馬金祥

摘 要：文章介紹了韶鋼3450mm寬板軋機(jī)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及軟硬件配置，通訊方式，主要功能特點(diǎn)，應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：過(guò)程自動(dòng)化；數(shù)學(xué)模型；中間件；工藝設(shè)備；HMI；TCR；TMCP；RFS

引言

韶鋼熱軋寬板廠(chǎng)于2005年2月建成投產(chǎn)，是一條具有國(guó)際先進(jìn)的全線(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力100萬(wàn)噸，近幾年進(jìn)行了系列的工藝設(shè)備及自動(dòng)化系統(tǒng)的適應(yīng)性完善，生產(chǎn)線(xiàn)上主體工藝設(shè)備包括兩座加熱爐（一座步進(jìn)梁式，一座推鋼式加熱爐），20Mpa除鱗箱及機(jī)上除鱗裝置，單機(jī)架可逆四輥軋機(jī)，控制冷卻裝置，矯直機(jī)，熱定剪，兩條精整線(xiàn)，其中一條切邊厚度25mm以下的圓盤(pán)剪，一條切邊厚度為25mm至50mm的滾切式雙邊剪，無(wú)損探傷裝置，一座年生產(chǎn)能力為16萬(wàn)噸無(wú)氧化熱處理爐用于鋼板的正火和回火處理。

該生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)形成能使用150mm生產(chǎn)至280mm厚度坯料，生產(chǎn)厚度為9mm-120mm，寬度為1800mm至3100mm的鋼板，并具備橫縱扎和全縱軋以及包含常規(guī)冷卻和在線(xiàn)淬火的冷卻控制系統(tǒng)、離線(xiàn)無(wú)損探傷裝置、熱處理多工藝功能的生產(chǎn)線(xiàn)。經(jīng)過(guò)幾年的改進(jìn)完善，已經(jīng)形成三級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，即基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)（L1）、過(guò)程控制級(jí)（L2）和生產(chǎn)管理級(jí)（L3）。生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了從加熱爐出爐輥道到產(chǎn)品入庫(kù)的過(guò)程自動(dòng)化控制，具有較高的自動(dòng)化控制水平，本文主要介紹軋機(jī)的過(guò)程自動(dòng)化控制。

1 過(guò)程控制系統(tǒng)的構(gòu)成

二級(jí)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)由L1系統(tǒng)和L2系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)采用TOSHIBA-GE 自動(dòng)化公司開(kāi)發(fā)研制的過(guò)程自動(dòng)化解決方案，即PASolution （Process Automation Solution）開(kāi)發(fā)平臺(tái)及運(yùn)行環(huán)境，是一套主要用于鋼鐵生產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

L1級(jí)執(zhí)行L2系統(tǒng)下達(dá)的指令，完成設(shè)備各區(qū)域的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制，如設(shè)備的順序控制，自動(dòng)位置控制，以及速度控制，和鋼板的厚度，寬度控制等任務(wù)，以及配合L2級(jí)完成軋件的跟蹤。

L2級(jí)完成工藝控制參數(shù)設(shè)定計(jì)算并下達(dá)給L1級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集、分析，軋制模型的優(yōu)化/自適應(yīng)，人機(jī)接口以及與外部設(shè)備之間的通訊等過(guò)程控制。

L3生產(chǎn)控制級(jí)計(jì)算機(jī)完成全廠(chǎng)物料跟蹤、生產(chǎn)計(jì)劃及質(zhì)量管理、倉(cāng)庫(kù)管理、成品發(fā)貨管理、磨輥間管理等任務(wù)。

整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。

1.1 L1級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)軟硬件配置

L1 控制器采用Toshiba-GE公司V系列S3控制器，共14套。V系列S3控制器主要用于生產(chǎn)過(guò)程的邏輯順序控制、速度主令控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制和數(shù)據(jù)采集及處理等。同時(shí)V系列S3控制器也用于軋線(xiàn)的工藝控制，如自動(dòng)寬度控制（AWC）、自動(dòng)厚度控制（AGC）、偏心補(bǔ)償控制、板形控制、軋輥熱凸度和磨損補(bǔ)償、控溫軋制、鋼板板加速冷卻控制等。

V系列S3控制器內(nèi)置通用微處理器（32位，i80386 33MHz）和用戶(hù)程序處理器（32位，ASIC，PIII 1GHz，相當(dāng)于軟PLC），用戶(hù)程序語(yǔ)言采用IEC語(yǔ)言（IEC 61131.3）。

控制器編程組態(tài)軟件使用V-tool。

1.2 L2系統(tǒng)軟硬件配置

L2系統(tǒng)采用了世界上成熟、可靠和先進(jìn)的控制技術(shù)。在硬件上采用四臺(tái)高性能的服務(wù)器，合理分擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)荷，每臺(tái)服務(wù)器采用磁盤(pán)陣列，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

