熱軋線加熱爐燃控系統(tǒng)PLC 網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化

江進(jìn)展

（福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，福建三明 365000）

0 引言

熱軋線加熱爐燃控系統(tǒng)中主要由爐體本身、蓄熱系統(tǒng)、供風(fēng)和排煙系統(tǒng)等構(gòu)成。該加熱爐在運(yùn)行中，蓄熱系統(tǒng)可以將介質(zhì)提前預(yù)熱，之后傳輸?shù)綘t內(nèi)，一方面可以提高熱效率；另一方面可以降低熱損耗，保持爐內(nèi)溫度變得更加均勻，提高加熱速率和產(chǎn)品合格率。蓄熱式燃燒作為一種燃燒形式，火焰整體上較為分散，沒(méi)有“火心”，可以有效抑制氮氧化物的生成，減少對(duì)自然環(huán)境的影響。低氧燃燒還可以降低鋼坯氧化損耗。在自動(dòng)化生產(chǎn)模式下，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)十分重要，也是保證自動(dòng)化生產(chǎn)的前提條件，因此加強(qiáng)加熱爐燃控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化研究有著重要意義。

1 功能構(gòu)成

燃燒控制系統(tǒng)大致可以分為儀表燃控系統(tǒng)、換向控制系統(tǒng)兩個(gè)方面。其中，儀表燃控系統(tǒng)是以PLC 為控制中心，通過(guò)儀表獲取燃燒數(shù)據(jù)，統(tǒng)一收集這些信息。PLC 獲取數(shù)據(jù)之后進(jìn)行信息對(duì)比，向煤氣空氣調(diào)節(jié)閥門(mén)下達(dá)開(kāi)度指令，這樣即可實(shí)現(xiàn)溫度控制。整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。儀表檢測(cè)的數(shù)據(jù)包括：①溫度，爐頂、爐側(cè)墻、排煙管道溫度；②流量，空氣總管與支管、煤氣總管與支管流量；③壓力，包括空氣、煤氣總管壓力以及爐內(nèi)、壓縮空氣、燃燒含量值、閥門(mén)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力工程。以PLC 系統(tǒng)為控制核心，根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)節(jié)燒嘴進(jìn)氣、排氣動(dòng)作，并且也可以控制快切閥門(mén)。

圖1 加熱爐燃控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 加熱爐燃控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展現(xiàn)狀與問(wèn)題

2.1 系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

儀表燃控系統(tǒng)和換向控制系統(tǒng)通過(guò)接口數(shù)據(jù)通信與CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并且與相同方式與上位機(jī)連接。MPI 作為一種通信網(wǎng)絡(luò)，也是上位機(jī)和PLC 之間的連接通道。采用電纜與接頭，將控制器中CPU 自帶MPI 接口連接，同時(shí)與上位機(jī)網(wǎng)卡編程口通過(guò)MPI 電纜連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。在設(shè)計(jì)中網(wǎng)絡(luò)通信率為20.5 kbit/s～15 Mbit/s，但實(shí)際檢測(cè)中MPI 網(wǎng)絡(luò)最高速率僅為200 kbit/s，如果強(qiáng)制提升帶寬就會(huì)包括，一個(gè)網(wǎng)段最長(zhǎng)通信距離為50 m。

2.2 存在的問(wèn)題

考慮到MPI 通信自身的局限性，單網(wǎng)段通信距離僅為50 m。而PLC 室和操作室相對(duì)較遠(yuǎn)，因此容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)閃斷、丟包問(wèn)題。很多單位在使用中增設(shè)了中繼器，但是遠(yuǎn)達(dá)不到理想效果。為了能夠降低成本，每個(gè)工控機(jī)都要配置單獨(dú)的網(wǎng)卡適配MPI，MPI 網(wǎng)絡(luò)物理連接層采用電纜和接頭，從而提高擴(kuò)展功能，但是與其他系統(tǒng)很難兼容，整體成本較高。

3 熱軋線加熱爐燃控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化整體方案

針對(duì)上述問(wèn)題，隨著21 世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以太網(wǎng)取代MPI 網(wǎng)絡(luò)的條件技術(shù)也已經(jīng)成熟。通過(guò)對(duì)硬件添加與硬件組態(tài)優(yōu)化、建立兩個(gè)控制系統(tǒng)CPU 間通信、PC 設(shè)置與WINCC畫(huà)面遷移等，即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化。相比MPI，以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下方面。

（1）組網(wǎng)成本較低，容易采購(gòu)。

（2）較強(qiáng)的擴(kuò)展性，特別是和二級(jí)燃控模型數(shù)據(jù)通信中，必須要采用以太網(wǎng)。

（3）傳輸速率高、距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)，特別是采用光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)，傳輸距離可以達(dá)到千米級(jí)別。

