馬鋼（合肥）板材公司1#連退機組圓盤剪由西馬克公司設(shè)計制造，2015年投入使用。其控制系統(tǒng)采用一臺西門子SIMATIC IPC 477D作為控制核心，其上集成了虛擬PLC和HMI功能，并通過自帶的MPI/DP端口以Profibus-DP總線通訊方式連接遠程ET200S從站、傳動裝置和編碼器等現(xiàn)場電氣設(shè)備，圓盤剪本體與主線的數(shù)據(jù)通訊也是以Profibus-DP總線方式通過1塊DP/DP Coupler模塊實現(xiàn)。出于設(shè)備和人員安全考慮，原廠商在現(xiàn)場設(shè)備上配置了必要的安全檢測元器件，因此PLC控制系統(tǒng)使用了西門子分布式故障安全系統(tǒng)，包括ET200S 故障安全信號模塊以及S7 Distributed Safety系統(tǒng)軟件，控制網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

1.   圓盤剪控制系統(tǒng)的改造

圓盤剪控制系統(tǒng)自投產(chǎn)以來，在運行過程中IPC 477D多次出現(xiàn)死機現(xiàn)象，雖然通過重啟IPC 477D控制器可以恢復(fù)到正常狀態(tài)，但死機期間圓盤剪PLC控制器無法運行，嚴重影響機組正常運行。據(jù)統(tǒng)計2019年全年死機次數(shù)達8次，造成產(chǎn)線二次切邊量達1126.8 t，單次恢復(fù)最長時間3 h，退火爐生產(chǎn)降速嚴重影響整個生產(chǎn)線連續(xù)運行及成本控制，同時增加了突然死機時人工介入圓盤剪操作而存在的安全隱患。

針對以上問題，先后對電源系統(tǒng)、通信模塊以及散熱系統(tǒng)進行了處理和改造，但均未能解決IPC 477D控制器死機問題，因此需要對控制系統(tǒng)進行改造優(yōu)化，徹底解決圓盤剪PLC控制系統(tǒng)死機問題，提升機組運行穩(wěn)定性。

1.1   改造方案制定

本次改造將增加一套實體PLC控制器取代原IPC控制器中的軟PLC功能，外部其他控制裝置都不改變，原有的IPC 477D控制面板僅作為現(xiàn)場操控終端使用，即使偶爾出現(xiàn)死機情況，在重啟恢復(fù)期間也不會影響到圓盤剪PLC控制系統(tǒng)的正常運行，也就不會對主線正常運行造成影響。

另外，目前圓盤剪不具備遠程操控功能，為了滿足后續(xù)智慧制造實施項目中對機組上所有子系統(tǒng)進行遠程集控的需求，將對原有圓盤剪和主線的數(shù)據(jù)通訊功能進行適應(yīng)性改造，增加圓盤剪遠程操控數(shù)據(jù)項；同時需要對主線PLC控制系統(tǒng)和HMI操控終端系統(tǒng)進行適應(yīng)性改造，將圓盤剪主要操控功能集成到主線HMI操控終端中，在主線的HMI畫面中增加圓盤剪的遠程操作和參數(shù)設(shè)定畫面。改造主要內(nèi)容為：

（1）圓盤剪現(xiàn)場新增一個控制柜，本次改造所有新增控制設(shè)備都安裝集成到該控制柜；

（2）新增1套西門子PLC控制器(機架、CPU416F、電源模塊、CP443網(wǎng)卡模塊)替換原有的軟PLC功能，其他原系統(tǒng)中的遠程從站、傳動裝置、與主線通訊裝置等設(shè)備不改變，通訊方式仍使用Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊方式；

（3）原IPC 477D控制器僅作為現(xiàn)場HMI操控終端使用，與新增圓盤剪PLC控制器通過Profibus-DP方式連接；

（4）新增1塊DP/DP Coupler通訊模塊，擴充圓盤剪與主線的數(shù)據(jù)通訊量；

（5）將現(xiàn)有圓盤剪PLC控制程序移植到新PLC控制系統(tǒng)中，進行相關(guān)適應(yīng)性功能改造，保證圓盤剪設(shè)備當前所有功能可以正常使用，并增加遠程操控功能；

