李文文

(福建泉州閩光鋼鐵有限責任公司 福建泉州362000)

KEYWORDSCommunication Control Upgrade

1 前言

油氣潤滑設備是為了延長軋鋼機在高速、重載、高強度、高剛度和連軋化的工況條件下軋輥的使用壽命[1]。泉州閩光軋鋼廠棒線材生產線軋機油氣潤滑系統(tǒng)主體平臺采用西門子S7-200 PLC電控系統(tǒng)并配置了帶有觸摸顯示屏的操作面板，控制柜放在遠離主控室的現場，雖系統(tǒng)本身監(jiān)控功能非常完善，不論是油箱液位、供油壓力及油量分配、壓縮空氣壓力、油氣流量等都有監(jiān)控，但因油氣潤滑系統(tǒng)為裝備制造商獨立供貨的單機控制系統(tǒng)，與全廠的其它控制系統(tǒng)不能成為一個整體，無法實現遠程對油氣潤滑系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，對系統(tǒng)維護和故障處理造成極大的不便。選擇一種合適的通信技術，實現遠程監(jiān)測與控制油氣潤滑系統(tǒng)成為改變現狀的關鍵捷徑。西門子S7-200系列PLC的CP243-1通信模塊具有以太網通信接口擴展功能，為解決200PLC單機控制系統(tǒng)聯(lián)網升級的問題提供了便利條件。

2 方案設計

2.1 原系統(tǒng)構成

油氣潤滑裝置配置了一套獨立的S7-200 PLC電控系統(tǒng)，其與主控400PLC系統(tǒng)采用硬線連接，硬線連接結構圖如圖1所示。就地操作時可以通過觸摸屏控制潤滑系統(tǒng)的啟停與設定相關參數(換向周期和換向次數等)。由于硬線數量有限，通過觸摸屏切換到遠程操作時只能簡單的控制潤滑系統(tǒng)的啟停和輕故障復位。

圖1 硬線連接結構圖

2.2 存在問題

由于油氣潤滑系統(tǒng)與主控系統(tǒng)沒有建立通信：

1)無法甩開觸摸屏實現油氣潤滑系統(tǒng)的遠程啟?？刂啤?/p>

2)無法實現對油氣獨立系統(tǒng)的200PLC控制程序、系統(tǒng)運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。

3)無法實現油氣潤滑系統(tǒng)相關參數的遠程實時設定。

4)油氣潤滑系統(tǒng)各獨立分站的投入與否只能就地通過操作面板手動設置，未實現遠程對各分站的獨立控制，操作上不夠靈活。

5)未實現油氣潤滑系統(tǒng)與軋線軋機運行信號、軋線出鋼允許信號的控制連鎖。

2.3 升級方案

通過S7-200系列產品中唯一一款以太網通信模塊CP243-1將油氣潤滑系統(tǒng)并入現場在用的工業(yè)以太網環(huán)網，系統(tǒng)利用以太網通信模塊CP243-1升級后的結構圖如圖2所示。首先在S7-200中配置一個客戶端進行S7單邊數據通訊，S7-400作為遠程服務器，配置完成后S7-200將主動建立與S7-400的S7連接，S7-400將被動響應建立好的S7連接。由此便可充分利用以太網通信的靈活性，實現軋機控制系統(tǒng)與油氣潤滑系統(tǒng)的連鎖控制，并利用WINCC與400PLC系統(tǒng)的以太網通信，實現對油氣潤滑系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和相關參數設定。

圖2 以太網通信結構圖

3 升級實現

3.1 硬件搭建

在油氣潤滑控制柜內S7-200 PLC系統(tǒng)尾端新增以太網通信模塊CP243-1,直接利用網線作為傳輸介質將S7-200PLC系統(tǒng)接入主控系統(tǒng)以太網環(huán)網。

3.2 軟件設計

3.2.1硬件組態(tài)配置

在200PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN中使用以太網向導為S7-200 PLC系統(tǒng)做S7單邊通訊配置，完成CP243-1通信模塊的硬件組態(tài)。

