吳曉輝,耿運祥，李 芳，張新躍

WU Xiao-hui,GENG Yun-xiang,LI Fang,ZHANG Xin-yue

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

1 系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想

國內(nèi)較先進的冷連軋機組控制系統(tǒng)多數(shù)從國外引進，我們在消化吸收國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，力求研制一套適用于大型冷連軋成套裝備的兩級自動化控制系統(tǒng)。在設(shè)計和開發(fā)階段，主要基于以下原則：

1）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的合理性，保證安全、快速和穩(wěn)定；

2）系統(tǒng)具有開放性，采用易于擴展的軟硬件配置，便于系統(tǒng)的維護和升級；

3）系統(tǒng)層次清晰，任務(wù)分工明確，便于協(xié)調(diào)管理，易于調(diào)試；

4）功能模塊化，不同的CPU控制不同的設(shè)備，完成不同的功能，提高開發(fā)速度，分擔(dān)開發(fā)風(fēng)險；

5）二級自動化系統(tǒng)要具有較完善的數(shù)據(jù)庫功能，通過運用靈活的通訊配置構(gòu)成一個資源共享、并發(fā)同步的系統(tǒng)環(huán)境。

2 系統(tǒng)組成

該自動化控制系統(tǒng)是一個典型的分級控制系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)自動化級和過程自動化級。

2.1 基礎(chǔ)自動化級

基礎(chǔ)自動化級采用一臺高性能控制器SIMATIC TDC，主要完成AGC控制和板形控制等；四臺SIMATIC S7-400系列可編程控制器，一臺完成主傳動張力和速度控制，另外三臺分別負(fù)責(zé)開卷段、主軋段及卷取段各段的輔助設(shè)備、工藝泵站和液壓氣動系統(tǒng)、傳感器及儀表等現(xiàn)場設(shè)備的控制和信號采集。

基礎(chǔ)自動化級設(shè)備一方面通過工業(yè)以太網(wǎng)與過程自動化級進行信息交互；另一方面，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與分散在現(xiàn)場的ET200遠(yuǎn)程站及調(diào)速裝置進行數(shù)據(jù)交換，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 過程自動化級

過程自動化級由兩臺服務(wù)器和三臺工業(yè)控制計算機組成。它通過以太網(wǎng)交換機與基礎(chǔ)自動化和人機界面（HMI）進行數(shù)據(jù)交換，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

其中，兩臺服務(wù)器采取互為冗余的模式，主要完成數(shù)據(jù)歸檔、存儲，與局域網(wǎng)中其它計算機系統(tǒng)的信息交換等功能。三臺過程控制計算機，一臺完成原始數(shù)據(jù)的接收和管理、工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控、軋件自動跟蹤等功能；一臺計算機完成軋制規(guī)程庫的建立、軋制規(guī)程優(yōu)化計算、在線數(shù)據(jù)設(shè)定及發(fā)送等，另外一臺計算機完成故障診斷、報警顯示、報表打印等。

圖2 過程自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 兩級自動化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

3 軟件架構(gòu)

本控制系統(tǒng)軟件是基于WINDOWS SERVER2003操作系統(tǒng)上，采用Visual C#作為語言模型與通訊開發(fā)平臺，應(yīng)用SQL Server 2000 作為后臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式開發(fā)的。在多線程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用了一種將通訊進程和模型進程相分離的兩級進程結(jié)構(gòu)。如圖3所示，該結(jié)構(gòu)中各個模塊線程相互獨立，進程之間通過事件觸發(fā)消息，經(jīng)由共享內(nèi)存?zhèn)鬟f數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)試維護方便。

其中，通訊進程負(fù)責(zé)與PLC和HMI通訊，通過可隨時修改的標(biāo)簽實現(xiàn)對通訊變量的管理，并可以對接收數(shù)據(jù)進行實時記錄和查看；通訊進程可以按照設(shè)定的通訊變量自動產(chǎn)生與模型進程聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立與模型進程之間的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，并實現(xiàn)對觸發(fā)事件的封裝；模型進程中的跟蹤調(diào)度模塊負(fù)責(zé)對通訊進程傳遞的事件進行解釋處理，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)管理模塊和過程計算模塊的運行，調(diào)度進程中的事件。

此種結(jié)構(gòu)不用考慮具體數(shù)據(jù)的外部來源，通訊進程和模型進程各負(fù)其責(zé)，簡化了過程控制模型的調(diào)試工作。

4 結(jié)論

冷連軋生產(chǎn)工藝復(fù)雜，開發(fā)大型冷連軋兩級自動化控制系統(tǒng)是一項復(fù)雜的任務(wù)，不僅要保證系統(tǒng)的計算和控制精度，同時要協(xié)調(diào)好基礎(chǔ)自動化、人機界面與過程自動化之間的通訊關(guān)系。本文作者基于工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)了通訊進程和模型進程的兩級進程軟件結(jié)構(gòu)，簡化了過程控制軟件的編程和維護，縮短了調(diào)試時間，大大提高了工作效率。