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(lái)，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(wèn)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(lái)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?chē)姍C(jī)啟停致使PLC故障時(shí)有發(fā)生。
2.4系統(tǒng)開(kāi)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(chēng) 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(kāi)關(guān)量輸入模塊 1756-IB16 44
10 開(kāi)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(huà)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(méi)有形成大環(huán)網(wǎng)，而是采用了總線(xiàn)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(xiàn)，port 8為出線(xiàn)的原則，對(duì)每個(gè)端口的TX端和RX端做標(biāo)記并接線(xiàn)，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(guò)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(xiě)
3.3.1編寫(xiě)ControlLogix5000控制程序代碼
由于PLC5 CPU和RSLogix5000 CUP處理字長(zhǎng)、指令書(shū)寫(xiě)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(xiě)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(shū)寫(xiě)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(chēng)量斗加裝配重
煉鋼輔原料在排料過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)堆料、堵料現(xiàn)象，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，在每個(gè)輔原料料倉(cāng)稱(chēng)量斗上加裝配重，通過(guò)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(huà)面報(bào)警提醒，避免堆料、堵料現(xiàn)象發(fā)生。
3.3.3開(kāi)發(fā)全程吹氬模式
為了冶煉品種鋼和優(yōu)質(zhì)鋼水，開(kāi)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(huà)面制作
3.4.1對(duì)監(jiān)控畫(huà)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(huà)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(huà)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(chēng)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(huà)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(guò)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(wú)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(huà)面一機(jī)多用。如圖5所示。
圖5 氧槍原料操作畫(huà)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(kāi)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(yǔ)
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(xiàn)、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(mǎn)足用戶(hù)要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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