3.2.2通信數據區(qū)規(guī)劃

規(guī)劃原S7-200項目中的數據交換V內存儲區(qū)，定義S7-200和S7-400的發(fā)送和接收數據緩沖區(qū)，數據緩沖區(qū)如圖3所示。寫數據到遠程服務器時，將S7-200 PLC 中V存儲區(qū)的30字節(jié)的數據(VB732-VB763)寫入到S7-400PLC定義的數據塊(DB100.DBB32-DB100.DBB63)中,從遠程服務器中讀取數據時，將從S7-400PLC的數據塊(DB100.DBB0-DB100.DBB30)中讀取的30字節(jié)數據存儲在S7-200 PLC的V存儲區(qū)(VB700-VB730)。

圖3 數據發(fā)送和接收緩沖區(qū)

3.2.3S7-200系統(tǒng)通信程序設計

配置完以太網通信模塊CP243-1的硬件組態(tài)之后，功能塊ETHx_CTRL和XTHx_XFR將被自動創(chuàng)建，功能塊ETHx_CTRL用于初始化和監(jiān)控CP243-1，為建立通信奠定基礎，通信功能塊如圖4所示，功能塊ETHx_XFR用于讀寫數據，其可以引導CP243-1將數據傳送到另一個S7系統(tǒng)，或從S7系統(tǒng)中請求數據，數據讀寫功能塊如圖5所示，且必須在STEP 7-Micro/WIN的主循環(huán)塊(“MAIN(OB1)”)中調用這些功能塊,ETHx_XFR通過S7-200客戶端連續(xù)調用兩次分別用于從S7-400 PLC中讀取數據及寫入數據到S7-400 PLC中。

圖4 通信功能塊

圖5 讀寫數據功能塊

3.2.4S7-400系統(tǒng)通信程序設計

S7-400 PLC作為服務器建立與S7-200 PLC系統(tǒng)(客戶端)的S7連接時，無需在S7-400的Netpro中組態(tài)S7連接，也不需要在S7-400的程序中調用任何的通訊功能塊。只需定義一個有足夠長度的數據塊DB100，長度大于或等于S7-200PLC系統(tǒng)定義的通信V存儲區(qū)，S7-200作為客戶端時將從這個DB塊中進行數據讀寫，該DB塊將分別作為發(fā)送和接收數據緩沖區(qū)。

3.2.5WINCC畫面設計

利用原有的400PLC控制系統(tǒng)與WINCC的通信基礎，在WINCC項目中新增油氣潤滑控制系統(tǒng)的HMI操作界面,其操作界面直觀、可操作性強，且新增HMI操作界面完全參照觸摸屏現有功能而設計，通信建立后完全可以代替觸摸屏對油氣潤滑系統(tǒng)進行獨立控制，從而實現了觸摸屏與主控系統(tǒng)對油氣潤滑的雙向控制[2]。

4 升級效果

1)實現了油氣與主軋線的控制連鎖，正常開機時以油氣運行為前提條件，且正常軋制過程中若油氣跳閘，則觸發(fā)軋線禁止出鋼信號，并要求軋機延時停機，從而大大減少了軋機因油氣問題造成的燒軸承故障率。

2)實現了油氣與主控系統(tǒng)的以太網通信，可以方便的對油氣潤滑獨立系統(tǒng)的控制程序遠程實時監(jiān)控與在線修改，為系統(tǒng)的進一步優(yōu)化提供了便利條件。

3)可以隨機靈活的對油氣潤滑系統(tǒng)進行遠程啟停與參數在線修改，從而實現了完全脫離觸摸屏后依然不影響油氣潤滑系統(tǒng)的正常運行。

4)實現了油氣系統(tǒng)中6個分站的獨立啟停控制，停機檢修或甩機架時可關閉不需要開啟的油氣分站，節(jié)約了油耗[3]。

5)靈活的以太網通信使得故障報警信息和對過程值的組態(tài)歸檔更加完善，大大縮短了油氣潤滑系統(tǒng)的故障排查時間。

5 結束語

本次升級投入了極少的硬件成本，充分利用西門子S7系列PLC以太網通信技術，通過將獨立的油氣潤滑系統(tǒng)并入軋線現有的工業(yè)環(huán)網，使得對獨立的油氣潤滑系統(tǒng)與主控系統(tǒng)集中控制得以實現，自投入使用以來，系統(tǒng)一直安全穩(wěn)定運行，減少了軋輥因油氣潤滑系統(tǒng)故障造成的燒軸承故障率，且油氣系統(tǒng)各分站的獨立控制大大節(jié)約了油耗。