白熙

摘 要： 介紹了馬鋼CSP生產(chǎn)線過程控制系統(tǒng)，其中包括系統(tǒng)配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、中間件和應(yīng)用軟件功能，各主要功能模塊運用及運行管理。

關(guān)鍵詞： 熱軋帶鋼；數(shù)學(xué)模型；中間件；PC服務(wù)器

馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)改造工程于2015年12月建成投產(chǎn)。生產(chǎn)線主要設(shè)備有：兩座隧道加熱爐、一架立輥的軋機、七架精軋機組、測厚儀、凸度儀（含測寬功能）、平直度儀、層流冷卻、兩臺地下卷取機、卸卷打捆、鋼卷運輸線等。設(shè)計年產(chǎn)量200萬噸，產(chǎn)品規(guī)格：厚度0.8-16mm，寬度：900-1600mm。

過程控制系統(tǒng)采用PC服務(wù)器，其控制范圍從出爐輥道開始，到卷取區(qū)域鋼卷稱重結(jié)束。主要任務(wù)是對全線的生產(chǎn)工藝過程進行跟蹤和控制，控制板坯從入爐輥道開始，依次經(jīng)過除磷、立輥、精軋、層流冷卻、卷取等工藝過程。

1 系統(tǒng)配置

馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)的核心設(shè)備是三臺HP PC服務(wù)器和一臺磁盤陣列柜。其中兩臺為過程控制服務(wù)器，主要運行過程控制系統(tǒng)的中間件和應(yīng)用軟件。另外一臺歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，安裝ORACLE數(shù)據(jù)庫軟件，用于存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)和制作報表。

兩臺過程控制服務(wù)器和磁盤柜一起構(gòu)成雙機熱備系統(tǒng)，當(dāng)運行服務(wù)器出現(xiàn)故障時，備用服務(wù)器能立即自動接替并繼續(xù)工作（切換時間大約15秒），備用服務(wù)器不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。同時，也可人工要求切換，只需單擊鼠標(biāo)發(fā)出切換命令即可。

2 應(yīng)用軟件支撐軟件（中間件）

中間件（Middle Ware）是過程控制系統(tǒng)的核心支撐軟件，即應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺和運行環(huán)境，它的主要作用是屏蔽硬件平臺和操作系統(tǒng)的差異性以及底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，使應(yīng)用程序開發(fā)人員面對一個簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境。

馬鋼CSP過程系統(tǒng)采用的中間件 CDP（Process Control Develop Platform）系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 PCDP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 實時數(shù)據(jù)文件管理

該組件可根據(jù)需要在服務(wù)器物理內(nèi)存中建立和維護多個小巧的數(shù)據(jù)表，供應(yīng)用程序之間的進行實時數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)表能與磁盤中數(shù)據(jù)文件實時同步。

2.2 進程間通訊管理

負(fù)責(zé)管理不同進程之間的通信。該組件為每一個進程建立專用的消息隊列，這些進程可通過接口函數(shù)訪問消息隊列以實現(xiàn)消息傳遞。

2.3 外部通訊管理

負(fù)責(zé)管理過程自動化系統(tǒng)與其他外部子系統(tǒng)之間的通信鏈路以及數(shù)據(jù)收發(fā)隊列。根據(jù)開放的端口數(shù)和實際建立的通信鏈路數(shù)，HubWare將自動調(diào)整服務(wù)的進程和線程的數(shù)量，以保證對通信數(shù)據(jù)處理的實時性。

2.4 日志報警管理

負(fù)責(zé)生成、顯示和管理應(yīng)用程序的報警日志信息。

2.5 數(shù)據(jù)庫連接管理

負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器建立ODBC連接并向數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)，若由于通信中斷或其他原因而不能成功寫入時，它能自動先將數(shù)據(jù)緩存在本地硬盤中，并周期地不斷嘗試直到完全成功，以確保數(shù)據(jù)不丟失。

2.6 HMI變量管理

采用COM技術(shù)，通過建立一個全局變量集合，在服務(wù)器和各HMI終端之間提供了一種方便靈活的HMI過程變量通信方法，并且適應(yīng)大多數(shù)HMI組態(tài)工具。

2.7 進程管理

負(fù)責(zé)管理過程自動化系統(tǒng)應(yīng)用軟件的啟動、停止、任務(wù)守護，程序意外退出時的出錯信息輸出和源代碼中出錯點定位，收集每個程序的運行健康狀態(tài)和內(nèi)存、CPU時間等統(tǒng)計信息，提供系統(tǒng)內(nèi)時鐘同步服務(wù)。

3主要控制模塊

3.1 板還初始數(shù)據(jù)及乳制計劃管理

為完成此功能，在加熱爐操作臺配備了三套PDI終端。板還初始數(shù)據(jù)由生產(chǎn)管理系統(tǒng)（L3）下達(dá)的生產(chǎn)計劃。在PDI終端可以對PDI數(shù)據(jù)進行修改、復(fù)制、刪除。在板還裝爐完成、準(zhǔn)備出爐以及出爐完成等消息傳送到過程控制服務(wù)器。

