1 引言

萊鋼銀山型鋼3#120tlf精煉爐(鋼包精煉)位于萊鋼銀山型鋼煉鋼區(qū)域，與3#連鑄機(jī)相鄰，其出鋼線與3#爐出鋼線重合，是由西安華興電爐有限公司成套供貨，主要控制設(shè)備有鋼包的行走、電極的升降以及合金的加料。其合金加料原設(shè)計(jì)有10個(gè)料倉，對(duì)應(yīng)下面的三個(gè)稱量料斗，稱量斗下有振料器，所需要的合金料在稱量完畢后經(jīng)過下面的皮帶進(jìn)入3#lf精煉爐。

3#120tlf精煉爐的控制系統(tǒng)選用的是西門子s7-400控制系統(tǒng)，有兩套cpu分別帶遠(yuǎn)程站et-200組成，兩個(gè)cpu在一個(gè)10+8型的機(jī)架上面，兩套系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊是通過內(nèi)部mpi進(jìn)行的，有兩臺(tái)監(jiān)控站和plc的通訊是通過prifibus-dp進(jìn)行的。其網(wǎng)絡(luò)是獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，和其它系統(tǒng)沒有任何連接。如圖1所示。

圖1 原3#lf網(wǎng)絡(luò)圖

由于萊鋼新建120trh(真空循環(huán)脫氣)精煉爐的需要，3#lf的合金料倉正好在rh的位置，妨礙了rh的設(shè)備安裝，所以必須要進(jìn)行拆除。但是為3#lf重新新建一套加料系統(tǒng)，現(xiàn)場已經(jīng)沒有場地進(jìn)行安裝，在進(jìn)行過多次論證后，決定將其合金料倉與rh共用。rh系統(tǒng)是由西安重型機(jī)械研究所成套供貨的。rh設(shè)計(jì)中有20個(gè)料倉，分別對(duì)應(yīng)5個(gè)稱量料斗，經(jīng)過4#和7號(hào)皮帶機(jī)來對(duì)rh和lf進(jìn)行所需的合金料的稱量與投料。正常生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)rh加料時(shí)，則運(yùn)4#皮帶機(jī)為正傳運(yùn)行，即向rh方向運(yùn)行，當(dāng)lf要求加料時(shí)，4#皮帶機(jī)變?yōu)榉磦鬟\(yùn)行，即向3#lf法方向運(yùn)行，并且自動(dòng)啟動(dòng)給3#lf加料的7#皮帶機(jī)，兩條皮帶機(jī)之間相互連鎖。其工藝流程圖如圖2所示。兩套精煉爐系統(tǒng)也是相互連鎖，不能同時(shí)進(jìn)行稱料和下料的操作，所以對(duì)兩地的操作控制軟件的設(shè)計(jì)要求比較高。

圖2 工藝流程圖

　　rh的一級(jí)控制系統(tǒng)為西門子s7-400冗余控制系統(tǒng)，cpu選用的6es7 417-4h，有兩套cpu分別帶遠(yuǎn)程站et-200組成，每套都為冗余系統(tǒng)，和監(jiān)控站的通訊是通過tcp/ip協(xié)議進(jìn)行的，監(jiān)控系統(tǒng)采用的是服務(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)，有兩臺(tái)熱備冗余的服務(wù)器，有四臺(tái)客戶端，保證了rh系統(tǒng)的可靠性。二級(jí)系統(tǒng)有一臺(tái)服務(wù)器，兩臺(tái)客戶端。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 rh網(wǎng)絡(luò)圖

　　基于以上原因和現(xiàn)狀，為了確保3#lf和rh兩套控制系統(tǒng)既能夠獨(dú)立正常運(yùn)行又要互相連鎖，這不僅要求兩套系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊，還要確保設(shè)備的運(yùn)行安全性。于是，如何進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)通訊，確保兩套系統(tǒng)正常運(yùn)行并滿足生產(chǎn)需要就成了解決問題的關(guān)鍵所在。

