1  概述

    本溪钢铁集团炼钢厂（以下简称为本钢炼钢厂）1#、2#铁水预处理站是1998年投产的，其PLC系统是1995年、1996年进行的选型，均已连续运行六至七年，当时没有二级功能。PLC系统采用的是西门子公司的S5系列产品，其备品备件每隔几个月价格要增加20%左右，且早已停止批量生产，因备件问题对铁水预处理站的正常生产造成的影响也越来越严重。另外，在铁水预处理几年来的生产过程中，曾出现过几次较严重的问题，造成部分原器件的损坏，虽已维修、替代，但功能上要打一些折扣。

    到目前为止，本钢炼钢厂的生产从转炉到连铸已全部采用了二级控制，新增加的3#铁水预处理站也采用了二级控制。目前1#、2#铁水预处理站PLC系统中通讯模板为CP1430-TF型，其网络结构则定型为TF协议的H1工业以太网，而新建的3#铁水预处理站及二级要求采用目前普遍采用的标准TCP/IP协议的工业以太网，所以现有的两个铁水预处理站PLC必须在3#站建成之前完成升级工作，才能保证网络畅通。经多方论证决定将现有的PLC系统升级。

2  技术方案

    本钢炼钢厂1#、2#铁水预处理站由三台主PLC组成，分别是1#站、2#站和公用上料系统，采用主、从方式，下设远程站，全部采用西门子公司的S5-135系列产品。有2台HMI操作站，其软件采用的是FIX32。其配置如图1所示。

    原系统主PLC中CPU全部采用928型，CP通讯模板采用1430型。远程站采用318接口模板及相应I/O模板。HMI与PLC通过同轴电缆连接到一个多路收发器上，构成H1工业以太网。主、从站之间采用Profibus-DP现场总线进行通讯。
为保证原系统的功能，笔者采取尽可能按原系统的配置来升级。

    因为要增加二级功能，并考虑即将投产的三号站，所以需要重新来配置一下整个网络。升级后的网络配置为共有三台交换机，分别放置在1#2#站操作室、1#2#MCC室及3#站操作室。将三个预处理站及二级全部连起来，网络配置如图2所示。

    PLC、HMI通过双绞线连接到交换机上，转炉机房内的二级服务器通过光缆连接到操作室内的交换机上，构成TCP/IP协议的工业以太网。

    两台操作站上的画面需重新制作，操作站上应用WINDOWS 2000操作平台，采用SIMATIC图形监控软件WINCC，以组态形式进行开发，操作员站上的CP1613网卡和PLC S7-400主站的通讯模板CP443-1都连入以太网，在操作站上可以直接监视和控制PLC的所有输入、输出信号，并可连接打印输出设备，进行数据报表打印。两个预处理站的HMI程序做在同一个WINCC项目中，这样两台操作站可以互为备用。

    PLC系统设置为主从站方式，以西门子公司S7-400作为主站，S7-300 ET200M I/O作为从站。主站与从站之间构成Profibus网，S7-400主站CPU上的DP口可直接与远程I/O从站ET200M的通讯模板IM153-1通过Profibus网络相联，采用Profibus-DP协议。升级后的PLC保持了原系统的配置。

    由于二级系统由达涅利公司负责，它采用的应用软件是RSSQL，与西门子公司的PLC通讯就应采用OPC Server这种方式的驱动连接。将MCC室内的工程师站作为OPC Server。在STEP7该项目文件中，增加一个其他类型的PC站，在该站组态画面中加入 OPC Server和网卡，配置此台工程师站的IP地址。同时在二级服务器上做相应的配置。

    1#、2#站的OP25操作面板升级为OP27。公用上料系统的OP27按生产要求取消，将所有功能做到HMI上。

    应用软件升级方面，将S5程序转化为S7程序，增加二级控制，并对原系统中不完善的地方加以完善。如：增加喷枪控制连锁、调整不同喷吹阶段的粉剂流量等。

3  遇到的问题

    由于炼钢厂生产任务比较重，没有充足的停产时间来用于系统升级，只能一个站、一个站的进行升级。如果先将1#站PLC升级为S7，那么在一个系统内既有S5-PLC又有S7-PLC，笔者面临的问题就是S5和S7如何进行通讯。
两种网卡的特性如下。

