【一】系統(tǒng)概述
40MN擠壓機(jī)是我廠大管大棒技術(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。在生產(chǎn)中，電氣設(shè)備運(yùn)行基本正常，沒(méi)有出現(xiàn)大的問(wèn)題。只是后來(lái)出現(xiàn)的DP網(wǎng)絡(luò)通訊故障，讓我們花費(fèi)了很多時(shí)間，想了很多辦法，才最終把故障消除。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，有四個(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輸入和輸出模塊組成，10個(gè)從站均采用ET200S分布式I/O，I/O為S7-300模塊。主站和其中的六個(gè)從站分布在主控制室內(nèi)，其余的四個(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訊電纜連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度將近100米，網(wǎng)絡(luò)波特率為1.5Mbps。
【二】通訊故障現(xiàn)象
剛開始出現(xiàn)故障時(shí)，是設(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)備停機(jī)后開不起來(lái)了。看到故障現(xiàn)象是主站CPU上SF信號(hào)燈閃爍，顯示是外部總線通訊故障，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，與主站通訊中斷。
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，其它從站也報(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）：
Event 99 of 120: Event ID 16# 39C4
Distributed I/Os: station failure
Address of the affected DP slave: station number: 5
DP master system ID: 1
Log. base address of the DP slave: Input address: 8187
Log. base address of the DP master: 8188
OB number: 86
OB not found, or disabled, or cannot be started in the current operating mode
External error, Incoming event
01:50:44:470 pm 05/19/09
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。
【三】硬件處理
（1）通訊線路問(wèn)題
故障現(xiàn)象是外部從站丟失，懷疑是通訊線路有問(wèn)題。剛開始只有2號(hào)操作臺(tái)從站報(bào)警，2號(hào)臺(tái)的通訊線是從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(méi)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)之間通訊電纜，懷疑是通訊電纜受損，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20米，我們所用電纜是西門子專用雙絞通訊電纜，由于手頭暫無(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，由于無(wú)法判斷究竟是哪一段有問(wèn)題，雖然買了一些通訊電纜，也不知道該更換哪一段，最終沒(méi)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。
通訊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)布線是通訊電纜與其它控制線、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，通訊電纜與動(dòng)力電纜應(yīng)避免長(zhǎng)距離平行布線 。由于當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)未把通訊線與其它線分開排布，現(xiàn)在想改已不具備條件，只有盡量把通訊線離別的電纜遠(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通訊口，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)，否則通訊線芯會(huì)暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”。通訊電纜在進(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(méi)有根除。
（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CPU或ET200S及背板總線和輸入模塊供電，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(méi)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，由于輸入點(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)影響通訊了。
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(méi)有共地。共地后正常。只是有一點(diǎn)不明白，為什么沒(méi)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(méi)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。
【四】軟件處理
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。
（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)。
（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)從站與主站通訊不上時(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。
（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)度如下表：
從上表中看出若波特率為1.5Mbps，電纜長(zhǎng)度最大允許200米，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)100米，原設(shè)計(jì)選擇1.5Mbps應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題。但DP通訊實(shí)質(zhì)上就是串行通訊，走的是485協(xié)議，它的通訊質(zhì)量是和距離有關(guān)系的。
在通訊距離一定時(shí)，波特率越低，傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性越好，通訊質(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(méi)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(méi)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。
【五】后記
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)通訊問(wèn)題的真正原因到底是什么？我覺(jué)得可能是通訊電纜受損造成的，只是沒(méi)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。希望大家留言討論！
（西門子工業(yè)技術(shù)論壇作者：云山霧繞 ）
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