康聰明

（恩凱諾爾（廈門）機(jī)電設(shè)備有限公司，福建廈門，361009）

電解多功能天車PLC通訊網(wǎng)絡(luò)問題改造技術(shù)

康聰明

（恩凱諾爾（廈門）機(jī)電設(shè)備有限公司，福建廈門，361009）

電解多功能天車是電解鋁車間生產(chǎn)作業(yè)的重要設(shè)備，其工作的特殊環(huán)境，使得PLC通訊網(wǎng)絡(luò)易受到外界的干擾，導(dǎo)致天車誤動(dòng)作造成人身傷害、設(shè)備燒毀，影響生產(chǎn)。本文分析了引發(fā)問題的原因；針對(duì)問題實(shí)施了多功能天車PLC通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造；闡述了改造中關(guān)鍵技術(shù)等。本文為企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提供一種有效的通訊技改方法。

電解鋁；多功能天車（PTM）；PLC；Profibus DP；網(wǎng)絡(luò)通訊

引言

電解多功能天車（簡(jiǎn)寫PTM）是電解車間內(nèi)的主要設(shè)備，是一種綜合陽(yáng)極更換、打殼、出鋁、抓斗撈渣、加料、抬母線等多種功能于一身的設(shè)備。這種設(shè)備因?yàn)楣ぷ髟趶?qiáng)磁場(chǎng)、高粉塵污染的環(huán)境中，同時(shí)工作過程中又常有可能接觸低電壓、強(qiáng)電流環(huán)境，所以對(duì)配電系統(tǒng)有嚴(yán)格的要求。

本文針對(duì)PLC通訊網(wǎng)絡(luò)、電子設(shè)備等與電解天車配電系統(tǒng)的關(guān)系［1-2］，探討了其間的干擾狀態(tài)，為設(shè)備能夠穩(wěn)定、安全工作提供了基本方法。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與存在的問題

多功能電解天車控制系統(tǒng)采用的是西門子S7-300系列PLC系統(tǒng)。通訊方式采用的是Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線，PLC主站與各個(gè)設(shè)備分站、設(shè)備分站與設(shè)備分站之間均采用的是以Profibus DP標(biāo)準(zhǔn)格式使用雙絞線實(shí)施通訊，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　安卓版GPS狀態(tài)軟件操作界面

現(xiàn)在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)如下問題：

（1）因電解車間工作的特殊性，當(dāng)天車行走時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)磁場(chǎng)將會(huì)對(duì)不同絕緣層鋼結(jié)構(gòu)件分別做切割磁力線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生不等的電勢(shì)。由于結(jié)構(gòu)的差異，產(chǎn)生的電勢(shì)并不相等，形成電勢(shì)差，在雙絞線屏蔽層形成感應(yīng)電流干擾PLC；干擾嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生通訊中斷；

（2）電解多功能天車長(zhǎng)期高負(fù)荷的運(yùn)行，當(dāng)一級(jí)、二級(jí)絕緣維護(hù)不當(dāng)時(shí)，將會(huì)發(fā)生強(qiáng)直流電通過通訊線屏蔽層竄入電氣室燒毀電子設(shè)備，使得PLC系統(tǒng)癱瘓，影響生產(chǎn)；

（3）雙絞通訊線也會(huì)受到變頻器、動(dòng)力電纜干擾，影響PLC正常通訊；

（4）發(fā)生通訊故障時(shí)如Profibus 接頭故障，通訊電纜老化等，很難找出問題，影響生產(chǎn)。

2 技術(shù)改造措施

針對(duì)現(xiàn)有的問題，對(duì)天車通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行光纜改造。將原有的通訊雙絞線更換為光纜，采用進(jìn)口品牌的Profibus DP光電轉(zhuǎn)換器及Profibus DP連接器光接口作為光電轉(zhuǎn)換對(duì)接口［3-4］，具體技術(shù)改造過程及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選用比較重要。

2.1改造通訊電纜

光纜是一種通信電纜，由玻璃或塑料光纖芯組成，這些光纖芯位于保護(hù)性的覆層內(nèi)，由塑料PVC外部套管覆蓋。沿內(nèi)部光纖進(jìn)行的信號(hào)傳輸一般使用紅外線。它具有容量大、中繼距離長(zhǎng)、保密性好、不受電磁干擾、電氣完全絕緣等優(yōu)點(diǎn)。

天車含有出鋁小車、工具小車、工具小車旋轉(zhuǎn)等移動(dòng)設(shè)備，對(duì)光纖電纜的要求較高，需選用高柔性光纖電纜防止光纖斷裂，具體參數(shù)選擇如下：

