1  概述

    本溪鋼鐵集團(tuán)煉鋼廠(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為本鋼煉鋼廠(chǎng)）1#、2#鐵水預(yù)處理站是1998年投產(chǎn)的，其PLC系統(tǒng)是1995年、1996年進(jìn)行的選型，均已連續(xù)運(yùn)行六至七年，當(dāng)時(shí)沒(méi)有二級(jí)功能。PLC系統(tǒng)采用的是西門(mén)子公司的S5系列產(chǎn)品，其備品備件每隔幾個(gè)月價(jià)格要增加20%左右，且早已停止批量生產(chǎn)，因備件問(wèn)題對(duì)鐵水預(yù)處理站的正常生產(chǎn)造成的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。另外，在鐵水預(yù)處理幾年來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程中，曾出現(xiàn)過(guò)幾次較嚴(yán)重的問(wèn)題，造成部分原器件的損壞，雖已維修、替代，但功能上要打一些折扣。

    到目前為止，本鋼煉鋼廠(chǎng)的生產(chǎn)從轉(zhuǎn)爐到連鑄已全部采用了二級(jí)控制，新增加的3#鐵水預(yù)處理站也采用了二級(jí)控制。目前1#、2#鐵水預(yù)處理站PLC系統(tǒng)中通訊模板為CP1430-TF型，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則定型為T(mén)F協(xié)議的H1工業(yè)以太網(wǎng)，而新建的3#鐵水預(yù)處理站及二級(jí)要求采用目前普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)，所以現(xiàn)有的兩個(gè)鐵水預(yù)處理站PLC必須在3#站建成之前完成升級(jí)工作，才能保證網(wǎng)絡(luò)暢通。經(jīng)多方論證決定將現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)升級(jí)。

2  技術(shù)方案

    本鋼煉鋼廠(chǎng)1#、2#鐵水預(yù)處理站由三臺(tái)主PLC組成，分別是1#站、2#站和公用上料系統(tǒng)，采用主、從方式，下設(shè)遠(yuǎn)程站，全部采用西門(mén)子公司的S5-135系列產(chǎn)品。有2臺(tái)HMI操作站，其軟件采用的是FIX32。其配置如圖1所示。

    原系統(tǒng)主PLC中CPU全部采用928型，CP通訊模板采用1430型。遠(yuǎn)程站采用318接口模板及相應(yīng)I/O模板。HMI與PLC通過(guò)同軸電纜連接到一個(gè)多路收發(fā)器上，構(gòu)成H1工業(yè)以太網(wǎng)。主、從站之間采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊。
為保證原系統(tǒng)的功能，筆者采取盡可能按原系統(tǒng)的配置來(lái)升級(jí)。

    因?yàn)橐黾佣?jí)功能，并考慮即將投產(chǎn)的三號(hào)站，所以需要重新來(lái)配置一下整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)配置為共有三臺(tái)交換機(jī)，分別放置在1#2#站操作室、1#2#MCC室及3#站操作室。將三個(gè)預(yù)處理站及二級(jí)全部連起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)配置如圖2所示。

    PLC、HMI通過(guò)雙絞線(xiàn)連接到交換機(jī)上，轉(zhuǎn)爐機(jī)房?jī)?nèi)的二級(jí)服務(wù)器通過(guò)光纜連接到操作室內(nèi)的交換機(jī)上，構(gòu)成TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)。

    兩臺(tái)操作站上的畫(huà)面需重新制作，操作站上應(yīng)用WINDOWS 2000操作平臺(tái)，采用SIMATIC圖形監(jiān)控軟件WINCC，以組態(tài)形式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，操作員站上的CP1613網(wǎng)卡和PLC S7-400主站的通訊模板CP443-1都連入以太網(wǎng)，在操作站上可以直接監(jiān)視和控制PLC的所有輸入、輸出信號(hào)，并可連接打印輸出設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表打印。兩個(gè)預(yù)處理站的HMI程序做在同一個(gè)WINCC項(xiàng)目中，這樣兩臺(tái)操作站可以互為備用。