1.2.1 L2級(jí)硬件系統(tǒng)構(gòu)成如下：

（1）L2級(jí)應(yīng)用服務(wù)器選用四臺(tái)服務(wù)器，一臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)管理和數(shù)據(jù)記錄、一臺(tái)負(fù)責(zé)軋線(xiàn)和精整線(xiàn)的設(shè)定計(jì)算和跟蹤、兩臺(tái)HMI服務(wù)器，為現(xiàn)場(chǎng)HMI View提供數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，HMI服務(wù)器做冗余配置，一臺(tái)出現(xiàn)故障，可以自動(dòng)切換到另一臺(tái)。（2）配置PC機(jī)1套，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集。（3）配置PC機(jī)5套，負(fù)責(zé)成品數(shù)據(jù)收集及分析，臺(tái)式工程師站，域控制器，HMI開(kāi)發(fā)，L1及L2級(jí)程序開(kāi)發(fā)。（4）配置激光打印機(jī)2臺(tái)，其中彩色、黑白各一臺(tái)。（5）現(xiàn)場(chǎng)HMI VIEW和L1級(jí)共用，全部采用PC機(jī)，共15臺(tái)。（6）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1套，主要包括交換機(jī)，光纖轉(zhuǎn)發(fā)器，光纖及雙絞線(xiàn)通訊介質(zhì)。（7）L2級(jí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形，100M以太網(wǎng)，通訊協(xié)議TCP/IP。操作室外網(wǎng)絡(luò)采用光纜，操作室內(nèi)采用雙絞線(xiàn)或同軸電纜。（8）軋線(xiàn)L2級(jí)和連鑄的L2級(jí)、加熱爐L2級(jí)也用光纜實(shí)現(xiàn)連接通訊，采用TCP/IP通訊協(xié)議。

二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)采用服務(wù)器與客戶(hù)機(jī)的構(gòu)成方式。在計(jì)算機(jī)控制室配置二級(jí)跟蹤及RFS設(shè)定（可逆軋機(jī)設(shè)定）服務(wù)器一臺(tái)，HMI服務(wù)器三臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器一臺(tái)，加熱二級(jí)服務(wù)器一臺(tái)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，HMI開(kāi)發(fā)，二級(jí)開(kāi)發(fā)及與控制器，HMI View，工程師站，主要用于電氣工程師進(jìn)行系統(tǒng)控制軟件的編程、組態(tài)、在線(xiàn)監(jiān)控、故障查詢(xún)及分析和程序裝載等。

服務(wù)器采用HP DL380服務(wù)器主機(jī)，Raid5磁盤(pán)陣列配置。

1.2.2 L2軟件配置

二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)軟件包括：

（1）操作系統(tǒng)軟件：采用性能可靠的WINDOWS2003操作系統(tǒng)。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)軟件：采用SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)版。（3）應(yīng)用程序軟件：通訊程序（編程語(yǔ)言Microsoft Visual C/C++）。（4）PASolution軟件包。

1.3 網(wǎng)絡(luò)通訊

過(guò)程動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的控制系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)。L1、L2級(jí)之間通過(guò)快速以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息交換；L1控制器與L2 PC之間、L1控制器之間通過(guò)Toshiba-GE公司的Control LAN TC-net100總線(xiàn)進(jìn)行通訊；L1控制器與遠(yuǎn)程I/O通過(guò)Toshiba-GE公司DviceNet總線(xiàn)進(jìn)行通訊；L1控制器與傳動(dòng)裝置通過(guò)Toshiba-GE公司TOSLINE-S20總線(xiàn)進(jìn)行通訊。二級(jí)系統(tǒng)服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和TCP/IP通訊協(xié)議。其他通訊如下：

1.3.1 IO_SERVICE，是TOSHIBA-GE提供的用于過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通訊的應(yīng)用程序，支持的平臺(tái)包括Microsoft Windows，Linux，QNX，OPNVMS，為進(jìn)程間通訊提供服務(wù)，應(yīng)用進(jìn)程可以在不同節(jié)點(diǎn)上，使用TCP/IP協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.2 與標(biāo)識(shí)打印機(jī)系統(tǒng)的通信通過(guò)TCP/Socket通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.3 EGD通訊協(xié)議，即Ethernet Global Data，EGD協(xié)議是TOSHIBA-GE提供的一種對(duì)于設(shè)備間通訊實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)便、高速的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，用于控制器與二級(jí)系統(tǒng)之間的通訊，使用C3模塊作為L(zhǎng)1和L2之間通訊的硬件接口。其特點(diǎn)是用UDP協(xié)議完成底層數(shù)據(jù)傳輸，支持周期發(fā)送控制器的一部分內(nèi)存，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包可以被多個(gè)控制器共享。

1.3.4 IODB-Service通訊，是TOSHIBA-GE提供的通訊程序，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，通過(guò)IO-Service為客戶(hù)進(jìn)程提供存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，主要包括PDI數(shù)據(jù)，模型參數(shù)，軋輥數(shù)據(jù)，產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)。

