1、前言 　　濟(jì)鋼第一燒結(jié)廠2×90m2燒結(jié)機(jī)1994年10月投產(chǎn)，電控系統(tǒng)使用4臺美國Modicon 984系列PLC，控制器型號984－785E，根據(jù)燒結(jié)工藝分區(qū)域控制生產(chǎn)設(shè)備和部分儀表，分別叫做1PC、2PC、3PC和4PC。每臺控制器有一個本地站（即主站）和若干遠(yuǎn)程I/O站（即RIO），本地站與RIO之間使用Modicon的S908，實(shí)現(xiàn)主從輪詢方式LAN通訊，本地站作為S908的主節(jié)點(diǎn)， RIO站使用J89x、P89x等通訊模塊，通訊介質(zhì)為同軸電纜，分雙纜冗余總線、單纜總線和分布式等幾種結(jié)構(gòu)。由于生產(chǎn)需要，2002年底的“濟(jì)鋼2×90m2燒結(jié)機(jī)工藝優(yōu)化和自動化改造工程”中，將其中2臺PLC控制器升級為Schneider Quantum系列PLC，保留原有遠(yuǎn)程I/O站不變。 　　控制器之間，及其與下位編程工控機(jī)、上位監(jiān)控機(jī)之間使用Modbus Plus（簡稱MB+）通訊。控制器用標(biāo)準(zhǔn)9針RS485串行端口，工控機(jī)用AS-SA85-000網(wǎng)絡(luò)插卡，實(shí)現(xiàn)相互間數(shù)據(jù)讀寫。網(wǎng)絡(luò)用屏蔽雙絞線構(gòu)成總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。控制器之間使用984梯形圖指令集的MSTR指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 　　PLC組態(tài)軟件用Modicon公司DOS環(huán)境下的Modsoft 2.1，進(jìn)行電控系統(tǒng)梯形圖編程。上位監(jiān)控軟件用美國USDATA公司的Unicell，基于Windows 3.1操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中計(jì)算機(jī)畫面顯示、控制與報警等功<能，由組態(tài)和運(yùn)行兩種硬件KEY進(jìn)行軟件和數(shù)據(jù)保護(hù)。 2、升級動機(jī) 　　“濟(jì)鋼2×90m2燒結(jié)機(jī)工藝優(yōu)化和自動化改造工程”的實(shí)施，引進(jìn)芬蘭RAUTARUUKKI公司的燒結(jié)過程監(jiān)控系統(tǒng)（即SPSS），通過L1、L2的11個控制模型，對燒結(jié)生產(chǎn)的全過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。SPSS系統(tǒng)要求與電控PLC系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交換，984系統(tǒng)完成這種數(shù)據(jù)交換非常困難，必須對984 PLC進(jìn)行改造。PLC系統(tǒng)整體改造，不僅投資大，施工周期長，改造過程中還會碰到很多難以預(yù)知的情況，因此考慮只對PLC控制器進(jìn)行升級的可能性，Modicon現(xiàn)已是Schneider的下屬公司，經(jīng)過與Schneider公司的技術(shù)交流及多方論證，得出984控制器升級到Schneider Quantum控制器是完全可行的。 　　另外，984系列PLC設(shè)備陳舊，運(yùn)行速度慢，生產(chǎn)商不再生產(chǎn)產(chǎn)品，備品備件——特別是控制器價格昂貴且購置困難，對老系統(tǒng)運(yùn)行已是一種阻礙。其DOS下的Modsoft組態(tài)、Windows 3.1下的Unicell上位監(jiān)控都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，給生產(chǎn)操作和控制帶來很大不便。 3、可行性研究 3.1、硬件 　　美國Modicon公司現(xiàn)是法國Schneider公司的一個下屬公司，Quantum系列PLC是Schneider公司的高性能PLC，對984系統(tǒng)，特別是其RIO具有兼容性，能直接與984的RIO進(jìn)行通訊。其140CPU53414A控制器具有下列性能： 5X86/133MHz、1M閃存/4M SRAM、57K寄存器、984梯形邏輯解算時間：0.09～0.45mS/K、每個站64字入/出。 