連鑄機(jī)結(jié)晶器控制系統(tǒng)和二級(jí)計(jì)算機(jī)OPC通訊的改造

趙蕊，王建民

（華北理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063009）

連鑄機(jī)結(jié)晶器控制系統(tǒng)和二級(jí)計(jì)算機(jī)OPC通訊的改造

趙蕊，王建民

（華北理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063009）

連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)，結(jié)晶器液面控制和結(jié)晶器調(diào)寬的控制系統(tǒng)使用的是西門子C7控制面板，結(jié)構(gòu)上采用主從站形式聯(lián)網(wǎng)。由于備件停產(chǎn)及性能低下的原因需要升級(jí)改造，同時(shí)對(duì)PLC的HMI進(jìn)行了改造。本文總結(jié)了設(shè)備升級(jí)改造過(guò)程中涉及到的難點(diǎn)問(wèn)題，并針對(duì)工廠的實(shí)際情況進(jìn)行了控制系統(tǒng)的調(diào)整，取得了明顯效果。

連鑄機(jī)；PLC通訊；二級(jí)OPC；改造

某煉鋼廠于2004年從奧鋼聯(lián)引進(jìn)兩條135mm板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線。其中結(jié)晶器控制部分分為結(jié)晶器調(diào)寬控制、結(jié)晶器液面控制和結(jié)晶器振動(dòng)控制三部分，采用了400系列PLC附帶profibus子站的模式。隨著技術(shù)的進(jìn)步，線上設(shè)備的備件也由于產(chǎn)品的更新?lián)Q代處于無(wú)件可換的地步，特別是結(jié)晶器控制系統(tǒng)使用的C7控制面板的性能低下，在線監(jiān)控時(shí)刷新緩慢，用于畫面監(jiān)控的CC-Explorer瀏覽器基于ASP.net架構(gòu)，采用高級(jí)編程語(yǔ)言編寫，用戶無(wú)法查看具體代碼，給維護(hù)和故障診斷帶來(lái)麻煩。加之使用的第三方OPC軟件授權(quán)費(fèi)用昂貴，因此，必要的設(shè)備改造和控制方案的改進(jìn)提到日程上來(lái)。

改造涉及PLC控制器的更新及重新組態(tài)；各種通訊接口的重新調(diào)試，移植原HMI，采用通用wincc重新組態(tài)。

1 改造前系統(tǒng)構(gòu)成

原系統(tǒng)每條連鑄機(jī)生產(chǎn)線的結(jié)晶器控制系統(tǒng)有一套結(jié)晶器調(diào)寬裝置、一套結(jié)晶器液壓振動(dòng)系統(tǒng)和兩套結(jié)晶器液面控制裝置。PLC控制系統(tǒng)采用主從站結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器調(diào)寬使用西門子400系列PLC，處理器為CPU 414-3 DP，結(jié)晶器振動(dòng)和結(jié)晶器液面控制的控制器采用西門子C7控制面板，處理器為C7 CPU 634-DP。調(diào)寬PLC作為Profibus主站，與鏈接到主站的一臺(tái)振動(dòng)和兩臺(tái)液面控制PLC從站通過(guò)Profibus總線進(jìn)行通訊。

結(jié)晶器調(diào)寬PLC通過(guò)以太網(wǎng)接口和二級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。CC-Explorer為奧鋼聯(lián)開發(fā)的HMI操作軟件，使用OPC接口與PLC通訊。改造之前系統(tǒng)的硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

改造前，由于原系統(tǒng)中只有調(diào)寬PLC有以太網(wǎng)接口，并且二級(jí)服務(wù)器上安裝的OPC軟件是通過(guò)以太網(wǎng)接口訪問(wèn)PLC的數(shù)據(jù)，這樣，液面控制PLC和結(jié)晶器振動(dòng)PLC的數(shù)據(jù)只有先發(fā)送到調(diào)寬PLC上才能被二級(jí)服務(wù)器和主PLC讀寫，數(shù)據(jù)交換的路徑繁瑣。二級(jí)服務(wù)器需要經(jīng)過(guò)CC-Explorer服務(wù)器、調(diào)寬PLC及其與子站的網(wǎng)絡(luò)才能訪問(wèn)到子站的數(shù)據(jù)，由于各種原因出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響二級(jí)系統(tǒng)與子站PLC的通訊。這種故障在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中也多次出現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)改造前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 改造后系統(tǒng)構(gòu)成

經(jīng)過(guò)設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，我們把液面和振動(dòng)的C7控制面板換成通用的Siemens S7-IM151-8 CPU 帶有以太網(wǎng)接口，并用TP700觸摸屏替換現(xiàn)場(chǎng)觸摸面板的操作功能。這種方案解決了備件短缺問(wèn)題，后續(xù)供貨和升級(jí)比較方便，優(yōu)化了系統(tǒng)，提高了設(shè)備響應(yīng)率。PLC更改為通過(guò)以太網(wǎng)卡連接到車間的工業(yè)以太網(wǎng)上后，這樣二級(jí)服務(wù)器可以直接和PLC通訊。二級(jí)系統(tǒng)直接與CPU通訊，提高了報(bào)文的準(zhǔn)確率以及相應(yīng)時(shí)間，避免了由通訊故障產(chǎn)生的隱患。

