酒钢碳钢薄板厂炼钢控制系统一二级分离技术改造（张进忠）

碳钢薄板厂炼钢控制系统一二级分离技术改造

检修工程部自动化控制检修作业区 张进忠

摘 要：碳钢薄板厂炼钢控制系统以Wonderware公司的IAS2.0(Industrial Application Server)软件作为一种全新设计理念的通讯软件首次在冶金行业使用，由于频繁发生通讯中断，在不断改进后仍然无法杜绝的情况下，通过对一级系统改造为单机直连并将一二级控制系统分离的方式，彻底解决了通讯中断问题，取得显著的经济效益。

关键词：通讯中断；单机直连；一二级分离

1 系统概述

酒钢本部碳钢薄板厂有120t转炉3座，LF精炼炉3座，控制系统采用罗克韦尔自动化公司的ControlLogix5555产品，上位机操作画面采用Wonderware公司的Intouch View 9.0监控软件，中间通过Wonderware公司ISA2.0(Industrial Application Server2.0)通讯软件，实现数据集成和实时数据库的传输。网络架构为C/S(客户端/服务器）结构，服务器为主备服务器，每台服务器上安装一个数据服务器与PLC通讯，读取PLC中的数据，成为整个项目中的全局数据，可以在项目中任何一台计算机上引用，互为冗余的引擎可以在主备服务器之间切换。单套系统结构图为：

Client Server Architecture

InTouch

InTouch

InTouch

InTouch

InTouch

AOS AOS

PLC

图1

整个系统网络拓扑图为：

1

1# LF炉操作室 1#LF炉操作站 1# 转炉操作室 1#转炉操作站 2# LF炉操作室 2#LF操作站 3# LF炉操作室 3#LF炉操作站 2# 转炉操作室 2#转炉操作站 3# 转炉操作室 3# 转炉操作公辅操作室 公辅操作站

1#LF炉PLC室网络机柜

转炉PLC室网络机柜

HMI交换机

2# LF炉PLC室网络3# LF炉PLC室网络

机柜

机柜

公辅操作室操

作台

HMI交换机

HMI交换机

HMI交换机

1#服务器（冗余） 2#服务器（冗余）3#服务器（冗余）

1# 精炼PLC

PLC交换机

PLC交换机

PLC交换机

PLC交换机

红色线路为光缆，绿色

转炉电磁站

1#转炉PLC 2#转炉PLC 3#转炉PLC 公辅PLC

汽化PLC

2#LF炉电磁站 2# LF炉PLC

3#LF炉电磁站 3# LF炉PLC

为5类双绞

线

图2

2 存在的问题

酒钢是国内首家钢铁企业使用ISA2.0(Industrial Application Server2.0)作为通讯软件的单位，由于该软件投入市场时间不长，很多问题还没有暴露出来，自2005年4月份1#转炉和精炼炉投产以来，多次出现通讯中断，造成上位操作画面无法监控数据，至2006年2月份2#、3#转炉和2#、3#精炼炉投产后，通讯中断更加频繁，严重制约了生产的稳定顺行。主要存在的问题有：

计算机系统多次发生通讯中断事故，其现象为局部或全部画面数据无变化，持续时间较长，且不能自动恢复，使画面无法操作和监控，生产无法进行，而且多次导致6#连铸机和CSP断浇，给公司的效益带来了严重的损失。

投产之初通讯中断最严重的阶段，转炉系统每天通讯中断达5、6次之多，维护局面相当被动。

3 前期工作

针对通讯中断一方面我们与外方专家联合会诊，外方专家也提出过一系列改造完善方案，但实施后没有明显效果。另一方面，现场维护人员通过对该系统软硬件、环境等各方面分析，对该系统进行了优化和改造。主要有以下几个方面：