    PLC系統(tǒng)設(shè)置為主從站方式，以西門(mén)子公司S7-400作為主站，S7-300 ET200M I/O作為從站。主站與從站之間構(gòu)成Profibus網(wǎng)，S7-400主站CPU上的DP口可直接與遠(yuǎn)程I/O從站ET200M的通訊模板IM153-1通過(guò)Profibus網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，采用Profibus-DP協(xié)議。升級(jí)后的PLC保持了原系統(tǒng)的配置。

    由于二級(jí)系統(tǒng)由達(dá)涅利公司負(fù)責(zé)，它采用的應(yīng)用軟件是RSSQL，與西門(mén)子公司的PLC通訊就應(yīng)采用OPC Server這種方式的驅(qū)動(dòng)連接。將MCC室內(nèi)的工程師站作為OPC Server。在STEP7該項(xiàng)目文件中，增加一個(gè)其他類(lèi)型的PC站，在該站組態(tài)畫(huà)面中加入 OPC Server和網(wǎng)卡，配置此臺(tái)工程師站的IP地址。同時(shí)在二級(jí)服務(wù)器上做相應(yīng)的配置。

    1#、2#站的OP25操作面板升級(jí)為OP27。公用上料系統(tǒng)的OP27按生產(chǎn)要求取消，將所有功能做到HMI上。

    應(yīng)用軟件升級(jí)方面，將S5程序轉(zhuǎn)化為S7程序，增加二級(jí)控制，并對(duì)原系統(tǒng)中不完善的地方加以完善。如：增加噴槍控制連鎖、調(diào)整不同噴吹階段的粉劑流量等。

3  遇到的問(wèn)題

    由于煉鋼廠(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)比較重，沒(méi)有充足的停產(chǎn)時(shí)間來(lái)用于系統(tǒng)升級(jí)，只能一個(gè)站、一個(gè)站的進(jìn)行升級(jí)。如果先將1#站PLC升級(jí)為S7，那么在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)既有S5-PLC又有S7-PLC，筆者面臨的問(wèn)題就是S5和S7如何進(jìn)行通訊。
兩種網(wǎng)卡的特性如下。

    升級(jí)后采用的S7-400系列的工業(yè)以太網(wǎng)處理器CP443-1基于A(yíng)NSI/IEEE Std 802.3以太網(wǎng)協(xié)議，提供兩種通信服務(wù)：

    (1)  S7通信服務(wù)。用于和PG編程器、操作站、S7系列PLC進(jìn)行通信；

    (2)  SIMATIC通信服務(wù)。在ISO第四層的數(shù)據(jù)傳輸層通過(guò)TCP/UDP使用Send/Receive進(jìn)行通信；

    (3)  傳輸數(shù)據(jù)小于240B時(shí)使用AG-SEND FC5及AG-RECV FC6兩種傳輸功能塊。

    而原系統(tǒng)采用的S5-135U系列的工業(yè)以太網(wǎng)處理器CP1430-TF也可以提供SIMATIC通信服務(wù)。

    通過(guò)以上分析得知，S5、S7系列互聯(lián)只能基于ISO第四層的傳輸層，通過(guò)Send/Receive進(jìn)行通信服務(wù)，筆者在S5和S7并存的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都采用TF型的H1工業(yè)以太網(wǎng)，這樣S5和S7之間的通訊問(wèn)題就可以解決了。
下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下兩種網(wǎng)卡的配置情況：

    (1)  配置CP1430網(wǎng)卡。在STEP5中進(jìn)入網(wǎng)卡配置程序，輸入該網(wǎng)卡的基本參數(shù)，如MAC地址等。確定所有PLC之間的工作任務(wù)號(hào)及發(fā)送接收方，在每個(gè)工作任務(wù)中確定本地PLC與遠(yuǎn)程伙伴的相關(guān)參數(shù)。