2 基于opc通訊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1方案的選取

　　由于3#lf的合金料倉要與rh共用，所以必須要對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)。進(jìn)行通訊方式的選擇是第一位，只有選擇了適用于現(xiàn)場的通訊方式，我們才能進(jìn)行下一步的工作。通過對(duì)現(xiàn)場實(shí)際狀況的深入研究和分析，我們對(duì)比了多種通訊方式，如plc與plc之間的通訊，畫面之間的變量讀取等等多種方式，最終決定采用基于以太網(wǎng)的可靠性較高的opc的通訊方式，來實(shí)現(xiàn)3#120噸lf精煉爐與rh的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，保證兩套系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　2.2 opc的通訊原理

　　(1) 定義：opc (ole for process control)的全稱叫做基于過程控制的鏈接與嵌入。opc為基于微軟windows平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了異構(gòu)系統(tǒng)跨界鏈接的橋梁。opc 以ole/com/dcom機(jī)制作為應(yīng)用程序級(jí)的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶/服務(wù)器模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠家或第三方廠家，以opc服務(wù)器的形式提供給用戶，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開放性和可互操作性。

　　(2) opc技術(shù)及接口：opc技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括兩個(gè)組成部分，opc服務(wù)器部分及opc客戶應(yīng)用部分。　

　　opc服務(wù)器是一個(gè)典型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)源程序，它收集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的opc接口傳送給opc客戶端應(yīng)用。opc客戶應(yīng)用是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)接收程序，如人機(jī)界面軟件(hmi)、數(shù)據(jù)采集與處理軟件(scada)等。opc客戶應(yīng)用通過opc標(biāo)準(zhǔn)接口與opc服務(wù)器通信，獲取opc服務(wù)器的各種信息。

　　(3)　opc服務(wù)器冗余技術(shù)：在工控軟件開發(fā)中，一項(xiàng)重要的技術(shù)就是冗余技術(shù)。優(yōu)秀的軟、硬件冗余技術(shù)是系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的保障。目前流行的工控軟件通常具有冗余功能。opc標(biāo)準(zhǔn)的制定為軟件冗余提出了新的思路，我們可以通過opc技術(shù)更加方便的實(shí)現(xiàn)軟件冗余。在實(shí)踐應(yīng)用中，我們開發(fā)了opc冗余服務(wù)器，解決了對(duì)任何廠商的opc服務(wù)器冗余問題。

　　2.3兩個(gè)wincc之間通訊的方式和解決辦法

　　(1) 配置步驟

　　·服務(wù)器配置：必須要通過dcom-cnfg.exe來配置wincc.server，參數(shù)選擇"無”或“everyone”、“允許訪問”；

　　·確保客戶機(jī)對(duì)服務(wù)器的操作權(quán)限；

　　·客戶機(jī)配置；

　　·在客戶wincc端加載opc驅(qū)動(dòng)程序，即opc.chn；

　　·在該通道下新建一個(gè)連接；

　　·右鍵點(diǎn)擊opc通道，選擇系統(tǒng)參數(shù)；

　　·在系統(tǒng)參數(shù)對(duì)話框中可以瀏覽可以連接的opc服務(wù)器；

　　·選擇你需要連接的wincc opc服務(wù)器，然后瀏覽該服務(wù)器的tag；

　　·添加你需要的tag變量。

　　(2) 激活運(yùn)行：運(yùn)行服務(wù)器和客戶機(jī)wincc應(yīng)用程序，客戶機(jī)就可成功調(diào)用服務(wù)器數(shù)據(jù)。

　　2.4 opc dcom的權(quán)限設(shè)置

　　(1) 在運(yùn)行里輸入dcomcnfg，進(jìn)入的畫面如圖4、5所示。

圖4 dcom的權(quán)限設(shè)置

圖5 dcom的權(quán)限設(shè)置

　　接下來就是設(shè)置opcsever.wincc組件，之后就可以定義opc相關(guān)的設(shè)置如圖6所示。

圖6 opc的設(shè)置

3 方案實(shí)現(xiàn)