標(biāo)準(zhǔn)通訊端口支持Modbus和Modbus Plus聯(lián)網(wǎng)通訊，控制器背面的旋轉(zhuǎn)開關(guān)用來設(shè)定1-64個有效MB+地址，控制器內(nèi)含一個基于通用984指令集的80多條指令。 　　提供984梯形邏輯圖編程語言和IEC 61131-3的5種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：梯形圖、順序功能圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表。 3.2、軟件 　　Quantum系列PLC組態(tài)軟件Concept 2.5是Schneider公司基于Windows的編程工具，具有易用的接口、強(qiáng)大的搜索和在線幫助功能、滿足大多數(shù)苛刻的算法和應(yīng)用要求、支持984梯形邏輯圖，并包括一個Modsoft程序轉(zhuǎn)換器，兼容984梯形圖程序，用Concept 984在Concept IEC語言和傳統(tǒng)的Modsoft編程技術(shù)之間架起橋梁，能很容易地由Modsoft過渡到Concept，使用更有效的Concept工具。 　　上位監(jiān)控軟件仍用USDATA公司的產(chǎn)品，版本是更新的Monitor Pro V7.0（MP7）。 　　操作系統(tǒng)使用基于NT的Windows2000，采用C/S結(jié)構(gòu)。服務(wù)器中用MP7自帶的Microsoft公司SQL Server7.0數(shù)據(jù)庫。 3.3、通訊 　　Quantum支持984 RIO的S908通訊，有三種I/O結(jié)構(gòu)：本地I/O、遠(yuǎn)程I/O、分布式I/O。 Quantum同樣支持MB+通訊方式。Modbus Plus典型應(yīng)用包括：控制連網(wǎng)與互鎖、數(shù)據(jù)采集、程序上裝/下裝、遠(yuǎn)程在線編程、與操作員接口連接和主機(jī)數(shù)據(jù)采集。 　　另外，Quantum TCP/IP Modbus Ethernet模塊兼有Ethernet、TCP/IP和Modbus三種開放的通用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。Ethernet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：控制器之間執(zhí)行對等通訊，可用標(biāo)準(zhǔn)PC服務(wù)器進(jìn)行簡單且集中的程序歸檔，允許用戶自由地在本地計(jì)算機(jī)市場中采購元器件，通過LAN與控制器進(jìn)行通訊，對Quantum控制器進(jìn)行編程，在控制器和主系統(tǒng)之間集成通訊，通過使用標(biāo)準(zhǔn)PC Web瀏覽器獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息和診斷信息。 4、方案實(shí)施 　　利用工藝設(shè)備大修改造時間，將2PC、3PC兩臺PLC的控制器由984升級到Quantum，只對本地站的設(shè)備作相應(yīng)改造，而遠(yuǎn)程I/O站不作任何改動。采用Quantum的以太網(wǎng)模塊，將PLC直接連到10M/100M以太網(wǎng)上。 　　改動如下本地站硬件： 　　1、Quantum系列140CPU53414A控制器，由984－785E升級 　　2、本地站機(jī)架（即背板）XBP，配合Quantum控制器 　　3、電源模塊CPS，配合Quantum背板 　　4、通訊模塊CRP，配合Quantum背板 　　5、I/O模塊，配合Quantum背板 　　6、以太網(wǎng)模塊140NOE77110，用于100M以太網(wǎng)通訊 　　984控制器與RIO的S908、控制器間的MB+通訊可繼續(xù)在Quantum上使用，僅將本地站的通訊模塊S908換成CRP模塊。其它如MB+、S908通訊附件等，不用更換即可使用到Quantum上。 　　優(yōu)化PLC系統(tǒng)，用UPS對CPU集中供電,重新敷設(shè)接地線。 　　使用可直接插入Quantum背板上的Quantum TCP/IP Modbus Ethernet通訊模板，將控制器直接連到Ethernet網(wǎng)絡(luò)，與連在Ethernet的工控機(jī)及上位機(jī)實(shí)現(xiàn)100M高速通訊。 　　