1  概述

    本溪鋼鐵集團煉鋼廠（以下簡稱為本鋼煉鋼廠）1#、2#鐵水預處理站是1998年投產(chǎn)的，其PLC系統(tǒng)是1995年、1996年進行的選型，均已連續(xù)運行六至七年，當時沒有二級功能。PLC系統(tǒng)采用的是西門子公司的S5系列產(chǎn)品，其備品備件每隔幾個月價格要增加20%左右，且早已停止批量生產(chǎn)，因備件問題對鐵水預處理站的正常生產(chǎn)造成的影響也越來越嚴重。另外，在鐵水預處理幾年來的生產(chǎn)過程中，曾出現(xiàn)過幾次較嚴重的問題，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，本鋼煉鋼廠的生產(chǎn)從轉爐到連鑄已全部采用了二級控制，新增加的3#鐵水預處理站也采用了二級控制。目前1#、2#鐵水預處理站PLC系統(tǒng)中通訊模板為CP1430-TF型，其網(wǎng)絡結構則定型為TF協(xié)議的H1工業(yè)以太網(wǎng)，而新建的3#鐵水預處理站及二級要求采用目前普遍采用的標準TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)，所以現(xiàn)有的兩個鐵水預處理站PLC必須在3#站建成之前完成升級工作，才能保證網(wǎng)絡暢通。經(jīng)多方論證決定將現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)升級。

2  技術方案

    本鋼煉鋼廠1#、2#鐵水預處理站由三臺主PLC組成，分別是1#站、2#站和公用上料系統(tǒng)，采用主、從方式，下設遠程站，全部采用西門子公司的S5-135系列產(chǎn)品。有2臺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。遠程站采用318接口模板及相應I/O模板。HMI與PLC通過同軸電纜連接到一個多路收發(fā)器上，構成H1工業(yè)以太網(wǎng)。主、從站之間采用Profibus-DP現(xiàn)場總線進行通訊。
為保證原系統(tǒng)的功能，筆者采取盡可能按原系統(tǒng)的配置來升級。

    因為要增加二級功能，并考慮即將投產(chǎn)的三號站，所以需要重新來配置一下整個網(wǎng)絡。升級后的網(wǎng)絡配置為共有三臺交換機，分別放置在1#2#站操作室、1#2#MCC室及3#站操作室。將三個預處理站及二級全部連起來，網(wǎng)絡配置如圖2所示。

    PLC、HMI通過雙絞線連接到交換機上，轉爐機房內(nèi)的二級服務器通過光纜連接到操作室內(nèi)的交換機上，構成TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)。

    兩臺操作站上的畫面需重新制作，操作站上應用WINDOWS 2000操作平臺，采用SIMATIC圖形監(jiān)控軟件WINCC，以組態(tài)形式進行開發(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，并可連接打印輸出設備，進行數(shù)據(jù)報表打印。兩個預處理站的HMI程序做在同一個WINCC項目中，這樣兩臺操作站可以互為備用。

    PLC系統(tǒng)設置為主從站方式，以西門子公司S7-400作為主站，S7-300 ET200M I/O作為從站。主站與從站之間構成Profibus網(wǎng)，S7-400主站CPU上的DP口可直接與遠程I/O從站ET200M的通訊模板IM153-1通過Profibus網(wǎng)絡相聯(lián)，采用Profibus-DP協(xié)議。升級后的PLC保持了原系統(tǒng)的配置。

    由于二級系統(tǒng)由達涅利公司負責，它采用的應用軟件是RSSQL，與西門子公司的PLC通訊就應采用OPC Server這種方式的驅動連接。將MCC室內(nèi)的工程師站作為OPC Server。在STEP7該項目文件中，增加一個其他類型的PC站，在該站組態(tài)畫面中加入 OPC Server和網(wǎng)卡，配置此臺工程師站的IP地址。同時在二級服務器上做相應的配置。

    1#、2#站的OP25操作面板升級為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。

    應用軟件升級方面，將S5程序轉化為S7程序，增加二級控制，并對原系統(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  遇到的問題

    由于煉鋼廠生產(chǎn)任務比較重，沒有充足的停產(chǎn)時間來用于系統(tǒng)升級，只能一個站、一個站的進行升級。如果先將1#站PLC升級為S7，那么在一個系統(tǒng)內(nèi)既有S5-PLC又有S7-PLC，筆者面臨的問題就是S5和S7如何進行通訊。
兩種網(wǎng)卡的特性如下。

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

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

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

    (3)  傳輸數(shù)據(jù)小于240B時使用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。

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

    (1)  配置CP1430網(wǎng)卡。在STEP5中進入網(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之間的工作任務號及發(fā)送接收方，在每個工作任務中確定本地PLC與遠程伙伴的相關參數(shù)。

    (2)  配置CP443-1網(wǎng)卡。在STEP7中的項目管理器中添加兩個SIMATIC S5的站點，在站點屬性中添加Ethernet接口，指定相應的以太網(wǎng)MAC地址。在連接列表中添加一個S7-400到其他站點的連接，注意要選用ISO Transport Connection連接類型。傳輸服務聯(lián)接點TSAP（Transport Service Access Point）的定義要與CP1430配置相對應。確定CP443-1卡的介質(zhì)訪問地址即MAC地址。

    在STEP5及STEP7中編寫相應的觸發(fā)程序。

    待2#站和公用上料系統(tǒng)PLC都升級為S7系列后再將網(wǎng)絡協(xié)議改為TCP/IP協(xié)議。

4  經(jīng)濟效益

    鐵水預處理PLC升級改造之后，經(jīng)過了近十個月的生產(chǎn)運行，滿足了生產(chǎn)的要求，達到了預期目的。

所創(chuàng)造的綜合效益如下：

    (1)  提高設備使用率。每月減少電氣故障時間10小時以上計算。處理一爐約35分鐘，10小時可以處理17爐，每月可多處理17爐，每爐約150噸，按噸鋼112元計算，每月可創(chuàng)效益為：112×150×17=285600元=28.56萬元，每年可創(chuàng)效益為：28.56×12=342.72萬元。

    (2)  節(jié)約噴槍使用費用。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1萬元計算，每年可創(chuàng)效益為：1×10×12=120萬元。

    (3)  每年可節(jié)約各種備件、維護費用。

    沒升級之前預處理用于PLC模板上的年備件費用約為80萬元，升級之后PLC模板可與該廠其他系統(tǒng)互為備用，這部分費用可降為30萬元。因此每年可節(jié)約備件費為：80-30=50萬元。

    沒升級時每年的維護費用約為30萬元，升級之后近幾年內(nèi)可以說是免維護的，維護費用約為5萬元，因此每年可節(jié)約維護費用為：30-5=25萬元

    (4)  增加二級功能后，與轉爐、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，同時減少二次噴吹的次數(shù)，所產(chǎn)生的長期的軟效益是無法計算的。
綜合以上內(nèi)容，扣除改造投資130萬元，每年綜合效益為342.72+120+50+25-130=407.72萬元，每年綜合效益約為497.72萬元。

5  總結

    鐵水預處理PLC全部升級并增加了二級功能后，從一級系統(tǒng)本身來說，更加完善合理的程序使整個處理過程更順暢，堵槍事故明顯減少，大大地縮短了噴吹時間，升級后的PLC設備運行穩(wěn)定，減少了大量的備件費用。增加二級功能后，與轉爐、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，同時減少二次噴吹的次數(shù)。