系統(tǒng)移植技術(shù)在AGC控制系統(tǒng)升級中的應(yīng)用

張軍，楊學(xué)太

（酒鋼集團宏興股份公司 檢修工程部，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 引言

酒鋼2800中厚板生產(chǎn)線于1998年投產(chǎn)，設(shè)計年產(chǎn)50萬t，現(xiàn)已達到年產(chǎn)100萬t。原料厚度為160mm和220mm、寬度為950～1600mm、長度為1900～2750mm的連鑄坯，成品規(guī)格為厚度6～40mm（切邊板），寬度1500～2700mm，長度2～16m。軋線機械設(shè)備由中國一重和二重負責(zé)設(shè)計、制造，電氣控制系統(tǒng)由西班牙（ABB）公司總負責(zé)。主要設(shè)備為單機架4輥可逆式軋機，最大軋制力5500t，軋制力矩是170～220t·m，由2臺4200kW可調(diào)速交交變頻AC同步電機（ABB公司制造）驅(qū)動。在軋機后，裝備了引進法國CLECIM公司技術(shù)，中國二重制造的汽霧式快速冷卻設(shè)備（ADCO）。

軋機性能參數(shù)：軋機剛度為900t／mm；機型為2800mm 4輥可逆式1架；工作輥尺寸為1000／940mm×3000mm；支持輥尺寸為1800／1650mm×2800mm；最大軋制力為5500t；最大軋制力矩為170t·m；軋制速度為0～＋2.6～＋6.3m／s；開口度為280mm；主電機功率為4200kW×2；主電機轉(zhuǎn)速為0～＋50～＋120 r／min。

軋機的主要特點：機前機后液壓推床（可測寬）；裝備有HAGC；有二次高壓水除鱗裝置；采用基礎(chǔ)級和二級計算機過程控制；軋機剛度高；可實現(xiàn)快速換輥。

在中厚板生產(chǎn)中，厚度精度是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。軋機自動輥縫控制系統(tǒng)（AGC）是提高板材厚度精度，控制板形，提高帶材合格率的重要技術(shù)，AGC系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)、靜態(tài)品質(zhì)的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，響應(yīng)的快速性和控制精度。AGC系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)壓下位置自動控制（液壓APC）及板厚自動控制（液壓AGC）。酒鋼中厚板生產(chǎn)線全套引進英國Davy公司的軋機自動輥縫控制系統(tǒng)（AGC）和鋼板軋制模型控制系統(tǒng)（MCS），實現(xiàn)鋼板在軋制過程中厚度、板形等參數(shù)的動態(tài)修正和補償，從而保證10mm以下厚度鋼板的同板差小于0.1mm，異板差小于0.1mm；而10mm以上鋼板的同板差小于0.15 mm，異板差小于0.20mm。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)的軟、硬件升級換代日益加快。生產(chǎn)廠家在新硬件推廣、普及的同時老硬件就停止供應(yīng)，隨著老設(shè)備備品、備件逐步退市，用戶的被動升級就不可避免。硬件平臺升級后，原操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件與升級后新硬件的兼容性問題就成為隨之而來的問題。酒鋼中厚板生產(chǎn)線也面臨著同樣的難題，其AGC系統(tǒng)使用的計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已不再生產(chǎn)，備品、備件已無法維持設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，由于受改造成本過高等因素的限制，此問題一直困擾著該生產(chǎn)線的生產(chǎn)。

2 現(xiàn)狀及對策

2.1 酒鋼中厚板生產(chǎn)線控制系統(tǒng)簡介

酒鋼中厚板生產(chǎn)線采用了兩級計算機控制系統(tǒng)。其中，AGC（Davy公司）系統(tǒng)和ACS系統(tǒng)屬于Ⅰ級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)，MCS（克瓦納軋機2級模型控制系統(tǒng)）系統(tǒng)和PCS（ABB 2級過程控制系統(tǒng)）系統(tǒng)屬于Ⅱ級過程自動化控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 軋機控制系統(tǒng)框圖Fig.1 The control block diagram of mill

