焦爐四車自控系統(tǒng)調試及運行期間典型問題處理

冀傳玖

（山鋼集團日照有限公司，山東日照 276800）

0 引言

某鋼廠新建7.2 m 焦爐，其主要設備推焦車、裝煤車、攔焦車及電機車（以下簡稱四車）的自動化控制系統(tǒng)采用SIMENS S7-400 PLC、AB PowerFlex 755 變頻器等設備組成，PLC、變頻器、現場檢測設備之間采用現場總線PROFIBUS-DP 進行通信，其系統(tǒng)簡圖如圖1 所示。在進行四車調試和初期運行的時候，PLC、變頻器及PROFIBUSDP 通信系統(tǒng)出現的一系列故障或問題，具有一定代表性，現匯總并逐一分析，為今后四車設備的管理維護積累第一手的寶貴資料。

1 典型問題分析與解決

1.1 變頻器DP 通信卡撥碼開關的設置狀態(tài)問題

圖1 四車自動化控制系統(tǒng)系統(tǒng)簡圖

在四車PLC 系統(tǒng)中，通信模塊選用的是IM 467（6ES7467-5GJ02-0AB0）模塊，變頻器內部的通信卡選用的是20-COMMP，當進行網絡組態(tài)時，變頻器DP 通信模塊有8 位紅色撥碼，這8 位紅色撥碼的位置代表的狀態(tài)與SIMENS 通信模塊撥碼位置代表的狀態(tài)正好相反，變頻器通信卡的撥碼位置打到“ON”時，代表為0，打到“OFF”時，代表為1；而西門子通信模塊撥碼位置達到“ON”時，代表為1，打到“OFF”時，代表為0，二者正好相反。在進行PROFIBUS-DP 組態(tài)時，花費很長時間才找到問題的關鍵所在，這個設置和人們平時理解不一樣。

1.2 變頻器與電機選型時注意的問題。

裝煤車變頻器采用一拖二結構設計，即每臺變頻器除了要控制一臺裝煤車走行電機，還要控制一臺螺旋電機。裝煤車變頻器系統(tǒng)在調試運行初期，曾出現電機運轉時間不長便會出現溫升異常的問題，分析原因，這是由于沒有考慮到變頻器輸出時含有高次諧波，造成電機功率因素和效率降低的緣故，當用變頻器給電機供電與工頻電網給電機供電相比較，電機電流每增加10%，電機溫升就會增加20%左右，根據裝煤車技術參數，適當考慮變頻器和電機的匹配，根據裝煤車的技術參數，電機功率選擇30 kW，變頻器選型采用37 kW，留出一定裕量。

1.3 線路干擾造成的通信問題及解決措施

四車投入運行至后的幾個月時間，四大機車不同程度的發(fā)生過PLC 與變頻器通信中斷、上位畫面變頻器運行數據丟失、PLC 主站與從站通信故障（可以簡單描述為PLC 掉站）等一系列故障，每次故障發(fā)生時，按照查詢故障的習慣，均從源頭上順著思路分析和解決，效果不是很理想，最后，歸結為這些故障是由于線路對通信電纜的干擾造成。對每個車從電纜敷設上進行檢查，發(fā)現因為車輛設備布置緊湊原因，變頻器動力電纜和PROFIBUS-DP 的RS485 通信電纜、以太網均共用在一個路由（電纜槽盒）里面。于是，重新布管，將上述通信線纜與動力電纜分開敷設，逐步消除了線路干擾造成的通信中斷故障。

1.4 四大車上位觸摸屏頻繁重啟問題及解決措施

2018 年10 月份以來，四車司機室不同程度上出現上位觸摸屏重啟現象，剛開始每個班平均出現1～2 次，分析原因，沒有很好的解決辦法；后來重啟的頻次逐漸增加，幾乎（1～2）h 就會重啟一次。仔細分析原因，在整個PLC、變頻器、編碼器及觸摸屏（上位操作員站）里面，除了PLC 與觸摸屏采用的是以太網通信，其他設備之間的通信均采用PROFIBUS-DP 通信，初步判斷是以太網通信引起。試著將一臺車的PLC 與觸摸屏的通信由DP 改為以太網，問題基本得到解決。于是將其他車輛PLC 與觸摸屏的通信方式均改成了以太網通信，目前重啟的問題基本得到改善。