1.3.5 與L3級(jí)（MES）系統(tǒng)及其支撐系統(tǒng)通訊：通過(guò)開(kāi)放的ODBC接口，TCP/IP通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 L2級(jí)系統(tǒng)工作原理

L2級(jí)系統(tǒng)接收三級(jí)訂單及坯料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加載軋制工藝形成二級(jí)系統(tǒng)可識(shí)別的軋件PDI信息?；赑ASolution的過(guò)程控制系統(tǒng)以Director為中心，通過(guò)IO-Services等方式和外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，過(guò)程控制系統(tǒng)所需要的邏輯功能通過(guò)Director程序加載相應(yīng)的腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上一級(jí)電氣信號(hào)的變化進(jìn)行相應(yīng)的判斷，調(diào)用RFS設(shè)定模型，或觸發(fā)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理，并將軋機(jī)設(shè)定或指令下達(dá)到L1級(jí)執(zhí)行。PASolution過(guò)程控制系統(tǒng)的一般框架如下圖2：

2 二級(jí)過(guò)程系統(tǒng)的人機(jī)界面（HMI）

二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，HMI系統(tǒng)使用GE-Fanuc的CIMPLICITYTM人機(jī)接口工具，HMI系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)為客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器型式，服務(wù)器設(shè)置在計(jì)算機(jī)室，HMI View分布在各個(gè)控制功能操作臺(tái)，并根據(jù)操作需要配置不同的操作畫(huà)面，避免交叉操作出現(xiàn)安全問(wèn)題。

HMI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作員與生產(chǎn)過(guò)程的人-機(jī)通訊，主要用于參數(shù)設(shè)定、操作和修改、報(bào)警和故障顯示、過(guò)程畫(huà)面顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。

3 過(guò)程控制系統(tǒng)功能

3.1 初始數(shù)據(jù)輸入

原始數(shù)據(jù)輸入（PDI）是軋機(jī)控制所必需的數(shù)據(jù)，需在軋件進(jìn)入軋機(jī)之前提供原始數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)將通過(guò)用戶(hù)計(jì)算機(jī)接口功能中定義的接口進(jìn)入PDI功能。PDI將提供針對(duì)每個(gè)軋件的處理目標(biāo)和指示。PDI內(nèi)容包括來(lái)料信息，成品目標(biāo)信息，特殊操作慣例，在HMI上可以創(chuàng)建、刪除一個(gè)軋件號(hào)，并對(duì)軋件PDI數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。

3.2 軋件跟蹤和材料跟蹤

軋件跟蹤的范圍是從板坯連鑄出坯輥道開(kāi)始（加熱爐區(qū)域的跟蹤由加熱爐L2級(jí)完成，），到鋼板垛板收集輥道為止。跟蹤形式為每個(gè)軋件有單獨(dú)的跟蹤ID號(hào)，在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)區(qū)域，2級(jí)系統(tǒng)接收到軋件在不同的區(qū)域的跟蹤信號(hào)，觸發(fā)跟蹤事件，實(shí)現(xiàn)物料跟蹤。由于異常原因出爐板坯不能軋制，返回坯料庫(kù)，吊銷(xiāo)該板坯，跟蹤結(jié)束。對(duì)于成品鋼板，送至鋼板庫(kù)后跟蹤結(jié)束。

3.3 軋輥管理系統(tǒng)

軋輥管理系統(tǒng)對(duì)軋輥的操作有創(chuàng)建、刪除、數(shù)據(jù)編輯等，通過(guò)軋輥管理功能，可以對(duì)軋輥進(jìn)行組對(duì)配輥，對(duì)軋輥信息進(jìn)行存儲(chǔ)、編輯。軋輥上機(jī)后，對(duì)軋輥使用周期內(nèi)的軋制噸數(shù)，軋制長(zhǎng)度，磨損量進(jìn)行跟蹤計(jì)算，并通過(guò)與二級(jí)的通信進(jìn)程將相關(guān)數(shù)據(jù)傳給軋制模型，用于設(shè)定輥縫的準(zhǔn)確計(jì)算。

3.4 設(shè)定數(shù)據(jù)

設(shè)定數(shù)據(jù)包括軋制規(guī)程的橫軋階段負(fù)載分配，縱軋階段負(fù)載分配，咬鋼速度，最大軋制速度，軋件在不同區(qū)域的速度設(shè)定，最小軋制道次，厚度偏差，寬度偏差，操作工可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況靈活調(diào)整各種參數(shù)。

3.5 軋制策略控制

軋制策略包括常規(guī)軋制，單塊TCR軋制（支持單塊鋼兩階段等溫軋制），與控制冷卻相結(jié)合，TMCP軋制，兩塊交叉軋制（一待一軋），和鏈?zhǔn)杰堉疲▋纱卉垼?/p>