2.2 工作原理及現(xiàn)狀

2.2.1 工作原理

酒鋼中板軋機AGC控制系統(tǒng)有若干控制環(huán)路，控制環(huán)路由以下部件組成。

1）液壓缸控制包括位置控制。作為整個軋機過程的基本控制方式，一起調(diào)整每個液壓缸的行程；導(dǎo)向調(diào)整，調(diào)整每個液壓缸的行程，使軋輥傾斜，引導(dǎo)軋機中的軋件軋制；壓力控制，用作測試模式。

2）厚度控制包括絕對AGC（厚度計），用作厚度控制的基本方式；相對AGC（δ厚度計），喂入厚度未知時使用；自動輥縫設(shè)定（AGS），用于薄板軋制；厚度誤差修正，使用測厚儀的反饋信號進行自適應(yīng)修正。

除上述功能外，中板軋機的AGC系統(tǒng)還包括下列功能，用于輥縫補償：①軋輥油膜補償，對支承輥軸承厚度變化引起的輥縫變化給予補償；②軋輥熱膨脹補償，對工作輥熱膨脹引起的輥縫變化給予補償；③軋輥磨損補償，對工作輥由于磨損引起的輥縫變化給予補償；④軋輥偏心度靜帶，用于限制軋輥偏心度過高時AGC的動作。

中板軋機AGC系統(tǒng)包括下列設(shè)施：①軋機自動調(diào)零，設(shè)定液壓缸位置控制系統(tǒng)的基準(zhǔn)點；②軋機自動校準(zhǔn)，校準(zhǔn)AGC系統(tǒng)。

酒鋼中板軋機AGC控制系統(tǒng)由下列部件構(gòu)成：①1臺安裝在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制柜內(nèi)的AGC控制器，控制柜包括所有電源和設(shè)備終端；②1臺基于Windiws NT Workstation的PC操作員控制站（OCS）；③1臺基于 Windiws NT Workstation的PC工程師工作站，此PC配備一套工程師實用程序，便于工程師查找AGC系統(tǒng)的故障；④1臺基于 Windiws NT Sever的PC服務(wù)器。該服務(wù)器提供開發(fā)工具和系統(tǒng)引導(dǎo)設(shè)施；⑤1臺基于Windiws NT Workstation的PC記錄系統(tǒng)。此PC用于收集和存儲AGC控制器傳送的數(shù)據(jù)。

所有這些系統(tǒng)和控制器都以通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。各控制器之間用區(qū)域網(wǎng)（LAN）互連，通過LAN，可進行基準(zhǔn)值、修正值和設(shè)定值等數(shù)據(jù)的通信。

2.2.2 現(xiàn)狀

AGC系統(tǒng)使用的計算機設(shè)備為Dell XPS奔騰PRO（處理器為180MHz，內(nèi)存為32MB，硬盤為3GB），操作系統(tǒng)軟件使用微軟 Windows NT 4.0，控制應(yīng)用軟件是英國DAVY公司KS2100，網(wǎng)絡(luò)線路使用細同軸電纜和相適應(yīng)的網(wǎng)卡、中繼器、交換機設(shè)備。

隨著上述計算機、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備已從市場消失，中板工序已無相應(yīng)的備品、備件來維持使用。如果不及時對現(xiàn)有軟硬件系統(tǒng)進行升級改造，當(dāng)AGC系統(tǒng)服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備或操作系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)將會因硬件備件短缺、運行中操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件失去活體移植條件而無法完成移植，從而導(dǎo)致中板軋機長時間停機，使中板工序面臨停產(chǎn)待修的困境。

2.3 目標(biāo)

將軋機AGC系統(tǒng)使用的服務(wù)器、客戶端操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件及相關(guān)工藝數(shù)據(jù)庫移植到目前主流配置的計算機中，保證上線后能穩(wěn)定運行，實現(xiàn)AGC系統(tǒng)軟硬件的升級，徹底解決受計算機軟硬件升級制約的瓶頸問題。