　　由于3#lf的合金料倉要與rh共用，所以我們必須要對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。首先，我們要進(jìn)行通訊方式的選擇，通過對(duì)現(xiàn)場實(shí)際狀況的研究和深入的分析，我們對(duì)比了多種通訊方式，如plc與plc之間的通訊，畫面之間的變量讀取等等，最終決定采用可靠性高的opc的通訊方式，實(shí)現(xiàn)3#120噸lf精煉爐與rh的通訊。由于3#lf有兩臺(tái)上位機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，rh有兩臺(tái)冗余的服務(wù)器，這樣我們就可以進(jìn)行一對(duì)一的方式，即lf的一臺(tái)上位機(jī)連接到rh的一臺(tái)服務(wù)器，lf的另一臺(tái)上位機(jī)連接到rh的另一臺(tái)服務(wù)器，這樣可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，即便是有一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障也不會(huì)影響到3#lf的正常生產(chǎn)。因此，我們必須要進(jìn)行以下各種工作的實(shí)施。

　　3.1 網(wǎng)絡(luò)改造

　　由于原來3#lf是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，只有plc和監(jiān)控站是通過profibus-dp來通訊的，要想實(shí)現(xiàn)通訊，必須將原網(wǎng)絡(luò)改為以太網(wǎng)，因此需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，包括定制通訊方式的選擇和光纜的路徑規(guī)劃和敷設(shè)。根據(jù)我們轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有系統(tǒng)的通訊方式，我們選取了plc和監(jiān)控站通過iso進(jìn)行通訊，這樣plc可以不用占用ip地址。根據(jù)現(xiàn)場條件，我們敷設(shè)了從3#lf到rh的光纜，并充分考慮了將來的通訊擴(kuò)展。改造前的3#lf硬件配置圖如圖7所示。

圖7 改造前硬件配置圖

　　改造后的3#lf硬件配置圖如圖8所示。

圖8 改造后硬件配置圖

　　3.2 硬件組態(tài)

　　硬件組態(tài)：要將原來的profi bus-dp網(wǎng)絡(luò)改為以太網(wǎng)，我們必須要重新進(jìn)行硬件的配置，安裝以太網(wǎng)通訊模塊，定義其地址，在西門子simatic中進(jìn)行硬件的組態(tài)，并將通訊網(wǎng)絡(luò)打通，使得s7程序和plc系統(tǒng)能夠正常通訊。

　　3.3 軟件編制

　　在軟件編制時(shí)，我們必須要考慮到各種情況，比如是否時(shí)同時(shí)下料，該如何避開這種情況，兩套系統(tǒng)之間該如何進(jìn)行信息的及時(shí)交換，及時(shí)提醒操作工該如何進(jìn)行操作等等，需要做周密的分析和討論。

　　(1) 原lf軟件的編制：由于原來的通訊方式為profibus-dp方式，在wincc監(jiān)控畫面中的變量連接也是在profibus-dp下的連接，為此，要想能夠使得wincc監(jiān)控畫面和plc系統(tǒng)能夠正常通訊，必須要將原來profibus-dp下的變量重新連接到新建的以太網(wǎng)絡(luò)iso下面，在經(jīng)過這些軟件的重新編制后，使得wincc監(jiān)控畫面和plc系統(tǒng)能夠正常通訊。

　　(2)與rh共用的合金系統(tǒng)的軟件的編制：由于現(xiàn)在的共用合金料倉的設(shè)備和原來的3#lf的設(shè)備不同，并且連接變量也不相同，所以要進(jìn)行重新編制，一方面是根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際設(shè)備進(jìn)行畫面的重新制作，另一方面是進(jìn)行變量的連接，這些變量是通過opc通訊方式連接的rh服務(wù)器的變量。

