趙蕊，王建民

（華北理工大學 電氣工程學院，河北 唐山 063009）

連鑄機結晶器控制系統(tǒng)和二級計算機OPC通訊的改造

趙蕊，王建民

（華北理工大學 電氣工程學院，河北 唐山 063009）

連鑄機結晶器振動，結晶器液面控制和結晶器調寬的控制系統(tǒng)使用的是西門子C7控制面板，結構上采用主從站形式聯網。由于備件停產及性能低下的原因需要升級改造，同時對PLC的HMI進行了改造。本文總結了設備升級改造過程中涉及到的難點問題，并針對工廠的實際情況進行了控制系統(tǒng)的調整，取得了明顯效果。

連鑄機；PLC通訊；二級OPC；改造

某煉鋼廠于2004年從奧鋼聯引進兩條135mm板坯連鑄機生產線。其中結晶器控制部分分為結晶器調寬控制、結晶器液面控制和結晶器振動控制三部分，采用了400系列PLC附帶profibus子站的模式。隨著技術的進步，線上設備的備件也由于產品的更新換代處于無件可換的地步，特別是結晶器控制系統(tǒng)使用的C7控制面板的性能低下，在線監(jiān)控時刷新緩慢，用于畫面監(jiān)控的CC-Explorer瀏覽器基于ASP.net架構，采用高級編程語言編寫，用戶無法查看具體代碼，給維護和故障診斷帶來麻煩。加之使用的第三方OPC軟件授權費用昂貴，因此，必要的設備改造和控制方案的改進提到日程上來。

改造涉及PLC控制器的更新及重新組態(tài)；各種通訊接口的重新調試，移植原HMI，采用通用wincc重新組態(tài)。

1 改造前系統(tǒng)構成

原系統(tǒng)每條連鑄機生產線的結晶器控制系統(tǒng)有一套結晶器調寬裝置、一套結晶器液壓振動系統(tǒng)和兩套結晶器液面控制裝置。PLC控制系統(tǒng)采用主從站結構，結晶器調寬使用西門子400系列PLC，處理器為CPU 414-3 DP，結晶器振動和結晶器液面控制的控制器采用西門子C7控制面板，處理器為C7 CPU 634-DP。調寬PLC作為Profibus主站，與鏈接到主站的一臺振動和兩臺液面控制PLC從站通過Profibus總線進行通訊。

結晶器調寬PLC通過以太網接口和二級系統(tǒng)進行通訊。CC-Explorer為奧鋼聯開發(fā)的HMI操作軟件，使用OPC接口與PLC通訊。改造之前系統(tǒng)的硬件組態(tài)和網絡結構圖，如圖1所示。

改造前，由于原系統(tǒng)中只有調寬PLC有以太網接口，并且二級服務器上安裝的OPC軟件是通過以太網接口訪問PLC的數據，這樣，液面控制PLC和結晶器振動PLC的數據只有先發(fā)送到調寬PLC上才能被二級服務器和主PLC讀寫，數據交換的路徑繁瑣。二級服務器需要經過CC-Explorer服務器、調寬PLC及其與子站的網絡才能訪問到子站的數據，由于各種原因出現問題都會影響二級系統(tǒng)與子站PLC的通訊。這種故障在實際生產過程中也多次出現。

圖1 系統(tǒng)改造前網絡結構

2 改造后系統(tǒng)構成

經過設備和系統(tǒng)的設計改造，我們把液面和振動的C7控制面板換成通用的Siemens S7-IM151-8 CPU 帶有以太網接口，并用TP700觸摸屏替換現場觸摸面板的操作功能。這種方案解決了備件短缺問題，后續(xù)供貨和升級比較方便，優(yōu)化了系統(tǒng)，提高了設備響應率。PLC更改為通過以太網卡連接到車間的工業(yè)以太網上后，這樣二級服務器可以直接和PLC通訊。二級系統(tǒng)直接與CPU通訊，提高了報文的準確率以及相應時間，避免了由通訊故障產生的隱患。

HMI采用wincc工業(yè)軟件，它是通用的應用程序，適合所有工業(yè)領域的解決方案，可以集成到所有自動化解決方案內，內置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態(tài)，采用開放性標準，集成簡便，適用于所有工業(yè)和技術領域的解決方案。

改造后系統(tǒng)網絡結構圖如圖2所示。

硬件系統(tǒng)改造后，相應的軟件系統(tǒng)的通訊也必須做出相應的改變。振動PLC，液面PLC以前是通過Profibus協議與調寬PLC通訊交換數據的，同時與二級或者主PLC的通訊也是通過調寬PLC中轉來完成的，現在可以直接通過以太網接口與調寬PLC和上級系統(tǒng)交換數據。

由于原二級系統(tǒng)中負責與PLC通訊的OPC軟件授權費用高，每安裝一臺二級服務器需要付出一筆授權費，并且相應版本現在已經無法購買，這使系統(tǒng)的維護和備件的整備成本提高，不利于生產廠的降本增效。我們經過改造，自己編寫了與一級PLC的通訊程序來解決這個問題。

我們在二級服務器上安裝KEPopcserver作為服務器端，通過C#編寫客戶端通過自定義接口異步讀寫OPC服務器來實現二級服務器與一級PLC的通訊。編程的大體思路為使用自定義COM接口，自定義接口是一組COM接口。許多OPC服務器，包括OPC.SimaticNet，都是在COM平臺開發(fā)的。

需要注意的是，在用CreateInstance創(chuàng)建一個OPCSerer的實例，添加IOPCDataCallback接口后如果出現報錯，主要原因是IOPCDataCallback有4個純虛函數必須實現。這四個虛函數為：

IOPCDataCallback的虛函數之一：OnReadComplete

IOPCDataCallback的虛函數之二：OnCancelComplete

IOPCDataCallback的虛函數之三：OnDataChange

IOPCDataCallback的虛函數之四：OnWriteComplete

然后利用IOPCAsyncIO2Obj.Write寫入數據，利用IOPCAsyncIO2Obj.Read異步讀取數據。

最終的程序界面以讀取調寬PLC中的數據為例，如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)改造后網絡結構

圖3 二級與調寬PLC的OPC通訊程序界面

3 結語

系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)硬件配置進行了升級，設備運行穩(wěn)定。在線及修改PLC程序時的卡頓現象有了根本性的好轉。在結構上，每個控制單元都配有單獨的以太網卡，鏈接到工業(yè)以太網上，這樣做的好處是車間的主PLC和二級控制系統(tǒng)都可以直接讀取其中的數據，軟件系統(tǒng)架構比較直觀易懂。同時，通過自己編寫OPC軟件也省卻了Matrikon OPC商業(yè)軟件的授權費用。本次改造成功實施，雖難以計算直接經濟效益，但有助于使我廠連鑄機自動化設備水平的提高，徹底解決了三電系統(tǒng)的硬件老化、備品備件無法解決并隨時可能嚴重影響生產的隱患，保證了煉鋼廠生產的正常順行。

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