2.4 對策

通過對AGC系統(tǒng)的工作原理及服務(wù)器、工作站軟件系統(tǒng)及硬件配置信息的研究，運用微軟系統(tǒng)封裝及第3方工具軟件和相應(yīng)的技術(shù)手段，對原操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件進行處理、打包，移植到新軟、硬件環(huán)境中。

2.4.1 項目主要技術(shù)研究內(nèi)容

通過對AGC系統(tǒng)工作原理和軟件系統(tǒng)的研究得出：如何將原操作系統(tǒng)升級、控制程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)庫不作任何改動移植到新的硬件環(huán)境中，保證穩(wěn)定運行并實現(xiàn)相應(yīng)的功能，就能實現(xiàn)AGC系統(tǒng)計算機硬件的升級改造?；谝陨纤悸分贫ㄒ韵鹿ぷ鞑襟E：1）原硬盤備份數(shù)據(jù)導(dǎo)入實驗樣機，通過采用相應(yīng)的技術(shù)措施，使系統(tǒng)正常啟動；2）原操作系統(tǒng)Windows NT升級到Windows 2000環(huán)境平臺；3）利用微軟的系統(tǒng)封裝工具包對操作系統(tǒng)的硬件配置數(shù)據(jù)進行處理，剔除硬件設(shè)備相關(guān)信息，使計算機內(nèi)核硬件控制與硬件接口脫離；4）軟件移植過程中的“排異”性故障解決。項目主要技術(shù)研究內(nèi)容見圖2。

圖2 圓圈內(nèi)為主要解決的環(huán)節(jié)Fig.2 The mainly solved parts within the lircle

2.4.2 項目實施流程及方案

2.4.2.1 項目實施流程

項目實施流程圖見圖3。

圖3 實施流程圖Fig.3 The flow chart of implementing

2.4.2.2 項目實際實施步驟

1）利用設(shè)備檢修時間，對原有服務(wù)器、工作站進行數(shù)據(jù)備份。由于原AGC服務(wù)器硬盤為3GB（系統(tǒng)分區(qū)C盤1.5GB；軟件分區(qū)D盤1.0GB：，數(shù)據(jù)分區(qū)E盤500MB），沒有相同容量硬盤做硬盤備份，利用GHOST11.5工具對3GB硬盤做逐個分區(qū)備份到移動存儲介質(zhì)。

2）以研華510H（PⅢ1GB／256MB／60GB）為實驗樣機，將備份系統(tǒng)分區(qū)C盤數(shù)據(jù)導(dǎo)入實驗樣機，通過技術(shù)處理后，Windows NT正常啟動。

3）運用Windows 2000原安裝盤將Windows NT操作系統(tǒng)修復(fù)安裝成功升級至Windows 2000操作系統(tǒng)。利用GHOST11.5軟件導(dǎo)入備份原D盤、E盤分區(qū)數(shù)據(jù)。

4）運行AGC控制軟件KS2100，正常啟動 ；利用停產(chǎn)間歇時間將實驗機接入AGC系統(tǒng)，與PLC控制器及下位正常連接；測試運行，監(jiān)控畫面正常。

5）將測試成功的實驗機使用微軟系統(tǒng)封裝工具包，對操作系統(tǒng)的硬件配置數(shù)據(jù)進行剔除做預(yù)處理，使其成為只包含 Windows 2000操作系統(tǒng)及AGC應(yīng)用軟件的程序安裝包，然后刻錄光盤（此光盤可適用于任何計算機硬件設(shè)備安裝，成為真正意義上的“裸金屬”備份）。

6）將封裝刻錄光盤安裝至研華ARK－5280計算機中試運行，截止目前運行穩(wěn)定 。

2.4.2.3 實施過程中解決的技術(shù)難題

應(yīng)用軟件移植到新環(huán)境中的“排異”反應(yīng)不可避免，適應(yīng)性的解決是成敗的關(guān)鍵。

1）初次還原原系統(tǒng)分區(qū)時，在克隆軟件中手動改寫目標(biāo)盤容量（系統(tǒng)默認為分區(qū)容量）和源盤一致，確保啟動分區(qū)容量在7.8GB以內(nèi)，使原系統(tǒng)在安全模式下能正常啟動；