組態(tài)軟件由Modsoft升級到Concept 2.5，上位監(jiān)控軟件由Unicell升級到C/S結(jié)構(gòu)的Monitor Pro 7.0，操作系統(tǒng)升級到Windows2000。 　　升級后，不但PLC控制器的性能得到大大提高，而且可以使用最新的組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件，與過程控制系統(tǒng)更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，使控制水平和操作方式提升到一個全新檔次。 5、注意的問題 　　使用過PLC的人都知道，PLC運(yùn)行中最常碰到、最令人頭痛的問題是通訊和接地，通訊或接地故障會造成整個PLC系統(tǒng)停止工作，且具有特征隱蔽性，發(fā)生不可預(yù)料性，表象不可知性，判斷困難性，排除復(fù)雜性等特點(diǎn)。 　　實(shí)際PLC升級中需注意以下問題： 5.1、通訊問題 　　PLC通訊問題一是控制器間通訊故障（MB+故障），一是遠(yuǎn)程站通訊故障（S908故障）。MB+故障時，控制器之間通訊中斷，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳送，引起不同控制器控制的設(shè)備聯(lián)鎖不起作用。S908故障更加隱蔽，查找排除更加困難，通訊網(wǎng)中只要由一個連接頭接觸不良，就會引起整個網(wǎng)絡(luò)通訊間斷，造成設(shè)備全面故障停機(jī)。 　　升級過程中碰到了PLC內(nèi)部的S908通訊故障，通訊過程瞬間中斷，接著馬上恢復(fù)正常。由于設(shè)備之間存在工藝聯(lián)鎖，故表現(xiàn)為從第二臺設(shè)備開始，后續(xù)設(shè)備全部停機(jī)，延時5秒鐘后又自動重新開機(jī)的現(xiàn)象。排查過程如下： 　　1、電氣排查。檢查電氣設(shè)備（開關(guān)、接觸器等）接點(diǎn)正常，電源電壓正常，電氣接地正常，初步排除電氣問題。 　　2、通訊檢查。開機(jī)時各通訊接頭不能斷開，簡單檢查晃動每一個接頭，沒有發(fā)現(xiàn)問題。 　　3、程序強(qiáng)制。專門設(shè)計(jì)制作一段小程序，讓第二臺設(shè)備接到停機(jī)命令后，保持1秒鐘后再停，這時發(fā)生了從第三臺設(shè)備開始的自開自?，F(xiàn)象。由此類推。 　　4、原因分析。此時已基本斷定是S908通訊故障，其中的某一處接頭接觸不良，引起通訊瞬間（μS級）中斷，造成生產(chǎn)設(shè)備全線停機(jī)，第一臺設(shè)備因接觸器的機(jī)械反應(yīng)速度慢而沒有表現(xiàn)出停機(jī)。 　　5、故障排除。要求生產(chǎn)停機(jī)，從本地站開始，用排除法檢查S908的每一條通訊電纜的每一個通訊接頭，最終發(fā)現(xiàn)是同軸電纜連接頭松動引起的。 5.2、Modsoft梯形圖轉(zhuǎn)換問題 　　Modsoft到Concept的梯形圖轉(zhuǎn)換，必須用Conccept的Modsoft Converter程序轉(zhuǎn)換器，按操作說明一步一步地將原有的984 Modsoft梯形圖程序轉(zhuǎn)換成Concept程序。 5.3、施工問題 　　施工主要難題在工期，為不影響生產(chǎn)，一般工期不會超過三天，這就要求本地站硬件更換、軟件轉(zhuǎn)換及系統(tǒng)、控制設(shè)備的調(diào)試必須一次成功，不允許有失敗。因此，施工前的準(zhǔn)備必須充分，對硬件施工網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)計(jì)劃，對軟件事先做好實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，確保無誤。 　　6、結(jié)論 　　自2002年11月，濟(jì)鋼第一燒結(jié)廠2臺PLC控制器由984升級到Quantum以來，系統(tǒng)運(yùn)行一直穩(wěn)定可靠，沒有出現(xiàn)任何因控制器升級引起的問題。實(shí)踐證明，Modicon 984 PLC控制器升級到Quantum是完全可行的，在不改變遠(yuǎn)程I/O的情況下，只升級控制器，對本地站作相應(yīng)改動即可。這種升級方式實(shí)施簡單，投資少，工期短，效果好，值得推廣和借鑒。 　　PLC控制器升級是建立在改造的基礎(chǔ)上，難免存在一些不如人意的地方： 　　1、完整性不如系統(tǒng)整體升級。 　　2、梯形圖不如功能塊圖直觀簡潔。