石寬，韓家昌，鄭劍 ，魏向新，呂海清

（1.天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300180；2.天津光電通信技術(shù)有限公司，天津 300021）

森吉米爾二十輥軋機(jī)是一種較為先進(jìn)的可逆軋機(jī)，通常為單機(jī)架布置，其主要特點有：牌坊剛度大、工作輥徑小、道次壓下率大、成品精度高、板型優(yōu)良等[1-4]。過程控制系統(tǒng)指鋼鐵行業(yè)五級信息化系統(tǒng)[5]中的二級系統(tǒng)（Level 2，以下簡稱為L2系統(tǒng)），其主要作用是模型計算及自適應(yīng)。此外，一條生產(chǎn)線的L2系統(tǒng)還應(yīng)具備本條生產(chǎn)線的簡單生產(chǎn)管理功能，如記錄原料及成品的信息、生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、生成報表等[6-7]。

目前，國內(nèi)對于L2系統(tǒng)的研究成果相對于基礎(chǔ)自動化（Level 1，以下簡稱為L1系統(tǒng)）系統(tǒng)少得多：一方面由于森吉米爾二十輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，板型控制難度高[8]，早些年其L2系統(tǒng)主要依靠國外引進(jìn)，核心模型算法部分保密，難以研究；另一方面由于一些嚴(yán)格控制成本的小型鋼廠對產(chǎn)品質(zhì)量的要求并沒有那么高，也不愿在L2系統(tǒng)上進(jìn)行更多的投入，以至于L2系統(tǒng)的市場需求量并沒有那么大。技術(shù)難度高加之市場需求不大，造成了國內(nèi)對于L2系統(tǒng)研究較少。

本文以某鋼廠森吉米爾二十輥軋機(jī)L2系統(tǒng)為例，從結(jié)構(gòu)、功能上對其進(jìn)行分析。該廠1號森吉米爾二十輥軋機(jī)配置了完善的L2系統(tǒng)，數(shù)字化管理使該線生產(chǎn)效率大大提高，軋制速度最高達(dá)到600 m/min，尤其模型自適應(yīng)的投入，使成品厚度的精度達(dá)到3～10 μm。

1 L2系統(tǒng)配置

某鋼廠1號森吉米爾軋機(jī)L2系統(tǒng)采用客戶端-服務(wù)端模式（C/S模式）?？蛻舳斯┥a(chǎn)相關(guān)人員操作，提供人機(jī)畫面，同時完成少量邏輯處理工作；服務(wù)端采用進(jìn)程方式，完成邏輯處理、日志記錄、數(shù)據(jù)采集等內(nèi)容。

1.1 硬件配置

L2系統(tǒng)配置C1，C2兩臺客戶端，供生產(chǎn)過程中操作使用；C3為板型儀客戶端；電氣室配置一臺工程師站，一臺遠(yuǎn)程維護(hù)站以及一臺L2系統(tǒng)服務(wù)器。L2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1 L2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.1 Network diagram of L2 system

1.2 軟件配置

客戶端配置Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)，安裝Visual Studio 6.0作為開發(fā)環(huán)境，客戶端畫面采用VB語言開發(fā)。

服務(wù)端配置Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2000，安裝Visual Studio 6.0作為開發(fā)環(huán)境，服務(wù)端程序采用C++語言開發(fā)。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵點分析

2.1 模型計算

模型計算采用動態(tài)鏈接庫文件Model.dll，其設(shè)定計算函數(shù)輸入輸出如表1所示。模型計算的流程圖如圖2所示。

圖2 模型計算流程圖Fig.2 Flowchart of model calculation

表1 模型計算輸入輸出變量Tab.1 Input/output variables of model calculation

自適應(yīng)模塊采用動態(tài)鏈接庫文件Model?Adapt.dll，其自適應(yīng)計算函數(shù)輸出如表2所示。模型自適應(yīng)的流程圖如圖3所示。

圖3 模型自適應(yīng)流程圖Fig.3 Flowchart of model adaption

表2 模型自適應(yīng)輸入輸出變量Tab.2 Input/output variables of model adaption

2.2 通信機(jī)制

本文所提L2系統(tǒng)通信包括兩部分，一部分為客戶端與服務(wù)端之間的通信，一部分為服務(wù)端與PLC之間的通信。

2.2.1 客戶端與服務(wù)端通信

客戶端與服務(wù)端利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)庫中建立一張DataExchange接口表，其字段如表3所示。

