王偉元

（華菱衡陽鋼管集團有限公司，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

X-P A C T嵌入式系統(tǒng)在MP M軋機上的應(yīng)用

王偉元

（華菱衡陽鋼管集團有限公司，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

本文主要介紹衡鋼3 4 0分廠H C C S系統(tǒng)升級后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟硬件配置，通訊方式、H G C和A G C的工作原理，工程應(yīng)用表明X-P A C T系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，極大提高了產(chǎn)品的壁厚精度。

基礎(chǔ)自動化；A G C；嵌入式系統(tǒng)；伺服閥

衡鋼集團3 4 0分廠MP M連軋機組由S MSI NNS E公司設(shè)計制造，設(shè)計產(chǎn)能5 0萬噸，熱軋生產(chǎn)線主要工藝設(shè)備有C T P錐形穿孔機，5機架MP M限動芯棒連軋機，S M定徑機和兩座加熱爐，經(jīng)過近1 0年運行后HC C S系統(tǒng)控制器性能下降，經(jīng)常出現(xiàn)死機崩潰現(xiàn)象，嚴重影響了正常生產(chǎn)。近幾年公司對該系統(tǒng)進行了升級改造，將原系統(tǒng)改造為I NNS E公司最先進的X-P A C T集散嵌入式控制系統(tǒng)，與公司的生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)構(gòu)成三級自動化控制系統(tǒng)，本文主要介紹L 1（HC C S自動控制系統(tǒng)）和L 2（P S S 過程自動化系統(tǒng)）。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件配置

圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖，HC C S系統(tǒng)以A P C 8 1 0控制器為核心，A P C 8 1 0是一臺嵌入式計算機，由I NNS E公司特殊定制，C P U芯片采用I n t e l C o r e D u o 7 5 0 0 1.0 6 G h z 6 4位處理器，主板支持1×P C I E x p r e s s，2×P C I，分別配置P r o f i b u s c a r r i e r卡、P D A F o b I/O卡和E t h e r n e t擴展卡。以A P C為核心向外輻射四條網(wǎng)絡(luò)，分別為工業(yè)以太網(wǎng) E t h e r n e t、F i b e r Op t i c光纖高速網(wǎng)、P r o f i b u s-D P和E t h e r C A T n e t。工業(yè)以太網(wǎng) E t h e r n e t承擔(dān)大數(shù)據(jù)傳輸，如工模具參數(shù)、軋制表、爐批號等，并連接L 1和L 2實現(xiàn)兩級系統(tǒng)的互聯(lián)。F i b e r Op t i c光纖高速網(wǎng)用于A P C和P D A S e r v e r通訊，信息流為單向傳輸，以2 ms的采樣周期實時獲取HC C S系統(tǒng)的各種信息，如壓力、位置、狀態(tài)等。P r o f i b u s-D P連接E T 2 0 0 M從站，用于控制小艙的常規(guī)電磁閥（快開閥、鎖閥等）。E t h e r C a t n e t專用于A P C和E t h e r C a t I/O之間通信，E t h e r C a t I/O為實時I/O模塊，信號采樣時間小于2 ms，小艙的位置檢測、主油缸的壓力和伺服閥的控制均由該類型模塊實現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)框圖

L 2系統(tǒng)設(shè)計以P S S S e r v e r為核心，服務(wù)器采用HP D L 3 8 0 G 8高性能主機，S A S C o n t r o l l e r RA I D磁盤陣列結(jié)構(gòu)，設(shè)計兩臺C l i e n t P C，通訊協(xié)議為T C P/I P。P S S S e r v e r實現(xiàn)P L A NT Ne t w o r k和MP M Ne t w o r k的互聯(lián)互通，與基礎(chǔ)自動化B A S、質(zhì)量檢測系統(tǒng)QA S及液壓小艙輥縫控制系統(tǒng)HC C S通過大型交換機S w i t c h與P S S進行大數(shù)據(jù)交換通訊。

