中厚板軋線跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

顧敬一

引言

軋件的跟蹤是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能之一。用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程，關(guān)鍵是要使軋件在軋制線上的移動(dòng)與該軋件的數(shù)據(jù)流完全保持一致，并能隨時(shí)存取所必須的原始數(shù)據(jù)和軋制過程出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，這樣才能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制。文章以某中厚板廠的自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，建立綜合自動(dòng)化的跟蹤系統(tǒng)，為今后實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。通過工業(yè)以太網(wǎng)將生產(chǎn)現(xiàn)場孤立的設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)坯料的在線跟蹤，利用網(wǎng)絡(luò)，通過HMI(人機(jī)界面)及服務(wù)器對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)從原料錄入到檢驗(yàn)臺(tái)整個(gè)軋線加工歷程數(shù)據(jù)保存、生產(chǎn)信息的共享及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳遞。從而將企業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)有效整合在一起，有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源共享。

1.總體設(shè)計(jì)

1.1 整體框架

某中厚板廠生產(chǎn)線布置如圖1所示，從板坯庫中運(yùn)送來的板坯經(jīng)過稱重后，進(jìn)入到連續(xù)加熱爐進(jìn)行加熱；經(jīng)過加熱后的板坯需要經(jīng)過高壓水除鱗，去除其表面的氧化鐵皮；然后經(jīng)過3500mm軋機(jī)軋制；軋制后的板坯需要經(jīng)過層流冷卻；然后需要矯直設(shè)備對(duì)其進(jìn)行矯直；矯后鋼板在冷床上進(jìn)行冷卻；冷后下線的鋼板經(jīng)過切頭尾、切邊、定尺剪、成品標(biāo)記、成品收集等工序，最后成品交貨。

圖1 生產(chǎn)線布置圖

設(shè)計(jì)的中厚板跟蹤系統(tǒng)由過程跟蹤和位置跟蹤組成，以過程跟蹤為主、位置跟蹤為輔。其中，過程跟蹤應(yīng)用程序可以在跟蹤服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)；位置跟蹤應(yīng)用程序可以選用跟蹤服務(wù)器或PLC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。但是采用跟蹤服務(wù)器作位置跟蹤時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集困難且通訊難度大，因此位置跟蹤在服務(wù)器中實(shí)施難度大、可行性差。而PLC系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全性較高，位置跟蹤易于在PLC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。因此采用過程計(jì)算機(jī)與跟蹤服務(wù)器結(jié)合實(shí)現(xiàn)過程跟蹤。在過程機(jī)中負(fù)責(zé)過程控制區(qū)域的過程跟蹤，跟蹤服務(wù)器完成其他區(qū)域的過程跟蹤。因此，設(shè)計(jì)的中厚板跟蹤系統(tǒng)由四部分組成：跟蹤服務(wù)系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和人機(jī)界面系統(tǒng)(簡稱HMI系統(tǒng))，如圖2所示。

圖2 跟蹤系統(tǒng)總體框架

1.2 跟蹤功能層別

針對(duì)此中厚板廠的具體情況，我們把全線跟蹤功能可以分成三個(gè)層次，這三個(gè)層次分別為：位置微跟蹤、過程宏跟蹤、物料跟蹤。中厚板自動(dòng)控制系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)部分一般由上述的三個(gè)不同跟蹤功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在上述的三個(gè)不同系統(tǒng)中，位置微跟蹤是全部跟蹤功能的基礎(chǔ)，得到的位置坐標(biāo)信息提供給過程跟蹤功能，然后過程跟蹤服務(wù)器根據(jù)位置坐標(biāo)信息實(shí)現(xiàn)過程跟蹤，并將過程跟蹤信息數(shù)據(jù)傳遞給物料跟蹤功能，從而在過程跟蹤信息基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全線物料跟蹤。全線跟蹤正常時(shí)，物料跟蹤功能將計(jì)劃信息和PDI數(shù)據(jù)等過程設(shè)定計(jì)算需要的數(shù)據(jù)傳遞給過程跟蹤功能，過程跟蹤功能調(diào)用模型計(jì)算等過程控制功能，并將設(shè)定數(shù)據(jù)傳遞給基礎(chǔ)自動(dòng)化。

