OPC技术在LF和RH精炼炉加料系统中的应用

1 引言

莱钢银山型钢3#120tlf精炼炉(钢包精炼)位于莱钢银山型钢炼钢区域，与3#连铸机相邻，其出钢线与3#炉出钢线重合，是由西安华兴电炉有限公司成套供货，主要控制设备有钢包的行走、电极的升降以及合金的加料。其合金加料原设计有10个料仓，对应下面的三个称量料斗，称量斗下有振料器，所需要的合金料在称量完毕后经过下面的皮带进入3#lf精炼炉。

3#120tlf精炼炉的控制系统选用的是西门子s7-400控制系统，有两套cpu分别带远程站et-200组成，两个cpu在一个10+8型的机架上面，两套系统之间的数据通讯是通过内部mpi进行的，有两台监控站和plc的通讯是通过prifibus-dp进行的。其网络是独立网络，和其它系统没有任何连接。如图1所示。

图1 原3#lf网络图

由于莱钢新建120trh(真空循环脱气)精炼炉的需要，3#lf的合金料仓正好在rh的位置，妨碍了rh的设备安装，所以必须要进行拆除。但是为3#lf重新新建一套加料系统，现场已经没有场地进行安装，在进行过多次论证后，决定将其合金料仓与rh共用。rh系统是由西安重型机械研究所成套供货的。rh设计中有20个料仓，分别对应5个称量料斗，经过4#和7号皮带机来对rh和lf进行所需的合金料的称量与投料。正常生产时，当rh加料时，则运4#皮带机为正传运行，即向rh方向运行，当lf要求加料时，4#皮带机变为反传运行，即向3#lf法方向运行，并且自动启动给3#lf加料的7#皮带机，两条皮带机之间相互连锁。其工艺流程图如图2所示。两套精炼炉系统也是相互连锁，不能同时进行称料和下料的操作，所以对两地的操作控制软件的设计要求比较高。

图2 工艺流程图

　　rh的一级控制系统为西门子s7-400冗余控制系统，cpu选用的6es7 417-4h，有两套cpu分别带远程站et-200组成，每套都为冗余系统，和监控站的通讯是通过tcp/ip协议进行的，监控系统采用的是服务器/客户机结构，有两台热备冗余的服务器，有四台客户端，保证了rh系统的可靠性。二级系统有一台服务器，两台客户端。网络结构图如图3所示。

图3 rh网络图

　　基于以上原因和现状，为了确保3#lf和rh两套控制系统既能够独立正常运行又要互相连锁，这不仅要求两套系统之间进行数据的通讯，还要确保设备的运行安全性。于是，如何进行可靠的数据通讯，确保两套系统正常运行并满足生产需要就成了解决问题的关键所在。

2 基于opc通讯的系统设计

　　2.1方案的选取

　　由于3#lf的合金料仓要与rh共用，所以必须要对现有的控制系统进行重新规划和设计。进行通讯方式的选择是第一位，只有选择了适用于现场的通讯方式，我们才能进行下一步的工作。通过对现场实际状况的深入研究和分析，我们对比了多种通讯方式，如plc与plc之间的通讯，画面之间的变量读取等等多种方式，最终决定采用基于以太网的可靠性较高的opc的通讯方式，来实现3#120吨lf精炼炉与rh的通讯，实现数据的实时传输，保证两套系统的正常运行。

　　2.2 opc的通讯原理

　　(1) 定义：opc (ole for process control)的全称叫做基于过程控制的链接与嵌入。opc为基于微软windows平台的工业自动化应用程序和现场过程控制应用建立了异构系统跨界链接的桥梁。opc 以ole/com/dcom机制作为应用程序级的通信标准，采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以opc服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。

　　(2) opc技术及接口：opc技术的实现包括两个组成部分，opc服务器部分及opc客户应用部分。　

　　opc服务器是一个典型的现场数据源程序，它收集现场设备数据信息，通过标准的opc接口传送给opc客户端应用。opc客户应用是一个典型的数据接收程序，如人机界面软件(hmi)、数据采集与处理软件(scada)等。opc客户应用通过opc标准接口与opc服务器通信，获取opc服务器的各种信息。

　　(3)　opc服务器冗余技术：在工控软件开发中，一项重要的技术就是冗余技术。优秀的软、硬件冗余技术是系统长期稳定工作的保障。目前流行的工控软件通常具有冗余功能。opc标准的制定为软件冗余提出了新的思路，我们可以通过opc技术更加方便的实现软件冗余。在实践应用中，我们开发了opc冗余服务器，解决了对任何厂商的opc服务器冗余问题。

