热连轧精轧HMI系统与PLC400通讯稳定性的改进分析.pdf

第 3 4卷第 5期 2 0 1 2年 1 0月 四川 冶金 S i c h u a n Me t a l l u r g y Vo 1 ． 3 4 No ． 5 O c t ．， 2 0 1 2 文章编号1 o 0 1 _5 1 O 8 2 0 1 2 0 5 _ ． 0 O 6 2 0 4 热连轧精 轧 H MI 系统与 P L C 4 0 0通讯 稳定 性 的改进分析 曾虹云 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司热轧板厂， 四川 攀枝花6 1 7 0 0 0 【 摘要】 针对热连轧精轧 H M I 系统与 P L C 4 0 0通讯频繁故障导致停产的现状， 主要通过更改网络结构和更 换老化的网络设备来提高热连轧精轧 HMI系统与P L C 4 0 0通讯性能， 保证精轧 H MI系统与 P L C 4 0 0数据交换的实 时性和安全性， 保证现场设备安全， 保证精轧操作人员实时调整工艺参数来精确控制带钢卷取温度的精度， 提高产 品质量。 【 关键词】 C i m p l i c i t y H M I 通讯 【 中图分类号】T P 2 7 3 【 文献标识码 】 A ANALYS I S 0F I M PRoVI NG COM M UNI CATI oN S TABI LI TY BETW EEN HoT S TRI P FI NI S H M I LL HM I S YSTEM W I TH PLC4 O O Z e n g Ho n g y u n H o t R o l l e d P l a t e P l a n t o f P a n g a n gG r o u p P anz h i h u a S t e e l ＆V ana d i u m C o ． ， L t d ． ， P anz h i h u a 6 1 7 0 0 0， S i e h u an ， C h i n a [ Ab s t r a c t ] A c c o r d i n g t o C o m m u n i c a t i o n F a i l u r e c a u s e i t s h u t d o w n i n H O T S T R I P F i n i s h MI L L H MI S y s t e m wi t h P L C A 0 0，B y c h a n g e n e t w o r k s t r u c t u r e a n d R e p l a c e a g i n g n e t wo r k e q u i p me n t ，i mp r o v i n g s t a b i l i t y o f C o mmu n i c a ti o n， i t e n s u r e d Re a l t i me a n d s e c u ri t y o f Da t a e x c h a n g e b e t w e e n HOT S T RI P F i n i s h MI L L H MI S y s t e m w i t h P L C 4 0 0 ，s a f e t y o f e q u i p m e n t ，e n s u r e d r o l l i n g o p e r a t o r r e a l t i me a d j u s t me n t p r o c e s s p a r a me t e r s t o s t r i p c o i l i n g t e mp e r a t u r e pr e c i s e c o nt r o l o f p r e c i s i o n a nd i mp rov e p rod u c t i v i t y． [ Ke y w o r d s ] C i m p l i c i t y ， HMI ， c o m mu n i c a t i o n 1 引言 攀钢钒 1 4 5 0 m m热连轧在生产过程中频繁出 现精轧 H M I 系统与 P L C 4 0 0 层流冷却基础 自动化 系统 通讯中断， 中断时间大约3 0 秒到4 分钟左右， 之后 自动恢复数据通讯。在通讯中断这段时间内所 有 P L C 4 0 0的数据不能和精轧 H M I 系统进行交换， 精轧操作室的操作人员不能在精轧 H M I 操作画面 上向P L C 4 0 0写人参数， 精轧 H M I 画面上的按钮不 能点击。通讯故障造成 1 卷取温度采集失真 ， 钢卷卷取温度异常 ； 2 由于卷取温度 失真 ， 直接影响过程机模 型 的自 学习， 在换轧制规格时， 由于过程机采集的上一 块钢的温度不是真实温度 ， 将造成下一块钢卷 的设 定卷取温度偏低或者偏高， 再次造成下一钢卷的卷 取温度异常； 3 在轧制焊瓶钢等特殊要求 的钢卷时会造成 钢卷性能不合， 导致产品降级或判废， 使得一次合格 作者简介 曾虹云， 自动化工程师， 主要负责 HM I 系统的开发和维护。 