從各功能之間的關(guān)系可以看出，這樣的跟蹤實(shí)現(xiàn)層次清晰、目的明確。這種實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)是：齊備的三級(jí)控制系統(tǒng)和穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行的各個(gè)跟蹤功能。但目前國內(nèi)有些中厚板廠并不具備這樣的條件，缺少了物料跟蹤功能實(shí)現(xiàn)的條件。而以高產(chǎn)量為目標(biāo)的高軋制節(jié)奏強(qiáng)度，導(dǎo)致鋼板運(yùn)輸?shù)确顷P(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)以手動(dòng)控制為主，對(duì)冷、熱金屬檢測(cè)器等微跟蹤檢測(cè)儀表依賴性低，維護(hù)不力，儀表在線完好率低，直接造成位置微跟蹤功能不能很好地投入使用。在三個(gè)跟蹤功能模塊中，物料跟蹤功能和位置微跟蹤功能兩個(gè)模塊不能很好地投入使用，以這種方式開發(fā)的全線跟蹤功能就不可能在現(xiàn)場得到很好通過。

對(duì)現(xiàn)場情況摸索和對(duì)問題原因的分析，提出全線跟蹤功能實(shí)現(xiàn)的總體思路，對(duì)相關(guān)聯(lián)的功能模塊，在二級(jí)過程控制系統(tǒng)中來實(shí)現(xiàn)，并可以直接從位置微跟蹤功能獲得關(guān)鍵跟蹤信息。對(duì)位置微跟蹤功能進(jìn)行修改，綜合檢測(cè)儀表信號(hào)、控制信號(hào)以及軋件位置坐標(biāo)等信息，產(chǎn)生用于過程跟蹤和物料跟蹤的關(guān)鍵跟蹤信息，如咬鋼、拋鋼、入爐、出爐等信號(hào)。這些關(guān)鍵跟蹤信息不完全依賴于自動(dòng)控制狀態(tài)和檢測(cè)儀表，即使在手動(dòng)控制狀態(tài)下，只要關(guān)鍵儀表工作正常也可以產(chǎn)生準(zhǔn)確信號(hào)。位置微跟蹤仍然生成軋件的位置坐標(biāo)信息，用于自動(dòng)控制和跟蹤顯示，但不直接傳遞給過程跟蹤和物料跟蹤，這樣即使由于儀表或其他原因造成某區(qū)域位置坐標(biāo)跟蹤信息有問題，也不會(huì)影響到過程跟蹤和物料跟蹤功能。修改后的功能關(guān)系如圖3所示，該方案減小了缺少M(fèi)ES系統(tǒng)對(duì)全線跟蹤實(shí)現(xiàn)的影響。

圖3 跟蹤功能數(shù)據(jù)流圖

2.數(shù)據(jù)通訊

根據(jù)設(shè)計(jì)的跟蹤系統(tǒng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分采用如下通訊方式，其中跟蹤服務(wù)器或過程機(jī)與HMI服務(wù)器之間基于OPC技術(shù)通訊；跟蹤服務(wù)器或過程機(jī)與HMI服務(wù)器相互傳遞數(shù)據(jù)后，接著HMI服務(wù)器與過程機(jī)或跟蹤服務(wù)器相互交換數(shù)據(jù)；跟蹤服務(wù)器或過程機(jī)與PLC之間的通訊基于TCP/IP協(xié)議； HMI服務(wù)器和生產(chǎn)線各站點(diǎn)PLC通過組態(tài)WinCC的通訊驅(qū)動(dòng)程序，選擇對(duì)應(yīng)的通道單元，為該通道單元組態(tài)邏輯連接，定義變量的地址，實(shí)現(xiàn)兩者之間的通訊；HMI系統(tǒng)服務(wù)器與客戶機(jī)之間通過設(shè)置成服務(wù)器和客戶機(jī)模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；PLC相互之間數(shù)據(jù)交換通過工業(yè)以太網(wǎng)直接實(shí)現(xiàn)。

3.跟蹤數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)

跟蹤事件判斷模塊利用人機(jī)界面的界面按鈕觸發(fā)信息、基礎(chǔ)自動(dòng)化的檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)以及跟蹤分區(qū)信息進(jìn)行跟蹤事件的判斷；在判斷得到跟蹤事件后進(jìn)行跟蹤事件的處理，對(duì)跟蹤分區(qū)信息、在線軋件信息以及軋制序列信息進(jìn)行修改，并傳遞到人機(jī)界面用于顯示；對(duì)控制信息進(jìn)行處理，傳遞到基礎(chǔ)自動(dòng)化。跟蹤功能的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示：

4.結(jié)論

基于某中厚板企業(yè)的基本情況、工藝流程以及軟硬件配置，開發(fā)了實(shí)用的過程跟蹤系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情況，把由三級(jí)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的物料跟蹤功能下移，在二級(jí)自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)其部分功能。

此跟蹤系統(tǒng)在我國某中厚板廠的過程自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用取得較好效果。

略