熱軋線加熱爐燃控系統PLC 網絡通信優化

江進展

（福建省三鋼（集團）有限責任公司，福建三明 365000）

0 引言

熱軋線加熱爐燃控系統中主要由爐體本身、蓄熱系統、供風和排煙系統等構成。該加熱爐在運行中，蓄熱系統可以將介質提前預熱，之后傳輸到爐內，一方面可以提高熱效率；另一方面可以降低熱損耗，保持爐內溫度變得更加均勻，提高加熱速率和產品合格率。蓄熱式燃燒作為一種燃燒形式，火焰整體上較為分散，沒有“火心”，可以有效抑制氮氧化物的生成，減少對自然環境的影響。低氧燃燒還可以降低鋼坯氧化損耗。在自動化生產模式下，網絡通信系統十分重要，也是保證自動化生產的前提條件，因此加強加熱爐燃控系統網絡通信優化研究有著重要意義。

1 功能構成

燃燒控制系統大致可以分為儀表燃控系統、換向控制系統兩個方面。其中，儀表燃控系統是以PLC 為控制中心，通過儀表獲取燃燒數據，統一收集這些信息。PLC 獲取數據之后進行信息對比，向煤氣空氣調節閥門下達開度指令，這樣即可實現溫度控制。整體結構如圖1 所示。儀表檢測的數據包括：①溫度，爐頂、爐側墻、排煙管道溫度；②流量，空氣總管與支管、煤氣總管與支管流量；③壓力，包括空氣、煤氣總管壓力以及爐內、壓縮空氣、燃燒含量值、閥門調節系統壓力工程。以PLC 系統為控制核心，根據數據參數調節燒嘴進氣、排氣動作，并且也可以控制快切閥門。

圖1 加熱爐燃控系統結構

2 加熱爐燃控系統網絡通信發展現狀與問題

2.1 系統發展現狀

儀表燃控系統和換向控制系統通過接口數據通信與CPU實現數據交換，并且與相同方式與上位機連接。MPI 作為一種通信網絡，也是上位機和PLC 之間的連接通道。采用電纜與接頭，將控制器中CPU 自帶MPI 接口連接，同時與上位機網卡編程口通過MPI 電纜連接，實現網絡通信功能。在設計中網絡通信率為20.5 kbit/s～15 Mbit/s，但實際檢測中MPI 網絡最高速率僅為200 kbit/s，如果強制提升帶寬就會包括，一個網段最長通信距離為50 m。

2.2 存在的問題

考慮到MPI 通信自身的局限性，單網段通信距離僅為50 m。而PLC 室和操作室相對較遠，因此容易產生網絡閃斷、丟包問題。很多單位在使用中增設了中繼器，但是遠達不到理想效果。為了能夠降低成本，每個工控機都要配置單獨的網卡適配MPI，MPI 網絡物理連接層采用電纜和接頭，從而提高擴展功能，但是與其他系統很難兼容，整體成本較高。

3 熱軋線加熱爐燃控系統網絡通信優化方案

3.1 優化整體方案

針對上述問題，隨著21 世紀網絡技術、互聯網的發展，以太網取代MPI 網絡的條件技術也已經成熟。通過對硬件添加與硬件組態優化、建立兩個控制系統CPU 間通信、PC 設置與WINCC畫面遷移等，即可實現網絡通信優化。相比MPI，以太網的優勢表現在以下方面。

（1）組網成本較低，容易采購。

（2）較強的擴展性，特別是和二級燃控模型數據通信中，必須要采用以太網。

（3）傳輸速率高、距離遠、抗干擾性強，特別是采用光纖網絡時，傳輸距離可以達到千米級別。

（4）具有較強的兼容性，通過以太網通信，可以直接將系統并入到網絡當中，和其他系統實現通信，將權限控制集成一體。

3.2 硬件添加與組態

在燃控系統、換向系統中分別加入以太網卡，在安裝完硬件之后，還要在STEP7 中更改硬件組態，做好編譯、下裝工作，如果CPU 沒有報錯則表示配置沒有問題，如果報錯要在CPU 緩存區查看錯誤信息，并做好處理工作。2 個CPU 要分別設置IP地址，并保持在相同網段中。如192.168.0.1 和192.168.0.2。在以上所有工程完畢之后，各個子系統通過以太網連接到交換機，實現了系統統一管理。

3.3 建立控制系統間通信

進入到STEP7 軟件中，通過網絡組態系統原有的通信協議組態刪除。如果數據交換量比較小，則可以采用單邊通信協議，既可控制成本，又可減少資源損耗。單邊通信是指PLC1 創建新的連接，另一個PLC2 無需創造連接，主動連接PLC1 即可實現數據讀寫和操作。在PLC 選擇中，要以性能更好的400 系列為主。

操作中進入到NetPro，進入網絡組態，選擇燃控系統CPU，點擊Insert New Connection，并插入一個新的連接，選擇S7 連接，設置連接屬性，點擊單邊模式，本地CPU 為Client、伙伴CPU為Server，通過Client 訪問Server。在設置完成之后即可實現單邊訪問，需要將兩個程序中事先設定好讀取DB 模塊，并且分開設置。該方法可以實現獨立控制系統通信功能，將MPI 通信數據存儲到DB 模塊當中，同時可以傳遞信息。

3.4 設置PC 與畫面變量遷移

由于之前的燃控系統內都是采用MPI 通信，通過整改之后變成了以太網通信，所有對PC 機側也提出了相應要求，需要設置更改，打開STEP7 中SET PC 接口，將之前的MPI 通信模式改變成TCP/IP 模式，并將IP 設置為192.168.0.網段。在WINCC軟件中，其中連接參數變量為MPI 標準，因此進行變量遷移。選擇軟件當中的TCP/IP 連接，之后創建以太網驅動程序，將本地PC 設置為服務器，即可完成新變量創建。對于變量小的情況，可以直接粘貼，將原有的MPI 變量復制在TCP/IP 中。但是對于大部分熱軋線加熱爐燃控系統，變量數都數以千計，只通過復制的方法可能會產生錯誤。可以采用WINCC 軟件中的導入工具DataMonitor Client，將MPI 變量導出到Excel 表格中，之后再導入到TCP/IP 連接當中，可以提高變量遷移的精度。變量導入之后，將MPI 驅動連接刪除，重啟WINCC 程序之后，激活運行檢查是否正常。

3.5 優化驗證與安全保障

在經過以上措施之后，已經實現了以太網的通信模式，可以操作站與交換機連接，電氣室交換機并入到工廠網絡，這樣即可遠程調控設備，監測運行情況。二級燃控模型服務器通過以太網獲取PLC 運行數據，并發送指令實現調控。

完成改造后，原MPI 通信要基本保留，在以太網發生故障無法快速恢復時，重新投入MPI 通信，保證加熱爐的正常運行。隨著光纖技術的發展，MPI 通信距離的限制也已經消除。對于加熱爐這樣的系統，雙通信保障很有必要。

4 結束語

以太網為主的通信方式，可以有效提升燃控系統網絡通信性能，加強了功能集成，原有的MPI 通信為輔，可以避免網絡系統受損造成停產，減少資源浪費，有效提高生產企業的經濟效益。