一種斷面成型機(jī)通信故障的分析及處理

沈斌杰

（浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313012）

斷面成型機(jī)是不銹鋼無縫鋼管生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，其自動(dòng)化程度越來越高，設(shè)備的控制系統(tǒng)越來越精細(xì)和準(zhǔn)確，同時(shí)復(fù)雜程度也越來越高，往往一臺(tái)設(shè)備含有多個(gè)站點(diǎn)，各站之間的信息交互就顯得尤為重要；一旦出現(xiàn)通信故障，輕則某些動(dòng)作運(yùn)行不暢，重則控制系統(tǒng)癱瘓，設(shè)備停產(chǎn)。

1 生產(chǎn)工藝流程

斷面成型機(jī)基本構(gòu)造包括：上料部分、送料床身、回轉(zhuǎn)送進(jìn)部分、主機(jī)座（變形區(qū)）、出料拉料及下料部分。主要是將不銹鋼無縫鋼管通過軋制變形、延伸，生產(chǎn)出所需規(guī)格的產(chǎn)品。斷面成型機(jī)工藝流程如圖1所示。

來料鋼管經(jīng)表面檢驗(yàn)篩選合格后，放入設(shè)備上料臺(tái)架，經(jīng)上料撥料機(jī)構(gòu)進(jìn)行逐支撥料，進(jìn)入送料床身，送料床身由多組V型夾送輥組成，采用變頻器控制送料的速度?；剞D(zhuǎn)送進(jìn)部分采用伺服旋轉(zhuǎn)軸控制，對(duì)鋼管的送進(jìn)量和管坯的回轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制，在主機(jī)部分配有旋轉(zhuǎn)編碼器，可根據(jù)變形區(qū)鋼管的回轉(zhuǎn)角度和機(jī)架的開口度來統(tǒng)一控制回轉(zhuǎn)送進(jìn)部分的回轉(zhuǎn)角。經(jīng)主機(jī)軋輥軋制后，成品鋼管進(jìn)入下料出料部分，進(jìn)入下一道工序［1-3］。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

目前國內(nèi)比較先進(jìn)的鋼管斷面成型機(jī)普遍采用了德國力士樂運(yùn)行控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)具備控制伺服一體化控制精度高，響應(yīng)時(shí)間快，I/O擴(kuò)展方便等功能。該控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成為：上位機(jī)部分、力士樂運(yùn)行控制器MLC、力士樂擴(kuò)展模塊（從站）、力士樂伺服驅(qū)動(dòng)單元、編碼器反饋單元等。斷面成型機(jī)的控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 斷面成型機(jī)工藝流程

圖2 斷面成型機(jī)的控制系統(tǒng)示意

3 控制系統(tǒng)通信故障診斷分析

MLC與各站點(diǎn)間的信息交互，主要采用了Profibus DP的形式。Profibus通信方式廣泛運(yùn)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，由于Profibus通信采用的是串級(jí)連接傳輸；因此，在日常工作中，通信的任意一個(gè)點(diǎn)斷開都會(huì)波及整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)單元級(jí)的DP維護(hù)有一定的難度［4-5］。當(dāng)控制系統(tǒng)通信出現(xiàn)DP故障時(shí)，多數(shù)是由于通信線在連接設(shè)備接口處的端子接觸不良造成的，當(dāng)然也有連接線路老化所造成的信號(hào)丟失等情況。然而，不論是何種原因所引起的子站或主站的通信故障，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)都將停止工作，從而導(dǎo)致設(shè)備控制系統(tǒng)癱瘓，造成設(shè)備停機(jī)［6］。

4 控制系統(tǒng)通信抗干擾解決方法

斷面成型機(jī)的DP網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 斷面成型機(jī)的DP網(wǎng)絡(luò)示意