3.6 工藝參數(shù)管理

根據(jù)坯料厚度層別設(shè)定不同鋼號(hào)的產(chǎn)品在不同規(guī)格層別下的軋制工藝參數(shù)，主要報(bào)包括開(kāi)軋溫度，等溫溫度，等溫厚度，除鱗代碼，冷卻模式，終冷溫度，冷卻模式。

3.7 軋制模型自學(xué)習(xí)

自適應(yīng)分為軋件之間自適應(yīng)和道次之間的自適應(yīng)。它包括模型參數(shù)更新和微調(diào)所需的逐軋件地進(jìn)行的自適應(yīng)反饋。自適應(yīng)反饋將在軋機(jī)道次和軋機(jī)出口測(cè)量值的基礎(chǔ)上進(jìn)行。測(cè)量值要經(jīng)過(guò)合理性檢查。如果具有所有重要的軋機(jī)傳感器和軋件數(shù)據(jù)，即使在軋機(jī)暫時(shí)處于手動(dòng)控制方式下，也可以進(jìn)行模型自適應(yīng)。

過(guò)程數(shù)據(jù)的自適應(yīng)也可改善產(chǎn)品的長(zhǎng)期性能，就象對(duì)當(dāng)前正在軋制的軋件一樣。

3.8 模擬軋制

過(guò)程控制系統(tǒng)有三種模式，即生產(chǎn)模式Product（正常生產(chǎn)），離線(xiàn)OFFLine模式（檢修或換輥），模擬Ghost（測(cè)試及功能檢查）。

模擬軋制時(shí)，軋機(jī)模擬程序?qū)?chuàng)造出一個(gè)仿真軋件，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行跟蹤，通過(guò)模擬軋制，可方便地對(duì)機(jī)械及電氣設(shè)備準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，也可以用于操作人員培訓(xùn)和新軋制表測(cè)試。

3.9 生產(chǎn)報(bào)表

生產(chǎn)報(bào)表的主要包括產(chǎn)量報(bào)表和產(chǎn)品工藝質(zhì)量控制報(bào)表?？梢酝ㄟ^(guò)時(shí)間，班次查詢(xún)生產(chǎn)量及每個(gè)軋件的厚度、終軋溫度，終冷溫度等質(zhì)量信息查詢(xún)。便于工藝技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)狀況了解及為對(duì)產(chǎn)品性能分析提供參考。

4 應(yīng)用效果

過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)在韶鋼3450寬板軋機(jī)的應(yīng)用，對(duì)熱軋寬板廠(chǎng)的生產(chǎn)發(fā)揮著重要的作用，多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)用，提高韶關(guān)鋼鐵有限公司的自動(dòng)化控制水平，簡(jiǎn)化了操作，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，縮短了產(chǎn)品交貨期和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，韶鋼寬板廠(chǎng)產(chǎn)品通過(guò)了9國(guó)船級(jí)社認(rèn)證，相繼開(kāi)發(fā)出E36高等級(jí)船板，X70管線(xiàn)鋼，高建板，海洋工程用鋼、合金容器板，低合金高強(qiáng)鋼Q690系列品種鋼、韶鋼自主品牌CSG610系列品種鋼等。

5 結(jié)束語(yǔ)

在大量生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：

5.1 大批量生產(chǎn)單一產(chǎn)品規(guī)格，具有較好的控制效果，但是當(dāng)品種規(guī)格頻繁變化時(shí)適應(yīng)性略顯不足，主要是更換規(guī)格時(shí)前幾塊軋件公差控制精確性不夠。對(duì)于規(guī)格變換頻繁時(shí)如何確保厚度精確命中是以后系統(tǒng)優(yōu)化重點(diǎn)內(nèi)容。

5.2 層流控制冷卻系統(tǒng)下集管冷卻能力不足，對(duì)于生產(chǎn)高等級(jí)產(chǎn)品需要較大上下集管出水比時(shí)適應(yīng)能力不足，是以后工藝改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]《DETAILED TECHNICAL SPECIFICATION Level 2：DTS L2 BASE》-CISDI for BAYI HSM URUMQ1，China

[2]趙剛，楊立永.軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[3]GE Fanuc 154 學(xué)生手冊(cè).

1.3.1 IO_SERVICE，是TOSHIBA-GE提供的用于過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通訊的應(yīng)用程序，支持的平臺(tái)包括Microsoft Windows，Linux，QNX，OPNVMS，為進(jìn)程間通訊提供服務(wù)，應(yīng)用進(jìn)程可以在不同節(jié)點(diǎn)上，使用TCP/IP協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.2 與標(biāo)識(shí)打印機(jī)系統(tǒng)的通信通過(guò)TCP/Socket通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.3 EGD通訊協(xié)議，即Ethernet Global Data，EGD協(xié)議是TOSHIBA-GE提供的一種對(duì)于設(shè)備間通訊實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)便、高速的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，用于控制器與二級(jí)系統(tǒng)之間的通訊，使用C3模塊作為L(zhǎng)1和L2之間通訊的硬件接口。其特點(diǎn)是用UDP協(xié)議完成底層數(shù)據(jù)傳輸，支持周期發(fā)送控制器的一部分內(nèi)存，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包可以被多個(gè)控制器共享。

