炼钢转炉PLC升级改造

摘要： 某炼钢厂4#转炉投运十二年来，PLC系统老化，难以适应快节奏的生产要求。本项目结合生产实际，对该转炉软件、硬件、网络系统进行了全面升级改造，大大提高了系统运行稳定性。

关键词：转炉PLC；升级改造； ControlLogix；  

1 前言

某炼钢厂100吨4#转炉2004年投产，采用的是ROCKWELL公司PLC5控制系统。运行12年来，由于PLC系统老化，故障率居高不下，人力物力投入很大，严重影响炼钢生产稳定顺行。经技术人员研究，决定对4#转炉进行全面升级换代。PLC由PLC5升级为 Controllogix5000系列产品，下位编程软件升级为 RSlogix5000 V13.03，上位编程软件升级为RSView32  V6.3和RSLinx V2.43。

2 改造前存在问题

２.1设备老化，故障率高

改造前三年，据统计，每年故障次数达20余次，故障时间约30小时。转炉每冶炼一炉钢用时50分钟。如此高的故障率严重制约着转炉稳定生产。

２.2备件停产，订货困难

PLC5和1771远程I/O模块早已停产，备件供应非常困难，价格昂贵且难以保证，这给正常生产和设备日常维护带来极大隐患。备件得不到保证，系统出现故障时不能及时更换，严重影响正常的生产节奏。

2.3系统抗干扰能力差。

PLC系统中存在着强交流电干扰信号。周围电机启停致使PLC故障时有发生。

2.4系统开放性、通用性和灵活性较差。

原PLC5的DH+网很难与其它系统相互通讯，实现数据共享。

3 改造措施

3.1改造方案

(1）PLC控制系统由PLC5升级为Controllogix5000系列PLC。 

(2）通讯网络由DH+升级为工业以太网。

(3）更换PLC控制机柜，机柜接地符合规范，避免电磁干扰。

3.2系统设计

3.2.1硬件组成

表1硬件配置表

序号 设备名称 型号 数量（块）

1 UPS电源 COMET-S31 1

2 机架13槽 1756-A13 10

3 机架4槽 1756-A4 1

4 电源模块 1756-PA75 11

5 CPU模块 1756-L62 3

6 CPU电池 1756-BA1 3

7 以太网通讯模块 1756-ENBT/A 3

8 Controlnet通讯模块 1756-CNBR/D 11

9 开关量输入模块 1756-IB16 44

10 开关量输出模块 1756-OW16I 27

11 模拟量输入模块 1756-IF16 20

12 模拟量输出模块 1756-OF8 5

13 计数模块 1756-HSC 2

14 T型分接器 1786-TPR 11

15 75Ω终端电阻 1786-XT 6

16 编码器 CE65S 2

3.2.2软件组成

操作系统：Windows XP  Professional 

应用软件：RSLogix5000编程软件、Rslinx通讯连接软件、Rsview32HMI监控画面制作软件

主机：更换为DELL商务机

PLC处理器：CPU采用1756-L62

通讯模块：1756-ENBT

网络结构：采用工业以太网环形网络结构，遵从TCP/IP协议

3.2.3网络结构设计

原炼钢转炉网络系统采用环形拓扑结构，每座转炉单独组成一个小环，4个小环和公用的上料系统、风机公用系统组成一个大环网络，在整个网络中共有27套PLC,26台上位机，数据交换频繁且实时更新。由于没有形成大环网，而是采用了总线拓扑结构，这些重大隐患，导致多次发生网络瘫痪事故。

改进措施：首先把网络中的交换机统一更换为MOXA ED6008和MOXA EDS408A，统一分配IP地址并利用软件设置，确定大环网中的主交换机，对每台交换机设置通讯协议，其中对Moxa ED6008系列的交换机，选择Turbo Ring with ED6008 series 冗余协议，，对Moxa ED408A系列的交换机，采用 IEEE802.1D冗余协议，保证网络安全。在连接环网时，首先对大环网的光纤重新打光柱效验并作标记，对大环网上的所有交换机按照port 7为进线，port 8为出线的原则，对每个端口的TX端和RX端做标记并接线，每接入一台设备，都检测数据流量，大环网连接成功后，经过软件检测，各交换机端口数据流量正常，各上位机数据显示正常。彻底消除网络隐患。

改造前、后转炉的网络图如图1、2所示。

3.3应用程序编写

3.3.1编写ControlLogix5000控制程序代码

由于PLC5 CPU和RSLogix5000 CUP处理字长、指令书写规范不同，前者是16位，而后者是32位，直接转换的程序不能直接使用，一些重要功能必须要靠技术人员人工重新编写程序代码，如I/O地址映射，控制网地址映射，通讯指令等。特别注意的是PLC5处理字长是单整型INT数据格式，ControlLogix是32位双整型DINT数据格式，在编程时要注意地址偏移量，使之符合ControlLogix5000的程序书写规范；ControlLogix5采用的DH+的通讯方式，而ControlLogix5000采用的是以太网的通讯方式，优化升级后通讯速率提高10倍以上。

图1改造前转炉网络图

图2改造后转炉网络图

3.3.2料仓称量斗加装配重

炼钢辅原料在排料过程中经常出现堆料、堵料现象，通过技术改进，在每个辅原料料仓称量斗上加装配重，通过控制程序实现连锁，判定是否出现堆料现象，并在操作画面报警提醒，避免堆料、堵料现象发生。

3.3.3开发全程吹氩模式

为了冶炼品种钢和优质钢水，开发了转炉底吹搅拌全程吹氩模式，提升了转炉冶炼品种钢和优质钢水冶炼能力。

3.4监控画面制作

3.4.1对监控画面的升级主要是新建标签数据库，与程序地址建立通讯连接

第1步：新建OPC Server，取代原Direct Drive（直接驱动）通讯，使画面响应速度更

加快捷。如图3、图4所示。

第2步：更新数据库标签格式，建立OPC通讯协议。

第3步：连接画面中标签路径，建立通讯连接。

第4步：建立数据库节点名称与PLC CPU建立数据映射。

第5步：组态RSlinx通讯连接。

图3 改造前 

图4 改造后

3.4.2实现主控操作画面一机多用

原炼钢转炉氧枪、原料主要操作上位机各一台，在实际生产过程中，由于上位机本身或网络通讯等原因，出现死机或网络中断而无法操作，技术人员到达现场时间长，故障得不到及时处理，从而影响炼钢，在这次控制系统优化升级中，实现了氧枪、原料主要操作上位机互备，做到了主操作画面一机多用。如图5所示。

图5 氧枪原料操作画面

4 实施效果

(1)故障率比改造前降低30%，故障处理时间≤1小时/月。

(2)备品备件通用性强。

(3)系统维护费用年降低60%。

(4)系统开放性、可扩展性、灵活性、稳定性显著提高，各岗位实现网络通讯，数据共享。

5 结语

丰富的现场实践经验加上Controllogix5000PLC的良好品质和通用性，减少了项目的改造时间，工程改造顺利完成。主要完成了控制系统拆旧立新，现场设备安装、配线、调试，投运等工作。从运行效果看，控制系统设备运行良好，控制性能完全满足用户要求，实现了预期目的。