1 前言

某煉鋼廠100噸4#轉(zhuǎn)爐2004年投產(chǎn)，采用的是ROCKWELL公司PLC5控制系統(tǒng)。運(yùn)行12年來，由于PLC系統(tǒng)老化，故障率居高不下，人力物力投入很大，嚴(yán)重影響煉鋼生產(chǎn)穩(wěn)定順行。經(jīng)技術(shù)人員研究，決定對(duì)4#轉(zhuǎn)爐進(jìn)行全面升級(jí)換代。PLC由PLC5升級(jí)為 Controllogix5000系列產(chǎn)品，下位編程軟件升級(jí)為 RSlogix5000 V13.03，上位編程軟件升級(jí)為RSView32  V6.3和RSLinx V2.43。

2 改造前存在問題

２.1設(shè)備老化，故障率高

改造前三年，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年故障次數(shù)達(dá)20余次，故障時(shí)間約30小時(shí)。轉(zhuǎn)爐每冶煉一爐鋼用時(shí)50分鐘。如此高的故障率嚴(yán)重制約著轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定生產(chǎn)。

２.2備件停產(chǎn)，訂貨困難

PLC5和1771遠(yuǎn)程I/O模塊早已停產(chǎn)，備件供應(yīng)非常困難，價(jià)格昂貴且難以保證，這給正常生產(chǎn)和設(shè)備日常維護(hù)帶來極大隱患。備件得不到保證，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)更換，嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)節(jié)奏。

2.3系統(tǒng)抗干擾能力差。

PLC系統(tǒng)中存在著強(qiáng)交流電干擾信號(hào)。周圍電機(jī)啟停致使PLC故障時(shí)有發(fā)生。

2.4系統(tǒng)開放性、通用性和靈活性較差。

原PLC5的DH+網(wǎng)很難與其它系統(tǒng)相互通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 改造措施

3.1改造方案

(1）PLC控制系統(tǒng)由PLC5升級(jí)為Controllogix5000系列PLC。 

(2）通訊網(wǎng)絡(luò)由DH+升級(jí)為工業(yè)以太網(wǎng)。

(3）更換PLC控制機(jī)柜，機(jī)柜接地符合規(guī)范，避免電磁干擾。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1硬件組成

表1硬件配置表

序號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào) 數(shù)量（塊）

1 UPS電源 COMET-S31 1

2 機(jī)架13槽 1756-A13 10

3 機(jī)架4槽 1756-A4 1

4 電源模塊 1756-PA75 11

5 CPU模塊 1756-L62 3

6 CPU電池 1756-BA1 3

7 以太網(wǎng)通訊模塊 1756-ENBT/A 3

8 Controlnet通訊模塊 1756-CNBR/D 11

9 開關(guān)量輸入模塊 1756-IB16 44

10 開關(guān)量輸出模塊 1756-OW16I 27

11 模擬量輸入模塊 1756-IF16 20

12 模擬量輸出模塊 1756-OF8 5

13 計(jì)數(shù)模塊 1756-HSC 2

14 T型分接器 1786-TPR 11

15 75Ω終端電阻 1786-XT 6

16 編碼器 CE65S 2

3.2.2軟件組成

操作系統(tǒng)：bbbbbbs XP  Professional 

應(yīng)用軟件：RSLogix5000編程軟件、Rslinx通訊連接軟件、Rsview32HMI監(jiān)控畫面制作軟件

主機(jī)：更換為DELL商務(wù)機(jī)

PLC處理器：CPU采用1756-L62

通訊模塊：1756-ENBT

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：采用工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，遵從TCP/IP協(xié)議

3.2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原煉鋼轉(zhuǎn)爐網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每座轉(zhuǎn)爐單獨(dú)組成一個(gè)小環(huán)，4個(gè)小環(huán)和公用的上料系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)公用系統(tǒng)組成一個(gè)大環(huán)網(wǎng)絡(luò)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中共有27套PLC,26臺(tái)上位機(jī)，數(shù)據(jù)交換頻繁且實(shí)時(shí)更新。由于沒有形成大環(huán)網(wǎng)，而是采用了總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這些重大隱患，導(dǎo)致多次發(fā)生網(wǎng)絡(luò)癱瘓事故。

