DP转光纤实现西门子 S7-400 PLC 与轧机张力控制器实时数据交互

某冶金厂专注于高强度结构钢、特种合金钢板生产，其核心轧钢车间承担着企业 80% 的钢材轧制任务，车间内采用 “中控室西门子 S7-400 PLC+8 台四辊可逆轧机 + 6 台红外温度传感器” 的控制架构 ——PLC 作为控制核心，需实时接收每台轧机张力控制器反馈的轧制力（范围 1000-3000kN）、辊缝位置数据，以及温度传感器采集的轧辊表面温度（正常工作范围 800-1000℃），并根据这些数据动态调整轧机压下量、轧制速度等参数，确保钢材厚度偏差控制在 ±0.1mm 内。整个生产流程对 Profbus总线的数据传输稳定性、实时性要求极高，而车间设备分散布局（中控室与最远轧机间距达 150 米），让传统电缆传输难以满足需求，此时DP转光纤技术成为突破通讯瓶颈的关键方向。

最初，车间采用传统屏蔽 Profbus 电缆连接 PLC 与现场设备，但在实际运行中，两大问题严重制约生产一是 150 米的远距离传输导致信号衰减严重，数据从 PLC 下发到轧机驱动器时，完整性损耗超 30%，部分控制指令出现延迟或丢包；二是车间内大功率轧机启动时产生的瞬时冲击电流、变频器运行时的高频电磁辐射（频率 50-200MHz），持续干扰电缆传输的差分信号，导致总线通讯频繁出现 “闪断”。这两大问题直接引发连锁反应张力控制精度偏差超 ±5%，部分钢板轧制后出现局部过薄（偏差 - 0.5mm）或过厚（偏差 + 0.6mm）的情况，需后续返工修磨；温度数据采集延迟超 100ms，PLC 无法及时根据轧辊温度调整冷却水量，导致部分轧辊因局部过热出现裂纹，不仅缩短轧辊使用寿命，还可能造成钢材表面压痕缺陷，产品合格率始终难以提升。

为彻底解决通讯难题，企业技术团队经多轮调研对比，最终选择引入捷米特 JM-DP-FIBER-S-A/B-R 工业级光纤转换器，依托DP转光纤技术搭建稳定的远距离通讯链路。之所以选择DP转光纤方案，核心原因在于光纤传输具备抗电磁干扰、低衰减的天然优势可有效规避车间复杂电磁环境对信号的影响，同时单模光纤在 150 米距离内的信号衰减率不足 0.1%，远低于传统电缆的 30%，能完美满足轧钢生产的通讯需求。

针对轧钢车间的设备布局与工况特点，技术团队制定了精细化的DP 转光纤改造方案

设备选型与拓扑搭建在中控室西门子 S7-400 PLC 的通讯模块旁，部署 1 台 Ci-PF120 型号DP转光纤转换器该型号支持双光口上下行级联，可同时接入 4 路光纤分支，刚好匹配车间 “8 台轧机 + 6 台温度传感器” 的分组传输需求；按照 “每 2 台轧机 + 1-2 台温度传感器” 为 1 个控制单元的划分，在每个单元附近的设备控制柜内，各配置 1 台 Ci-PF110 单光口DP转光纤转换器，通过单模光纤将单元内的张力控制器、温度传感器与中控室 PLC 连接，形成 “PLC 主站→Ci-PF120→光纤链路→Ci-PF110→现场设备” 的全光纤通讯架构，彻底替代原有的 Profbus 电缆。

通讯参数优化配置结合轧钢生产的高频数据传输需求，将所有DP 转光纤转换器的通讯速率提升至 12Mbps（该型号支持 6Mbps/12Mbps 可选）—— 此速率既能满足张力控制器（每秒需传输 10 次轧制力数据）、温度传感器（每秒需传输 5 次温度数据）的实时性要求，又可避免高速率下可能出现的信号丢包问题；同时启用转换器的 “DP 总线信号增强” 功能，进一步补偿长距离传输中的微小信号损耗，确保数据交互零延迟。

工况适配设计考虑到轧钢车间的恶劣环境，DP转光纤转换器的工业级特性成为关键保障其波浪纹铝制机壳相比普通塑料机壳，抗冲击强度提升 3 倍，可抵御车间内重型设备运行时产生的高频振动（振动频率 5-50Hz），避免内部元器件松动导致的通讯中断；电源冗余与隔离保护功能，能将轧机启停时的电压波动（范围 15-30V）稳定在 18-36V 的安全输入区间，防止电压骤升骤降损坏转换器；DC 18-36V 宽电源输入设计，可直接接入车间现有 24V 直流供电系统，无需额外布线改造，仅用 3 天便完成了所有设备的安装调试，大幅缩短停产时间。

改造完成后，DP转光纤技术的优势在轧钢生产中全面显现

通讯稳定性显著提升Profbus 总线的信号传输衰减率从原 30% 降至 0.5% 以下，数据丢包率为零，通讯中断次数从改造前的日均 3-4 次，降至改造后的零中断，PLC 与现场设备的指令交互完全同步。

控制精度大幅改善张力控制精度偏差从 ±5% 缩小至 ±1.2%，钢板厚度均匀性完全符合 ±0.1mm 的标准要求，无需再进行返工修磨；温度数据采集延迟从超 100ms 缩短至 30ms 内，PLC 可实时根据轧辊温度调整冷却系统，轧辊过热裂纹问题彻底解决，使用寿命延长 30%。

运维效率显著提高由于DP转光纤链路稳定性强，技术人员无需再像过去那样频繁巡检 Profbus 电缆（原每天需花费 2 小时检查电缆接头、排查干扰源），维护时间减少60%以上，可将更多精力投入生产优化；同时，转换器内置的继电器告警功能，可实时监测光纤链路状态，一旦出现断纤或信号异常，立即触发声光告警并定位故障单元，故障排查时间从原2小时缩短至15分钟内。

此外，该DP转光纤方案还通过了车间极端工况的验证在夏季车间环境温度达 45℃（轧机散热导致）、冬季低温 - 10℃的情况下，转换器仍保持稳定运行；相邻车间进行大型电机调试（产生强电磁干扰）时，DP 转光纤链路的信号传输未受任何影响，数据交互始终正常。此次改造不仅彻底解决了轧钢车间的通讯难题，更证明了DP转光纤技术在冶金等高电磁干扰、远距离传输场景的适配性，为企业后续其他车间（如炼钢、热处理车间）的Profbus总线升级提供了可复制的DP 转光纤应用范例，推动整体生产向智能化、稳定化转型。

审核编辑 黄宇