　　改造前和改造后的3#lf監(jiān)控畫面如圖9和圖10所示。

圖9 改造前加料監(jiān)控畫面

圖10 改造后加料監(jiān)控畫面

4 系統(tǒng)調(diào)試

　　在完成網(wǎng)絡(luò)改造和硬件組態(tài)以及軟件以后，我們就進(jìn)行了系統(tǒng)的冷調(diào)試、熱調(diào)試以及連鎖調(diào)試。

　　4.1 單機(jī)冷調(diào)試

　　分別在rh畫面和3#lf畫面上進(jìn)行每個(gè)按鈕的點(diǎn)擊，在兩個(gè)系統(tǒng)上進(jìn)行每一個(gè)點(diǎn)的檢查，看能否接收到信號(hào)，接收到的信號(hào)是否正確。當(dāng)所有信號(hào)正確無誤后，就進(jìn)入熱調(diào)試。所有需要的通訊點(diǎn)大約有200個(gè)。

　　4.2 單機(jī)熱調(diào)試

　　在兩套系統(tǒng)上進(jìn)行單體設(shè)備的調(diào)試，在rh上點(diǎn)擊4#皮帶機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，看實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀況是否正確，再點(diǎn)擊7#皮帶機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，看實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀況是否正確，再一一進(jìn)行振料料斗等設(shè)備的單體試車，在rh系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再在3#lf操作畫面上進(jìn)行一一調(diào)試，當(dāng)所有設(shè)備單體式車完畢正常之后，即可以進(jìn)入連鎖調(diào)試階段了。

　　4.3 連鎖調(diào)試

　　如果上來就進(jìn)行連鎖熱調(diào)試的風(fēng)險(xiǎn)比較大，為了最大限度降低風(fēng)險(xiǎn)，我們首先進(jìn)行模擬的連鎖調(diào)試。在模擬沒有問題之后我們將所有系統(tǒng)和設(shè)備上電進(jìn)行連鎖熱調(diào)試。同上面冷調(diào)試和熱調(diào)試的方法，分別從rh和lf來進(jìn)行連鎖調(diào)試。在rh畫面上點(diǎn)擊‘向rh加料’看設(shè)備的運(yùn)行狀況，設(shè)備運(yùn)行正常后，再在3#lf畫面上點(diǎn)擊‘加料’按鈕，在得到rh的允許后，看現(xiàn)場設(shè)備能否正常運(yùn)行。在兩套系統(tǒng)都正常運(yùn)行之后，連鎖調(diào)試才完成。

　　4.4 調(diào)試關(guān)鍵

　　(1) rh在運(yùn)行加料時(shí)，3#lf加料畫面無法正常顯示，是‘虛’畫面，只有當(dāng)rh加料完畢之后，才變成能夠操作的畫面。

　　(2) 只有得到了rh的允許信號(hào)以后，3#lf系統(tǒng)才能夠加料，因?yàn)閞h生產(chǎn)的鋼種是優(yōu)質(zhì)品種鋼，要以rh為主，所以為了不影響rh的正常生產(chǎn)節(jié)奏，還是將rh的優(yōu)先級(jí)設(shè)置的比3#lf的高。

　　(3) 3#lf加料完畢之后，要進(jìn)行加料完畢的確認(rèn)，否則在系統(tǒng)等待60秒后如果沒有設(shè)備運(yùn)行，則自動(dòng)轉(zhuǎn)到rh的操作中來。

　　還有其他很多保證設(shè)備以及系統(tǒng)正常運(yùn)行以及設(shè)備保護(hù)的連鎖條件，這里就不再一一贅述。

5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)自2007年2月份投入生產(chǎn)以來，一直穩(wěn)定運(yùn)行，從未因?yàn)橥ㄓ嵉墓收隙绊懙缴a(chǎn)，也從未因?yàn)閮商紫到y(tǒng)之間的設(shè)備沖突而影響生產(chǎn)，其效果是良好的，大大提高了自控系統(tǒng)運(yùn)行效率，并且在查找、排除故障時(shí)使得時(shí)間縮短，不僅節(jié)約了大量的資金，降低維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也最大限度的保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，得到了用戶的好評(píng)。