào)進(jìn)入電柜，同時(shí)也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對(duì)外部設(shè)備造成影響。通過(guò)規(guī)范接線，設(shè)備狀況大有改觀，報(bào)警次數(shù)明顯減少，但沒有根除。

3.2 24V電源問(wèn)題

原來(lái)每個(gè)站都是由一個(gè)單獨(dú)的24V電源給本站的 CPU或ET200S及背板總線、輸入模塊供電，所有輸出模塊由單獨(dú)的24V供電。剛開始報(bào)2號(hào)操作臺(tái)從站丟失故障時(shí)，曾懷疑2號(hào)操作臺(tái)從站24V電源供電有問(wèn)題，反復(fù)測(cè)量24V電源，沒發(fā)現(xiàn)異常。又懷疑是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，模塊輸入點(diǎn)外部線路可能有瞬間接地或短路的現(xiàn)象，造成24V電源短時(shí)故障。隨著后來(lái)很多從站都報(bào)警，輸入點(diǎn)比較多，無(wú)法確認(rèn)是哪兒出了問(wèn)題，為了排除輸入點(diǎn)外部線路引起的故障，于是就增加一個(gè) 24V電源，專給CPU和ET200S及背板總線供電，讓每個(gè)站的24V電源只給本站的輸入點(diǎn)供電，這樣若是外部輸入線路有問(wèn)題，就不會(huì)影響通信了。

更改后，設(shè)備正常運(yùn)行了一天，又出現(xiàn)一個(gè)新的問(wèn)題，CPU讀不到編碼器的數(shù)據(jù)。在1號(hào)主操作臺(tái)從站，ET200S機(jī)架上裝有一塊SM338模塊，模塊上接有三個(gè)絕對(duì)值編碼器，分別檢測(cè)擠壓桿、擠壓筒、穿孔針的位置。CPU讀不到數(shù)據(jù)，設(shè)備就無(wú)法運(yùn)行。檢查SM338模塊電源，正常，于是更換一個(gè)新的模塊，還是讀不到數(shù)據(jù)。翻閱SM338模塊說(shuō)明，在布線規(guī)則上看到，編碼器的輸出接地不應(yīng)與CPU的接地隔離。突然明白了，原來(lái)現(xiàn)在SM338模塊所用電源是從站的電源，而CPU及ET200S所用電源是新增加的，兩者沒有共地。共地后正常。只是有一點(diǎn)不明白，為什么沒共地前還能正常工作一天？

編碼器問(wèn)題解決后，設(shè)備正常運(yùn)行了幾天，沒有出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)想著問(wèn)題可能解決了，可不久故障又發(fā)生了。

4 故障消除

由于前期在外部線路中未找到故障點(diǎn)，問(wèn)題一直不能解決，所以就考慮在程序上做些文章，看能否把故障給消除掉。

4.1 在程序中增加機(jī)架故障組織塊（0B86）

OB86的功能是當(dāng)出現(xiàn)擴(kuò)展機(jī)架、DP主站系統(tǒng)或分布式I/O從站故障（當(dāng)?shù)絹?lái)或離去事件時(shí)）時(shí)，CPU的操作系統(tǒng)就自動(dòng)調(diào)用 0B86,如果 0B86未編程，當(dāng)檢測(cè)到這類故障時(shí)，CPU就變?yōu)镾TOP方式。40MN擠壓機(jī)CPU報(bào)警信息提示，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)想調(diào)用 OB86塊而未找到，所以在程序中增加了0B86塊。下載之后，一旦故障，系統(tǒng)將調(diào)用OB86來(lái)處理故障，同時(shí)跳過(guò)該錯(cuò)誤。希望當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，CPU能調(diào)用到0B86塊，而不是直接進(jìn)入STOP狀態(tài)，避免設(shè)備停機(jī)。但實(shí)際并未達(dá)到效果，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，CPU還是進(jìn)入了停機(jī)狀態(tài)。

4.2 修改Profibus-DP總線參數(shù)

打開程序，點(diǎn)擊硬件組態(tài)Hardware，顯示PLC硬件組態(tài)圖，雙擊Profibus-DP總線，進(jìn)入“屬性-DP主站系統(tǒng)”，在這個(gè)界面上有一個(gè)“屬性”按鈕，點(diǎn)擊進(jìn)入，選“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”界面，顯示有“傳輸率”和“配置文件”，在“配置文件”中原選項(xiàng)為“DP”，更改為“自定義”，再點(diǎn)擊旁邊“總線參數(shù)”按鈕，進(jìn)入“總線參數(shù)”界面，這個(gè)界面上有一個(gè)“重試限制” 選項(xiàng)，原默認(rèn)值為1，更改為5，目的是當(dāng)某一個(gè)從站與主站通信不上時(shí)，讓CPU重新多連接它幾次，希望在CPU多次連接過(guò)程中，系統(tǒng)能正常，這樣設(shè)備就不會(huì)因?yàn)樗查g故障而停機(jī)。修改參數(shù)后，設(shè)備停機(jī)次數(shù)減少，對(duì)于一閃而過(guò)的故障確實(shí)能起作用，但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)的故障，還是會(huì)停機(jī)，不能從根本上解決問(wèn)題。

4.3 修改波特率

原設(shè)計(jì)中Profibus-DP網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸率為1.5Mbps，在一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)區(qū)段的最大電纜長(zhǎng)度是由傳輸率所決定，西門子公司建議的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)區(qū)段的波特率所允許的電纜長(zhǎng)度，如表1所示。

表1 Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中波特率與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系

從表中看出若波特率為 1.5Mbps，電纜長(zhǎng)度最大允許 200m，實(shí)際上 40MN油壓機(jī)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)電纜長(zhǎng)度也不超過(guò)100m，原設(shè)計(jì)選擇1.5Mbps應(yīng)該沒問(wèn)題。但 DP通信實(shí)質(zhì)上就是串行通信，走的是 485協(xié)議，它的通信質(zhì)量是和距離有關(guān)系的。在通信距離一定時(shí)，波特率越低，傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性越好，通信質(zhì)量越高。降低波特率，會(huì)增加CPU掃描周期，但對(duì)擠壓機(jī)這樣大型設(shè)備，增加一點(diǎn)時(shí)間，各部位動(dòng)作應(yīng)該不會(huì)受到實(shí)質(zhì)的影響。于是就試著把波特率從 1.5Mbps修改為 500kbps，沒想到修改后設(shè)備故障馬上消除了，而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題以后再也沒有出現(xiàn)過(guò)，40MN擠壓機(jī)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題就這樣解決了。

5 結(jié)論

40MN擠壓機(jī)現(xiàn)在一直正常運(yùn)行，困擾擠壓機(jī)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題已經(jīng)過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間了，但造成網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題的真正原因到底是什么？我覺得可能是通信電纜受損造成的，只是沒有檢測(cè)手段，無(wú)法確定是那一段有問(wèn)題；也可能是電磁干擾造成的。