酒钢碳钢薄板厂炼钢控制系统一二级分离技术改造(张进忠)

碳钢薄板厂炼钢控制系统一二级分离技术改造检修工程部自动化控制检修作业区 张进忠摘 要：碳钢薄板厂炼钢控制系统以Wonderware 公司的IAS2.0(Industrial Application Server)软件作为一种全新设计理念的通讯软件首次在冶金行业使用，由于频繁发生通讯中断，在不断改进后仍然无法杜绝的情况下，通过对一级系统改造为单机直连并将一二级控制系统分离的方式，彻底解决了通讯中断问题，取得显著的经济效益。

关键词：通讯中断；单机直连；一二级分离1 系统概述酒钢本部碳钢薄板厂有120t 转炉3座，LF 精炼炉3座，控制系统采用罗克韦尔自动化公司的ControlLogix5555产品，上位机操作画面采用Wonderware 公司的Intouch View 9.0监控软件，中间通过Wonderware 公司ISA2.0(Industrial Application Server2.0)通讯软件，实现数据集成和实时数据库的传输。

网络架构为C/S(客户端/服务器）结构，服务器为主备服务器，每台服务器上安装一个数据服务器与PLC 通讯，读取PLC 中的数据，成为整个项目中的全局数据，可以在项目中任何一台计算机上引用，互为冗余的引擎可以在主备服务器之间切换。

单套系统结构图为：图1整个系统网络拓扑图为：InTouch InTouch InTouch InTouch InTouchClient Server Architecture PLCAOS AOS图22 存在的问题酒钢是国内首家钢铁企业使用ISA2.0(Industrial Application Server2.0)作为通讯软件的单位，由于该软件投入市场时间不长，很多问题还没有暴露出来，自2005年4月份1#转炉和精炼炉投产以来，多次出现通讯中断，造成上位操作画面无法监控数据，至2006年2月份2#、3#转炉和2#、3#精炼炉投产后，通讯中断更加频繁，严重制约了生产的稳定顺行。

主要存在的问题有：计算机系统多次发生通讯中断事故，其现象为局部或全部画面数据无变化，持续时间较长，且不能自动恢复，使画面无法操作和监控，生产无法进行，而且多次导致6#连铸机和CSP断浇，给公司的效益带来了严重的损失。

投产之初通讯中断最严重的阶段，转炉系统每天通讯中断达5、6次之多，维护局面相当被动。

3 前期工作针对通讯中断一方面我们与外方专家联合会诊，外方专家也提出过一系列改造完善方案，但实施后没有明显效果。

另一方面，现场维护人员通过对该系统软硬件、环境等各方面分析，对该系统进行了优化和改造。

主要有以下几个方面：3.1 更换网络交换机，采用环网形式转炉PLC室网络机柜HMI交换机PLC交换机2# LF炉PLC室网络机柜HMI交换机PLC交换机3# LF炉PLC室网络机柜HMI交换机PLC交换机公辅操作室操作台1#LF炉PLC室网络机柜HMI交换机PLC交换机1# 转炉操作室1#转炉操作站1# LF炉操作室1#LF炉操作站1#服务器（冗余）2#服务器（冗余）3#服务器（冗余）3# 转炉操作室3# 转炉操作2# 转炉操作室2#转炉操作站公辅操作室公辅操作站1# 精炼PLC2#LF炉电磁站2# LF炉PLC3# LF炉操作室3#LF炉操作站2# LF炉操作室2#LF操作站3#LF炉电磁站3# LF炉PLC转炉电磁站1#转炉PLC2#转炉PLC3#转炉PLC公辅PLC汽化PLC红色线路为光缆，绿色为5类双绞线上下位交换机采用赫斯曼交换机代替原设计的3COM交换机，并应用冗余组网模式，取消光电收发器的使用，提高了网络运行的可靠性及稳定性。

3.2 调整扫描时间根据画面响应时间要求，合理调整扫描周期，对大部分设备的响应速度不需要太快的适当延长扫描周期，而氧枪等设备则需要快速响应，适当减少了扫描周期。

3.3 添加脚本添加引擎的自动切换脚本，实现了系统故障时的自动切换，提高系统运行的可靠性。

3.4 更换网线原来施工所使用的网线为普通双绞线和水晶头，而且在电缆槽中和其他动力电缆一起敷设，更换为屏蔽双绞线，使用屏蔽水晶头，减少干扰，保证了通讯质量。

3.5 服务器直连在主从服务器之间安装直连网卡，作为冗余信息通道，实时监测主从服务器之间的心跳，当主服务器出现故障时将引擎快速切换到从服务器，反之亦然。

3.6 更改子网掩码将Galaxy中所有服务器和操作站的子网掩码由原来设置的255.255.0.0调整为255.255.248.0，减少了IP寻址空间，减轻了网络负担。

3.7 添加HOST文件在Galaxy 中所有Platform的系统文件中添加HOST文件，同时在APPServer中把所有计算机的IP地址改为计算机名称，减少网络寻址时间。

3.8 简化脚本更改部分模块的不合理设置，删除一些繁琐判断，简化各对象脚本程序；对CIP中编辑的大量模拟量脚本进行清理，在下位程序中重新定义这些点；减少了系统扫描时间和减轻了系统扫描负担。

3.9 合并数据源删除工程遗留的重复数据源，将多个数据源合并为一个。

工程建设时多人参与，形成了多个CIP，对这些项目进行整合；统一各Platform工作组，几次的施工形成了多个工作组，对此进行统一，减少重复扫描和读写，提高通讯质量。