3.2 軋件數(shù)據(jù)跟蹤

跟蹤的目的是確定軋件（板還、帶還、帶鋼、鋼卷）在生產(chǎn)線上的實際位置等實際情況，以便在規(guī)定的時間啟動有關(guān)應(yīng)用程序，完成過程控制的其他功能。過程控制自動化系統(tǒng)的跟蹤功能是以L1傳送來的跟蹤結(jié)果為基礎(chǔ)來實現(xiàn)的。跟蹤的區(qū)域從除鱗棍道開始，經(jīng)卷取機、鋼卷運輸線，直至鋼卷稱重完畢。為便于進行跟蹤處理，在服務(wù)器的內(nèi)存中設(shè)置軋件實時數(shù)據(jù)區(qū)，軋件數(shù)據(jù)跟蹤模塊負(fù)責(zé)隨著軋件實物的移動而在這些數(shù)據(jù)區(qū)中移動軋件數(shù)據(jù)，使實物與內(nèi)存中數(shù)據(jù)始終對應(yīng)。

3.3 軋制節(jié)奏計算

軋制節(jié)奏計算（MPC）主協(xié)調(diào)加熱爐和軋線軋制的關(guān)系，提高帶鋼軋制節(jié)奏，實現(xiàn)較高的生產(chǎn)力。MPC預(yù)測抽出的板坯和爐內(nèi)即將抽出的板還的傳送時間段，通過計算板坯在軋線傳送時受不同限制條件影響的適宜的最小時間間隔，計算出合理的抽鋼間隔，并發(fā)送出鋼消息至爐區(qū)基礎(chǔ)自動化控制器啟動出鋼動作。

3.4 設(shè)定計算

設(shè)定計算模塊是指過程控制服務(wù)器通過一系列的數(shù)學(xué)模型計算，得到帶鋼熱連札各種生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)定值，主要有以下幾方面：

3.4.1 加熱爐區(qū)

加熱爐區(qū)域主要以數(shù)據(jù)跟蹤為主。根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)備的動作，將準(zhǔn)確的板坯數(shù)據(jù)發(fā)送給過程控制服務(wù)器進行其他區(qū)域的設(shè)定計算。

3.4.2 入口區(qū)

入口區(qū)：擋水輥壓下位置、立輥開口度、軋制速度、軋制力、側(cè)導(dǎo)板開度、除磷水開啟組數(shù)及頭尾短行程等。

3.4.3 精軋區(qū)

精軋機設(shè)定：各機架速度、機架間張力、活套角度、軋制力、壓下位置，側(cè)導(dǎo)板開度、除麟和機架間噴水等。

板形設(shè)定：精軋機彎棍力設(shè)定和竄輯位置設(shè)定。

3.4.4 層流冷卻區(qū)

層流冷卻區(qū)：層流冷卻水管開啟數(shù)目及位置。

3.4.5 卷取區(qū)域

卷取設(shè)定：輸出輯道和助卷輥的超前率、滯后率，助卷輥和夾送輥縫值，助卷輯和卷筒的超前率，卷筒的張力扭矩及彎曲扭矩，側(cè)導(dǎo)板的開度等。

3.5 通訊管理

數(shù)據(jù)通信模塊主要是收集和處理基礎(chǔ)自動化（L1）發(fā)來的實際測量值，以及當(dāng)設(shè)定計算完成后向L1發(fā)送設(shè)定值數(shù)據(jù)。

3.5 畫面管理

操作人員可通過畫面了解過程控制信息。同時可以向計算機輸入必要的數(shù)據(jù)和命令。

3.6 歷史數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理主要分為兩部分來完成。

3.6.1 生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫

每個鋼卷的歷史數(shù)據(jù)（初始數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、重要的模型計算數(shù)據(jù)）及班組管理和統(tǒng)計數(shù)據(jù)都將保存到ORACLE數(shù)據(jù)庫中。

3.6.2査詢及報表：

采用多種直觀方式查詢和分析歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要生成和打印各種報表，比如班報日報、工程報表、產(chǎn)品報表等，保存期兩年。

3.7 模擬軋鋼

通過模擬軋鋼的功能可以確認(rèn)計算機、電氣、儀表、機械等各種設(shè)備是否處于正常狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)（L2）提供模擬軋鋼用的PDI數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（L1）產(chǎn)生正常實際軋鋼過程中的各種數(shù)據(jù)。虛擬軋件從加熱爐出鋼開始運行，到卷取機卸卷完畢。

3.8 軋輥數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理

3.8.1 軋輥數(shù)據(jù)

該功能負(fù)責(zé)接收新棍數(shù)據(jù)（直徑、材質(zhì)、棍形等），并跟蹤其服役過程，包括統(tǒng)計軋制時間、軋制長度、軋制重量、磨損程度等。

3.8.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理包括軋線休止時間和休止次數(shù)統(tǒng)計、換班管理、下班次軋制塊數(shù)、軋制重量、合格率及成材率等。

4生產(chǎn)實際

馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)于2016年2月初實現(xiàn)穩(wěn)定運行，控制精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。圖2為某年合格率及成材率統(tǒng)計。取得的階段性成果：

1）4 月20日試軋成功1540mm寬的帶鋼產(chǎn)品；

2）4月21日試軋成功多種規(guī)格花紋板；

3） 4 月30 日試軋成功1. 8mm 厚、1260mm 寬的Q235B 產(chǎn)品及1.45mm厚的帶鋼產(chǎn)品。

4）先后成功軋制了Q215B、Q235B、S360、SPHC、SPHD、510L、SPA-H、CCSB、SS400、A36等幾十個鋼種。

5 結(jié)論

1） 以馬鋼CSP軋鋼生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，分析其改造的過程控制系統(tǒng)。

2） 生產(chǎn)實踐表明， 馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化改造，已穩(wěn)定順行，達(dá)到了較高的控制水平。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

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