　　2.3两个wincc之间通讯的方式和解决办法

　　(1) 配置步骤

　　·服务器配置：必须要通过dcom-cnfg.exe来配置wincc.server，参数选择"无”或“everyone”、“允许访问”；

　　·确保客户机对服务器的操作权限；

　　·客户机配置；

　　·在客户wincc端加载opc驱动程序，即opc.chn；

　　·在该通道下新建一个连接；

　　·右键点击opc通道，选择系统参数；

　　·在系统参数对话框中可以浏览可以连接的opc服务器；

　　·选择你需要连接的wincc opc服务器，然后浏览该服务器的tag；

　　·添加你需要的tag变量。

　　(2) 激活运行：运行服务器和客户机wincc应用程序，客户机就可成功调用服务器数据。

　　2.4 opc dcom的权限设置

　　(1) 在运行里输入dcomcnfg，进入的画面如图4、5所示。

图4 dcom的权限设置

图5 dcom的权限设置

　　接下来就是设置opcsever.wincc组件，之后就可以定义opc相关的设置如图6所示。

图6 opc的设置

3 方案实现

　　由于3#lf的合金料仓要与rh共用，所以我们必须要对现有的控制系统进行重新设计。首先，我们要进行通讯方式的选择，通过对现场实际状况的研究和深入的分析，我们对比了多种通讯方式，如plc与plc之间的通讯，画面之间的变量读取等等，最终决定采用可靠性高的opc的通讯方式，实现3#120吨lf精炼炉与rh的通讯。由于3#lf有两台上位机可以同时进行监控，rh有两台冗余的服务器，这样我们就可以进行一对一的方式，即lf的一台上位机连接到rh的一台服务器，lf的另一台上位机连接到rh的另一台服务器，这样可以大大提高系统运行的可靠性，即便是有一台服务器出现故障也不会影响到3#lf的正常生产。因此，我们必须要进行以下各种工作的实施。

　　3.1 网络改造

　　由于原来3#lf是独立的网络，只有plc和监控站是通过profibus-dp来通讯的，要想实现通讯，必须将原网络改为以太网，因此需要重新进行设计和规划，包括定制通讯方式的选择和光缆的路径规划和敷设。根据我们转炉现有系统的通讯方式，我们选取了plc和监控站通过iso进行通讯，这样plc可以不用占用ip地址。根据现场条件，我们敷设了从3#lf到rh的光缆，并充分考虑了将来的通讯扩展。改造前的3#lf硬件配置图如图7所示。

图7 改造前硬件配置图

　　改造后的3#lf硬件配置图如图8所示。

图8 改造后硬件配置图

　　3.2 硬件组态

　　硬件组态：要将原来的profi bus-dp网络改为以太网，我们必须要重新进行硬件的配置，安装以太网通讯模块，定义其地址，在西门子simatic中进行硬件的组态，并将通讯网络打通，使得s7程序和plc系统能够正常通讯。

　　3.3 软件编制

　　在软件编制时，我们必须要考虑到各种情况，比如是否时同时下料，该如何避开这种情况，两套系统之间该如何进行信息的及时交换，及时提醒操作工该如何进行操作等等，需要做周密的分析和讨论。

　　(1) 原lf软件的编制：由于原来的通讯方式为profibus-dp方式，在wincc监控画面中的变量连接也是在profibus-dp下的连接，为此，要想能够使得wincc监控画面和plc系统能够正常通讯，必须要将原来profibus-dp下的变量重新连接到新建的以太网络iso下面，在经过这些软件的重新编制后，使得wincc监控画面和plc系统能够正常通讯。

　　(2)与rh共用的合金系统的软件的编制：由于现在的共用合金料仓的设备和原来的3#lf的设备不同，并且连接变量也不相同，所以要进行重新编制，一方面是根据现有的实际设备进行画面的重新制作，另一方面是进行变量的连接，这些变量是通过opc通讯方式连接的rh服务器的变量。

　　改造前和改造后的3#lf监控画面如图9和图10所示。

图9 改造前加料监控画面

图10 改造后加料监控画面

4 系统调试

　　在完成网络改造和硬件组态以及软件以后，我们就进行了系统的冷调试、热调试以及连锁调试。

　　4.1 单机冷调试

　　分别在rh画面和3#lf画面上进行每个按钮的点击，在两个系统上进行每一个点的检查，看能否接收到信号，接收到的信号是否正确。当所有信号正确无误后，就进入热调试。所有需要的通讯点大约有200个。

　　4.2 单机热调试

　　在两套系统上进行单体设备的调试，在rh上点击4#皮带机正转、反转，看实际设备运行状况是否正确，再点击7#皮带机的正转、反转，看实际设备运行状况是否正确，再一一进行振料料斗等设备的单体试车，在rh系统运行正常后，再在3#lf操作画面上进行一一调试，当所有设备单体式车完毕正常之后，即可以进入连锁调试阶段了。

　　4.3 连锁调试

　　如果上来就进行连锁热调试的风险比较大，为了最大限度降低风险，我们首先进行模拟的连锁调试。在模拟没有问题之后我们将所有系统和设备上电进行连锁热调试。同上面冷调试和热调试的方法，分别从rh和lf来进行连锁调试。在rh画面上点击‘向rh加料’看设备的运行状况，设备运行正常后，再在3#lf画面上点击‘加料’按钮，在得到rh的允许后，看现场设备能否正常运行。在两套系统都正常运行之后，连锁调试才完成。

　　4.4 调试关键

　　(1) rh在运行加料时，3#lf加料画面无法正常显示，是‘虚’画面，只有当rh加料完毕之后，才变成能够操作的画面。

　　(2) 只有得到了rh的允许信号以后，3#lf系统才能够加料，因为rh生产的钢种是优质品种钢，要以rh为主，所以为了不影响rh的正常生产节奏，还是将rh的优先级设置的比3#lf的高。

　　(3) 3#lf加料完毕之后，要进行加料完毕的确认，否则在系统等待60秒后如果没有设备运行，则自动转到rh的操作中来。

　　还有其他很多保证设备以及系统正常运行以及设备保护的连锁条件，这里就不再一一赘述。

5 结束语

　　本系统自2007年2月份投入生产以来，一直稳定运行，从未因为通讯的故障而影响到生产，也从未因为两套系统之间的设备冲突而影响生产，其效果是良好的，大大提高了自控系统运行效率，并且在查找、排除故障时使得时间缩短，不仅节约了大量的资金，降低维修人员的劳动强度，也最大限度的保证了生产的正常运行，有显著的经济效益和社会效益，得到了用户的好评。