首钢水钢综合料场PLC控制系统改造

首钢水钢综合料场PLC控制系统改造
吕智波
（首钢水钢炼铁厂贵州六盘水 553028）
摘要：本文通过对首钢水钢炼铁厂综合原料场增设1套火车卸车系
统的PLC控制系统进行局部改造，成功将原料场1#电气室及其PLC的
I/O站进行迁移，为整个工程的实施创造了条件，同时也为此类改造
项目提供一种技术支持。

关键词：控制系统迁移改造
1概述
首钢水钢炼铁厂综合原料场改造一期工程于2005年4月开始逐步投运，一期改造工程完成后，具有4个一次料条A、B、C、D和1个混匀料条。

大宗原燃料入场通过1套火车翻车机系统和1套人工卸料火车系统组成，但由于物料水分、粒度等原因经常造成堵料，使得人工卸料火车系统基本不能发挥正常作用，从而使火车翻车机系统工作负荷剧增，按照目前280万吨铁的产量来计算，每天需卸矿石量近15200吨，翻车机每天需卸车近260个，按照每4分钟卸一节车计算，翻车机作业率通常要达到70%以上，除去系统变料、倒槽、配车等时间，翻车机系统基本上满负荷运行，若遇突发事故或计划检修，人工卸料火车系统难以满足正常卸车需要，需对外部车流进行平衡，一方面加大了生产组织的难度，另一方面设备维护不能计划实施，设备隐患不能及时消除，严重制约生产。

因此，公司考虑增加1套翻车机卸车系统。

由于首钢水钢综合原料场总图布置有限，给设计及施工带来了极大的难度，总图布置的1#电气室的迁移就是难点之一。

综合原料场共有3个低压电气室，采用AB公司的ControlLogix系统，1#电气室正处于3个电气室的网络连接中间节点，稍有不慎，便会影响整个料场的生产，不但影响卸车，同时还影响烧结和炼铁生产，施工难度极大。

2改造方案选取
综合原料场区域供电包括1个6KV配电室和3个低压电气室，相对位置如下图所示：
由于1#电气室所处位置在新建翻车机总图内，工程实施必须拆除1#电气室，意味着必须对1#电气室进行迁移。

综合料场控制系统采用的是罗克韦尔公司的Controllogix 5000产品，CPU 型号为L55M24，共有16个本地/远程机架，3#电气室有6个机架，1#电气室有6个机架，2#电气室有4个机架。

网络连接形式为冗余Controlnet 网，CPU 装设在3#电气室，网络路径由A →B →C ，各节点I/O 情况如下表：
根据生产系统分析，1#电气室内主要影响生产设备可分为下列系统：
1）F 系统：F105、F106皮带机，烧结混匀矿上料系统。

2）A1系统：A102、A103、A104皮带机，翻车机卸车系统。

3）A2系统：A202、A203、A204皮带机，块矿上料系统。

4）E 系统：E104皮带机，混匀矿堆料系统。

5）其他系统设备（不影响生产）。

C
电气室相对位置图
要确保工程的实施，又要保证生产运行，结合现场情况，制定了3个方案：方案一：采用整体搬迁方式。

将新建1#电气室内设备全部调试完毕，新增PLC远程站模拟调试完成，现场设备电缆、光缆重新敷设完毕，并把能够提前接引的线缆连接完毕，待停产后，现场接线及网络搭接同时进行。

该方案的优点是施工方便，无须施工措施，PLC控制程序不变，不需重新编程，节省编程费用；缺点是由于所需迁移设备多，一次性停产时间长，对生产影响重大，且接点要求技术高，施工力量组织相对困难。