3.1 更换网络交换机，采用环网形式

2

上下位交换机采用赫斯曼交换机代替原设计的3COM交换机，并应用冗余组网模式，取消光电收发器的使用，提高了网络运行的可靠性及稳定性。

3.2 调整扫描时间

根据画面响应时间要求，合理调整扫描周期，对大部分设备的响应速度不需要太快的适当延长扫描周期，而氧枪等设备则需要快速响应，适当减少了扫描周期。

3.3 添加脚本

添加引擎的自动切换脚本，实现了系统故障时的自动切换，提高系统运行的可靠性。 3.4 更换网线

原来施工所使用的网线为普通双绞线和水晶头，而且在电缆槽中和其他动力电缆一起敷设，更换为屏蔽双绞线，使用屏蔽水晶头，减少干扰，保证了通讯质量。

3.5 服务器直连

在主从服务器之间安装直连网卡，作为冗余信息通道，实时监测主从服务器之间的心跳，当主服务器出现故障时将引擎快速切换到从服务器，反之亦然。

3.6 更改子网掩码

将Galaxy中所有服务器和操作站的子网掩码由原来设置的255.255.0.0调整为255.255.248.0，减少了IP寻址空间，减轻了网络负担。

3.7 添加HOST文件

在Galaxy 中所有Platform的系统文件中添加HOST文件，同时在APPServer中把所有计算机的IP地址改为计算机名称，减少网络寻址时间。

3.8 简化脚本

更改部分模块的不合理设置，删除一些繁琐判断，简化各对象脚本程序；对CIP中编辑的大量模拟量脚本进行清理，在下位程序中重新定义这些点；减少了系统扫描时间和减轻了系统扫描负担。

3.9 合并数据源

删除工程遗留的重复数据源，将多个数据源合并为一个。工程建设时多人参与，形成了多个CIP，对这些项目进行整合；统一各Platform工作组，几次的施工形成了多个工作组，对此进行统一，减少重复扫描和读写，提高通讯质量。

3.10 变量清理

清理系统中存在的大量无用信息和变量点。清除的无用变量就有1000多点，消除了无用变量不断进行数据读写对系统造成的堵塞，减少数据读写的数据量，提高通讯质量。

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3.11 网络时钟自动同步

所有节点计算机均以1#转炉主服务器为基准，自动进行时钟同步。 3.12 定期维护

定期清理服务器垃圾文件、日志信息、对服务器进行检查、清灰，保持良好的设备及系统运行环境。定期重启服务器、定期对整个系统重新部署、网络交换机重启，使设备定期初始化，提高系统运行的稳定性。

所有上述改造措施的实施，都是通过对APPServer系统不断研究和探索，并与原系统设计单位和Wonderware厂家技术人员交流沟通后制定并实施的，实施后使计算机系统的稳定性有了很大的提高。通过对维护记录分析比较，通讯中断故障由改造前每周发生4次下降至一两个月发生一次通讯中断故障几率相比，月故障率降低90%以上。但是由于系统网络架构和APPServer通讯软件存在缺陷，通讯中断问题仍然无法杜绝。

由于始终没有有效的措施可以杜绝现用APPServer系统的通讯故障，我们提出将转炉、精炼控制系统一级自动化通讯改为单机直连方式并将一、二级系统彻底分离的改造方案，通过和工序相关技术人员探讨沟通，认为该方案可行并着手组织实施。

4 项目实施目的、必要性

4.1 项目实施的目的

碳钢薄板厂转炉、精炼炉控制系统通讯中断是多年来困扰我公司计算机维护的技术难题，由于在原架构内不断进行的优化改造等各种尝试，都没有取得预期的效果，因此，为了从根本上解决通讯中断问题，使用新的直连网络模式，将一级系统彻底从原架构中分离出来，提高通讯质量，为生产稳定顺行提高可靠保证。

4.1 意义和必要性

控制系统分离改造之前，通讯中断时常发生，其现象为局部或全部画面数据无变化，且不能自动恢复，使画面无法操作和监控，生产无法进行，并且生产节奏紧张，处理过程时间较长，很容易导致6#连铸机和CSP断浇，给公司的效益带来了严重的损失，因此，项目实施的必要性不言而喻。项目实施后，每台计算机通过I/O Server通讯从PLC中直接读取数据，各个操作站相互独立，通讯简单一旦单台操作站出现故障操作工用另一台计算机进行操作，一会影响系统的正常运行。减少故障的次数，同时对系统维护也带来了便利。