2）進入安全模式后對原系統(tǒng)中的顯卡、主板等硬件配置信息的手動刪除并加入基本驅(qū)動，解決老系統(tǒng)在新環(huán)境中的藍屏現(xiàn)象；

3）通過對新計算機硬盤有效分區(qū)總量控制在137GB以內(nèi)、操作系統(tǒng)更新補丁等手段，解決了計算機時常死機、硬盤時而檢測不到的現(xiàn)象；

4）強制改寫LPT接口的硬件地址，解決KS2100控制軟件在新軟硬件環(huán)境中軟件狗無法識別的問題；

5）手動修改Padox7.0數(shù)據(jù)庫表單結(jié)構(gòu)，解決無法正常顯示事件記錄問題。

3 項目實施

此項目于2010年初正式展開，1～3月份完成對現(xiàn)場的軟硬件進行詳細調(diào)查，并根據(jù)用戶需求編制軟件移植方案、硬件配置清單；4～5月份主要完成現(xiàn)場機器數(shù)據(jù)備份、樣機試驗室系統(tǒng)移植、樣機上線試運行；7～8月份完成軟件安裝、網(wǎng)絡(luò)改造、系統(tǒng)安裝調(diào)試、服務(wù)器（工作站）上線運行；2010年8月5日，安裝服務(wù)器、客戶端軟件的研華ARK－5280計算機在煉軋廠中板工序上線運行，截至目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定（見圖4）。

圖4 項目完成的站點Fig.4 The completed sites of project

4 實施效果及經(jīng)濟效益

升級后的軟硬件，通過1a多的運行檢驗達到預(yù)期目標(biāo)。

2008年中板工序技術(shù)人員曾經(jīng)和DAVY公司咨詢，目前我們使用的TCS控制系統(tǒng)已經(jīng)淘汰，替代產(chǎn)品為TDC系統(tǒng)，DAVY公司給出了一個大致總價為70萬英磅（折合人民幣736萬元）的軟硬件改造方案。通過我們對核心控制軟件KS2100的移植，實際花費資金28萬元（全部用于硬件升級），使之在新的計算機硬件環(huán)境中對TCS系統(tǒng)進行可靠控制，延長了該系統(tǒng)的使用壽命，可直接節(jié)約此項改造費用。

項目實施在檢修間歇時間內(nèi)進行，為工序增加有效的生產(chǎn)時間，帶來的效益比較直觀；避免了系統(tǒng)關(guān)鍵部件損壞無備件更換，被迫停產(chǎn)升級的全部費用，及停產(chǎn)待修帶來的間接損失。

AGC軋機的PLC控制模塊運行穩(wěn)定，并且備件儲備量能滿足設(shè)備運行15a，通過此次計算機的升級改造，同時也延長了PLC控制系統(tǒng)的服務(wù)期限。

5 結(jié)論

目前在國內(nèi)、外冶金行業(yè)控制系統(tǒng)升級較快，存在諸多老系統(tǒng)因備件稀缺不能繼續(xù)延用的問題，要想對控制系統(tǒng)升級改造，必須請原設(shè)計廠家修改控制程序（只有他們掌握軋鋼工藝模型核心技術(shù)），可以采用新的硬件平臺進行軟件編程升級。國內(nèi)企業(yè)要想對老系統(tǒng)升級，一是全部淘汰采購新的軟、硬件系統(tǒng)；二是自主研發(fā)，前提是必須首先研究掌握軋鋼工藝模型及核心技術(shù)，人力、物力、財力花費較大且周期較長。運用“軟件移植”技術(shù)，在既不影響生產(chǎn)又不掌握軋鋼工藝模型的前提下自行研究并實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的升級，延長了老系統(tǒng)的服務(wù)周期。此項技術(shù)的掌握和應(yīng)用，使計算機控制軟件不再受硬件升級制約，為應(yīng)用軟件系統(tǒng)升級硬件環(huán)境提供了一個良好的技術(shù)手段，對于計算機工業(yè)控制領(lǐng)域老系統(tǒng)的改造升級有積極的示范作用，推廣應(yīng)用前景廣闊。

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