热轧线加热炉燃控系统PLC 网络通信优化

江进展

（福建省三钢（集团）有限责任公司，福建三明 365000）

0 引言

热轧线加热炉燃控系统中主要由炉体本身、蓄热系统、供风和排烟系统等构成。该加热炉在运行中，蓄热系统可以将介质提前预热，之后传输到炉内，一方面可以提高热效率；另一方面可以降低热损耗，保持炉内温度变得更加均匀，提高加热速率和产品合格率。蓄热式燃烧作为一种燃烧形式，火焰整体上较为分散，没有“火心”，可以有效抑制氮氧化物的生成，减少对自然环境的影响。低氧燃烧还可以降低钢坯氧化损耗。在自动化生产模式下，网络通信系统十分重要，也是保证自动化生产的前提条件，因此加强加热炉燃控系统网络通信优化研究有着重要意义。

1 功能构成

燃烧控制系统大致可以分为仪表燃控系统、换向控制系统两个方面。其中，仪表燃控系统是以PLC 为控制中心，通过仪表获取燃烧数据，统一收集这些信息。PLC 获取数据之后进行信息对比，向煤气空气调节阀门下达开度指令，这样即可实现温度控制。整体结构如图1 所示。仪表检测的数据包括：①温度，炉顶、炉侧墙、排烟管道温度；②流量，空气总管与支管、煤气总管与支管流量；③压力，包括空气、煤气总管压力以及炉内、压缩空气、燃烧含量值、阀门调节系统压力工程。以PLC 系统为控制核心，根据数据参数调节烧嘴进气、排气动作，并且也可以控制快切阀门。

图1 加热炉燃控系统结构

2 加热炉燃控系统网络通信发展现状与问题

2.1 系统发展现状

仪表燃控系统和换向控制系统通过接口数据通信与CPU实现数据交换，并且与相同方式与上位机连接。MPI 作为一种通信网络，也是上位机和PLC 之间的连接通道。采用电缆与接头，将控制器中CPU 自带MPI 接口连接，同时与上位机网卡编程口通过MPI 电缆连接，实现网络通信功能。在设计中网络通信率为20.5 kbit/s～15 Mbit/s，但实际检测中MPI 网络最高速率仅为200 kbit/s，如果强制提升带宽就会包括，一个网段最长通信距离为50 m。

2.2 存在的问题

考虑到MPI 通信自身的局限性，单网段通信距离仅为50 m。而PLC 室和操作室相对较远，因此容易产生网络闪断、丢包问题。很多单位在使用中增设了中继器，但是远达不到理想效果。为了能够降低成本，每个工控机都要配置单独的网卡适配MPI，MPI 网络物理连接层采用电缆和接头，从而提高扩展功能，但是与其他系统很难兼容，整体成本较高。

3 热轧线加热炉燃控系统网络通信优化方案

3.1 优化整体方案

针对上述问题，随着21 世纪网络技术、互联网的发展，以太网取代MPI 网络的条件技术也已经成熟。通过对硬件添加与硬件组态优化、建立两个控制系统CPU 间通信、PC 设置与WINCC画面迁移等，即可实现网络通信优化。相比MPI，以太网的优势表现在以下方面。

（1）组网成本较低，容易采购。

（2）较强的扩展性，特别是和二级燃控模型数据通信中，必须要采用以太网。

（3）传输速率高、距离远、抗干扰性强，特别是采用光纤网络时，传输距离可以达到千米级别。

（4）具有较强的兼容性，通过以太网通信，可以直接将系统并入到网络当中，和其他系统实现通信，将权限控制集成一体。

3.2 硬件添加与组态

在燃控系统、换向系统中分别加入以太网卡，在安装完硬件之后，还要在STEP7 中更改硬件组态，做好编译、下装工作，如果CPU 没有报错则表示配置没有问题，如果报错要在CPU 缓存区查看错误信息，并做好处理工作。2 个CPU 要分别设置IP地址，并保持在相同网段中。如192.168.0.1 和192.168.0.2。在以上所有工程完毕之后，各个子系统通过以太网连接到交换机，实现了系统统一管理。

3.3 建立控制系统间通信

进入到STEP7 软件中，通过网络组态系统原有的通信协议组态删除。如果数据交换量比较小，则可以采用单边通信协议，既可控制成本，又可减少资源损耗。单边通信是指PLC1 创建新的连接，另一个PLC2 无需创造连接，主动连接PLC1 即可实现数据读写和操作。在PLC 选择中，要以性能更好的400 系列为主。

操作中进入到NetPro，进入网络组态，选择燃控系统CPU，点击Insert New Connection，并插入一个新的连接，选择S7 连接，设置连接属性，点击单边模式，本地CPU 为Client、伙伴CPU为Server，通过Client 访问Server。在设置完成之后即可实现单边访问，需要将两个程序中事先设定好读取DB 模块，并且分开设置。该方法可以实现独立控制系统通信功能，将MPI 通信数据存储到DB 模块当中，同时可以传递信息。

3.4 设置PC 与画面变量迁移

由于之前的燃控系统内都是采用MPI 通信，通过整改之后变成了以太网通信，所有对PC 机侧也提出了相应要求，需要设置更改，打开STEP7 中SET PC 接口，将之前的MPI 通信模式改变成TCP/IP 模式，并将IP 设置为192.168.0.网段。在WINCC软件中，其中连接参数变量为MPI 标准，因此进行变量迁移。选择软件当中的TCP/IP 连接，之后创建以太网驱动程序，将本地PC 设置为服务器，即可完成新变量创建。对于变量小的情况，可以直接粘贴，将原有的MPI 变量复制在TCP/IP 中。但是对于大部分热轧线加热炉燃控系统，变量数都数以千计，只通过复制的方法可能会产生错误。可以采用WINCC 软件中的导入工具DataMonitor Client，将MPI 变量导出到Excel 表格中，之后再导入到TCP/IP 连接当中，可以提高变量迁移的精度。变量导入之后，将MPI 驱动连接删除，重启WINCC 程序之后，激活运行检查是否正常。

3.5 优化验证与安全保障

在经过以上措施之后，已经实现了以太网的通信模式，可以操作站与交换机连接，电气室交换机并入到工厂网络，这样即可远程调控设备，监测运行情况。二级燃控模型服务器通过以太网获取PLC 运行数据，并发送指令实现调控。

完成改造后，原MPI 通信要基本保留，在以太网发生故障无法快速恢复时，重新投入MPI 通信，保证加热炉的正常运行。随着光纤技术的发展，MPI 通信距离的限制也已经消除。对于加热炉这样的系统，双通信保障很有必要。

4 结束语

以太网为主的通信方式，可以有效提升燃控系统网络通信性能，加强了功能集成，原有的MPI 通信为辅，可以避免网络系统受损造成停产，减少资源浪费，有效提高生产企业的经济效益。