5 技术原理及方案

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5.1 技术原理 原通讯原理为：

每个点通过对象脚本判断和匹配才能正确找到源数据的实际路径，如下图所示，HMI如果想取到PLC系统中的某点，要通过对象脚本寻找源数据。

图3

该源数据又是通过APPServer中配置在CIP引擎下的以太网连接到以太网模块所在的背板上并检测到背板上的设备以指定到唯一处理器，访问处理器中的变量。

改造后的通讯原理为：

数据通过在安装有Intouch画面的操作站中安装I/O Server通讯软件，配置在Intouch识别的访问名，并将其指向唯一的处理器，则可直接读取处理器数据。

5.2 技术方案

根据酒钢碳钢薄板厂生产现状，首先在对画面进行离线改造后，在转炉、精炼各增加一台单机直连操作站试运行，在生产中不断完善后，将所有的操作站更换为单机直连通讯模式，废除一级服务器系统，并在APPServer环境中将一、二级分离，废除APPServer中的一级通

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AOS_LFL2Server (原有二级系统LF炉服务器 :3个对象引擎) LFL2Server_AppEngine (原有二级系统对象引擎1#LF炉) LFL2Server_AppEngine2 (原有二级系统对象引擎2#LF炉) LFL2Server_AppEngine3 (原有二级系统对象引擎3#LF炉)

在二级系统改造中对二级系统从PLC数据采集进行了很多尝试，最终数据采集模式定为 PLC DASERVER Object 采取这样的取数方式,取消了Redundant中间环节。

6.2 系统功能及性能

一二级系统分离后，操作站画面从岗位操作角度看与改造前没有任何区别，即系统控制功能和性能完全相同，但在数据采集，通讯方式以及网络架构上来说，已成为两种截然不同的模式。并且操作站增加了历史趋势和历史报警记录的数据存储和查询功能，因为作为以APPServer为平台进行历史数据采集存储的INSQL服务器在一二级分离后失去了原来的作用，历史趋势和报警记录等历史数据必须在单机操作站中实现，历史趋势以Intouch中包含的趋势记录控件调用和定义，并在标记名字典中对所需记录的点定义为数据记录，在本机操作站上指定存储位置。历史报警记录则重新安装数据库，实现事件记录数据的存储和查询。

6.3实施效果

通讯中断故障在以C/S架构和APPServer通讯软件为平台基础上自2008年以来一系列优化改进措施后，故障率明显下降，但故障不能完全消除，并没有更好的可优化和改进措施，只能通过定期切换和发布引擎，重启服务器等常规措施将故障发生几率维持在最低状态，据由设备日常维护记录统计分析：通讯软故障次数2009年为26次，2010年29次，2011年27次，2012年1-2月份一二级分离之前发生故障2次，完成分离后故障完全消除，效果非常显著。如图：

图13

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7 应用情况及分析

碳钢薄板厂炼钢控制系统一二级分离是在系统投入多年运行并在生产实践中通过不断优化完善和改造的基础上，为彻底解决通讯中断瓶颈问题而提出的一项根本性措施，在一二级系统分离完成之后，完全杜绝了因系统软故障而造成的通讯中断故障的发生，为生产稳定运行提供可靠的保证。

由于碳钢薄板厂炼钢原一二级控制系统这种通讯模式和网络架构在酒钢为第一家单位所用，在全国钢企中使用者也是寥寥无几，因此，就其控制系统分离本身而言，并不具备直接的推广效益，但对于类似的长期困扰生产的技术瓶颈问题，炼钢一二级控制系统分离项目的成功实践为我们提供了现实借鉴意义：就是在实现同等控制功能，没有进行较大设备和费用的投入（同时在改造中下线6台服务器及节省了后续备件费用），通过现有技术手段，解决现场实际问题的思路。在促进设备技术研究，解决瓶颈问题，技术指标进步，挖潜增效以及完成保产检修任务等方面都发挥着重要的作用和积极的经济效益。

参考文献

[1] IAS2.0 Course Training Manual wonderware公司

[2] wonderware opclink user’s guide 帮助手册 wonderware公司

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w30v.html