一
、  項目簡介

1.       項目實施地及行業背景

本ben項xiang目mu的de使shi用yong方fang為wei太tai原yuan鋼gang鐵tie有you限xian公gong司si熱re連lian軋zha廠chang，太tai原yuan鋼gang鐵tie有you限xian公gong司si位wei於yu山shan西xi省sheng太tai原yuan市shi尖jian草cao坪ping區qu，是shi我wo國guo最zui大da的de特te種zhong鋼gang生sheng產chan基ji地di，其qi主zhu營ying的de不bu鏽xiu鋼gang、矽鋼等產品的市場占有率目前在國內居於領先地位。

2.     項目簡要工藝

本項目應用於太鋼熱連軋步進式加熱爐。項目實施後，實現了傳動控製、燃燒控製的全自動化操作。傳動控製的功能是：實現機械電氣設備的自動化操作

、包括裝出料輥道、裝出鋼設備、步進機械等。燃燒控製的功能是：實現溫度的精確控製、改善了爐膛氣氛
、溫度場的分布。達到了從溫度、流量
、壓力控製的整體係統的穩定
，適應了太鋼生產節奏快

、鋼種多、加熱製度複雜的要求。

3.     新舊係統的對比，及項目中使用的西門子自動化產品的型號
、數量、類型、控製對象。

舊項目使用西屋（WESTHOUSE）公司的WDPF控製係統，此係統分為DPU及MAC兩部分
，其中DPU用於加熱爐的燃燒控製、MAC係統用於加熱爐的機械電氣設備的控製。舊項目控製係統使用近十年之久，由於硬件老化
、軟件升級困難，使得故障率增加，影響了生產的正常運行。隨著近幾年加熱理論的不斷發展、新的燃燒技術已經大規模地應用，生產全自動化操作理念已日益深入人心。由於受到舊有係統在硬件、軟件方麵的限製
，新的技術、理念無法實施。

本項目中，有三座加熱爐屬改造
、一座新建。共使用了共9套S7-400型PLC。型號為：6ES7416-2XK02-0AB0。每座加熱爐使用兩套PLC分別作為傳動控製、及燃燒控製
，另有一套作為公用輔助設備的傳動控製，取代原有的DPU及MAC係統。

本項目實施前，舊係統共用20麵控製櫃。項目實施後，在沒有減少輸入輸出點的情況下，新係統隻使用8麵控製櫃。新硬件的使用，使得控製的精度、及處理的速度有了進一步的提升。西門子軟件開發係統的支持，也使得一些新技術實現成為現實。

4.     以下為已經投產的照片。其中圖A中所示為正在將冷坯裝入爐內的情形
，圖B中所示為正在將加熱後的鋼坯出爐時情形：

圖A

                               圖B

二、  控製係統構成

1.       在本項目中每座加熱爐由於控製對象

、實現功能的劃分、各配置兩套PLC分別用於傳動控製、燃燒控製。每套PLC均由主機架部分與遠程ET200分站組成。主機架均配置以太網卡與二級計算機及HMI服務器進行通訊。各傳動PLC與公共PLC間有大量的信號進行交換，為了減少以太網的通訊負擔
，保證信號的實時性，所以各傳動PLC與公共PLC采用MPI網絡進行通訊。由於遠程設備多

、且有些遠程設備在地理位置上比較集中
，采用CPU通過PROFIBUS與遠程ET200通訊的結構既能保證了係統整體快速響應，又能大大降低布線成本，是一個性價比極為合理的解決方案。

2.       以公共PLC的硬件配置圖為例，其它的硬件配置不在此贅述：

    公共PLC硬件配置圖如圖1：

                                                     圖1

              本項目的係統網絡結構圖如圖2：

    在本係統網絡結構中，公共PLC及燃燒PLC與二級服務器的通訊能通過以太網進行
，采用的協議類型為TCP/IP。公共PLC根據從二級服務器接收到電文再將其通過MPI網絡分發給各傳動PLC。這樣做的目的是減少以太網的負荷
，保證傳動PLC與二級服務器通訊接口的統一性。燃燒係統各PLC單獨與二級服務器通訊，單獨接受來自二級服務器的電文。HMI係統采用SERVER/CLIENT構架

