连铸机结晶器控制系统和二级计算机OPC通讯的改造

赵蕊，王建民

（华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063009）

连铸机结晶器控制系统和二级计算机OPC通讯的改造

赵蕊，王建民

（华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063009）

连铸机结晶器振动，结晶器液面控制和结晶器调宽的控制系统使用的是西门子C7控制面板，结构上采用主从站形式联网。由于备件停产及性能低下的原因需要升级改造，同时对PLC的HMI进行了改造。本文总结了设备升级改造过程中涉及到的难点问题，并针对工厂的实际情况进行了控制系统的调整，取得了明显效果。

连铸机；PLC通讯；二级OPC；改造

某炼钢厂于2004年从奥钢联引进两条135mm板坯连铸机生产线。其中结晶器控制部分分为结晶器调宽控制、结晶器液面控制和结晶器振动控制三部分，采用了400系列PLC附带profibus子站的模式。随着技术的进步，线上设备的备件也由于产品的更新换代处于无件可换的地步，特别是结晶器控制系统使用的C7控制面板的性能低下，在线监控时刷新缓慢，用于画面监控的CC-Explorer浏览器基于ASP.net架构，采用高级编程语言编写，用户无法查看具体代码，给维护和故障诊断带来麻烦。加之使用的第三方OPC软件授权费用昂贵，因此，必要的设备改造和控制方案的改进提到日程上来。

改造涉及PLC控制器的更新及重新组态；各种通讯接口的重新调试，移植原HMI，采用通用wincc重新组态。

1 改造前系统构成

原系统每条连铸机生产线的结晶器控制系统有一套结晶器调宽装置、一套结晶器液压振动系统和两套结晶器液面控制装置。PLC控制系统采用主从站结构，结晶器调宽使用西门子400系列PLC，处理器为CPU 414-3 DP，结晶器振动和结晶器液面控制的控制器采用西门子C7控制面板，处理器为C7 CPU 634-DP。调宽PLC作为Profibus主站，与链接到主站的一台振动和两台液面控制PLC从站通过Profibus总线进行通讯。

结晶器调宽PLC通过以太网接口和二级系统进行通讯。CC-Explorer为奥钢联开发的HMI操作软件，使用OPC接口与PLC通讯。改造之前系统的硬件组态和网络结构图，如图1所示。

改造前，由于原系统中只有调宽PLC有以太网接口，并且二级服务器上安装的OPC软件是通过以太网接口访问PLC的数据，这样，液面控制PLC和结晶器振动PLC的数据只有先发送到调宽PLC上才能被二级服务器和主PLC读写，数据交换的路径繁琐。二级服务器需要经过CC-Explorer服务器、调宽PLC及其与子站的网络才能访问到子站的数据，由于各种原因出现问题都会影响二级系统与子站PLC的通讯。这种故障在实际生产过程中也多次出现。

图1 系统改造前网络结构

2 改造后系统构成

经过设备和系统的设计改造，我们把液面和振动的C7控制面板换成通用的Siemens S7-IM151-8 CPU 带有以太网接口，并用TP700触摸屏替换现场触摸面板的操作功能。这种方案解决了备件短缺问题，后续供货和升级比较方便，优化了系统，提高了设备响应率。PLC更改为通过以太网卡连接到车间的工业以太网上后，这样二级服务器可以直接和PLC通讯。二级系统直接与CPU通讯，提高了报文的准确率以及相应时间，避免了由通讯故障产生的隐患。

HMI采用wincc工业软件，它是通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案，可以集成到所有自动化解决方案内，内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态，采用开放性标准，集成简便，适用于所有工业和技术领域的解决方案。

改造后系统网络结构图如图2所示。

硬件系统改造后，相应的软件系统的通讯也必须做出相应的改变。振动PLC，液面PLC以前是通过Profibus协议与调宽PLC通讯交换数据的，同时与二级或者主PLC的通讯也是通过调宽PLC中转来完成的，现在可以直接通过以太网接口与调宽PLC和上级系统交换数据。

由于原二级系统中负责与PLC通讯的OPC软件授权费用高，每安装一台二级服务器需要付出一笔授权费，并且相应版本现在已经无法购买，这使系统的维护和备件的整备成本提高，不利于生产厂的降本增效。我们经过改造，自己编写了与一级PLC的通讯程序来解决这个问题。

我们在二级服务器上安装KEPopcserver作为服务器端，通过C#编写客户端通过自定义接口异步读写OPC服务器来实现二级服务器与一级PLC的通讯。编程的大体思路为使用自定义COM接口，自定义接口是一组COM接口。许多OPC服务器，包括OPC.SimaticNet，都是在COM平台开发的。

需要注意的是，在用CreateInstance创建一个OPCSerer的实例，添加IOPCDataCallback接口后如果出现报错，主要原因是IOPCDataCallback有4个纯虚函数必须实现。这四个虚函数为：

IOPCDataCallback的虚函数之一：OnReadComplete

IOPCDataCallback的虚函数之二：OnCancelComplete

IOPCDataCallback的虚函数之三：OnDataChange

IOPCDataCallback的虚函数之四：OnWriteComplete

然后利用IOPCAsyncIO2Obj.Write写入数据，利用IOPCAsyncIO2Obj.Read异步读取数据。

最终的程序界面以读取调宽PLC中的数据为例，如图3所示。

图2 系统改造后网络结构

图3 二级与调宽PLC的OPC通讯程序界面

3 结语

系统改造后，系统硬件配置进行了升级，设备运行稳定。在线及修改PLC程序时的卡顿现象有了根本性的好转。在结构上，每个控制单元都配有单独的以太网卡，链接到工业以太网上，这样做的好处是车间的主PLC和二级控制系统都可以直接读取其中的数据，软件系统架构比较直观易懂。同时，通过自己编写OPC软件也省却了Matrikon OPC商业软件的授权费用。本次改造成功实施，虽难以计算直接经济效益，但有助于使我厂连铸机自动化设备水平的提高，彻底解决了三电系统的硬件老化、备品备件无法解决并随时可能严重影响生产的隐患，保证了炼钢厂生产的正常顺行。

[1]章建雄，朱杰，周建平.宝钢1#连铸机及KIP/CAS三电系统改造[J].冶金自动化，2009(1).

[2]聂崇瑞.武钢—炼钢新建3＃连铸机主要工艺技术特点[C].//中国金属学会2008年连铸设备技术交流会论文集，2008:40～44.

[3]张志勇，聂忠庆，郭松，等.3250MM宽板坯连铸机一级自动化控制技术及改造[J].科技风,2010,(1):181,187.

[4]曾智，刘原，韩占光，等.OPC技术在连铸二级控制系统通信中的应用[C].//中国计量协会冶金分会2010年会暨全国第十五届自动化应用学术交流会论文集，2010:77～81.

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