1、前言 　　濟鋼第一燒結廠2×90m2燒結機1994年10月投產，電控系統使用4臺美國Modicon 984系列PLC，控制器型號984－785E，根據燒結工藝分區域控制生產設備和部分儀表，分別叫做1PC、2PC、3PC和4PC。每臺控制器有一個本地站（即主站）和若干遠程I/O站（即RIO），本地站與RIO之間使用Modicon的S908，實現主從輪詢方式LAN通訊，本地站作為S908的主節點， RIO站使用J89x、P89x等通訊模塊，通訊介質為同軸電纜，分雙纜冗余總線、單纜總線和分布式等幾種結構。由于生產需要，2002年底的“濟鋼2×90m2燒結機工藝優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，保留原有遠程I/O站不變。 　　控制器之間，及其與下位編程工控機、上位監控機之間使用Modbus Plus（簡稱MB+）通訊。控制器用標準9針RS485串行端口，工控機用AS-SA85-000網絡插卡，實現相互間數據讀寫。網絡用屏蔽雙絞線構成總線形拓撲結構。控制器之間使用984梯形圖指令集的MSTR指令進行數據交換。 　　PLC組態軟件用Modicon公司DOS環境下的Modsoft 2.1，進行電控系統梯形圖編程。上位監控軟件用美國USDATA公司的Unicell，基于Windows 3.1操作系統，實現集中計算機畫面顯示、控制與報警等功<能，由組態和運行兩種硬件KEY進行軟件和數據保護。 2、升級動機 　　“濟鋼2×90m2燒結機工藝優化和自動化改造工程”的實施，引進芬蘭RAUTARUUKKI公司的燒結過程監控系統（即SPSS），通過L1、L2的11個控制模型，對燒結生產的全過程進行實時監控。SPSS系統要求與電控PLC系統進行大量數據交換，984系統完成這種數據交換非常困難，必須對984 PLC進行改造。PLC系統整體改造，不僅投資大，施工周期長，改造過程中還會碰到很多難以預知的情況，因此考慮只對PLC控制器進行升級的可能性，Modicon現已是Schneider的下屬公司，經過與Schneider公司的技術交流及多方論證，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設備陳舊，運行速度慢，生產商不再生產產品，備品備件——特別是控制器價格昂貴且購置困難，對老系統運行已是一種阻礙。其DOS下的Modsoft組態、Windows 3.1下的Unicell上位監控都遠遠落后于計算機技術的發展，給生產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，特別是其RIO具有兼容性，能直接與984的RIO進行通訊。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。 標準通訊端口支持Modbus和Modbus Plus聯網通訊，控制器背面的旋轉開關用來設定1-64個有效MB+地址，控制器內含一個基于通用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種標準編程語言：梯形圖、順序功能圖、功能塊圖、結構化文本和指令表。 3.2、軟件 　　Quantum系列PLC組態軟件Concept 2.5是Schneider公司基于Windows的編程工具，具有易用的接口、強大的搜索和在線幫助功能、滿足大多數苛刻的算法和應用要求、支持984梯形邏輯圖，并包括一個Modsoft程序轉換器，兼容984梯形圖程序，用Concept 984在Concept IEC語言和傳統的Modsoft編程技術之間架起橋梁，能很容易地由Modsoft過渡到Concept，使用更有效的Concept工具。 　　上位監控軟件仍用USDATA公司的產品，版本是更新的Monitor Pro V7.0（MP7）。 　　操作系統使用基于NT的Windows2000，采用C/S結構。服務器中用MP7自帶的Microsoft公司SQL Server7.0數據庫。 3.3、通訊 　　Quantum支持984 RIO的S908通訊，有三種I/O結構：本地I/O、遠程I/O、分布式I/O。 Quantum同樣支持MB+通訊方式。Modbus Plus典型應用包括：控制連網與互鎖、數據采集、程序上裝/下裝、遠程在線編程、與操作員接口連接和主機數據采集。 　　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絡標準。Ethernet網絡系統包括：控制器之間執行對等通訊，可用標準PC服務器進行簡單且集中的程序歸檔，允許用戶自由地在本地計算機市場中采購元器件，通過LAN與控制器進行通訊，對Quantum控制器進行編程，在控制器和主系統之間集成通訊，通過使用標準PC Web瀏覽器獲取系統狀態信息和診斷信息。 4、方案實施 　　利用工藝設備大修改造時間，將2PC、3PC兩臺PLC的控制器由984升級到Quantum，只對本地站的設備作相應改造，而遠程I/O站不作任何改動。采用Quantum的以太網模塊，將PLC直接連到10M/100M以太網上。 　　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、以太網模塊140NOE77110，用于100M以太網通訊 　　984控制器與RIO的S908、控制器間的MB+通訊可繼續在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。 　　優化PLC系統，用UPS對CPU集中供電,重新敷設接地線。 　　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網絡，與連在Ethernet的工控機及上位機實現100M高速通訊。 　　組態軟件由Modsoft升級到Concept 2.5，上位監控軟件由Unicell升級到C/S結構的Monitor Pro 7.0，操作系統升級到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軟件和監控軟件，與過程控制系統更好地進行數據交互，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系統停止工作，且具有特征隱蔽性，發生不可預料性，表象不可知性，判斷困難性，排除復雜性等特點。 　　實際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，不能實現數據有效傳送，引起不同控制器控制的設備聯鎖不起作用。S908故障更加隱蔽，查找排除更加困難，通訊網中只要由一個連接頭接觸不良，就會引起整個網絡通訊間斷，造成設備全面故障停機。 　　升級過程中碰到了PLC內部的S908通訊故障，通訊過程瞬間中斷，接著馬上恢復正常。由于設備之間存在工藝聯鎖，故表現為從第二臺設備開始，后續設備全部停機，延時5秒鐘后又自動重新開機的現象。排查過程如下： 　　1、電氣排查。檢查電氣設備（開關、接觸器等）接點正常，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。開機時各通訊接頭不能斷開，簡單檢查晃動每一個接頭，沒有發現問題。 　　3、程序強制。專門設計制作一段小程序，讓第二臺設備接到停機命令后，保持1秒鐘后再停，這時發生了從第三臺設備開始的自開自停現象。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，造成生產設備全線停機，第一臺設備因接觸器的機械反應速度慢而沒有表現出停機。 　　5、故障排除。要求生產停機，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，最終發現是同軸電纜連接頭松動引起的。 5.2、Modsoft梯形圖轉換問題 　　Modsoft到Concept的梯形圖轉換，必須用Conccept的Modsoft Converter程序轉換器，按操作說明一步一步地將原有的984 Modsoft梯形圖程序轉換成Concept程序。 5.3、施工問題 　　施工主要難題在工期，為不影響生產，一般工期不會超過三天，這就要求本地站硬件更換、軟件轉換及系統、控制設備的調試必須一次成功，不允許有失敗。因此，施工前的準備必須充分，對硬件施工網絡詳細計劃，對軟件事先做好實驗室調試，確保無誤。 　　6、結論 　　自2002年11月，濟鋼第一燒結廠2臺PLC控制器由984升級到Quantum以來，系統運行一直穩定可靠，沒有出現任何因控制器升級引起的問題。實踐證明，Modicon 984 PLC控制器升級到Quantum是完全可行的，在不改變遠程I/O的情況下，只升級控制器，對本地站作相應改動即可。這種升級方式實施簡單，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上，難免存在一些不如人意的地方： 　　1、完整性不如系統整體升級。 　　2、梯形圖不如功能塊圖直觀簡潔。