后來，在與SIMENS 廠家售后人員反饋這個問題時，售后人員建議給每個觸摸屏安裝一個殺毒補丁軟件—永恒之藍病毒補丁，懷疑觸摸屏感染了WannaCry 病毒。據稱，這個WannaCry病毒是利用了微軟的系統(tǒng)漏洞進行傳播的，利用工具Eternalblue（永恒之藍）對系統(tǒng)的445 端口進行遠程攻擊，從而達到入侵和傳播的目的（445 端口是用于文件和打印機共享服務，但這個接口在日常生產中并不使用）。解決辦法：①關閉445 端口；②除Win10 系統(tǒng)以外的其他XP，Win7，Win8 和Vista 等系統(tǒng)，安裝Eternalblue 病毒補丁。

按照這個解決措施，對四車的每臺觸摸屏均進行了端口設置和殺毒軟件的安裝，觸摸屏重啟的問題得到根本解決。

1.5 PROFIBUS-DP 接口子模塊安裝調試中出現的組態(tài)報錯及解決措施

在S7-400 PLC 中，各種模塊的安裝和組態(tài)出現了一定的規(guī)則，不按照這個規(guī)則去安裝硬件，在軟件組態(tài)時會報出錯誤。

在調試初期，作為DP 主站，在安裝完PROFIBUS-DP 接口子模塊IF 964-DP 后，進行軟件組態(tài)時，報出連接錯誤提示。經分析原因和技術咨詢，得知PROFIBUS 總線連接器把下面的模塊插槽或接口覆蓋了，只能在CPU、FM 或EXM 下方或者左下方的模塊插槽中插入一個PROFIBUS-DP 接口子模塊，IF964-DP 模塊下的CPU、FM 或EXM 口中不能再插入其他接口子模塊，同時不能使用這個接口子模塊下的CPU、FM 或EXM 的任一接口。

1.6 接口模塊IM 在機架搭建過程中的注意事項

在S7-400 PLC 系統(tǒng)中，機架是安裝各個模塊的基本框架，各種PLC 模塊通過機架的背板總線交換數據、信號和供電，一般來說，機架由中央機架（CR）和一個或多個擴展機架（ER）組成，根據實際需要，當中央機架缺少插槽時，可以添加擴展機架（ER）來達到擴充模塊的目的。

需要注意，如果需要擴展機架，S7-400 PLC 機架之間的連接需要接口模塊（IM）來實現，即在中央機架安裝一個接口模塊，稱為發(fā)送IM；相應的擴展機架也需要安裝一個接口模塊，稱為接收IM。每個接口模塊IM 有兩個接口，每個接口可以串聯多大4 個擴展機架ER。

PLC 模塊上電時，將通過機架上面的背板總線和基本連接器，由安裝在機架左側插槽中的電源模塊為插入機架的模塊提供所需的工作電壓（5 V 用于邏輯控制器，24 V 用于接口模塊）。對于本地連接，還可通過IM 460-1/IM 461-1 接口模塊為ER 供電。發(fā)送IM 460-1 兩個接口中的各個接口可通過5 A 的電流，也可本地連接中的每個ER 提供5 A 的電流。

需要注意，當擴展機架與中央機架連接時，需要遵守下列規(guī)則。

（1）一個中央機架CR 上多可以連接21 個擴展ER。

（2）應該為擴展機架ER 分配編號以便識別，需要在接收模塊IM 的編碼開關中設置機架號；允許分配1～21 之間的任何機架號，但編號不得重復。

（3）在一個中央機架CR 中多可插入6 個發(fā)送模塊IM，一個中央機架CR 中只允許存在兩個能夠傳輸5 V 電壓的發(fā)送模塊IM。

（4）連接到發(fā)送模塊IM 接口的每個鏈中多可包括4 個擴展模塊ER（不能傳輸5 V 電壓）或一個擴展模塊ER（能傳輸5 V 電壓）。

（5）通過通信總線進行數據交換時限定為7 個機架，即1 個中央機架CR 和編號為1～6 的6 個擴展模塊ER。