光波：660 nm；

工作溫度：-30℃～ +70℃；

允許彎曲半徑：50 mm；

固定安裝最大拉伸力：400 N；

柔性安裝最大拉伸力：100 N；

2.2改造通訊連接器

Profibus 連接器光纖接頭是一款用于將電氣RS485 9針接口信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)的轉(zhuǎn)換接頭，智能轉(zhuǎn)換，無(wú)需其它設(shè)置。技術(shù)特征有：一是無(wú)需修改PLC網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；二是支持通訊速率自適應(yīng)，最大速率為12Mbit/s；三是帶有9針D-sub插頭，集成式中繼器功能，可直接插在PLC設(shè)備上，節(jié)約空間；四是無(wú)須外接電源，僅通過Profibus設(shè)備上自帶的RS485 9針接頭提供；五是具有模塊化編程、自動(dòng)診斷性能；六是帶有一個(gè)LED指示燈可通過顏色進(jìn)行通訊狀態(tài)判斷。

2.3增設(shè)Profibus DP光電中繼器

因天車含有出鋁小車、工具小車、工具小車旋轉(zhuǎn)等移動(dòng)設(shè)備及稱重顯示屏，其光纖電纜敷設(shè)較長(zhǎng)，光波衰減較大，需增加一對(duì)光電中繼器以提高通訊功率［5］。

光電中繼器是一款PROFIBUS DP協(xié)議型現(xiàn)場(chǎng)總線光纖中繼器，支持PROFIBUS DP總線，獨(dú)立總線電接口及2個(gè)光纖接口，技術(shù)參數(shù)和性能有：

（1）支持邏輯獨(dú)立Profibus DP總線；

（2）支持通訊速率自適應(yīng)，最大速率為12Mbit/s；

（3）1路Profibus DP電口及2路光纖接口靈活選擇，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

（4）雙色LED狀態(tài)指示燈，光纖鏈路以及電源故障繼電器輸出告警；

（5）電接口4000V的防雷；

（6）DC1500V電源隔離，反接保護(hù)。

在PRFIBUS 網(wǎng)絡(luò)中使用光電中繼器，注意電氣端口的終端電阻設(shè)置

3 技術(shù)改造效果

通過這次改造后，各站點(diǎn)之間的通訊沒有電的直接連通，完全電氣絕緣，杜絕強(qiáng)直流電竄入電氣室的可能性；提高了PLC通訊抗干擾能力，保證PLC正常工作。

改造完后的網(wǎng)絡(luò)示意如圖2所示：

圖2　系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

具體效果包括：一是用光纖取代完雙絞通訊線后，兩不同絕緣層鋼結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生的不同電勢(shì)在PLC中形成不了電勢(shì)差，對(duì)PLC不產(chǎn)生影響；二是整條光纜為完全電氣絕緣，當(dāng)一級(jí)、二級(jí)絕緣不良、強(qiáng)直流電竄入天車時(shí)，也無(wú)法流向電氣室，不會(huì)造成大面積燒毀現(xiàn)象；三是光纖是利用光波進(jìn)行通訊，不受變頻器、動(dòng)力電纜干擾，對(duì)PLC不產(chǎn)生影響；四是Profibus DP連接器光纖接頭和Profibus DP中繼器上帶有診斷功能指示燈，當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)發(fā)生通訊故障時(shí)，通過其指示燈的不同顏色可以較快的找出問題所在，提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)施技術(shù)改造后，由于通訊線路狀態(tài)具有直觀顯示等功能，有利于監(jiān)控信息傳輸通道狀態(tài)，保障了生產(chǎn)控制等信息有序、準(zhǔn)確、抗干擾地傳輸，為企業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益，有較大貢獻(xiàn)。

［1］王麗麗.關(guān)于PLC在電解天車上應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)［J］. 中國(guó)科技博覽. 2014（16）:19.

［2］張奇志， 韓家忠.電解鋁行業(yè)PTM多功能天車PLC通訊抗干擾改造一例［C］. 鋁電解專業(yè)委員會(huì)年會(huì)， 2005.

［3］楊大偉.用西門子OLM改造強(qiáng)干擾下的PROFIBUS總線 ［J］.《電工技術(shù)》， 2009（4）:50.

［4］周鳴，曲凌. PROFIBUS總線技術(shù)及其應(yīng)用 ［J］. 《煤炭工程》，2006（4）:99-101.

［5］秦云瑞，淺談光纖通訊技術(shù) ［J］. 《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》 ，2015（18）:93.

康聰明（1980-），男，工程師，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)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

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.006