，傳動及燃燒PLC與HMI服務器單獨通訊，各CLIENT再與HMI服務器單獨通訊。這樣做的目的同樣也是減少網絡的負荷，更能節省投資，減少在使用中的維護量。

                                                   圖2

              在實際生產中的監視畫麵如圖3所示：

圖3

3.       以上的硬件配置
、網絡結構是與使用方幾經討論形成的。保證了係統整體的快速響應、較少的網絡負荷
、投資的經濟性，這是一個較優的配置方案。 

三
、  控製係統完成的功能

1.     對dui於yu步bu進jin式shi加jia熱re爐lu而er言yan，步bu進jin機ji構gou的de控kong製zhi是shi其qi中zhong的de一yi個ge難nan點dian。它ta要yao求qiu控kong製zhi係xi統tong能neng夠gou平ping穩wen實shi現xian鋼gang坯pi在zai爐lu內nei的de運yun輸shu，避bi免mian對dui機ji械xie機ji構gou造zao成cheng衝chong擊ji。這zhe就jiu要yao求qiu控kong製zhi係xi統tong能neng夠gou快kuai速su響xiang應ying來lai自zi傳chuan感gan器qi的de信xin號hao。由you於yu現xian代dai工gong廠chang現xian場chang控kong製zhi越yue來lai越yue複fu雜za，這zhe就jiu使shi得dePLC必須具備強大的邏輯及浮點計算能力、豐富的尋址方式、完整的與上位機通訊的協議
、完善的數學函數功能。隻有這樣的PLC才能夠完成滿足當前工廠控製對象的要求。本項目使用的西門子S7-400的416型PLC滿足了這樣了要求
，在傳動控製的使用中成功實現了步進機構的平穩
、準(zhun)確(que)控(kong)製(zhi)，坯(pi)料(liao)在(zai)輥(gun)道(dao)上(shang)的(de)精(jing)確(que)數(shu)據(ju)跟(gen)蹤(zong)。在(zai)燃(ran)燒(shao)控(kong)製(zhi)的(de)使(shi)用(yong)中(zhong)利(li)用(yong)其(qi)強(qiang)大(da)的(de)浮(fu)點(dian)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)及(ji)完(wan)善(shan)的(de)數(shu)學(xue)函(han)數(shu)功(gong)能(neng)成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)了(le)全(quan)自(zi)動(dong)化(hua)燃(ran)燒(shao)。利(li)用(yong)SIEMENS 在 STEP7中現有的通訊模塊實現了與公共PLC及燃燒PLC與二級計算機的TCP/IP通訊。

2.     項目實施中的難點及解決方案：

在短時間內實現新舊係統的更新，是本項目實施中麵臨的最大難點。在項目的準備前期
，對新硬件係統進行了盡可能多的硬件測試
、及軟件模擬

，對軟件的在線調試作了充分的準備。在舊係統停用後的短期內，實現了硬件係統的快速替代布署。

在項目的實施中由於傳動PLC之間采用MPI通訊，筆者在第一次項目實施中采用SIEMENS STEP7的de程cheng序xu庫ku自zi帶dai的de程cheng序xu塊kuai進jin行xing通tong訊xun。但dan在zai使shi用yong中zhong發fa現xian利li用yong程cheng序xu塊kuai的de方fang式shi並bing不bu穩wen定ding，每mei次ci在zai硬ying件jian配pei置zhi後hou都dou會hui出chu現xian不bu明ming原yuan因yin的de中zhong斷duan。由you於yu項xiang目mu實shi施shi周zhou期qi短duan
，根gen本ben沒mei有you時shi間jian進jin行xing原yuan因yin的de查zha找zhao
，故gu障zhang診zhen斷duan分fen析xi。由you於yu西xi門men子zi提ti供gong了le全quan局ju變bian量liang的de通tong訊xun方fang式shi
，並bing且qie其qi硬ying件jian方fang式shi也ye是shi利li用yongMPI網絡。筆者拋棄第一種方案，最終采用全局變量進行傳動PLC間(jian)的(de)通(tong)訊(xun)。事(shi)實(shi)證(zheng)明(ming)這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)簡(jian)單(dan)易(yi)行(xing)且(qie)相(xiang)當(dang)可(ke)靠(kao)。全(quan)局(ju)變(bian)量(liang)的(de)通(tong)訊(xun)方(fang)式(shi)更(geng)多(duo)依(yi)賴(lai)於(yu)硬(ying)件(jian)配(pei)置(zhi)，不(bu)需(xu)單(dan)獨(du)編(bian)程(cheng)
，對(dui)於(yu)通(tong)訊(xun)的(de)變(bian)量(liang)可(ke)直(zhi)接(jie)引(yin)用(yong)，並(bing)且(qie)全(quan)局(ju)變(bian)量(liang)的(de)硬(ying)件(jian)配(pei)置(zhi)的(de)下(xia)載(zai)可(ke)以(yi)在(zai)線(xian)進(jin)行(xing)，PLC不需重啟。