1.3.4 IODB-Service通訊，是TOSHIBA-GE提供的通訊程序，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，通過(guò)IO-Service為客戶(hù)進(jìn)程提供存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，主要包括PDI數(shù)據(jù)，模型參數(shù)，軋輥數(shù)據(jù)，產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)。

1.3.5 與L3級(jí)（MES）系統(tǒng)及其支撐系統(tǒng)通訊：通過(guò)開(kāi)放的ODBC接口，TCP/IP通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 L2級(jí)系統(tǒng)工作原理

L2級(jí)系統(tǒng)接收三級(jí)訂單及坯料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加載軋制工藝形成二級(jí)系統(tǒng)可識(shí)別的軋件PDI信息?；赑ASolution的過(guò)程控制系統(tǒng)以Director為中心，通過(guò)IO-Services等方式和外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，過(guò)程控制系統(tǒng)所需要的邏輯功能通過(guò)Director程序加載相應(yīng)的腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上一級(jí)電氣信號(hào)的變化進(jìn)行相應(yīng)的判斷，調(diào)用RFS設(shè)定模型，或觸發(fā)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理，并將軋機(jī)設(shè)定或指令下達(dá)到L1級(jí)執(zhí)行。PASolution過(guò)程控制系統(tǒng)的一般框架如下圖2：

2 二級(jí)過(guò)程系統(tǒng)的人機(jī)界面（HMI）

二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，HMI系統(tǒng)使用GE-Fanuc的CIMPLICITYTM人機(jī)接口工具，HMI系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)為客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器型式，服務(wù)器設(shè)置在計(jì)算機(jī)室，HMI View分布在各個(gè)控制功能操作臺(tái)，并根據(jù)操作需要配置不同的操作畫(huà)面，避免交叉操作出現(xiàn)安全問(wèn)題。

HMI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作員與生產(chǎn)過(guò)程的人-機(jī)通訊，主要用于參數(shù)設(shè)定、操作和修改、報(bào)警和故障顯示、過(guò)程畫(huà)面顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。

3 過(guò)程控制系統(tǒng)功能

3.1 初始數(shù)據(jù)輸入

原始數(shù)據(jù)輸入（PDI）是軋機(jī)控制所必需的數(shù)據(jù)，需在軋件進(jìn)入軋機(jī)之前提供原始數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)將通過(guò)用戶(hù)計(jì)算機(jī)接口功能中定義的接口進(jìn)入PDI功能。PDI將提供針對(duì)每個(gè)軋件的處理目標(biāo)和指示。PDI內(nèi)容包括來(lái)料信息，成品目標(biāo)信息，特殊操作慣例，在HMI上可以創(chuàng)建、刪除一個(gè)軋件號(hào)，并對(duì)軋件PDI數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。

3.2 軋件跟蹤和材料跟蹤

軋件跟蹤的范圍是從板坯連鑄出坯輥道開(kāi)始（加熱爐區(qū)域的跟蹤由加熱爐L2級(jí)完成，），到鋼板垛板收集輥道為止。跟蹤形式為每個(gè)軋件有單獨(dú)的跟蹤ID號(hào)，在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)區(qū)域，2級(jí)系統(tǒng)接收到軋件在不同的區(qū)域的跟蹤信號(hào)，觸發(fā)跟蹤事件，實(shí)現(xiàn)物料跟蹤。由于異常原因出爐板坯不能軋制，返回坯料庫(kù)，吊銷(xiāo)該板坯，跟蹤結(jié)束。對(duì)于成品鋼板，送至鋼板庫(kù)后跟蹤結(jié)束。

3.3 軋輥管理系統(tǒng)

軋輥管理系統(tǒng)對(duì)軋輥的操作有創(chuàng)建、刪除、數(shù)據(jù)編輯等，通過(guò)軋輥管理功能，可以對(duì)軋輥進(jìn)行組對(duì)配輥，對(duì)軋輥信息進(jìn)行存儲(chǔ)、編輯。軋輥上機(jī)后，對(duì)軋輥使用周期內(nèi)的軋制噸數(shù)，軋制長(zhǎng)度，磨損量進(jìn)行跟蹤計(jì)算，并通過(guò)與二級(jí)的通信進(jìn)程將相關(guān)數(shù)據(jù)傳給軋制模型，用于設(shè)定輥縫的準(zhǔn)確計(jì)算。

3.4 設(shè)定數(shù)據(jù)

設(shè)定數(shù)據(jù)包括軋制規(guī)程的橫軋階段負(fù)載分配，縱軋階段負(fù)載分配，咬鋼速度，最大軋制速度，軋件在不同區(qū)域的速度設(shè)定，最小軋制道次，厚度偏差，寬度偏差，操作工可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況靈活調(diào)整各種參數(shù)。

