磁致伸缩位移传感器在2250 热轧横切机组PROFIBUS网络系统升级改造中的应用

磁致伸缩位移传感器在2250 热轧横切机组PROFIBUS网络系统升级改造中的应用
作者：杨春刚





     某2250 热轧厂横切机组因网络原因频繁停车，究其原因是PROFIBUS 类型的传感器加在网络节点里，增加了PROFIBUS 总线网络维护节点，影响了网络的稳定性。针对此问题，采用SIEMENS SM338 模板和浙大精益( TEC) SSI 型磁致伸缩位移传感器对其进行改造。改造后近一年的生产实践表明: 横切机组网络故障率为零，有力保证了生产的稳定进行。

       邯钢2250 热轧厂是邯钢新区投资大、具有当代国际先进水平的热连轧带钢生产线，轧机轧制能力大、生产工艺先进、设备配置和控制措施齐全，年设计生产能力达到450 万t。横切机组是其中的一条板材深加工处理线，主要生产长2 ～ 16 m、宽1 ～ 2 m、厚4 ～ 25 mm 的四切边普通板材、船板、容器板等。该生产线对热轧厂进一步优化产品结构、拓宽品种钢市场、提高产品表面和外形质量、提升相关技术和性能指标有着非常重要的作用。

       2010 年3 月横切机组开始正式生产后总体运行平稳，生产状态良好，但网络问题时有发生，究其原因是由于整体供货商SMS-siemag 的电气设计能力偏弱，设计理念相对滞后，在设计横切线工业以太网时，把全线的线性位移传感器和编码器采用PROFIBUS类型的传感器都加在网络节点里，而不是采用SSI类型的选型加在ET200 站里。这样就增加了PROFIBUS总线网络维护节点，并且横切机组上用的线性位移传感器和编码器多达70 余个，这样一来PROFIBUS网络一下就多出70 余个节点，进、出线又多出多达2 000 m，并且为保持网络畅通还得增加多达十几个REPETER，这样一来PROFIBUS 网络的稳定性就大打折扣，势必影响生产的稳定进行。严重的在2010 年8 月份，网络故障连续出现，每次长达10 余个小时，严重影响了生产。为此，热轧厂设备室技术人员决定对此课题进行攻关，找到问题的源头，并从根本上解决。

1 改造前的现状

1. 1 基本设备介绍

       横切线整套设备从SMSDEMAG 公司引进，包括步进梁、测量站、准备站、开卷机、1# 7 辊矫直机、切头剪、切边圆盘剪、碎边剪、定尺飞剪、2# 11 辊矫直机、喷印机、堆垛机、运输链、称重仪、打捆机及其他辅助设备。电气控制全部采用西门子PLC S7-400 和CUVC 传动设备和技术，主传动采用AC-DCAC变频设备; 辅传动采用AC-AC 变频技术; PLC 采用S7-400 加远程ET200，PROFIBUS-DP 网络通讯连接。

1. 2 存在问题

      虽然横切线是条热轧后处理线，但是此生产线设备较多、规模较其他板带处理线大，占地面积也相对较大，这样网络布线的路径也相对较远。从控制方式可以分为手动、半自动、自动3 种模式。从PLC 控制区域角度将其分为4 个区，分别为ENS ( 入口区) 、PLT ( 板材区) 、LV ( 矫直机区) 、LDV ( 传动区) 。各个区域的PLC、ET200 站、传感器由PROFIBUS网线连接，最后由工业以太网连接服务器。自2010 年8 月份开始，横切机组因网络原因造成停车故障频发，经过分析问题主要在以下几方面:

(1) 原设计存在缺陷。电缆铺设路基设计时采用电缆沟形式，造成设备多、电缆多、交叉更多，安排密集; 网线铺设线路冗余，同一区域内的网线交错太多，未做到网线的最短距离铺设。