第 5期 S i c h u a n Me t a l l u r g y 率下降 ； 4 当卷取温度过低时还可能造成卷取机无法 卷取钢卷 ， 直接产生废钢。 为了提高产品性能， 降低炼钢成本， 提高控冷水 平， 开发出更多的新产品， 提高市场竞争力， 2 0 0 9年 攀钢热轧板厂超快速冷却系统上线， 超快速冷却系 统要求精轧操作室的操作人员实时监控层流冷却设 备的运行状态和带钢 的温度状况 ， 通过控制层 流冷 却区的控制冷却设备的集管组态， 实现对带钢的冷 却模式 、 卷取温度、 冷却速度的控制 ， 达到工艺规 程 的要求， 以确保带钢的质量和产量。层流冷却系统 的控制方式分两种情况 自动控制方式和手动控制 方式 ， 自动控制方式 分为过程机对控冷过程进行 自 动设定 C T C O N 和由操作员通过精轧 H M I 系统 对控冷过程进行设定 C T CO F F ； 手动控制 方式 完全由操作工启／ 停冷却设备的运行， 通常在设备调 试和测试时采用。无论 自动控制或手动控制方式均 要求精轧 HMI 系统与 P L C 4 0 0通讯稳定正常以保证 操作人员能实时监控层流冷却系统的设备运转状态 和带钢温度状况。 超快速冷却系统上线之后， 精轧 H M I 系统与 P L C A 0 0通讯不稳定的情况将严重制约生产的正常 进行， 一旦通讯中断， 操作人员无法修改冷却速度的 控制及卷取温度的控制， 带钢的产品质量不能得到 保证， 因此需要查找精轧 H M I 系统与 P L C 4 0 0通讯 不稳定的原因并进行改进以保证超快速冷却系统的 正常投用 ， 保证生产的顺利进行。 2 精轧 HM I系统与 P L C 4 0 0通讯不稳定的分析 2 ． 1 原设计的网络结构 层冷 及 超快 冷 设 备 由 P L C 4 0 0进 行控 制， P L C 4 0 0位于现场 D D S电器室对面 ， 十台监控 终端 H M 1 分别位于 7 C S的轧钢操作台 6台 、 机械精轧 值班室 1台 、 D D S 1 台 、 调度室 1台 、 计算机 值班室 1台 ， H M I 和 P L C A 0 0通过双绞线和光纤 来进行物理连接， 其网络拓扑如图 1 所示。 2 ． 2网络 结构分析 由于层流冷却设备控制的是带钢卷取温度， 通 常情况下设计热连轧生产线网络结构时普遍把控制 层流冷却设备的P L C划在卷取环网中， 而不划在精 轧环网中。但是监控层流冷却设备是由精轧操作人 员在精轧 H M I 操作画面上进行 ， 控制层流冷却设备 的P L C 4 o o 就必须要和精轧环网中的H M I 服务器进 行数据交换 ， 因此网络设计时就把卷取交换机接人 到中心交换机 ， 然后从 中心交换机接人到精轧交换 机上实现控制层流冷却的 P L C和精轧 H M I 服务器 的数据交换。这样将出现下面三种后果。 2 ． 2 ． 1 网络环节过多 P L C A 0 0和精轧 H M I 服务器的数据交换需要经 过五个交换机、 2个光 收发器 ， 其网络环节过多 ， 数 据量大就会出现时通时断的情况 。 2 ． 2 ． 2 物理位置太长 P L C A 0 0在 E D S ， 精轧 H M I 服务器在 7 C S ， 物理 上 P L C 4 0 0拉 了根 六 类 双绞 线 到 D D S的交 换 机 ， D D S的交换机再拉光纤到中心机房的交换机 ， 中心 机房的交换机再拉光纤到 7 C S的交换机 ， 这样 ， 本 来可以E D S 直接到 7 C S拉一根光纤完成的事情变 成了由E D S 到 D D S 到中心机房再到7 C S ， 使得物理 位置延长 了， 这样也会出现网络异常的情况。 2 ． 2 ． 3 P L C A 0 0和精轧 H M I 服务器不在同一个环 网中 设计 网络时， P L C 4 0 0处于卷取网， 精轧 H MI 服 务器处于精轧 网， P L C A 0 0和精轧 H MI 服务器不能 直接打交道， 需要靠中心交换机来交换数据， 两个环 网之间的设备进行数据交换 自然效率低下， 当数据 量很大时就会出现通讯故障。 从上述分析可以得知网络结构不合理是导致精 轧 H M I 系统与 P L C通讯不稳定的主要原因， 必须根 据现场实际情况来更改网络结构满足生产的需求。 2 ． 3网络设 备老 化 1 精轧 H MI 服务器 的网卡是主板集成的 ， 长 时间在恶劣的现场工作 ， 散热条件差 ， 温度过高导致 稳定性下降， 性能降低， 而 P L C 4 0 0和精轧 H M I 服务 器交换的数字量和模拟量数据总和高达 1 1 0 0多个 ， 如此庞大的数据量要进行实时交换 ， 老化 的集成 网 卡根本无法胜任。且备用服务器和现场服务器配置 一 模一样 ， 在现场工作 了5年多 ， 集成网卡也 已经老 化 ， 不能满足现场需要 。 2 P L C 4 0 0的以太网板在现场服役 5年多 ， 由 于工作环境恶劣， P L C柜散热条件差， 温度过高导致 以太网板老化速度很快， 其性能下降， 经常出现故 障。 