1.2 軟件配置及功能

A P C 8 1 0操作系統(tǒng)為V x Wo r k s，運行L o g i C A D 5.2圖形化編程軟件，軟件可完成系統(tǒng)硬件組態(tài)、編程和故障診斷。P S S S e r v e r使用 L i n u x E n t e r p r i s e S e r v e r S P 3，數(shù)據(jù)庫采用 My S q l S e r v e r 5.0，軟件開發(fā)環(huán)境為E c l i p s e 4.2?？蛻舳瞬僮飨到y(tǒng)為Wi n d o w 7 P r o f e s s i o n a l，安裝J a v a Ru n t i me E n v i r o n me n t（J RE）1.6運行環(huán)境。P S S S e r v e r軟件由兩個主應(yīng)用程序組成，即B URS T和A p p l i c a t i o n S e r v e r。B URS T就是一個T C P/I P服務(wù)，支持從L 1獲取MP M軋機在生產(chǎn)時的實時軋制數(shù)據(jù)并執(zhí)行相關(guān)功能，A p p l i c a t i o n S e r v e r允許在在線模式和測試模式下運行工藝數(shù)學(xué)模型。

圖2 HGC控制功能圖

2 H G C控制原理

HC C S系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能：小艙位置的控制、軋制力計算、小艙位置同步控制、軋制過程中自動輥縫控制、伺服閥零飄調(diào)整、位移傳感器位置自動校零、報警和事件信息處理以及與B A S，P S S系統(tǒng)間的信息交換。HC C S的核心就是HG C控制系統(tǒng)，圖2為HG C控制功能圖，其中RE G UL A T OR為A G C（自動輥縫控制內(nèi)核）。HG C的控制對象就是伺服閥，在位置閉環(huán)控制系統(tǒng)有四個反饋信號即：小艙的實際位置（P o s i t i o n T r a n s d u c e r）、有桿腔壓力（Ro d P r e s s u r e）、無桿腔壓力（P i s t o n P r e s s u r e）和伺服閥閥芯實際位置（S e r v o S p o o l），在軋機正常工作時壓力信號通過A/D轉(zhuǎn)換器變換后送給軋制力計算模塊（F o r c e C a l c u l a t i o n），計算出來得實際軋制力分量（A c t u a l F o r c e）傳給反饋信號計算模塊（F e e d b a c k C a l c u l a t i o n），位移傳感器的脈沖信號通過計數(shù)模塊轉(zhuǎn)換成位置信號分量（A c t u a l P o s i t i o n）送給反饋信號計算模塊，F(xiàn) e e d b a c k C a l c u l a t i o n模塊綜合實際位置和壓力作為總的反饋值與輥縫給定值（G a p Re f e r e n c e）相加后得到的修正值傳輸給A G C調(diào)節(jié)器（RE G UL A T OR），A G C調(diào)節(jié)器輸出的數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換器變換成電流信號直接驅(qū)動伺服閥實時動態(tài)調(diào)節(jié)小艙主油缸的位置。其實A G C的功能就是用于補償機架的彈性變形，彈性變形量由檢測出來得軋制力計算得出，該分量可與實測的位置疊加去控制軋機的輥縫，通過計算整套機架的平均彈性變形量優(yōu)化相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，得出的分量作為輥縫修正后的給定值。

3 工程應(yīng)用效果

X-P A CT集散嵌入系統(tǒng)運行兩年來故障率幾乎為零，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，對提升熱軋鋼管質(zhì)量提供了重要硬件支撐，極大地提高了公司的自動化控制水平和企業(yè)市場競爭力，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，衡鋼集團通過了道達爾、雪佛龍等世界知名石油公司認證。

4 結(jié)語

I NNS E公司開發(fā)的A P C自動控制計算機具有響應(yīng)速度快、兼容性好、支持各種主流現(xiàn)場總線協(xié)議和擴展方便等優(yōu)點，系統(tǒng)引入冗余設(shè)計極大地提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在A P C 1發(fā)生故障時X-P A C T系統(tǒng)可以快速切換到A P C 2工作，因此該系統(tǒng)非常值得推廣。

[1]I NNS E X-P a c t P r o B A S A u t o m a t i o n 2 0 0 8.

[2]郇極.工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線E t h e r C A T驅(qū)動程序設(shè)計及應(yīng)用[M]北京航空航天大學(xué)出版社 2 0 1 0.

[3]魏克新.自動控制綜合應(yīng)用技術(shù)——嵌入式控制器、P L C、變頻器、觸摸屏、工控機、組態(tài)軟件[M].機械工業(yè)出版社，2 0 1 2.

T G 3 3 4.9

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 2（下）-0 1 2 8-0 2