宣钢360M2烧结机自控系统RIO网络研究和应用

摘要：宣钢大型自动化控制烧结系统RIO通讯网络故障频发，是威胁生产稳定的最大隐患，一旦通讯中断，将中断整条烧结生产线，并影响下游高炉正常稳定生产，造成巨大的经济效益损失。

关键词：RIO通讯网络 干扰 光纤 自愈环形结构

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0024-01

宣钢1#、2#360m2烧结机的原料准备系统、破碎系统，整粒筛分系统为共用系统，均由一期自动化系统控制，自控系统为法国施耐德公司的昆腾QUANTUM系列产品，网络通讯协议为S908，通讯介质为同轴电缆RG11和RG6型。自控系统投用后曾多次出现网络波动现象，检查后发现各变电室之间的电缆距离过长，所带远程RIO子站过多，PLC和电气设备同处一个变电所，通讯受干扰强烈，极易造成网络不稳定。二期烧结机投用后，变电室内各种电器设备增加近一倍，电磁干扰强度大增，加剧了PLC控制柜通讯CRP和CRA模件双网报错的频率，给烧结稳定生产带来严重威胁。

1 RIO网络环境因素的不断认知和阶段性处理

（1）为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，配料变电室经过改造已实现自控机柜单独接地。其他系统因初始设计和现场环境因素，均采用公共并联接地方式，并尽量远离其他电气设备。使用接地电阻测试仪，结果均小于1.5Ω，符合机柜工作接地不大于4Ω的国家标准，基本排除此问题导致网络波动的可能性。

（2）在A＼B主干缆所有开放的分站和终端安装使用了75Ω终端电阻，但运用阻抗网络的分压效益累加计算出网络末端衰减值为47dB，仍高于施耐德整个网络衰减不能超过35dB的要求。

（3）把PLC自控系统所有开关量信号经过继电器进行有效隔离，模拟量信号都经过信号隔离模块进行信号净化处理。

（4）2#360m2大型烧结机投入运行后，各个变电室设备加倍，干扰信号大幅增加，导致通讯质量严重受损，CRP93200远程IO模件持续报错，RIO网络处于半瘫痪状态。我技术人员将整个电控系统分支器MA-0185-100B升级为抗干扰性能更优的MA-0185-100C，并将各子站的首个分支器接地，网络质量略有提升。

2 对UNITY程序参数的精细设置改善硬件网络适配性

通过对UNITY程序几个重要参数的精细设置，使得网络在短暂中断或干扰时，尽量提高系统的可靠性，改善硬件网络适配性。

（1）将两个热备控制器同时设置为“在线”，即两个控制器同时工作，若A网通讯出现异常，备用B网络仍可继续工作。

（2）修改数据存储区大小，扩大应用程序空间。当应用程序完全加载到内部RAM中时，可提供一个文件存储区。当程序位于PCMCIA内存扩展卡中时，内存空间可释放出来供程序使用，从而加大程序运行空间，避免因数据通讯不畅造成的控制器死机。

（3）修改远程RIO子站的保持时间，经多次实验结果论证，将原300毫秒修改到最佳时间5000毫秒，避免RIO网络瞬间波动造成设备停机。

（4）修改主程序循环警戒时钟（控制器在收集所有子站数据时总的时间上限，超过上限，控制器将会自动重启或暂停运行），由250ms改为350ms。

3 光纤总线自愈环形结构RIO网络的全面改造方案

经施奈德工程师测得1#360m2烧结机的RIO网络结构最后一个子站通讯信号衰减值大于45dB，高于最高标准35dB，以上的改进并没有彻底解决网络波动、中断问题。为此我方人员通过现场环境的重复勘测、确认，决定使用光纤代替原有的同轴电缆，通过光纤中继器490NRP95400连到RIO网络中，可以实现站与站间通讯信号的光电隔离，避免了各站间干扰源信号的放大和增强。

针对系统网络波动制定了三套整改方案，逐一进行测试实验，根据实际效果和我厂的实际情况，最终选用了光纤总线自愈环形结构作为改造方案。

3.1 光纤专用桥架的铺设

考察发现原路径对自控系统的数据交换干扰较大，须重新铺设一条各子站之间点对点相连的光纤专用通道。

3.2 软件的配置和调试

3.2.1 使用Unity Pro进行配置和编程

Unity Pro IP网络硬件配置参数添加应用于远程RIO机架中的光纤中继器，设置勾选RSTP项，默认值为0，修改设置值为4096，响应带有冗余接线的网络，在发生通讯中断时，远程I/O通讯能够自动找到备用路径。

3.2.2 S908总线的自启动

加载光纤中继器后，当CPU启动或者停止循环扫描时，S908协议会有不启动现象。需作如下改动：在程序MAST任务中对S908的控制字输出第9字第2位在CPU启动的初100ms进行复位0，100ms后置位为1。

3.2.3 网路的诊断

（1）在热备系统程序中通过诊断140CRP93200模块DDT中的REDUNDANCY_STATUS位来监控远程I/O主环路中的中断，并做趋势记录，系统会检测到至少持续了3秒以上的主环路电缆断开并在此位中报告。其中0：电缆断开或设备已停止；1：回路存在且运行正常。

（2）显式和隐式消息传送140CRP93200模块会使用通过各个光纤中继器的显式消息从网络上的140CRA93200模块或设备获取诊断信息。此诊断信息会记录于C盘log文件，用于施耐德工程师的诊断，显式消息会寻址到DRS以获取和显示诊断信息。

改造优化后的RIO网络拓扑依旧S908通讯协议，将站与站之间的同轴电缆更换为光纤，通过光纤中继器进行数据转换，并在每个变电站的最后一个I/O分站后加装终端电阻。在原总线传输结构上，增加两条新线路，即整粒变电站至主控室之间，更改为自愈环形网络传输结构，这样即使中间某一设备或线路出现故障，其他变电站依然正常通讯。

通过对网络工作环境认知和阶段性处理的研究应用、UNITY程序参数的精细设置改善硬件网络适配性研究应用和远程RIO网络实施光纤总线自愈环形结构选型改造的研究应用，成功解决和排除了RIO网络的干扰问题，网络结构更趋合理。

4 实施效果

2011年11月360M2大型烧结机一期RIO网络全面升级完成，全面投入使用，至今施耐德昆腾控制系统安全稳定、各个通讯模块与CPU均未出现报错计数，网络干扰导致停机尚未出现，成功解决RIO网络的干扰问题，对烧结矿产量、质量等指标有明显提高和改善作用，显著降低职工劳动强度。