改進(jìn)措施：首先把網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)統(tǒng)一更換為MOXA ED6008和MOXA EDS408A，統(tǒng)一分配IP地址并利用軟件設(shè)置，確定大環(huán)網(wǎng)中的主交換機(jī)，對(duì)每臺(tái)交換機(jī)設(shè)置通訊協(xié)議，其中對(duì)Moxa ED6008系列的交換機(jī)，選擇Turbo Ring with ED6008 series 冗余協(xié)議，，對(duì)Moxa ED408A系列的交換機(jī)，采用 IEEE802.1D冗余協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò)安全。在連接環(huán)網(wǎng)時(shí)，首先對(duì)大環(huán)網(wǎng)的光纖重新打光柱效驗(yàn)并作標(biāo)記，對(duì)大環(huán)網(wǎng)上的所有交換機(jī)按照port 7為進(jìn)線，port 8為出線的原則，對(duì)每個(gè)端口的TX端和RX端做標(biāo)記并接線，每接入一臺(tái)設(shè)備，都檢測(cè)數(shù)據(jù)流量，大環(huán)網(wǎng)連接成功后，經(jīng)過軟件檢測(cè)，各交換機(jī)端口數(shù)據(jù)流量正常，各上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示正常。徹底消除網(wǎng)絡(luò)隱患。

改造前、后轉(zhuǎn)爐的網(wǎng)絡(luò)圖如圖1、2所示。

3.3應(yīng)用程序編寫

3.3.1編寫ControlLogix5000控制程序代碼

由于PLC5 CPU和RSLogix5000 CUP處理字長(zhǎng)、指令書寫規(guī)范不同，前者是16位，而后者是32位，直接轉(zhuǎn)換的程序不能直接使用，一些重要功能必須要靠技術(shù)人員人工重新編寫程序代碼，如I/O地址映射，控制網(wǎng)地址映射，通訊指令等。特別注意的是PLC5處理字長(zhǎng)是單整型INT數(shù)據(jù)格式，ControlLogix是32位雙整型DINT數(shù)據(jù)格式，在編程時(shí)要注意地址偏移量，使之符合ControlLogix5000的程序書寫規(guī)范；ControlLogix5采用的DH+的通訊方式，而ControlLogix5000采用的是以太網(wǎng)的通訊方式，優(yōu)化升級(jí)后通訊速率提高10倍以上。

圖1改造前轉(zhuǎn)爐網(wǎng)絡(luò)圖

圖2改造后轉(zhuǎn)爐網(wǎng)絡(luò)圖

3.3.2料倉(cāng)稱量斗加裝配重

煉鋼輔原料在排料過程中經(jīng)常出現(xiàn)堆料、堵料現(xiàn)象，通過技術(shù)改進(jìn)，在每個(gè)輔原料料倉(cāng)稱量斗上加裝配重，通過控制程序?qū)崿F(xiàn)連鎖，判定是否出現(xiàn)堆料現(xiàn)象，并在操作畫面報(bào)警提醒，避免堆料、堵料現(xiàn)象發(fā)生。

3.3.3開發(fā)全程吹氬模式

為了冶煉品種鋼和優(yōu)質(zhì)鋼水，開發(fā)了轉(zhuǎn)爐底吹攪拌全程吹氬模式，提升了轉(zhuǎn)爐冶煉品種鋼和優(yōu)質(zhì)鋼水冶煉能力。

3.4監(jiān)控畫面制作

3.4.1對(duì)監(jiān)控畫面的升級(jí)主要是新建標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)，與程序地址建立通訊連接

第1步：新建OPC Server，取代原Direct Drive（直接驅(qū)動(dòng)）通訊，使畫面響應(yīng)速度更

加快捷。如圖3、圖4所示。

第2步：更新數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽格式，建立OPC通訊協(xié)議。

第3步：連接畫面中標(biāo)簽路徑，建立通訊連接。

第4步：建立數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)名稱與PLC CPU建立數(shù)據(jù)映射。

第5步：組態(tài)RSlinx通訊連接。

圖3 改造前 

圖4 改造后

3.4.2實(shí)現(xiàn)主控操作畫面一機(jī)多用

原煉鋼轉(zhuǎn)爐氧槍、原料主要操作上位機(jī)各一臺(tái)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于上位機(jī)本身或網(wǎng)絡(luò)通訊等原因，出現(xiàn)死機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中斷而無法操作，技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)，故障得不到及時(shí)處理，從而影響煉鋼，在這次控制系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)中，實(shí)現(xiàn)了氧槍、原料主要操作上位機(jī)互備，做到了主操作畫面一機(jī)多用。如圖5所示。

圖5 氧槍原料操作畫面

4 實(shí)施效果

(1)故障率比改造前降低30%，故障處理時(shí)間≤1小時(shí)/月。

(2)備品備件通用性強(qiáng)。

(3)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用年降低60%。

(4)系統(tǒng)開放性、可擴(kuò)展性、靈活性、穩(wěn)定性顯著提高，各崗位實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，數(shù)據(jù)共享。

5 結(jié)語

豐富的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加上Controllogix5000PLC的良好品質(zhì)和通用性，減少了項(xiàng)目的改造時(shí)間，工程改造順利完成。主要完成了控制系統(tǒng)拆舊立新，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝、配線、調(diào)試，投運(yùn)等工作。從運(yùn)行效果看，控制系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行良好，控制性能完全滿足用戶要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。