3.5 軋制策略控制

軋制策略包括常規(guī)軋制，單塊TCR軋制（支持單塊鋼兩階段等溫軋制），與控制冷卻相結(jié)合，TMCP軋制，兩塊交叉軋制（一待一軋），和鏈?zhǔn)杰堉疲▋纱卉垼?/p>

3.6 工藝參數(shù)管理

根據(jù)坯料厚度層別設(shè)定不同鋼號(hào)的產(chǎn)品在不同規(guī)格層別下的軋制工藝參數(shù)，主要報(bào)包括開(kāi)軋溫度，等溫溫度，等溫厚度，除鱗代碼，冷卻模式，終冷溫度，冷卻模式。

3.7 軋制模型自學(xué)習(xí)

自適應(yīng)分為軋件之間自適應(yīng)和道次之間的自適應(yīng)。它包括模型參數(shù)更新和微調(diào)所需的逐軋件地進(jìn)行的自適應(yīng)反饋。自適應(yīng)反饋將在軋機(jī)道次和軋機(jī)出口測(cè)量值的基礎(chǔ)上進(jìn)行。測(cè)量值要經(jīng)過(guò)合理性檢查。如果具有所有重要的軋機(jī)傳感器和軋件數(shù)據(jù)，即使在軋機(jī)暫時(shí)處于手動(dòng)控制方式下，也可以進(jìn)行模型自適應(yīng)。

過(guò)程數(shù)據(jù)的自適應(yīng)也可改善產(chǎn)品的長(zhǎng)期性能，就象對(duì)當(dāng)前正在軋制的軋件一樣。

3.8 模擬軋制

過(guò)程控制系統(tǒng)有三種模式，即生產(chǎn)模式Product（正常生產(chǎn)），離線(xiàn)OFFLine模式（檢修或換輥），模擬Ghost（測(cè)試及功能檢查）。

模擬軋制時(shí)，軋機(jī)模擬程序?qū)?chuàng)造出一個(gè)仿真軋件，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行跟蹤，通過(guò)模擬軋制，可方便地對(duì)機(jī)械及電氣設(shè)備準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，也可以用于操作人員培訓(xùn)和新軋制表測(cè)試。

3.9 生產(chǎn)報(bào)表

生產(chǎn)報(bào)表的主要包括產(chǎn)量報(bào)表和產(chǎn)品工藝質(zhì)量控制報(bào)表。可以通過(guò)時(shí)間，班次查詢(xún)生產(chǎn)量及每個(gè)軋件的厚度、終軋溫度，終冷溫度等質(zhì)量信息查詢(xún)。便于工藝技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)狀況了解及為對(duì)產(chǎn)品性能分析提供參考。

4 應(yīng)用效果

過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)在韶鋼3450寬板軋機(jī)的應(yīng)用，對(duì)熱軋寬板廠(chǎng)的生產(chǎn)發(fā)揮著重要的作用，多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)用，提高韶關(guān)鋼鐵有限公司的自動(dòng)化控制水平，簡(jiǎn)化了操作，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，縮短了產(chǎn)品交貨期和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，韶鋼寬板廠(chǎng)產(chǎn)品通過(guò)了9國(guó)船級(jí)社認(rèn)證，相繼開(kāi)發(fā)出E36高等級(jí)船板，X70管線(xiàn)鋼，高建板，海洋工程用鋼、合金容器板，低合金高強(qiáng)鋼Q690系列品種鋼、韶鋼自主品牌CSG610系列品種鋼等。

5 結(jié)束語(yǔ)

在大量生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：

5.1 大批量生產(chǎn)單一產(chǎn)品規(guī)格，具有較好的控制效果，但是當(dāng)品種規(guī)格頻繁變化時(shí)適應(yīng)性略顯不足，主要是更換規(guī)格時(shí)前幾塊軋件公差控制精確性不夠。對(duì)于規(guī)格變換頻繁時(shí)如何確保厚度精確命中是以后系統(tǒng)優(yōu)化重點(diǎn)內(nèi)容。

5.2 層流控制冷卻系統(tǒng)下集管冷卻能力不足，對(duì)于生產(chǎn)高等級(jí)產(chǎn)品需要較大上下集管出水比時(shí)適應(yīng)能力不足，是以后工藝改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]《DETAILED TECHNICAL SPECIFICATION Level 2：DTS L2 BASE》-CISDI for BAYI HSM URUMQ1，China

[2]趙剛，楊立永.軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[3]GE Fanuc 154 學(xué)生手冊(cè).