一般來說，在現(xiàn)場(chǎng)解決該干擾的問題主要是通過更換一種抗干擾型的防護(hù)電纜，在設(shè)備布局時(shí)應(yīng)盡可能的使信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜分層布局，從這一點(diǎn)來說，國外的設(shè)備廠商做的比較好，一般都是采用強(qiáng)弱電分層的方式。然而，目前比較常見的干擾問題為：一些設(shè)備廠商為了節(jié)省材料及人工，在設(shè)備布線時(shí)，用同一根電纜既作為設(shè)備動(dòng)力電源，又作為信號(hào)線連接，這種做法往往會(huì)引發(fā)通信故障。

在現(xiàn)場(chǎng)處理故障時(shí)經(jīng)常遇到一個(gè)問題，有一臺(tái)高速斷面成型機(jī)在工作時(shí)會(huì)經(jīng)常停機(jī)，在HMI操作界面上沒有任何報(bào)警信息。每次在變頻器工作送料時(shí)，機(jī)器很可能會(huì)自動(dòng)停機(jī)。根據(jù)這一重要線索，首先檢查了變頻器端的DP接頭的接線情況及終端電阻的情況，在檢測(cè)良好的情況下，初步認(rèn)為該臺(tái)設(shè)備有部分子站間距離過長(zhǎng)，信號(hào)可能有衰減的情況［7-11］。

第一步：更換部分DP通信線及通信接頭后，在通信線中途增加了西門子RS485中繼器，以加強(qiáng)傳輸信號(hào)。經(jīng)過上述的處理之后，自動(dòng)停機(jī)的問題得到有效處理，然而并沒有完全杜絕。只是降低了故障的頻率。本來可能幾小時(shí)出現(xiàn)一次，處理之后幾天出現(xiàn)一次。

第二步：針對(duì)這個(gè)情況，深入研究力士樂Indraworks系統(tǒng)及通信方式。組織人工，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的強(qiáng)弱電電纜分層處理，強(qiáng)電與通信線嚴(yán)格區(qū)分，接線與其屏蔽處理按照規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行。

第三步：在Indraworks軟件中，對(duì)DP各站點(diǎn)間的通信相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將通信故障響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行鈍化處理，消除偶發(fā)性信號(hào)丟失帶來的通信中斷。具體的操作方法如下所述：

（1）將Indraworks軟件打開，相關(guān)硬件及配置如圖4所示。

（2）打開Indraworks軟件中的Profibus/M，得到通信協(xié)議相關(guān)參數(shù)，通信協(xié)議默認(rèn)參數(shù)如圖5所示。

（3）將通信中斷最大重試次數(shù)（Max.retry limit）由默認(rèn)值2改大，最大允許值為15，并將等待時(shí)間（poll timeout）由默認(rèn)值100 ms改大，最大允許值為10 000 ms。Indraworks通信協(xié)議修改后參數(shù)如圖6所示。

經(jīng)過對(duì)Indraworks軟件中Profibus/M通信協(xié)議相關(guān)參數(shù)的更改，偶發(fā)性通信故障導(dǎo)致設(shè)備自動(dòng)停機(jī)的問題得到了徹底解決。后續(xù)觀察，再?zèng)]有出現(xiàn)此類故障。因此，在處理斷面成型機(jī)通信故障時(shí)，除了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硬件及屏蔽電纜嚴(yán)格規(guī)范化要求以外，對(duì)Indraworks軟件中的Profibus/M通信協(xié)議的參數(shù)優(yōu)化設(shè)置也是相當(dāng)關(guān)鍵的［12-15］。

圖4 Indraworks軟件中硬件配置

圖5 Indraworks通信協(xié)議默認(rèn)參數(shù)

圖6 Indraworks通信協(xié)議修改后參數(shù)

5 結(jié) 語

經(jīng)過在不同斷面成型機(jī)設(shè)備上驗(yàn)證，證明該通信故障處理方式具有較高的可行性。已在某重工業(yè)企業(yè)的不同規(guī)格、不同批次的高速斷面成型機(jī)上運(yùn)用，取得良好的效果，故障診斷和處理時(shí)間大幅降低，且有效地保障了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。