OPC技術在LF和RH精煉爐加料系統中的應用

1 引言

萊鋼銀山型鋼3#120tlf精煉爐(鋼包精煉)位于萊鋼銀山型鋼煉鋼區域，與3#連鑄機相鄰，其出鋼線與3#爐出鋼線重合，是由西安華興電爐有限公司成套供貨，主要控制設備有鋼包的行走、電極的升降以及合金的加料。其合金加料原設計有10個料倉，對應下面的三個稱量料斗，稱量斗下有振料器，所需要的合金料在稱量完畢后經過下面的皮帶進入3#lf精煉爐。

3#120tlf精煉爐的控制系統選用的是西門子s7-400控制系統，有兩套cpu分別帶遠程站et-200組成，兩個cpu在一個10+8型的機架上面，兩套系統之間的數據通訊是通過內部mpi進行的，有兩臺監控站和plc的通訊是通過prifibus-dp進行的。其網絡是獨立網絡，和其它系統沒有任何連接。如圖1所示。

圖1 原3#lf網絡圖

由于萊鋼新建120trh(真空循環脫氣)精煉爐的需要，3#lf的合金料倉正好在rh的位置，妨礙了rh的設備安裝，所以必須要進行拆除。但是為3#lf重新新建一套加料系統，現場已經沒有場地進行安裝，在進行過多次論證后，決定將其合金料倉與rh共用。rh系統是由西安重型機械研究所成套供貨的。rh設計中有20個料倉，分別對應5個稱量料斗，經過4#和7號皮帶機來對rh和lf進行所需的合金料的稱量與投料。正常生產時，當rh加料時，則運4#皮帶機為正傳運行，即向rh方向運行，當lf要求加料時，4#皮帶機變為反傳運行，即向3#lf法方向運行，并且自動啟動給3#lf加料的7#皮帶機，兩條皮帶機之間相互連鎖。其工藝流程圖如圖2所示。兩套精煉爐系統也是相互連鎖，不能同時進行稱料和下料的操作，所以對兩地的操作控制軟件的設計要求比較高。

圖2 工藝流程圖

　　rh的一級控制系統為西門子s7-400冗余控制系統，cpu選用的6es7 417-4h，有兩套cpu分別帶遠程站et-200組成，每套都為冗余系統，和監控站的通訊是通過tcp/ip協議進行的，監控系統采用的是服務器/客戶機結構，有兩臺熱備冗余的服務器，有四臺客戶端，保證了rh系統的可靠性。二級系統有一臺服務器，兩臺客戶端。網絡結構圖如圖3所示。

圖3 rh網絡圖

　　基于以上原因和現狀，為了確保3#lf和rh兩套控制系統既能夠獨立正常運行又要互相連鎖，這不僅要求兩套系統之間進行數據的通訊，還要確保設備的運行安全性。于是，如何進行可靠的數據通訊，確保兩套系統正常運行并滿足生產需要就成了解決問題的關鍵所在。

2 基于opc通訊的系統設計

　　2.1方案的選取

　　由于3#lf的合金料倉要與rh共用，所以必須要對現有的控制系統進行重新規劃和設計。進行通訊方式的選擇是第一位，只有選擇了適用于現場的通訊方式，我們才能進行下一步的工作。通過對現場實際狀況的深入研究和分析，我們對比了多種通訊方式，如plc與plc之間的通訊，畫面之間的變量讀取等等多種方式，最終決定采用基于以太網的可靠性較高的opc的通訊方式，來實現3#120噸lf精煉爐與rh的通訊，實現數據的實時傳輸，保證兩套系統的正常運行。

　　2.2 opc的通訊原理

　　(1) 定義：opc (ole for process control)的全稱叫做基于過程控制的鏈接與嵌入。opc為基于微軟windows平臺的工業自動化應用程序和現場過程控制應用建立了異構系統跨界鏈接的橋梁。opc 以ole/com/dcom機制作為應用程序級的通信標準，采用客戶/服務器模式，把開發訪問接口的任務放在硬件生產廠家或第三方廠家，以opc服務器的形式提供給用戶，解決了軟、硬件廠商的矛盾，完成了系統的集成，提高了系統的開放性和可互操作性。