1.3.1 IO_SERVICE，是TOSHIBA-GE提供的用于過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通訊的應(yīng)用程序，支持的平臺(tái)包括Microsoft Windows，Linux，QNX，OPNVMS，為進(jìn)程間通訊提供服務(wù)，應(yīng)用進(jìn)程可以在不同節(jié)點(diǎn)上，使用TCP/IP協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.2 與標(biāo)識(shí)打印機(jī)系統(tǒng)的通信通過(guò)TCP/Socket通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.3 EGD通訊協(xié)議，即Ethernet Global Data，EGD協(xié)議是TOSHIBA-GE提供的一種對(duì)于設(shè)備間通訊實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)便、高速的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，用于控制器與二級(jí)系統(tǒng)之間的通訊，使用C3模塊作為L(zhǎng)1和L2之間通訊的硬件接口。其特點(diǎn)是用UDP協(xié)議完成底層數(shù)據(jù)傳輸，支持周期發(fā)送控制器的一部分內(nèi)存，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包可以被多個(gè)控制器共享。

1.3.4 IODB-Service通訊，是TOSHIBA-GE提供的通訊程序，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，通過(guò)IO-Service為客戶(hù)進(jìn)程提供存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，主要包括PDI數(shù)據(jù)，模型參數(shù)，軋輥數(shù)據(jù)，產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)。

1.3.5 與L3級(jí)（MES）系統(tǒng)及其支撐系統(tǒng)通訊：通過(guò)開(kāi)放的ODBC接口，TCP/IP通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 L2級(jí)系統(tǒng)工作原理

L2級(jí)系統(tǒng)接收三級(jí)訂單及坯料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加載軋制工藝形成二級(jí)系統(tǒng)可識(shí)別的軋件PDI信息?；赑ASolution的過(guò)程控制系統(tǒng)以Director為中心，通過(guò)IO-Services等方式和外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，過(guò)程控制系統(tǒng)所需要的邏輯功能通過(guò)Director程序加載相應(yīng)的腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上一級(jí)電氣信號(hào)的變化進(jìn)行相應(yīng)的判斷，調(diào)用RFS設(shè)定模型，或觸發(fā)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理，并將軋機(jī)設(shè)定或指令下達(dá)到L1級(jí)執(zhí)行。PASolution過(guò)程控制系統(tǒng)的一般框架如下圖2：

2 二級(jí)過(guò)程系統(tǒng)的人機(jī)界面（HMI）

二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，HMI系統(tǒng)使用GE-Fanuc的CIMPLICITYTM人機(jī)接口工具，HMI系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)為客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器型式，服務(wù)器設(shè)置在計(jì)算機(jī)室，HMI View分布在各個(gè)控制功能操作臺(tái)，并根據(jù)操作需要配置不同的操作畫(huà)面，避免交叉操作出現(xiàn)安全問(wèn)題。

HMI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作員與生產(chǎn)過(guò)程的人-機(jī)通訊，主要用于參數(shù)設(shè)定、操作和修改、報(bào)警和故障顯示、過(guò)程畫(huà)面顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。

3 過(guò)程控制系統(tǒng)功能

3.1 初始數(shù)據(jù)輸入

原始數(shù)據(jù)輸入（PDI）是軋機(jī)控制所必需的數(shù)據(jù)，需在軋件進(jìn)入軋機(jī)之前提供原始數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)將通過(guò)用戶(hù)計(jì)算機(jī)接口功能中定義的接口進(jìn)入PDI功能。PDI將提供針對(duì)每個(gè)軋件的處理目標(biāo)和指示。PDI內(nèi)容包括來(lái)料信息，成品目標(biāo)信息，特殊操作慣例，在HMI上可以創(chuàng)建、刪除一個(gè)軋件號(hào)，并對(duì)軋件PDI數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。

3.2 軋件跟蹤和材料跟蹤

軋件跟蹤的范圍是從板坯連鑄出坯輥道開(kāi)始（加熱爐區(qū)域的跟蹤由加熱爐L2級(jí)完成，），到鋼板垛板收集輥道為止。跟蹤形式為每個(gè)軋件有單獨(dú)的跟蹤ID號(hào)，在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)區(qū)域，2級(jí)系統(tǒng)接收到軋件在不同的區(qū)域的跟蹤信號(hào)，觸發(fā)跟蹤事件，實(shí)現(xiàn)物料跟蹤。由于異常原因出爐板坯不能軋制，返回坯料庫(kù)，吊銷(xiāo)該板坯，跟蹤結(jié)束。對(duì)于成品鋼板，送至鋼板庫(kù)后跟蹤結(jié)束。

3.3 軋輥管理系統(tǒng)

軋輥管理系統(tǒng)對(duì)軋輥的操作有創(chuàng)建、刪除、數(shù)據(jù)編輯等，通過(guò)軋輥管理功能，可以對(duì)軋輥進(jìn)行組對(duì)配輥，對(duì)軋輥信息進(jìn)行存儲(chǔ)、編輯。軋輥上機(jī)后，對(duì)軋輥使用周期內(nèi)的軋制噸數(shù)，軋制長(zhǎng)度，磨損量進(jìn)行跟蹤計(jì)算，并通過(guò)與二級(jí)的通信進(jìn)程將相關(guān)數(shù)據(jù)傳給軋制模型，用于設(shè)定輥縫的準(zhǔn)確計(jì)算。