    升级后采用的S7-400系列的工业以太网处理器CP443-1基于ANSI/IEEE Std 802.3以太网协议，提供两种通信服务：

    (1)  S7通信服务。用于和PG编程器、操作站、S7系列PLC进行通信；

    (2)  SIMATIC通信服务。在ISO第四层的数据传输层通过TCP/UDP使用Send/Receive进行通信；

    (3)  传输数据小于240B时使用AG-SEND FC5及AG-RECV FC6两种传输功能块。

    而原系统采用的S5-135U系列的工业以太网处理器CP1430-TF也可以提供SIMATIC通信服务。

    通过以上分析得知，S5、S7系列互联只能基于ISO第四层的传输层，通过Send/Receive进行通信服务，笔者在S5和S7并存的一个网络中都采用TF型的H1工业以太网，这样S5和S7之间的通讯问题就可以解决了。
下面简要说明一下两种网卡的配置情况：

    (1)  配置CP1430网卡。在STEP5中进入网卡配置程序，输入该网卡的基本参数，如MAC地址等。确定所有PLC之间的工作任务号及发送接收方，在每个工作任务中确定本地PLC与远程伙伴的相关参数。

    (2)  配置CP443-1网卡。在STEP7中的项目管理器中添加两个SIMATIC S5的站点，在站点属性中添加Ethernet接口，指定相应的以太网MAC地址。在连接列表中添加一个S7-400到其他站点的连接，注意要选用ISO Transport Connection连接类型。传输服务联接点TSAP（Transport Service Access Point）的定义要与CP1430配置相对应。确定CP443-1卡的介质访问地址即MAC地址。

    在STEP5及STEP7中编写相应的触发程序。

    待2#站和公用上料系统PLC都升级为S7系列后再将网络协议改为TCP/IP协议。

4  经济效益

    铁水预处理PLC升级改造之后，经过了近十个月的生产运行，满足了生产的要求，达到了预期目的。

所创造的综合效益如下：

    (1)  提高设备使用率。每月减少电气故障时间10小时以上计算。处理一炉约35分钟，10小时可以处理17炉，每月可多处理17炉，每炉约150吨，按吨钢112元计算，每月可创效益为：112×150×17=285600元=28.56万元，每年可创效益为：28.56×12=342.72万元。

    (2)  节约喷枪使用费用。改造后，程序更加完善合理，减少堵枪事故的发生，每月可节约喷枪10支以上，一支喷枪按1万元计算，每年可创效益为：1×10×12=120万元。

    (3)  每年可节约各种备件、维护费用。

    没升级之前预处理用于PLC模板上的年备件费用约为80万元，升级之后PLC模板可与该厂其他系统互为备用，这部分费用可降为30万元。因此每年可节约备件费为：80-30=50万元。

    没升级时每年的维护费用约为30万元，升级之后近几年内可以说是免维护的，维护费用约为5万元，因此每年可节约维护费用为：30-5=25万元

    (4)  增加二级功能后，与转炉、精炼及连铸紧密配合，大大缩短了冶炼周期，使生产更均衡，同时减少二次喷吹的次数，所产生的长期的软效益是无法计算的。
综合以上内容，扣除改造投资130万元，每年综合效益为342.72+120+50+25-130=407.72万元，每年综合效益约为497.72万元。

5  总结

    铁水预处理PLC全部升级并增加了二级功能后，从一级系统本身来说，更加完善合理的程序使整个处理过程更顺畅，堵枪事故明显减少，大大地缩短了喷吹时间，升级后的PLC设备运行稳定，减少了大量的备件费用。增加二级功能后，与转炉、精炼及连铸紧密配合，大大缩短了冶炼周期，使生产更均衡，同时减少二次喷吹的次数。