（4）具有較強(qiáng)的兼容性，通過(guò)以太網(wǎng)通信，可以直接將系統(tǒng)并入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，和其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信，將權(quán)限控制集成一體。

3.2 硬件添加與組態(tài)

在燃控系統(tǒng)、換向系統(tǒng)中分別加入以太網(wǎng)卡，在安裝完硬件之后，還要在STEP7 中更改硬件組態(tài)，做好編譯、下裝工作，如果CPU 沒(méi)有報(bào)錯(cuò)則表示配置沒(méi)有問(wèn)題，如果報(bào)錯(cuò)要在CPU 緩存區(qū)查看錯(cuò)誤信息，并做好處理工作。2 個(gè)CPU 要分別設(shè)置IP地址，并保持在相同網(wǎng)段中。如192.168.0.1 和192.168.0.2。在以上所有工程完畢之后，各個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)連接到交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

3.3 建立控制系統(tǒng)間通信

進(jìn)入到STEP7 軟件中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)系統(tǒng)原有的通信協(xié)議組態(tài)刪除。如果數(shù)據(jù)交換量比較小，則可以采用單邊通信協(xié)議，既可控制成本，又可減少資源損耗。單邊通信是指PLC1 創(chuàng)建新的連接，另一個(gè)PLC2 無(wú)需創(chuàng)造連接，主動(dòng)連接PLC1 即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和操作。在PLC 選擇中，要以性能更好的400 系列為主。

操作中進(jìn)入到NetPro，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，選擇燃控系統(tǒng)CPU，點(diǎn)擊Insert New Connection，并插入一個(gè)新的連接，選擇S7 連接，設(shè)置連接屬性，點(diǎn)擊單邊模式，本地CPU 為Client、伙伴CPU為Server，通過(guò)Client 訪問(wèn)Server。在設(shè)置完成之后即可實(shí)現(xiàn)單邊訪問(wèn)，需要將兩個(gè)程序中事先設(shè)定好讀取DB 模塊，并且分開(kāi)設(shè)置。該方法可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制系統(tǒng)通信功能，將MPI 通信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DB 模塊當(dāng)中，同時(shí)可以傳遞信息。

3.4 設(shè)置PC 與畫(huà)面變量遷移

由于之前的燃控系統(tǒng)內(nèi)都是采用MPI 通信，通過(guò)整改之后變成了以太網(wǎng)通信，所有對(duì)PC 機(jī)側(cè)也提出了相應(yīng)要求，需要設(shè)置更改，打開(kāi)STEP7 中SET PC 接口，將之前的MPI 通信模式改變成TCP/IP 模式，并將IP 設(shè)置為192.168.0.網(wǎng)段。在WINCC軟件中，其中連接參數(shù)變量為MPI 標(biāo)準(zhǔn)，因此進(jìn)行變量遷移。選擇軟件當(dāng)中的TCP/IP 連接，之后創(chuàng)建以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序，將本地PC 設(shè)置為服務(wù)器，即可完成新變量創(chuàng)建。對(duì)于變量小的情況，可以直接粘貼，將原有的MPI 變量復(fù)制在TCP/IP 中。但是對(duì)于大部分熱軋線加熱爐燃控系統(tǒng)，變量數(shù)都數(shù)以千計(jì)，只通過(guò)復(fù)制的方法可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。可以采用WINCC 軟件中的導(dǎo)入工具DataMonitor Client，將MPI 變量導(dǎo)出到Excel 表格中，之后再導(dǎo)入到TCP/IP 連接當(dāng)中，可以提高變量遷移的精度。變量導(dǎo)入之后，將MPI 驅(qū)動(dòng)連接刪除，重啟WINCC 程序之后，激活運(yùn)行檢查是否正常。

3.5 優(yōu)化驗(yàn)證與安全保障

在經(jīng)過(guò)以上措施之后，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的通信模式，可以操作站與交換機(jī)連接，電氣室交換機(jī)并入到工廠網(wǎng)絡(luò)，這樣即可遠(yuǎn)程調(diào)控設(shè)備，監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況。二級(jí)燃控模型服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)獲取PLC 運(yùn)行數(shù)據(jù)，并發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)調(diào)控。

完成改造后，原MPI 通信要基本保留，在以太網(wǎng)發(fā)生故障無(wú)法快速恢復(fù)時(shí)，重新投入MPI 通信，保證加熱爐的正常運(yùn)行。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，MPI 通信距離的限制也已經(jīng)消除。對(duì)于加熱爐這樣的系統(tǒng)，雙通信保障很有必要。

4 結(jié)束語(yǔ)

以太網(wǎng)為主的通信方式，可以有效提升燃控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信性能，加強(qiáng)了功能集成，原有的MPI 通信為輔，可以避免網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受損造成停產(chǎn)，減少資源浪費(fèi)，有效提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。