(2) 由于线路较长或其他因素干扰，网络节点会出现短暂的离线报警，导致网络数据传输中断故障，进而停机。

(3) 现场原设计网络节点多。由于现场线性位移传感器和编码器多达70 余个，并且都以PROFIBUS类型串接在各区域网络上，网线进出多达4000多米，网络的稳定性就会大打折扣; 另外一些传感器安装在活动设备上，经常发生移动，如此频繁移动一旦PROFIBUS 传感器插头焊接处发生松动、接触不良将造成成片的网络节点故障，事故网络节点逐一排查非常困难; 对于分段共用电源的传感器也会因局部问题导致故障扩大。经过技术人员的分析，找到网络故障的原因后，就开始着手采取措施进行解决。

2 改造措施

      针对不同的网络故障原因，在保证正常生产的前提下，分别从不同方面着手处理:

(1) 对于网络线路设计的问题，利用检修时间优化线路，尽量缩短网线的距离。重新整理网线，避开其他线路电磁干扰。首先从电气室开始， 单独铺设100 mm 电缆桥架作为网线路径，网线进出传动柜与动力线左右分离，柜内尽量减少并行; 检查室外所有网线铺设情况，杜绝电缆的混放情况。

(2) 由于总体线路较长，在某段网络线路上加装放大器(REPETER)，避免因信号衰减造成的网络不稳定。在OS1.1.2增加信号放大器。另外，对PROFIBUS网络插头的连接情况进行检查，做好长时间运行的网络插头的焊接松动检查和屏蔽工作。

(3) 针对现场实际情况，在不影响生产的前提下，适当降低网络的波特率，达到稳定网络的目的。PROFIBUS-DP网络的波特率与传输距离成反比.

(4) 为杜绝此类PROFIBUS 网络问题，针对现场线性位移传感器和编码器造成的大量网络节点暂时丢失问题，决定采用SIEMENS SM338 模板+浙大精益( TEC) SSI 型磁致伸缩位移传感器对其进行改造，即把横切线上使用PROFIBUS 类型的线性位移传感器和编码器改为浙大精益( TEC) SSI 型磁致伸缩位移传感器，这样这些传感器就可以直接与SIEMENSSM338 模板连接。再把这些SM338 模板组态到就近的几个ET200 站内，不但大大减少了网络节点和网络长度，而且即使某个线性位移传感器或编码器出现故障，也不会影响到整个PROFIBUS 网络的通断。这样就不会出现以前某个PROFIBUS 类型的线性位移传感器或编码器出现故障导致整个网络瘫痪的状况，查找问题就非常直接明了，从而有力地保证生产的稳定运行。具体方案如下:

①重新对横切机组的线性位移传感器和编码器进行选型( SSI 型磁类型) ，经多方比较最终确定采用浙大精益TEC 的磁致伸缩位移传感器代替MTS 的PROFIBUS 线性位移传感器。

②在现有ET200 站的基础上，本着尽量少增加ET200 站或不增加的原则，重新对添加SM338 模板的ET200 站进行组态，增减SM338 模板，修改相关配置参数并重新下装到PLC 里，并根据整体的ET200站的布局对线性位移传感器或编码器重新敷设双绞双屏的DJVPVRP(4×2×0.75) 电缆并接线.

③在软件方面，对原来的程序和人机接口界面进行修改， 重新编写SSI 类型传感器接口程序( 根据线性位移传感器的二进制或格雷码的位数选型) ，修改人机接口程序的接口变量的引用.密封圈和液压油之间为对流换热，油温升高时，密封圈的温度随之升高，呈线性规律，最高温度比油液温度高46 ℃。当系统散热条件不好时，液压油温升大，会使密封圈温度过高。 

5 结论

(1) 导致密封圈温升的热源有两种: 摩擦生热和机械滞后生热，两者都不可忽视;

(2) 摩擦生热主要使密封圈与活塞杆接触部分温度升高，机械滞后生热使密封圈中心部分温度较高，其温升明显高于摩擦引起的温升。两种热源作用下，密封圈有很高的温度场;

(3) 对于相同橡胶材料，油压、相对滑动速度以及油温的增大，均使密封圈温升明显增加。因此工作中限制工作压力和相对滑动速度以及较好的散热条件，对降低密封圈温升、提高密封性能和使用寿命有利。
(4) 文中建立的模型，为定量分析各类密封圈温度场提供了研究基础和方法。






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