精轧 HMI 服务器的网卡和 P L C 4 0 0的以太网板 由于外部条件的原因导致老化严重， 工作不稳定， 网 络设备老化也是造成精轧 H M I 系统与 P L C 4 0 0通讯 不稳定的主要原因。 四川冶金 第 3 4卷 图 1 改进前的网络结构 3 改进措施及效果 3 ． 1 网络 结构 的 改进 由于 P L C 4 0 0 不但负责层流冷却集管的设备还 负责其他设备的控制， 如果把 P L C 4 0 0接入到精轧 环网中， 势必影响 P L C 4 0 0与其他设备的通讯情况， 因此 首先， 清理 P L C A 0 0的信号情况， 使得 P L C 4 0 0 只控制层流冷却的设备； 然后， 利用检修时间从 E D S 的 P L C 4 0 0的以太网模板处直接拉根光纤到 7 C S的 交换机 3 1 l ， 使之只通过 3 1 l交换机到达精轧 H MI 服务 器。改造后 其 网络简 图如 下 把 P L C 4 0 0 从卷取环网中摘 出来 划入到精轧环网中了， 且最大 限度的减少了精轧 H M I 服务器和 P L C 4 0 0之间的网 络环节 只经过一个交换机和一对光收发器 ， 减少 了网络上的物理长度， 不再通过机房的中心交换机， 彻底解决了网络结构不合理的问题。 3 ． 2更换老化的网络设备 3 ． 2 ． 1 更换 H M I 服务器及备用服务器的网卡 H M I 服务器主板集成网卡不适应生产需要， 首 先利用检修时间重启计算机， 并进入 C O M S 屏蔽板 第5期 S i c h u a n Me t a l l u r g y 圈 HMI S r v r HMI Cl i c nt l} 咖Cl i c n t 2 HMl Cl i c n O HM I Cl i c n t 4 HM I Cl i c n t 5 甲 甲 早 甲 罕 甲 ＼ i - U 诱蚺鞋誊 讯 | |＼ 囱 l 圈 l P 1C 4 O O I l控制l l P r o fi b lls 、 G e n i u s 、 直 接 I ，0 ＼ l_ 0 0 l 鼍 √ 繁 减、 嘲 譬 ll 曩 一 图 2 改进后的网络结构 载网卡； 关闭计算机， 在 P C I 插槽上增加一块 3 c o rn 的新网卡； 重启计算机， 进入Win d o w s 系统后由系统 自动安装 3 c o m网卡的驱动程序后， 配置其 I P地址。 备用服务器的网卡处理步骤和现场服务器的配 置方法一样 。 3 ． 2 ． 2 P L C 4 0 0以太网板工作不稳定的处理 P L C A O 0的以太网板工作不稳 定受 2个 因素 的 制约 一是网板工作时间过长， 老化严重； 一是机柜 散热不好， 老化较快。为此 首先 ， 更换一块新的以太网板 ， 并购买一块网板 作为备件； 然后 ， 在 P L C 柜 内 安 装 一 台 风 扇 ， 用 于 对 P L C 4 0 0机柜的散热 ， 降低以太网板工作时产生 的热 量 ， 控制其温度在 2 5度 内。 再次， 在 P L C 4 0 0 所在的 E D S 室内安装空调， 保 证环境温度 。 3 ． 3 研 究效果 通过更改网络结构、 更换网络设备， 大大提高了 P L C 4 0 0与 精 轧 H MI服 务 器 之 间 的通 讯 能 力 ， P L C 4 0 0与精轧 H MI 服务器 出现通讯时断时续 的现 象大大降低， 数据交换实时， 精轧操作人员通过精轧 H MI 操作画面能实 时监 控层流冷却设 备的运转状 况， 根据现场情况及时作出反应， 减少了事故时间， 保证 了带钢的卷取温度受控 ， 轧制产品的成材率 和 合格率得到了极大的提高。 改进前后对 比的主要优点 1 减少 了网络 中间环节 和网络介质 减少 了 卷取交换机、 中心交换机 以及多个光收发器 ； 2 缩短 了物理 距离 原有 技术方 案需 要从 P L C 4 0 0拉光纤到卷取交换机 ， 卷取交换机拉光纤 到 中心机房交换机 ， 中心机房交换机再拉光纤 到精轧 交换机 ， 该发 明把这些距离缩短 为直接从 P L C 4 0 0 拉光纤到精轧交换机， 提高通讯能力； 3 网络设备 的更新 ， 从 网络硬件上保证 了精 轧 HMI 系统与 P L C 4 0 0通讯稳定 的前提条件。 4结语 通过对精轧 HM I 系统与 P L C AO 0的通讯不稳定 现象的分析与处理， 为超快速冷却系统的投用提供 了一个稳定 的网络平台， 提高了 P L C 4 o o与精轧 H MI 服务器之 间的通讯性 能， 保证 了 P L C 4 0 0与精 轧 H M I 服务器数据交换的实时性和安全性， 减少了 精轧操作人员由于网络异常造成无法监控层流冷却 设备的运转状态， 保证了现场设备的安全， 同时， 保 证了精轧操作人员实时调整工艺参数来精确控制带 钢卷取温度的精度， 减少带钢卷取温度异常， 提高产 品质量。 参考文献 [ 1 ] 刘艳， 童朝南， 彭开香． 带钢热连轧精轧机组人机界面的设计 与应用[ J ] ． 冶金设备， 2 0 0 4 5 ． [ 2 ] 胡字， 刘雅超，吕彦峰． 攀钢 1 4 5 0热连轧改造系统过程计算 机之间的通讯[ J ] ． 控制工程 ， 2 0 0 7 4 ．