3#高爐爐頂、礦槽PLC系統升級改造實施

伏冠軍

【摘 要】在近幾年內，由于自控系統設計缺陷和設備老化故障原因影響，酒鋼煉鐵廠450高爐發生多起設備故障，對生產造成一定影響。為保證系統穩定可靠的運行，并保證系統軟、硬件的先進性和備件向后的兼容性，利用3#高爐大修機會，對3#高爐爐頂、礦槽計算機的控制系統進行升級性的改造，確保自控系統穩定順行。

【關鍵詞】Quantum系列PLC；遠程I/O網；爐頂礦槽；熱備冗余；升級

0 概述

煉鐵廠3#高爐自2004年3月投產至今，控制系統已連續運行12年，在近幾年內，控制系統設備陸續發生多起設備故障（PLC模塊、UPS電源、24V穩壓電源等），造成高爐減風事故，部分模塊性能不穩定且備件面臨停產，例如總線模塊140CRP81100、處理器140CPU53414已下線停產，這對后續高爐的穩定和可持續生產造成極大的隱患。為保證系統穩定可靠的運行，并保證系統軟、硬件的先進性和備件向后的兼容性，在3#高爐大修中，對3#高爐爐頂、礦槽計算機的控制系統進行升級性的改造。

1 系統原始設計介紹

爐頂礦槽控制系統采用的是施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列PLC控制系統，單處理器模式，處理器采用140CPU53414A；遠程I/O適配器采用單通道的140CRP93100、140CRA93100模板；現場總線模塊采用140CRP81100。I/O模塊主要有：開關量輸入140DDI35300、開關量輸出140DDO35300、模擬量輸入140ACI03000、模擬量輸出140ACO02000、模擬量輸出140AVO02000、熱電阻模塊140ARI03010、熱電偶模塊140ATI03000、高速計數140EHC20200。總線模塊主要采用圖爾克的BL20系列、PDP系列和FLDP系列產品以及圖爾克老一代和新型電機啟動器模塊。

2 存在的問題

首先，由于設備故障原因，投產至今，控制系統已連續工作12年，部分模塊已接近使用年限，在近兩年內，控制系統設備陸續發生多起設備故障（PLC模塊、UPS電源、24V穩壓電源等），造成高爐減風事故，同時部分模塊性能不穩定且備件面臨停產，例如總線模塊CRP81100已下線停產，處理器CPU53414瀕臨下線，以后高爐的穩定和可持續生產造成極大的隱患。

其次，高爐是一個生產連續，無停機間歇的生產現場，按照慣例，對于一些重要的生產工序，如爐頂礦槽控制系統都應該是雙機系統，滿足熱備冗余功能。但3#高爐系統在當初設計時，控制系統都設計為單處理器控制系統，沒有熱備冗余功能，所以每當主機架上處理器模塊、通訊模塊、電源模塊等設備發生故障時，將導致控制系統無法工作，造成高爐減風事故。

以上這些問題，都嚴重影響和制約著高爐的正常生產，為保證系統穩定可靠的運行，并保證系統軟、硬件的先進性和備件向后的兼容性，利用3#高爐大修機會，對3#高爐爐頂礦槽自動控制系統實施升級改造，實現處理器和總線通訊模塊熱備冗余，以及遠程I/O網的雙纜冗余。

3 項目實施

3.1 實施前準備

首先在原有QUANTUM硬件系統中，確保主機架和熱備機架上處理器模塊固件版本一致；如果硬件版本不一致，利用Unity Pro軟件中插件，上載各硬件版本信息，將兩個模塊硬件版本刷成一致。

硬件版本一致后，配置主機架和熱備機架上模塊，同時配置一個I/O遠程站和一個DP分站。硬件配置完成后，關閉熱備機架電源，利用以太網向主站處理器中下載配置和程序，程序下載后，觀察各模塊工作狀態，如無異常后，熱備機架電源送電，在熱備機架處理器上將主機架上處理器程序傳輸到熱備處理器中。然后停主機架電源，測試系統自動冗余切換功能。

原總線通訊模塊140CRP81100已停產，為了以后維護工作更好開展，總線通訊模塊采用新模塊PTQ-PDPMV1，使用PTQ-PDPMV1通訊模塊后，導致總線配置軟件和總線地址方式都與以往不同，使用新的總線配置軟件ProSoft Configuration Builder進行總線配置。程序中總線地址變更方法：為方便進行地址替換，首先將原程序中總線地址整理打印出來以便查看，然后在地址配置表中，選取一段未用地址，作為總線新地址。

由于PTQ-PDPMV1通訊模塊無法在concept軟件中實現雙機功能，導致使用的下位編程組態軟件發生變化，原軟件為concept2.6升級為Unity Pro XL11.0。

3.2 實施過程及步驟

1）由于機架型號變化，導致原PLC內位置空間不足，導致需要對柜內線槽進行更換，以節省空間，安裝16槽機架。因為原PLC柜寬度730 mm，兩側的電纜線槽寬度為50 mm，除去兩側線槽寬度，中間剩余寬度為630 mm，施耐德16槽機架長度為670 mm，無法安裝16槽機架。須將兩側電纜線槽改為寬度為25 mm線槽，這樣PLC柜中間剩余寬度為680mm，可以安裝16槽機架。

2）將PLC11柜內的兩個10槽機架拆除，在原位置安裝2個6槽機架和1個16槽機架（原10槽主機架的位置安裝2個6槽機架，2#站10槽機架位置安裝1個16槽機架），并安裝所需模塊。將主機架上的5#-10#槽I/O模塊移至16槽機架上，對模塊進行重新配線。

3）敷設同軸電纜，安裝模塊、同軸電纜分支器、分離器，接線、上電，各模塊狀態顯示正常。程序下載、打點、調試，系統功能測試。

3.3 實施過程存在的技術難點及解決方案

在4#高爐大修時，由于受改造費用和其他一些客觀原因影響，導致對改造的系統和改造程度不明確，導致改造備件計劃清單多次發生修改，最終意見協調統一后，工期已過去大半，加上備件采購時間，所以留給系統升級改造的時間非常緊張，在此情況下，首先在值班室搭建簡易硬件平臺，進行系統的簡單調試，同時對因下位軟件變更，在下位程序中對組態重新配置，利用ProSoft Configuration Builder軟件，重新配置總線系統文件，配置后導入到爐頂礦槽下位程序中（離線完成），并對程序中原總線地址進行編程及地址修改（約1000個地址需要提前在程序中進行替代更換）。同時對下位程序修舊版本導入導出時，產生的程序錯誤和報警進行修改（約600處錯誤需手動一一修改）。

備件到貨后，組織人員進行礦槽熱備冗余系統功能調試，在調試過程中，由于軟件和硬件都為新產品，第一次使用，與原有軟件和硬件上差別較大，在使用過程出現許多未曾遇到的問題，甚至有些問題連廠家技術人員也未處理過，自控人員集思廣益，經過各種實驗和測試，對出現的問題一一進行解決。通過解決這些問題，積累了大量的經驗，同時也對軟件和硬件有了更進一步的了解。為今后維護工作打下堅實的基礎。

4 結束語

通過自控系統升級后，系統由過去的單機架處理器工作方式，改為雙機架處理器冗余工作方式，系統實現了熱備冗余功能；遠程I/O由單纜通訊改為雙纜冗余通訊；提高了系統的穩定性，確保高爐控制系統運行穩定。

[責任編輯：田吉捷]