胡學(xué)雄

（上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200941）

1 概述

寶鋼股份各熱軋廠、冷軋廠磨輥車間軋輥磨床眾多。主要磨床多采用德國進(jìn)口設(shè)備，廠商集中于WALDRICH，HERKULES。WALDRICH在2004年被HERKULES收購前，磨床機(jī)械、電控系統(tǒng)、對(duì)外通信方式與HERKULES相比都有較大差異；而收購后，WALDRICH的電控系統(tǒng)、對(duì)外通信方式向HERKULES磨床看齊，采用BECKHOFF公司軟硬件平臺(tái)開發(fā)。通過對(duì)比研究二者的對(duì)外通信方式，對(duì)于軋輥數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、軋輥管理系統(tǒng)的新增、改造都有重要的意義。

2 WALDRICH磨床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

WALDRICH磨床電控系統(tǒng)從20世紀(jì)90年代開始分別有GPC1，GPC2，ILC500，ILC2000 和 BECKHOFF等控制系統(tǒng)。GPC1，ILC500核心為嵌入式、框架式微機(jī)系統(tǒng)，對(duì)外通訊采用RS232 串口通信；GPC2，ILC2000，BECKHOFF 系統(tǒng)核心為工業(yè)PC系統(tǒng)，對(duì)外通信采用TCP/IP以太網(wǎng)通信。在BECKHOFF以前的電控系統(tǒng)中，系統(tǒng)構(gòu)架類似。圖1。

2.2 通信過程

WALDRICH磨床提供TCP/IP通信接口，對(duì)外上位管理機(jī)的通信過程為：

（1）上位管理機(jī)監(jiān)聽TCP端口。外部通信軟件啟動(dòng)后，自動(dòng)進(jìn)入TCP端口監(jiān)聽狀態(tài)。

圖1 WALDRICH磨床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）客戶端建立TCP連接。每次加工開始前，通過磨床操作畫面上的按鈕，可以選擇本地加工，或遠(yuǎn)程加工（“局域網(wǎng)模式”）。如果選擇遠(yuǎn)程加工，控制系統(tǒng)會(huì)嘗試與上位管理機(jī)外部通信軟件建立TCP連接。連接成功后，控制系統(tǒng)進(jìn)入局域網(wǎng)（遠(yuǎn)程）加工模式；連接不成功，控制系統(tǒng)仍處于本地加工模式。

（3）通信。每次通信由客戶端發(fā)起。在需要向上位管理機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的程序段中，客戶端通過與服務(wù)器端之間建立的TCP連接，將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器端。服務(wù)器端接收到客戶端的數(shù)據(jù)后，校驗(yàn)并處理后，向客戶端返回應(yīng)答（圖2）。

圖2 WALDRICH磨床的TCP/IP通信過程

2.3 加工數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)通信方式

（1）WALDRICH磨床主要向上位管理機(jī)發(fā)送2種數(shù)據(jù)：①加工信息，包括軋輥代號(hào)、操作員代碼、加工時(shí)間等；②測(cè)量數(shù)據(jù)，包括軋輥直徑、探傷數(shù)據(jù)。加工信息都是直接通過電文發(fā)送的，例如，加工開始時(shí)，磨床會(huì)向上位管理機(jī)發(fā)送如下一條電文：1031236220————736N037521——3#，該電文包含的信息：①電文號(hào)：103；②磨床編號(hào)：123；③軋輥代號(hào)：6220；④砂輪直徑：736 mm；⑤操作員代碼：037521。

（2）測(cè)量數(shù)據(jù)一般是通過文件向上位管理機(jī)發(fā)送。磨床每次需要向上位管理機(jī)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，首先在磨床本地計(jì)算機(jī)硬盤上生成一個(gè)數(shù)據(jù)文件，然后通過電文將文件名通知給上位管理機(jī)，上位管理機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)讀取磨床計(jì)算機(jī)硬盤上的文件，得到測(cè)量數(shù)據(jù)。不同測(cè)量數(shù)據(jù)文件格式不同，測(cè)量數(shù)據(jù)文件格式見圖3。