全局變量的配置的部分界麵如圖四所示：

                        圖四

       在項目投入生產時由於通訊數據量的增加，逐漸暴露了一些在通訊測試

、設備調試中未出現的問題。PLC與二級服務器的通訊會經常發生PLC發送報文丟失的現象。經仔細閱讀通訊文檔，發現發送的通訊程序塊並不能在一個CPU的de掃sao描miao周zhou期qi內nei完wan成cheng，筆bi者zhe著zhu手shou修xiu改gai了le程cheng序xu，報bao文wen丟diu失shi的de現xian象xiang大da大da改gai善shan。試shi運yun行xing一yi段duan時shi間jian後hou仍reng然ran有you報bao文wen丟diu失shi的de現xian象xiang發fa生sheng，不bu過guo發fa生sheng的de頻pin率lv已yi經jing相xiang當dang少shao。但dan由you於yu生sheng產chan要yao求qiu通tong訊xun的de絕jue對dui良liang好hao
，筆bi者zhe在zai仔zai細xi排pai查zha生sheng產chan中zhong的de人ren為wei因yin素su、程序與通訊文檔的非一致性的幹擾，最終認定其中的原因可能還zaitongxunkuaideteshushiyongxingshang
，qizhongdeyixietexingbingweizaiwendangzhongtixianchulai。bizhezhushoujinxingletongxunceshi，faxianfasongtongxunchengxukuaibunengzaitongyisaomiaozhouqineixiangtongyiduankoufasongliangtiaoyishangdianwen，qizhongdiyitiaohoudedianwendoujiangdiushi。bizhemashangxiugailechengxu

，jiangfasongdedianwenjinxingyanshi、排隊處理
，經修改後運行良好
，徹底解決了與上位機的通訊問題。

3.     其中圖五所示：上部為工藝管道，下部為脈衝燃嘴，是典型的工藝設備。圖六為輸送冷坯輥道組，是工業爐的主要設備之一。

                    
圖五

                          圖六

 四、  項目運行

        項目中的改造部分及新建部分從2005年10月份正常投入以來運行穩定，實現了在傳動控製、燃燒控製的全自動化操作，盡量減少了設備操作對人的依賴
，減輕了工人勞動強度。本項目大大降低了故障率，減少了解決故障的時間
、保證了生產的連續、正常運行
，已經取得良好的經濟效益，受到了客戶的好評。

 五、  應用體會

    本(ben)項(xiang)目(mu)實(shi)施(shi)時(shi)間(jian)短(duan)，使(shi)用(yong)方(fang)要(yao)求(qiu)在(zai)十(shi)二(er)天(tian)時(shi)間(jian)內(nei)實(shi)現(xian)爐(lu)區(qu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)達(da)到(dao)正(zheng)常(chang)生(sheng)產(chan)狀(zhuang)態(tai)，由(you)於(yu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)帶(dai)設(she)備(bei)調(tiao)試(shi)必(bi)須(xu)等(deng)到(dao)設(she)備(bei)本(ben)體(ti)完(wan)畢(bi)後(hou)才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)
，事(shi)實(shi)上(shang)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)調(tiao)試(shi)時(shi)間(jian)隻(zhi)有(you)數(shu)天(tian)之(zhi)久(jiu)。9套PLC係統調試完畢，在數天之內投入生產其難度可想而知。但由於西門子S7-400係列PLC強大的功能，其與其編程係統STEP7的de結jie合he，為wei自zi動dong化hua控kong製zhi提ti供gong了le完wan美mei的de解jie決jue方fang案an。在zai程cheng序xu設she計ji的de過guo程cheng中zhong，筆bi者zhe始shi終zhong秉bing持chi結jie構gou化hua編bian程cheng的de理li念nian
，追zhui求qiu程cheng序xu控kong製zhi流liu程cheng的de線xian性xing化hua
，即ji程cheng序xu的de靜jing態tai書shu寫xie結jie構gou與yu動dong態tai執zhi行xing順shun序xu的de一yi致zhi性xing。由you於yu程cheng序xu量liang極ji大da，這zhe種zhong做zuo法fa增zeng加jia了le程cheng序xu的de可ke讀du性xing

，便bian於yu理li解jie、調試、測ce試shi和he排pai錯cuo。針zhen對dui項xiang目mu控kong製zhi對dui象xiang自zi身shen的de特te點dian，由you於yu不bu同tong加jia熱re爐lu雖sui然ran有you各ge個ge不bu同tong的de細xi節jie特te點dian，但dan其qi中zhong的de大da部bu分fen控kong製zhi對dui象xiang控kong製zhi特te點dian類lei似si。筆bi者zhe對dui有you共gong性xing的de對dui象xiang進jin行xing了le抽chou象xiang，封feng裝zhuang。將jiang對dui象xiang在zai程cheng序xu中zhong做zuo成cheng單dan獨du的de程cheng序xu塊kuai，並bing在zai此ci程cheng序xu塊kuai中zhong使shi用yong隻zhi與yu其qi相xiang關guan的de獨du立li的de數shu據ju塊kuai。做zuo到dao了le在zai單dan一yi的deCPU中，使其與外部的對象的通訊以接口的方式來進行。從而在本CPU中實現程序塊的對象化
，在不同的CPU中實現了程序的跨控製器平台的移植。實現了程序在結構上的獨立性，提高了程序的複用性。幸運的是S7-400及其開發平台STEP7完全支持以上的操作。這一做法大大加快了軟件開發的進程，降低了調試的難度。總之S7-400係列PLC及其軟件開發環境向使用者提供了一個具備一流的硬件基礎
、界麵友好、操作方便的自動化開發平台。用戶應盡可能利用其強大的功能，為項目的順利實施提供有力的保障。