（6）對原IPC 477D中HMI通訊接口進行適應(yīng)性功能改造，保證圓盤剪現(xiàn)場操控功能不受影響，原現(xiàn)場操控畫面基本不變；

（7）對主線HMI操控終端軟件進行適應(yīng)性功能改造，增加圓盤剪主要遠程操控功能。

由于圓盤剪控制系統(tǒng)中使用了安全設(shè)備和模塊，因此新增PLC控制系統(tǒng)采用性能強大的CPU 416F-2控制器，改造原理如圖2所示。

1.2   改造實施

1.2.1   硬件改造清單

本次改造需新增的硬件清單見表1。

為節(jié)省改造項目成本，本次改造的元器件由淘汰設(shè)備上拆下再利用，并利用一臺空控制箱自行裝配成圓盤剪新控制箱如圖3所示，新DP網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示。

1.2.2   網(wǎng)絡(luò)通訊及HMI改造

（1）新增CP443網(wǎng)卡，將原有IPC 477D控制器、新增工程師站以及新增PLC硬件系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)通訊，并與主線PLC設(shè)置在同一網(wǎng)段，其目的是新增工程師站、新增PLC與主線TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可通過L1交換機互相訪問，方便軟件工程師高效完成圓盤剪HMI集成到主線WINCC的軟件編輯和調(diào)試工作。

（2） 在保持圓盤剪PLC與主線PLC通過DP-coupler通訊的前提下，新增兩個DP-coupler并入網(wǎng)絡(luò)為后期增加控制點及IBA抓取信號點進行硬件準備。

（3）HMI畫面：保持IPC 477D控制器原有HMI畫面，在工程師站及主線WINCC項目內(nèi)重新編輯新的圓盤剪HMI畫面，重新連接變量，并將子畫面內(nèi)容簡化，實現(xiàn)獨立訪問新增PLC。通過控制軟件優(yōu)化，確保主線HMI上的圓盤剪操作畫面與現(xiàn)場IPC477D控制器上HMI畫面不會沖突干擾。而且當IPC477D控制器死機重啟時，不會影響工程師站及主線集成的HMI運行狀態(tài)，保證改造后的圓盤剪控制系統(tǒng)高效可靠運行。

2.   改造過程中的難題及解決方案

（1）改造最初利用profibus-DP通訊方式建立原有IPC 477D控制器和新增PLC間的通訊，在完成軟硬件配置后，IPC 477D控制器無法訪問新增PLC。本次系統(tǒng)改造調(diào)試期間在新PLC背板上新增CP443網(wǎng)卡，改為利用TCP/IP通訊模式建立起IPC 477D控制器與新增硬件PLC間的通訊，完成配置后，實現(xiàn)了原有IPC 477D控制器和新PLC間通訊。

（2）因圓盤剪控制系統(tǒng)獨立于主線控制系統(tǒng)，圓盤剪使用的系統(tǒng)軟件為WINCC7.2版本，主線為WINCC7.0版本。集成到主線HMI時兩WINCC版本不同，無法整體移植。本改造系統(tǒng)中從圓盤剪項目導(dǎo)出的變量及HMI畫面無法直接導(dǎo)入主線WINCC項目使用。整體網(wǎng)絡(luò)通訊正常后，在主線工程師站內(nèi)重新制作新的圓盤剪畫面，按照原有的圓盤剪畫面變量一一配置。

（3）主線分為5段PLC系統(tǒng)，是通過PCS7做的項目集成且WINCC項目為雙服務(wù)器冗余系統(tǒng)。本改造系統(tǒng)中通過EXCEL重新編輯圓盤剪變量，與WINCC7.0格式一致后導(dǎo)入主線PCS集成項目里，HMI畫面重新編輯組件、變量連接并逐個下裝到兩臺畫面服務(wù)器內(nèi)。

3.   結(jié)束語

連退機組圓盤剪控制系統(tǒng)改造已投入使用，解決了畫面、PLC控制程序無法遠程操控以及IPC 477D控制器重啟虛擬PLC控制系統(tǒng)同步重啟后數(shù)據(jù)丟失等問題，節(jié)省了人工標定恢復(fù)數(shù)據(jù)的時間，實現(xiàn)了融為一體而又互不干擾的狀態(tài)，提高了連退機組運行的穩(wěn)定性和生產(chǎn)的高效性。

參考文獻

[1]王宏文, 袁麗肖, 王健. S7-400PLC與過程計算機的通信研究. 冶金自動化, 2007(s1):213

[2]郭健名, 劉璇, 漆雕. 圓盤剪自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用. 工業(yè)儀表與自動化裝置, 2013(4):98doi: 10.3969/j.issn.1000-0682.2013.04.032

文章來源——金屬世界