表3 客戶端服務(wù)端通信接口表Tab.3 Interface table between client and server

當(dāng)客戶端需要向服務(wù)端發(fā)送消息（如修改對列順序、發(fā)送計算請求）時，客戶端向DataEx?change表中插入一條記錄。服務(wù)端進(jìn)程通過輪詢表方式獲取客戶端報文，處理后將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫?？蛻舳嗽谙乱淮嗡⑿庐嬅鏁r讀取結(jié)果，然后進(jìn)行畫面刷新。

2.2.2 服務(wù)端與PLC通信

L2系統(tǒng)與L1系統(tǒng)的通信具體表現(xiàn)在L2服務(wù)端與L1 PLC之間的通信。服務(wù)端與PLC之間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，以PLC端作為通信服務(wù)端，L2服務(wù)端作為通信客戶端進(jìn)行Socket通信。通信報文觸發(fā)方式包括連續(xù)式和觸發(fā)式，報文列表如表4所示。

表4 PLC服務(wù)端通信報文列表Tab.4 Message list of communication between PLC and server

3 系統(tǒng)功能分析

該條二十輥冷軋線L2系統(tǒng)包括以下功能模塊：生產(chǎn)隊列管理、鋼卷設(shè)定值管理、軋機(jī)配置管理、停機(jī)管理及報表管理。

3.1 生產(chǎn)隊列管理

生產(chǎn)隊列是待生產(chǎn)的鋼卷集合，其數(shù)據(jù)來源為人工錄入，包括鋼卷的寬度、厚度、材質(zhì)等PDI數(shù)據(jù)。對于已錄入系統(tǒng)的鋼卷，軋制將按照列表順序進(jìn)行。如果需要調(diào)整軋制計劃，則需要操作人員干預(yù)，包括刪除鋼卷、列表順序調(diào)整。

3.2 鋼卷設(shè)定值管理

鋼卷設(shè)定值是過程管理系統(tǒng)根據(jù)鋼卷的PDI數(shù)據(jù)，通過模型計算得出的工藝設(shè)定值，包括各道次入口及出口厚度、軋制力、張力、軋制速度等。鋼卷設(shè)定值計算請求由客戶端發(fā)起，經(jīng)服務(wù)端計算后將結(jié)果返回客戶端畫面。

對于正在軋制的鋼卷，操作人員可以通過HMI對當(dāng)前道次以后的道次（不含當(dāng)前道次）設(shè)定值進(jìn)行修改，并重新下發(fā)至L1系統(tǒng)；對于還未上線的鋼卷，由于其設(shè)定值未下發(fā)至L1系統(tǒng)，因此操作人員可以對所有道次進(jìn)行修改。

在實際應(yīng)用中，數(shù)學(xué)模型誤差、測量誤差以及軋制狀態(tài)、工況的變化都會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，因此在L2系統(tǒng)設(shè)置了自適應(yīng)功能。L1系統(tǒng)將需要的各種實測數(shù)據(jù)返回給L2系統(tǒng)，用以修正模型參數(shù)，提高模型精度。

3.3 軋機(jī)配置管理

軋機(jī)配置包括軋線計算和換輥管理。軋線計算根據(jù)輸入的軋輥信息和鋼卷信息計算出軋線位置、側(cè)偏心位置以及軋線標(biāo)高位置，然后下發(fā)至過程自動化系統(tǒng)執(zhí)行。換輥管理要求操作人員根據(jù)鋼卷生產(chǎn)順序以及帶鋼軋制情況決定換輥時機(jī)。待換上輥需要錄入編號、輥徑，一中間輥還需要錄入長度、錐度信息，錄入的軋輥數(shù)據(jù)參與模型計算。

3.4 停機(jī)管理

停機(jī)信息由L1系統(tǒng)發(fā)送，每一條停機(jī)記錄都需由操作人員進(jìn)行人工處理。處理內(nèi)容包括選擇停機(jī)原因和備注兩部分，操作人員可先選擇一類停機(jī)原因，然后輸入詳細(xì)備注。

3.5 報表管理

報表以成品鋼卷為單位，提供生產(chǎn)實績基本數(shù)據(jù)及過程數(shù)據(jù)的查詢。生產(chǎn)實績基本數(shù)據(jù)包括成品寬度、厚度、材質(zhì)、生產(chǎn)時間、班組等信息，過程數(shù)據(jù)包括如缺陷數(shù)據(jù)、帶鋼厚度曲線、速度曲線、道次設(shè)定值及實際值等數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

過程控制系統(tǒng)是可逆冷軋自動化生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其模型計算及自適應(yīng)功能能夠大大提高產(chǎn)品精度與產(chǎn)品質(zhì)量，同時實現(xiàn)生產(chǎn)過程的信息化管理，能夠為企業(yè)創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟(jì)效益。