3.10 变量清理清理系统中存在的大量无用信息和变量点。

清除的无用变量就有1000多点，消除了无用变量不断进行数据读写对系统造成的堵塞，减少数据读写的数据量，提高通讯质量。

3.11 网络时钟自动同步所有节点计算机均以1#转炉主服务器为基准，自动进行时钟同步。

3.12 定期维护定期清理服务器垃圾文件、日志信息、对服务器进行检查、清灰，保持良好的设备及系统运行环境。

定期重启服务器、定期对整个系统重新部署、网络交换机重启，使设备定期初始化，提高系统运行的稳定性。

所有上述改造措施的实施，都是通过对APPServer系统不断研究和探索，并与原系统设计单位和Wonderware厂家技术人员交流沟通后制定并实施的，实施后使计算机系统的稳定性有了很大的提高。

通过对维护记录分析比较，通讯中断故障由改造前每周发生4次下降至一两个月发生一次通讯中断故障几率相比，月故障率降低90%以上。

但是由于系统网络架构和APPServer通讯软件存在缺陷，通讯中断问题仍然无法杜绝。

由于始终没有有效的措施可以杜绝现用APPServer系统的通讯故障，我们提出将转炉、精炼控制系统一级自动化通讯改为单机直连方式并将一、二级系统彻底分离的改造方案，通过和工序相关技术人员探讨沟通，认为该方案可行并着手组织实施。

4 项目实施目的、必要性4.1 项目实施的目的碳钢薄板厂转炉、精炼炉控制系统通讯中断是多年来困扰我公司计算机维护的技术难题，由于在原架构内不断进行的优化改造等各种尝试，都没有取得预期的效果，因此，为了从根本上解决通讯中断问题，使用新的直连网络模式，将一级系统彻底从原架构中分离出来，提高通讯质量，为生产稳定顺行提高可靠保证。

4.1 意义和必要性控制系统分离改造之前，通讯中断时常发生，其现象为局部或全部画面数据无变化，且不能自动恢复，使画面无法操作和监控，生产无法进行，并且生产节奏紧张，处理过程时间较长，很容易导致6#连铸机和CSP断浇，给公司的效益带来了严重的损失，因此，项目实施的必要性不言而喻。

项目实施后，每台计算机通过I/O Server通讯从PLC中直接读取数据，各个操作站相互独立，通讯简单一旦单台操作站出现故障操作工用另一台计算机进行操作，一会影响系统的正常运行。

减少故障的次数，同时对系统维护也带来了便利。

5 技术原理及方案5.1 技术原理原通讯原理为：每个点通过对象脚本判断和匹配才能正确找到源数据的实际路径，如下图所示，HMI如果想取到PLC系统中的某点，要通过对象脚本寻找源数据。

图3该源数据又是通过APPServer中配置在CIP引擎下的以太网连接到以太网模块所在的背板上并检测到背板上的设备以指定到唯一处理器，访问处理器中的变量。

改造后的通讯原理为：数据通过在安装有Intouch画面的操作站中安装I/O Server通讯软件，配置在Intouch 识别的访问名，并将其指向唯一的处理器，则可直接读取处理器数据。

5.2 技术方案根据酒钢碳钢薄板厂生产现状，首先在对画面进行离线改造后，在转炉、精炼各增加一台单机直连操作站试运行，在生产中不断完善后，将所有的操作站更换为单机直连通讯模式，废除一级服务器系统，并在APPServer环境中将一、二级分离，废除APPServer中的一级通讯对象、引擎以及用于APPServer系统的服务器平台和所有一级信息，由此，原APPServer 通讯和C/S网络架构模式只使用于二级系统。

5.3 实施内容5.3.1 对监控画面重新编程挂点、准备相关备件和原材料。

监控画面挂点方式为：将原画面中Galaxy系统通过对象取数方式改为由Opclink直接读取PLC数据方式。

整个转炉（3座，包括公用和汽化）和精炼炉（3座）系统监控画面编程点数12000多个，因为取数方式的变化，访问名随之变化，所有标记名必须在画面中重新定义。

Galaxy数据读取方式为（以画面中的一个点为例）：在Intouch画面中建立一个Galaxy 系统中的全局数据表达式，如图：图4该表达式中RBOFLanceInWaterTrunkTT即为APPServer中的对象名，对象是建立在一个运行平台中的APPEngine所包含的某一区域当中，该对象中包含的.PV变量即为从PLC读取到DASERVER中的一个点。

如图所示：由模板派生出的对象RBOFLanceInWaterTrunkTT所继承来的变量PV所映射的源数据。

图5由Opclink直接读取PLC挂点方式为：通过建立在Opclink中的Topic名，上用于Intouch画面的访问名，下指向PLC系统处理器，起到承上启下的作用。

其实现方法为：在Opclink中建立一个Topic.图6该名称与Intouch中的访问名必须一致，在Intouch中标记名字典中定义的项目名即是下位程序中的变量名。

图7在Rslinx中指定访问名与处理器的对应关系，操作站上运行Intouch画面和Opclink,数据即可从PLC读取至Intouch画面，取数方便快捷。

图85.3.2 敷设下位交换机至转炉操作室的通讯光缆，安装交换机。

5.3.3 3座转炉3座精炼各增加一台单机直连操作站，生产中操作使用，对发现的问题进行完善。

画面挂点不仅要从画面—APPServer--下位程序中一一对应修改，更需要与APPServer 脚本相对照并做出判断，在脱离APPServer系统后单机实现与原来相同的操作功能，一部分在APPServer脚本里实现的运算和赋值功能，需要在Intouch中增加脚本或在程序中编程运算逻辑，比如：原APPServer脚本里对一个操作按钮存在扫描周期内复位的信号，如图：图9在Intouch画面修改时，必须将按钮信号动作脚本在原基础上新加复位脚本或在下位程序中增加置位复位逻辑程序。