3.4 設(shè)定數(shù)據(jù)

設(shè)定數(shù)據(jù)包括軋制規(guī)程的橫軋階段負(fù)載分配，縱軋階段負(fù)載分配，咬鋼速度，最大軋制速度，軋件在不同區(qū)域的速度設(shè)定，最小軋制道次，厚度偏差，寬度偏差，操作工可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況靈活調(diào)整各種參數(shù)。

3.5 軋制策略控制

軋制策略包括常規(guī)軋制，單塊TCR軋制（支持單塊鋼兩階段等溫軋制），與控制冷卻相結(jié)合，TMCP軋制，兩塊交叉軋制（一待一軋），和鏈?zhǔn)杰堉疲▋纱卉垼?/p>

3.6 工藝參數(shù)管理

根據(jù)坯料厚度層別設(shè)定不同鋼號(hào)的產(chǎn)品在不同規(guī)格層別下的軋制工藝參數(shù)，主要報(bào)包括開(kāi)軋溫度，等溫溫度，等溫厚度，除鱗代碼，冷卻模式，終冷溫度，冷卻模式。

3.7 軋制模型自學(xué)習(xí)

自適應(yīng)分為軋件之間自適應(yīng)和道次之間的自適應(yīng)。它包括模型參數(shù)更新和微調(diào)所需的逐軋件地進(jìn)行的自適應(yīng)反饋。自適應(yīng)反饋將在軋機(jī)道次和軋機(jī)出口測(cè)量值的基礎(chǔ)上進(jìn)行。測(cè)量值要經(jīng)過(guò)合理性檢查。如果具有所有重要的軋機(jī)傳感器和軋件數(shù)據(jù)，即使在軋機(jī)暫時(shí)處于手動(dòng)控制方式下，也可以進(jìn)行模型自適應(yīng)。

過(guò)程數(shù)據(jù)的自適應(yīng)也可改善產(chǎn)品的長(zhǎng)期性能，就象對(duì)當(dāng)前正在軋制的軋件一樣。

3.8 模擬軋制

過(guò)程控制系統(tǒng)有三種模式，即生產(chǎn)模式Product（正常生產(chǎn)），離線(xiàn)OFFLine模式（檢修或換輥），模擬Ghost（測(cè)試及功能檢查）。

模擬軋制時(shí)，軋機(jī)模擬程序?qū)?chuàng)造出一個(gè)仿真軋件，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行跟蹤，通過(guò)模擬軋制，可方便地對(duì)機(jī)械及電氣設(shè)備準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，也可以用于操作人員培訓(xùn)和新軋制表測(cè)試。

3.9 生產(chǎn)報(bào)表

生產(chǎn)報(bào)表的主要包括產(chǎn)量報(bào)表和產(chǎn)品工藝質(zhì)量控制報(bào)表?？梢酝ㄟ^(guò)時(shí)間，班次查詢(xún)生產(chǎn)量及每個(gè)軋件的厚度、終軋溫度，終冷溫度等質(zhì)量信息查詢(xún)。便于工藝技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)狀況了解及為對(duì)產(chǎn)品性能分析提供參考。

4 應(yīng)用效果

過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)在韶鋼3450寬板軋機(jī)的應(yīng)用，對(duì)熱軋寬板廠(chǎng)的生產(chǎn)發(fā)揮著重要的作用，多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)用，提高韶關(guān)鋼鐵有限公司的自動(dòng)化控制水平，簡(jiǎn)化了操作，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，縮短了產(chǎn)品交貨期和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，韶鋼寬板廠(chǎng)產(chǎn)品通過(guò)了9國(guó)船級(jí)社認(rèn)證，相繼開(kāi)發(fā)出E36高等級(jí)船板，X70管線(xiàn)鋼，高建板，海洋工程用鋼、合金容器板，低合金高強(qiáng)鋼Q690系列品種鋼、韶鋼自主品牌CSG610系列品種鋼等。

5 結(jié)束語(yǔ)

在大量生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：

5.1 大批量生產(chǎn)單一產(chǎn)品規(guī)格，具有較好的控制效果，但是當(dāng)品種規(guī)格頻繁變化時(shí)適應(yīng)性略顯不足，主要是更換規(guī)格時(shí)前幾塊軋件公差控制精確性不夠。對(duì)于規(guī)格變換頻繁時(shí)如何確保厚度精確命中是以后系統(tǒng)優(yōu)化重點(diǎn)內(nèi)容。

5.2 層流控制冷卻系統(tǒng)下集管冷卻能力不足，對(duì)于生產(chǎn)高等級(jí)產(chǎn)品需要較大上下集管出水比時(shí)適應(yīng)能力不足，是以后工藝改進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]《DETAILED TECHNICAL SPECIFICATION Level 2：DTS L2 BASE》-CISDI for BAYI HSM URUMQ1，China

[2]趙剛，楊立永.軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[3]GE Fanuc 154 學(xué)生手冊(cè).