　　(2) opc技術及接口：opc技術的實現包括兩個組成部分，opc服務器部分及opc客戶應用部分。　

　　opc服務器是一個典型的現場數據源程序，它收集現場設備數據信息，通過標準的opc接口傳送給opc客戶端應用。opc客戶應用是一個典型的數據接收程序，如人機界面軟件(hmi)、數據采集與處理軟件(scada)等。opc客戶應用通過opc標準接口與opc服務器通信，獲取opc服務器的各種信息。

　　(3)　opc服務器冗余技術：在工控軟件開發中，一項重要的技術就是冗余技術。優秀的軟、硬件冗余技術是系統長期穩定工作的保障。目前流行的工控軟件通常具有冗余功能。opc標準的制定為軟件冗余提出了新的思路，我們可以通過opc技術更加方便的實現軟件冗余。在實踐應用中，我們開發了opc冗余服務器，解決了對任何廠商的opc服務器冗余問題。

　　2.3兩個wincc之間通訊的方式和解決辦法

　　(1) 配置步驟

　　·服務器配置：必須要通過dcom-cnfg.exe來配置wincc.server，參數選擇"無”或“everyone”、“允許訪問”；

　　·確保客戶機對服務器的操作權限；

　　·客戶機配置；

　　·在客戶wincc端加載opc驅動程序，即opc.chn；

　　·在該通道下新建一個連接；

　　·右鍵點擊opc通道，選擇系統參數；

　　·在系統參數對話框中可以瀏覽可以連接的opc服務器；

　　·選擇你需要連接的wincc opc服務器，然后瀏覽該服務器的tag；

　　·添加你需要的tag變量。

　　(2) 激活運行：運行服務器和客戶機wincc應用程序，客戶機就可成功調用服務器數據。

　　2.4 opc dcom的權限設置

　　(1) 在運行里輸入dcomcnfg，進入的畫面如圖4、5所示。

圖4 dcom的權限設置

圖5 dcom的權限設置

　　接下來就是設置opcsever.wincc組件，之后就可以定義opc相關的設置如圖6所示。

圖6 opc的設置

3 方案實現

　　由于3#lf的合金料倉要與rh共用，所以我們必須要對現有的控制系統進行重新設計。首先，我們要進行通訊方式的選擇，通過對現場實際狀況的研究和深入的分析，我們對比了多種通訊方式，如plc與plc之間的通訊，畫面之間的變量讀取等等，最終決定采用可靠性高的opc的通訊方式，實現3#120噸lf精煉爐與rh的通訊。由于3#lf有兩臺上位機可以同時進行監控，rh有兩臺冗余的服務器，這樣我們就可以進行一對一的方式，即lf的一臺上位機連接到rh的一臺服務器，lf的另一臺上位機連接到rh的另一臺服務器，這樣可以大大提高系統運行的可靠性，即便是有一臺服務器出現故障也不會影響到3#lf的正常生產。因此，我們必須要進行以下各種工作的實施。

　　3.1 網絡改造

　　由于原來3#lf是獨立的網絡，只有plc和監控站是通過profibus-dp來通訊的，要想實現通訊，必須將原網絡改為以太網，因此需要重新進行設計和規劃，包括定制通訊方式的選擇和光纜的路徑規劃和敷設。根據我們轉爐現有系統的通訊方式，我們選取了plc和監控站通過iso進行通訊，這樣plc可以不用占用ip地址。根據現場條件，我們敷設了從3#lf到rh的光纜，并充分考慮了將來的通訊擴展。改造前的3#lf硬件配置圖如圖7所示。

圖7 改造前硬件配置圖

　　改造后的3#lf硬件配置圖如圖8所示。

圖8 改造后硬件配置圖

　　3.2 硬件組態

　　硬件組態：要將原來的profi bus-dp網絡改為以太網，我們必須要重新進行硬件的配置，安裝以太網通訊模塊，定義其地址，在西門子simatic中進行硬件的組態，并將通訊網絡打通，使得s7程序和plc系統能夠正常通訊。