圖3 測(cè)量數(shù)據(jù)R2文件格式

（3）測(cè)量數(shù)據(jù)文件分別有磨前頭部斷面輪廓測(cè)量圓度（br2）、磨前中部斷面輪廓測(cè)量圓度（br3）、磨前后部斷面輪廓測(cè)量圓度（br4）、磨后頭部斷面輪廓測(cè)量圓度（r2）、磨后中部斷面輪廓測(cè)量圓度（r3）、磨后后部斷面輪廓測(cè)量圓度（r4）。磨前輥形測(cè)量（botend1）、磨后輥形測(cè)量（botend2）。

3 HERKULES磨床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信比較

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）HERKULES磨床電控系統(tǒng)從20世紀(jì)90年代開始，就已經(jīng)使用以BECKHOFF設(shè)備為核心的工業(yè)PC控制系統(tǒng)。Beckhoff自動(dòng)化CNC系統(tǒng)平臺(tái)主要包括工業(yè)PC、Profibus接口卡、Lightbus接口卡、CP-Link接口卡、操作面板、TwinCAT軟件包、遠(yuǎn)程IO模塊等。對(duì)外通信采用TCP/IP以太網(wǎng)通信。

3.2 磨床通信比較

圖4 HERKULES磨床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）HERKULES磨床提供一個(gè)單獨(dú)的TCP/IP通信程序，名為 HGDI（Herkules Grinder Data Interface）。HGDI定義了一批觸發(fā)機(jī)制，用于在不同的時(shí)間從HCC/KPM管理軟件、TwinCAT控制軟件采集數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)被存貯在微軟Access或者SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)，如磨削數(shù)據(jù)被存貯在“RSMS_IF”的數(shù)據(jù)表中。TCP連接方式類似于WALDRICH磨床。不同于WALDRICH磨床以文件方式提供測(cè)量數(shù)據(jù)，HERKULES的HGDI以開放數(shù)據(jù)庫互連ODBC（Open Database Connectivity）的方式提供上位管理機(jī)數(shù)據(jù)，或者中間件軟件例如IBM MQSeries。

除數(shù)據(jù)存貯和提供方式的不同之外，二者的電文格式和內(nèi)容也有一些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。典型情況下，WALDRICH磨床定義電文共19條，HERKULES磨床定義電文12條。類似的是二者均有同步Synchronization應(yīng)答電文一對(duì)，軋輥裝載模式電文一條，通信測(cè)試電文一對(duì)。數(shù)據(jù)電文方面，HERKULES磨床定義了3條數(shù)據(jù)電文，分別是磨削過程啟動(dòng)、結(jié)束電文和磨削結(jié)果電文，WALDRICH磨床除此之外還定義有理論曲線電文、數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備好電文、數(shù)據(jù)文件確認(rèn)電文、緩沖文件電文。

4 總結(jié)

隨著技術(shù)進(jìn)步，工業(yè)信息化程度越來越高，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和管理方式都帶來了革新。傳統(tǒng)單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的軋輥磨床方式必將向全自動(dòng)的方向漸進(jìn)。通過比較研究寶山鋼鐵股份有限公司W(wǎng)ALDRICH,HERKULES等20世紀(jì)90年代以后的德國進(jìn)口磨床與上位管理系統(tǒng)的通信方式，認(rèn)為HERKULES磨床HGDI采用的TCP/IP通信方式，以TCP電文加ODBC數(shù)據(jù)庫方式分別提供加工數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)的方式較為適用和友好。不足的是：軋輥測(cè)量數(shù)據(jù)量大，僅通過TCP通信方式會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，并在網(wǎng)絡(luò)故障后不利于數(shù)據(jù)恢復(fù)。