真空板坯移送机网络无线改造

0 前言

宝钢2050热轧精整线7套真空板坯移送机从2014年运行至今，因机组高空横梁的拖链内空间拥挤，通讯电缆与伺服电机动力电缆间距近，PROFIBUS-DP通讯电缆的屏蔽层老化异常迅速，而伺服电机动力电缆干扰非常强，导致真空吸盘机组异常停机，过去四年间现场抢修多达数十次，机组的稳定生产有巨大隐患。

1 设备简介

在宝钢2050热轧精整线真空板坯移送机共有7套独立的设备，3#、4#、5#、6-1#、6-2#每套设备为四组一体形式，1#、2#设备为二组一体形式。该真空板坯移送机功能及工况对比见表1。单套设备中的每组设备均可独立运行，根据钢板的长度进行不同的运行组合，四组一体真空板坯移送机如图1所示，从a到g是板坯移送的一个工作循环过程。来料规格见表2。

表1 真空板坯移送机功能及工况对比表

表2 来料规格表

图1 四组一体真空板坯移送机运行图

2 电气系统简介

使用一套BECKHOFF高性能PLC(C6920-0030)做为L1；传动系统采用高精度的伺服驱动器SEW(MOVIAXIS)；与其它L1和L2通讯为工业以太网TCP/IP通讯，进行控制与状态信号的交换，与IBA数据采集系统为PROFIBUS-DP接口；每套真空板坯移送机使用一套BECKHOFF PLC(CX1030-0111)做工艺逻辑控制，保证系统的独立性；每套在设备旁设立现场操作箱，操作箱内PLC子站配置PROFIBUS-DP主通讯模块，连接机上FESTO阀岛，如图2所示。

图2 改造前部分网络图

3 技术改造

图2中过拖链的PROFIBUS-DP通讯经常故障，给设备维护和稳定运行带来很大的困难，经过和宝钢客户讨后，初步论制定了4个改造方案。

3.1 改造方案

(1)将过拖链的PROFIBUS-DP改成EtherCAT通讯，采用光纤通讯方式。该方案通讯稳定并且通讯速度快，理论速度达到10Mb/s，能完全解决干扰问题；但是FESTO阀岛和操作箱子站需要更换元器件型号，改造费用很高；通讯程序需要修改，另外要把四组真空机架上的端子箱加大来安装光电转换模块，原端子箱安装不下，现场环境很恶劣，不能裸露安装光电转换模块，所以施工量大，改造周期长，影响生产。

(2)将过拖链的PROFIBUS-DP改成EtherCAT或EtherNET--TCP/IP通讯，采用无线通讯方式。该方案的优点是能绕开PROFIBUS-DP干扰问题；但缺点是FESTO阀岛和操作箱子站需要更换元器件型号，改造费用很高；通讯程序需要修改，改造周期很长，影响生产；现场环境恶劣，无线易中断或被干扰，需要设计主站天线安装位置。

(3)直接对过拖链的PROFIBUS-DP采用无线通讯方式。该方案能绕开PROFIBUS-DP干扰问题；无线模块可以直接安装于机上接线盒内，安装方便；改造费用小；改造周期短，不影响生产。不足是现场环境恶劣，无线可能中断或被干扰，需要设计天线安装位置。

(4)直接将过拖链的PROFIBUS-DP采用光纤通讯方式。这样通讯稳定,能完全解决通讯干扰;程序不需要修改。但是真空机架上的端子箱需要改大来安装光电转换模块，施工量中等。

通过对几种方案的讨论分析，因为方案3估计3小时内能修改完成一套，施工时间最短，切不涉及布线和安装，方案4因原布置柔性光纤，熔接光纤比较耗费时间外，另外真空机架上安装位置十分紧凑，要加大端子箱就必须重新修改部分真空气管，施工量稍大，估计得2天以上才能改完一套。方案3的无线屏蔽效应可以通过外置天线解决，和阀岛的通讯速率下降这个弊端在真空板坯移送机设备实际应用时时可以接受的，所以最终按方案3来实施。

3.2 改造设计

方案3设计需要使用到菲尼克斯的无线接口转换器RAD-2400-IFS(Trusted Wireless技术)做为PROFIBUS-DP现场总线电缆替代方案，无线频率为2.4 GHz(SEW伺服载波频率为4 kHz)，无线速率用最高250 kbps(非PROFIBUS-DP速率)，PROFIBUS-DP速率保持不变为187.5 kbsp，改造后网络图如图3所示。

图3 改造后部分网络图

3.3 方案实施

利用5#机组检修的半天时间先对5#机组进行施工。分别在现场操作箱和端子盒内将无线接口转换器安装好，利用原有的DC24V电源，把箱/盒体上钻孔将天线外引。

利用菲尼克斯组态软件PSI-CONF将5#机组的无线转换模块的通道都设置为5，通讯模式设置为Serial data mode(图4)，在这种模式下，将接口种类设置为RS-485，波特率设置为187500，并对每块无线转换模块设置不同的无线通讯地址(非DP地址)，如图5所示。

如果是使用BLUETOOTH技术的无线模块则要修改DP总线参数进行修改，如图6所示，看门狗时间为1 000 ms，即通讯延时有可能接近1 000 ms。

图4 通讯模式

图5 PSI-CONF组态

图6 PROFIBUS-DP总线参数设置

因本次使用的是Trusted Wireless技术无线速率最高250 kbps速率，大于PROFIBUS-DP设置的通讯速率187.5 kbps，而无线模块内部转换时间很短，根据菲尼克斯客服提供的数据转换时间<10 ms,故先不对PLC内的DP总线参数做修整。

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4 结论

5#机组改造完成后没有出现PROFIBUS-DP通讯中断/干扰的情况，受到客户较好评价。通过对网络的无线改造，极大的减少了设备的维护成本，创造了可观的经济效益，而且为将来在设计移动部分的网络提供多一种选择，并为进一步研究真空钢板移送机提供了宝贵经验。