HMI采用wincc工業(yè)軟件，它是通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)，內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài)，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡(jiǎn)便，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。

改造后系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

硬件系統(tǒng)改造后，相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的通訊也必須做出相應(yīng)的改變。振動(dòng)PLC，液面PLC以前是通過(guò)Profibus協(xié)議與調(diào)寬PLC通訊交換數(shù)據(jù)的，同時(shí)與二級(jí)或者主PLC的通訊也是通過(guò)調(diào)寬PLC中轉(zhuǎn)來(lái)完成的，現(xiàn)在可以直接通過(guò)以太網(wǎng)接口與調(diào)寬PLC和上級(jí)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。

由于原二級(jí)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)與PLC通訊的OPC軟件授權(quán)費(fèi)用高，每安裝一臺(tái)二級(jí)服務(wù)器需要付出一筆授權(quán)費(fèi)，并且相應(yīng)版本現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法購(gòu)買，這使系統(tǒng)的維護(hù)和備件的整備成本提高，不利于生產(chǎn)廠的降本增效。我們經(jīng)過(guò)改造，自己編寫了與一級(jí)PLC的通訊程序來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

我們?cè)诙?jí)服務(wù)器上安裝KEPopcserver作為服務(wù)器端，通過(guò)C#編寫客戶端通過(guò)自定義接口異步讀寫OPC服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)二級(jí)服務(wù)器與一級(jí)PLC的通訊。編程的大體思路為使用自定義COM接口，自定義接口是一組COM接口。許多OPC服務(wù)器，包括OPC.SimaticNet，都是在COM平臺(tái)開發(fā)的。

需要注意的是，在用CreateInstance創(chuàng)建一個(gè)OPCSerer的實(shí)例，添加IOPCDataCallback接口后如果出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)，主要原因是IOPCDataCallback有4個(gè)純虛函數(shù)必須實(shí)現(xiàn)。這四個(gè)虛函數(shù)為：

IOPCDataCallback的虛函數(shù)之一：OnReadComplete

IOPCDataCallback的虛函數(shù)之二：OnCancelComplete

IOPCDataCallback的虛函數(shù)之三：OnDataChange

IOPCDataCallback的虛函數(shù)之四：OnWriteComplete

然后利用IOPCAsyncIO2Obj.Write寫入數(shù)據(jù)，利用IOPCAsyncIO2Obj.Read異步讀取數(shù)據(jù)。

最終的程序界面以讀取調(diào)寬PLC中的數(shù)據(jù)為例，如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)改造后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3 二級(jí)與調(diào)寬PLC的OPC通訊程序界面

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)硬件配置進(jìn)行了升級(jí)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。在線及修改PLC程序時(shí)的卡頓現(xiàn)象有了根本性的好轉(zhuǎn)。在結(jié)構(gòu)上，每個(gè)控制單元都配有單獨(dú)的以太網(wǎng)卡，鏈接到工業(yè)以太網(wǎng)上，這樣做的好處是車間的主PLC和二級(jí)控制系統(tǒng)都可以直接讀取其中的數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)架構(gòu)比較直觀易懂。同時(shí)，通過(guò)自己編寫OPC軟件也省卻了Matrikon OPC商業(yè)軟件的授權(quán)費(fèi)用。本次改造成功實(shí)施，雖難以計(jì)算直接經(jīng)濟(jì)效益，但有助于使我廠連鑄機(jī)自動(dòng)化設(shè)備水平的提高，徹底解決了三電系統(tǒng)的硬件老化、備品備件無(wú)法解決并隨時(shí)可能嚴(yán)重影響生產(chǎn)的隱患，保證了煉鋼廠生產(chǎn)的正常順行。

[1]章建雄，朱杰，周建平.寶鋼1#連鑄機(jī)及KIP/CAS三電系統(tǒng)改造[J].冶金自動(dòng)化，2009(1).

[2]聶崇瑞.武鋼—煉鋼新建3＃連鑄機(jī)主要工藝技術(shù)特點(diǎn)[C].//中國(guó)金屬學(xué)會(huì)2008年連鑄設(shè)備技術(shù)交流會(huì)論文集，2008:40～44.

[3]張志勇，聶忠慶，郭松，等.3250MM寬板坯連鑄機(jī)一級(jí)自動(dòng)化控制技術(shù)及改造[J].科技風(fēng),2010,(1):181,187.

[4]曾智，劉原，韓占光，等.OPC技術(shù)在連鑄二級(jí)控制系統(tǒng)通信中的應(yīng)用[C].//中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2010年會(huì)暨全國(guó)第十五屆自動(dòng)化應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2010:77～81.

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1671-0711（2016）12（下）-0053-02