　　3.3 軟件編制

　　在軟件編制時，我們必須要考慮到各種情況，比如是否時同時下料，該如何避開這種情況，兩套系統之間該如何進行信息的及時交換，及時提醒操作工該如何進行操作等等，需要做周密的分析和討論。

　　(1) 原lf軟件的編制：由于原來的通訊方式為profibus-dp方式，在wincc監控畫面中的變量連接也是在profibus-dp下的連接，為此，要想能夠使得wincc監控畫面和plc系統能夠正常通訊，必須要將原來profibus-dp下的變量重新連接到新建的以太網絡iso下面，在經過這些軟件的重新編制后，使得wincc監控畫面和plc系統能夠正常通訊。

　　(2)與rh共用的合金系統的軟件的編制：由于現在的共用合金料倉的設備和原來的3#lf的設備不同，并且連接變量也不相同，所以要進行重新編制，一方面是根據現有的實際設備進行畫面的重新制作，另一方面是進行變量的連接，這些變量是通過opc通訊方式連接的rh服務器的變量。

　　改造前和改造后的3#lf監控畫面如圖9和圖10所示。

圖9 改造前加料監控畫面

圖10 改造后加料監控畫面

4 系統調試

　　在完成網絡改造和硬件組態以及軟件以后，我們就進行了系統的冷調試、熱調試以及連鎖調試。

　　4.1 單機冷調試

　　分別在rh畫面和3#lf畫面上進行每個按鈕的點擊，在兩個系統上進行每一個點的檢查，看能否接收到信號，接收到的信號是否正確。當所有信號正確無誤后，就進入熱調試。所有需要的通訊點大約有200個。

　　4.2 單機熱調試

　　在兩套系統上進行單體設備的調試，在rh上點擊4#皮帶機正轉、反轉，看實際設備運行狀況是否正確，再點擊7#皮帶機的正轉、反轉，看實際設備運行狀況是否正確，再一一進行振料料斗等設備的單體試車，在rh系統運行正常后，再在3#lf操作畫面上進行一一調試，當所有設備單體式車完畢正常之后，即可以進入連鎖調試階段了。

　　4.3 連鎖調試

　　如果上來就進行連鎖熱調試的風險比較大，為了最大限度降低風險，我們首先進行模擬的連鎖調試。在模擬沒有問題之后我們將所有系統和設備上電進行連鎖熱調試。同上面冷調試和熱調試的方法，分別從rh和lf來進行連鎖調試。在rh畫面上點擊‘向rh加料’看設備的運行狀況，設備運行正常后，再在3#lf畫面上點擊‘加料’按鈕，在得到rh的允許后，看現場設備能否正常運行。在兩套系統都正常運行之后，連鎖調試才完成。

　　4.4 調試關鍵

　　(1) rh在運行加料時，3#lf加料畫面無法正常顯示，是‘虛’畫面，只有當rh加料完畢之后，才變成能夠操作的畫面。

　　(2) 只有得到了rh的允許信號以后，3#lf系統才能夠加料，因為rh生產的鋼種是優質品種鋼，要以rh為主，所以為了不影響rh的正常生產節奏，還是將rh的優先級設置的比3#lf的高。

　　(3) 3#lf加料完畢之后，要進行加料完畢的確認，否則在系統等待60秒后如果沒有設備運行，則自動轉到rh的操作中來。

　　還有其他很多保證設備以及系統正常運行以及設備保護的連鎖條件，這里就不再一一贅述。

5 結束語

　　本系統自2007年2月份投入生產以來，一直穩定運行，從未因為通訊的故障而影響到生產，也從未因為兩套系統之間的設備沖突而影響生產，其效果是良好的，大大提高了自控系統運行效率，并且在查找、排除故障時使得時間縮短，不僅節約了大量的資金，降低維修人員的勞動強度，也最大限度的保證了生產的正常運行，有顯著的經濟效益和社會效益，得到了用戶的好評。