方案二：采用局部流程迁移放时进行搬迁。

将新建1#电气室内设备全部调试完毕，将新增PLC主站调试完成，分系统流程逐个系统进行迁移。

迁移完毕后，在申请时间停机进行并网及程序移植。

该方案有点在于，施工方便，无须施工措施，所需时间相对较少，对生产影响较小。

缺点是需编制1#电气室内的设备运行程序，且与其他电气室内的设备的连锁信号不易解决，需采用硬点进行连接。

方案三：采用分系统流程分时进行搬迁的方式。

将新建1#电气室内设备全部调试完毕，现场设备电缆、光缆重新敷设完毕，并把能够提前接引的线缆连接完毕，新增PLC远程站模拟调试完成，先申请一次停机时间，将新增PLC远程站网络挂接在系统网络上，然后逐系统进行分时进行接点，待完全转移完毕后，再申请时间进行网络分割，取消控制节点B。

该方案的优点是施工方便，无须施工措施，负荷转移安全性高，所需一次性停产时间短，可根据生产情况进行组织，对生产影响很小。

缺点是PLC控制程序需进行修改且程序编写难度大，需进行在线调试，且负荷转移接点整个时间周期长。

结合生产实际情况，选取方案三为最优方案进行实施。

3技术分析
方案三的技术核心在于如何实现2个I/O远程站之间的转换。

如下图所示，先将节点B′安装并模拟调试完毕，便可申请时间将新1#电气室网络接入原有控制网络（即图中光纤1），从而形成网络节点为：A→B→C→B′。

这样便完成了新电气室网络的接入，为设备转移创造系统条件。

待1#电气室所属设备均转移至新1#电气室后，便可申请时间接光纤2，断开光纤3，从而形成新的网络节点为：A→C→B′，这样就完成了整个网络及I/O 的迁移工作。

上述分析仅限于对网络的调整，而大量的负荷转移工作主要在程序编制及调试上。

下面将重点分析如何实现系统设备负荷转移之间的软切换，具体分如下步骤：
1）将原有程序进行增改，将现场I/O接点转换成PLC内部接点，实现硬接点的软件切换，具体用如下程序进行说明。

图中输入接口程序是通过映射内存点input1的方法来实现的。

即将原有程序的硬接点的标签名通过内部程序后映射为内存点，再通过人为选取节点来实现由哪个I/O站来进行控制。

图中输出接口程序是通过人为选取节点来确定由哪个I/O站来进行输出。

这样就可以避免出现调试故障，同时所有I/O点均由同一个CPU来进行控制，在工艺连锁上就不存在问题。

并且可以实现将设备逐台进行负荷转移，而不必受时间的约束，从而为生产组织提供便利条件。

2）当所有设备转移完后，在对多余的程序进行清除，实现一种安全便捷的转移方法。

4实施过程
由于是对在线运行的生产设备及系统进行改造，因此迁移工程的风险性很大，稍有遗漏或疏忽，便会造成对生产系统的严重影响。

基于这种原因，在项目实施过程中，需要在新设备安装、旧设备拆除、设备负荷转移、切换、恢复等环节采取多项保证措施，确保施工与生产不相互影响。

具体措施如下：
1）彻底消化原有控制系统的程序功能，加强对工艺连接的熟悉。

对修改完毕的程序进行模拟测试，确保程序不出错。

2）在负荷转移过程中作好紧急生产情况预案，为负荷转移提供条件。

3）将所有电缆、光缆等预先敷设到位，将能够调试的设备预先进行调校和测试。

4）分期分批对设备进行逐台转移，从相对次要不影响生产的设备入手，积累负荷转移经验，确保成功率，减少对生产的影响。

5）实施过程中，成立强有力的领导小组，便于现场统一指挥和协调各方关系，以及应急情况处理。

5改造效果
通过近1月的施工，1#电气室的负荷转移工程顺利完成。

至今。

整个料场控制系统改造已有1年，系统及网络运行正常，新增翻车机系统已与2009年5月正式投入运行，控制系统改造工程达到预期效果。

6参考文献
[1] 现场总线技术
[2] 罗克韦尔公司控制系统相关资料
[3] 综合料场控制系统相关图纸及资料。