    (2)  配置CP443-1網(wǎng)卡。在STEP7中的項(xiàng)目管理器中添加兩個(gè)SIMATIC S5的站點(diǎn)，在站點(diǎn)屬性中添加Ethernet接口，指定相應(yīng)的以太網(wǎng)MAC地址。在連接列表中添加一個(gè)S7-400到其他站點(diǎn)的連接，注意要選用ISO Transport Connection連接類(lèi)型。傳輸服務(wù)聯(lián)接點(diǎn)TSAP（Transport Service Access Point）的定義要與CP1430配置相對(duì)應(yīng)。確定CP443-1卡的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)地址即MAC地址。

    在STEP5及STEP7中編寫(xiě)相應(yīng)的觸發(fā)程序。

    待2#站和公用上料系統(tǒng)PLC都升級(jí)為S7系列后再將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改為T(mén)CP/IP協(xié)議。

4  經(jīng)濟(jì)效益

    鐵水預(yù)處理PLC升級(jí)改造之后，經(jīng)過(guò)了近十個(gè)月的生產(chǎn)運(yùn)行，滿(mǎn)足了生產(chǎn)的要求，達(dá)到了預(yù)期目的。

所創(chuàng)造的綜合效益如下：

    (1)  提高設(shè)備使用率。每月減少電氣故障時(shí)間10小時(shí)以上計(jì)算。處理一爐約35分鐘，10小時(shí)可以處理17爐，每月可多處理17爐，每爐約150噸，按噸鋼112元計(jì)算，每月可創(chuàng)效益為：112×150×17=285600元=28.56萬(wàn)元，每年可創(chuàng)效益為：28.56×12=342.72萬(wàn)元。

    (2)  節(jié)約噴槍使用費(fèi)用。改造后，程序更加完善合理，減少堵槍事故的發(fā)生，每月可節(jié)約噴槍10支以上，一支噴槍按1萬(wàn)元計(jì)算，每年可創(chuàng)效益為：1×10×12=120萬(wàn)元。

    (3)  每年可節(jié)約各種備件、維護(hù)費(fèi)用。

    沒(méi)升級(jí)之前預(yù)處理用于PLC模板上的年備件費(fèi)用約為80萬(wàn)元，升級(jí)之后PLC模板可與該廠(chǎng)其他系統(tǒng)互為備用，這部分費(fèi)用可降為30萬(wàn)元。因此每年可節(jié)約備件費(fèi)為：80-30=50萬(wàn)元。

    沒(méi)升級(jí)時(shí)每年的維護(hù)費(fèi)用約為30萬(wàn)元，升級(jí)之后近幾年內(nèi)可以說(shuō)是免維護(hù)的，維護(hù)費(fèi)用約為5萬(wàn)元，因此每年可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用為：30-5=25萬(wàn)元

    (4)  增加二級(jí)功能后，與轉(zhuǎn)爐、精煉及連鑄緊密配合，大大縮短了冶煉周期，使生產(chǎn)更均衡，同時(shí)減少二次噴吹的次數(shù)，所產(chǎn)生的長(zhǎng)期的軟效益是無(wú)法計(jì)算的。
綜合以上內(nèi)容，扣除改造投資130萬(wàn)元，每年綜合效益為342.72+120+50+25-130=407.72萬(wàn)元，每年綜合效益約為497.72萬(wàn)元。

5  總結(jié)

    鐵水預(yù)處理PLC全部升級(jí)并增加了二級(jí)功能后，從一級(jí)系統(tǒng)本身來(lái)說(shuō)，更加完善合理的程序使整個(gè)處理過(guò)程更順暢，堵槍事故明顯減少，大大地縮短了噴吹時(shí)間，升級(jí)后的PLC設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，減少了大量的備件費(fèi)用。增加二級(jí)功能后，與轉(zhuǎn)爐、精煉及連鑄緊密配合，大大縮短了冶煉周期，使生產(chǎn)更均衡，同時(shí)減少二次噴吹的次數(shù)。