伏冠军
【摘 要】在近几年内，由于自控系统设计缺陷和设备老化故障原因影响，酒钢炼铁厂450高炉发生多起设备故障，对生产造成一定影响。为保证系统稳定可靠的运行，并保证系统软、硬件的先进性和备件向后的兼容性，利用3#高炉大修机会，对3#高炉炉顶、矿槽计算机的控制系统进行升级性的改造，确保自控系统稳定顺行。
【关键词】Quantum系列PLC；远程I/O网；炉顶矿槽；热备冗余；升级
0 概述
炼铁厂3#高炉自2004年3月投产至今，控制系统已连续运行12年，在近几年内，控制系统设备陆续发生多起设备故障（PLC模块、UPS电源、24V稳压电源等），造成高炉减风事故，部分模块性能不稳定且备件面临停产，例如总线模块140CRP81100、处理器140CPU53414已下线停产，这对后续高炉的稳定和可持续生产造成极大的隐患。为保证系统稳定可靠的运行，并保证系统软、硬件的先进性和备件向后的兼容性，在3#高炉大修中，对3#高炉炉顶、矿槽计算机的控制系统进行升级性的改造。
1 系统原始设计介绍
炉顶矿槽控制系统采用的是施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列PLC控制系统，单处理器模式，处理器采用140CPU53414A；远程I/O适配器采用单通道的140CRP93100、140CRA93100模板；现场总线模块采用140CRP81100。I/O模块主要有：开关量输入140DDI35300、开关量输出140DDO35300、模拟量输入140ACI03000、模拟量输出140ACO02000、模拟量输出140AVO02000、热电阻模块140ARI03010、热电偶模块140ATI03000、高速计数140EHC20200。总线模块主要采用图尔克的BL20系列、PDP系列和FLDP系列产品以及图尔克老一代和新型电机启动器模块。
2 存在的问题
首先，由于设备故障原因，投产至今，控制系统已连续工作12年，部分模块已接近使用年限，在近两年内，控制系统设备陆续发生多起设备故障（PLC模块、UPS电源、24V稳压电源等），造成高炉减风事故，同时部分模块性能不稳定且备件面临停产，例如总线模块CRP81100已下线停产，处理器CPU53414濒临下线，以后高炉的稳定和可持续生产造成极大的隐患。
其次，高炉是一个生产连续，无停机间歇的生产现场，按照惯例，对于一些重要的生产工序，如炉顶矿槽控制系统都应该是双机系统，满足热备冗余功能。但3#高炉系统在当初设计时，控制系统都设计为单处理器控制系统，没有热备冗余功能，所以每当主机架上处理器模块、通讯模块、电源模块等设备发生故障时，将导致控制系统无法工作，造成高炉减风事故。
以上这些问题，都严重影响和制约着高炉的正常生产，为保证系统稳定可靠的运行，并保证系统软、硬件的先进性和备件向后的兼容性，利用3#高炉大修机会，对3#高炉炉顶矿槽自动控制系统实施升级改造，实现处理器和总线通讯模块热备冗余，以及远程I/O网的双缆冗余。
3 项目实施
3.1 实施前准备
首先在原有QUANTUM硬件系统中，确保主机架和热备机架上处理器模块固件版本一致；如果硬件版本不一致，利用Unity Pro软件中插件，上载各硬件版本信息，将两个模块硬件版本刷成一致。
硬件版本一致后，配置主机架和热备机架上模块，同时配置一个I/O远程站和一个DP分站。硬件配置完成后，关闭热备机架电源，利用以太网向主站处理器中下载配置和程序，程序下载后，观察各模块工作状态，如无异常后，热备机架电源送电，在热备机架处理器上将主机架上处理器程序传输到热备处理器中。然后停主机架电源，测试系统自动冗余切换功能。
原总线通讯模块140CRP81100已停产，为了以后维护工作更好开展，总线通讯模块采用新模块PTQ-PDPMV1，使用PTQ-PDPMV1通讯模块后，导致总线配置软件和总线地址方式都与以往不同，使用新的总线配置软件ProSoft Configuration Builder进行总线配置。程序中总线地址变更方法：为方便进行地址替换，首先将原程序中总线地址整理打印出来以便查看，然后在地址配置表中，选取一段未用地址，作为总线新地址。
由于PTQ-PDPMV1通讯模块无法在concept软件中实现双机功能，导致使用的下位编程组态软件发生变化，原软件为concept2.6升级为Unity Pro XL11.0。
3.2 实施过程及步骤
1）由于机架型号变化，导致原PLC内位置空间不足，导致需要对柜内线槽进行更换，以节省空间，安装16槽机架。因为原PLC柜宽度730 mm，两侧的电缆线槽宽度为50 mm，除去两侧线槽宽度，中间剩余宽度为630 mm，施耐德16槽机架长度为670 mm，无法安装16槽机架。须将两侧电缆线槽改为宽度为25 mm线槽，这样PLC柜中间剩余宽度为680mm，可以安装16槽机架。
2）将PLC11柜内的两个10槽机架拆除，在原位置安装2个6槽机架和1个16槽机架（原10槽主机架的位置安装2个6槽机架，2#站10槽机架位置安装1个16槽机架），并安装所需模块。将主机架上的5#-10#槽I/O模块移至16槽机架上，对模块进行重新配线。
3）敷设同轴电缆，安装模块、同轴电缆分支器、分离器，接线、上电，各模块状态显示正常。程序下载、打点、调试，系统功能测试。
3.3 实施过程存在的技术难点及解决方案
在4#高炉大修时，由于受改造费用和其他一些客观原因影响，导致对改造的系统和改造程度不明确，导致改造备件计划清单多次发生修改，最终意见协调统一后，工期已过去大半，加上备件采购时间，所以留给系统升级改造的时间非常紧张，在此情况下，首先在值班室搭建简易硬件平台，进行系统的简单调试，同时对因下位软件变更，在下位程序中对组态重新配置，利用ProSoft Configuration Builder软件，重新配置总线系统文件，配置后导入到炉顶矿槽下位程序中（离线完成），并对程序中原总线地址进行编程及地址修改（约1000个地址需要提前在程序中进行替代更换）。同时对下位程序修旧版本导入导出时，产生的程序错誤和报警进行修改（约600处错误需手动一一修改）。
备件到货后，组织人员进行矿槽热备冗余系统功能调试，在调试过程中，由于软件和硬件都为新产品，第一次使用，与原有软件和硬件上差别较大，在使用过程出现许多未曾遇到的问题，甚至有些问题连厂家技术人员也未处理过，自控人员集思广益，经过各种实验和测试，对出现的问题一一进行解决。通过解决这些问题，积累了大量的经验，同时也对软件和硬件有了更进一步的了解。为今后维护工作打下坚实的基础。
4 结束语
通过自控系统升级后，系统由过去的单机架处理器工作方式，改为双机架处理器冗余工作方式，系统实现了热备冗余功能；远程I/O由单缆通讯改为双缆冗余通讯；提高了系统的稳定性，确保高炉控制系统运行稳定。
[责任编辑：田吉捷]
