板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)研究

劉　奕（山東省濟(jì)南市山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司,濟(jì)南250100）

板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)研究

劉奕
（山東省濟(jì)南市山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司,濟(jì)南250100）

二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是對(duì)煉鋼板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化進(jìn)行生產(chǎn)過程管理，進(jìn)行生產(chǎn)模型計(jì)算以及數(shù)據(jù)采集分析，是煉鋼系統(tǒng)的中樞。文章研究了板坯連鑄機(jī)的二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基本功能，為煉鋼企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)提供參考。

板坯連鑄；PLC；服務(wù)器

1板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)作用

板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的作用主要有以下幾項(xiàng)：一是冶煉過程優(yōu)化。為模型計(jì)算準(zhǔn)備和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括大/中包鋼水、結(jié)晶器、二冷段、生產(chǎn)計(jì)劃、冶煉標(biāo)準(zhǔn)等各類數(shù)據(jù)，二是建立數(shù)學(xué)模型，即動(dòng)態(tài)冷卻、切割長(zhǎng)度優(yōu)化鑄坯質(zhì)量判定、澆鑄速度計(jì)算。三是物料跟蹤。包括生產(chǎn)計(jì)劃、過程監(jiān)視、爐次、大/中包鋼水?dāng)?shù)據(jù)、澆注長(zhǎng)度、鋼坯數(shù)等環(huán)節(jié)跟蹤。四是數(shù)據(jù)管理。包括收集相關(guān)、鋼水、鋼坯、質(zhì)量、鋼包等各類數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)、處理。五是人機(jī)接口。包括鋼水?dāng)?shù)據(jù)、鋼坯數(shù)據(jù)的管理、生產(chǎn)計(jì)劃的輸入、跟蹤信息的監(jiān)視和修改以及設(shè)定值顯示。六是數(shù)據(jù)通信。包括與生產(chǎn)控制系統(tǒng)(3級(jí))、與其它過程控制系統(tǒng)(2級(jí)機(jī))、與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)(1級(jí))、與HMI等各類通信。

2　板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)通信

板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器相連的下列設(shè)備系統(tǒng)主要有電氣室的基層自動(dòng)化PLC、控制臺(tái)上的OWS、工藝室的PWS、三級(jí)系統(tǒng)以及管理操作記錄的輔助計(jì)算機(jī)。

2.1板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)與PLC的通訊

板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)室服務(wù)器與電氣室的PLC是一體的，服務(wù)器上運(yùn)行PLC的驅(qū)動(dòng)程序。二者的通訊是通過以太網(wǎng)完成的。二級(jí)系統(tǒng)與PLC之間交互的復(fù)雜性和消息傳遞的龐雜。

2.2板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)與OWS和PWS的通訊

二級(jí)服務(wù)器與OWS和PWS的通訊的通訊是通過以太網(wǎng)完成的。操作者和工藝師登錄到二級(jí)系統(tǒng)以后，PC即和二級(jí)服務(wù)器建立通訊連接。登出之后，連接才終止。二級(jí)服務(wù)器的安全系統(tǒng)控制登錄的過程。詳細(xì)的登錄和登出過程見于操作手冊(cè)。二級(jí)服務(wù)器與OWS/ PWS計(jì)算機(jī)之間交互的消息數(shù)量、頻率和格式視使用情況不同而不同，只有OWS頁面有內(nèi)容更新的情況下，二級(jí)服務(wù)器才會(huì)向OWSPCSI發(fā)送消息。

2.3板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)與化驗(yàn)室計(jì)算機(jī)的通訊

化驗(yàn)室提供鋼和渣的成分分析結(jié)果?；?yàn)室計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)與二級(jí)服務(wù)器相連，使用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)文件傳輸。

2.4板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)與三級(jí)系統(tǒng)通訊

二級(jí)與三級(jí)系統(tǒng)之間的通訊有兩種方式，公用數(shù)據(jù)表方式和傳輸數(shù)據(jù)表方式。后者采用SQL語言進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交互。通訊任何一方的數(shù)據(jù)庫(kù)中都有一個(gè)名曰“TransferTables（傳輸表）”的工具，運(yùn)用這個(gè)工具可以訪問對(duì)方的數(shù)據(jù)庫(kù)（以只讀方式）。當(dāng)二級(jí)系統(tǒng)需要向?qū)Ψ桨l(fā)送消息時(shí)，可在自有數(shù)據(jù)庫(kù)中添加一條新的記錄（在表內(nèi)的指定位置，記錄包含信息：對(duì)方名稱+消息內(nèi)容）。三級(jí)系統(tǒng)會(huì)定期檢查數(shù)據(jù)表內(nèi)的內(nèi)容，找出新加記錄中的SQL選擇語句，復(fù)制相關(guān)信息到自己本地工作表中。同樣道理，三級(jí)向二級(jí)系統(tǒng)發(fā)送消息使用同樣的機(jī)制。

3板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器和工作站

二級(jí)服務(wù)器包括生產(chǎn)、冶煉和輔助數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行所有二級(jí)系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)程（超級(jí)用戶、模型系統(tǒng)和通訊驅(qū)動(dòng)程序）與PLC和三級(jí)系統(tǒng)會(huì)話(通訊)；操作者工作站(OWS)主要管理控制室PCS接口。操作者可以通過顯示服務(wù)器從PLC獲取的生產(chǎn)信息、允許操作者給出生產(chǎn)指令（爐次開始、結(jié)束等等）、顯示從服務(wù)器獲取的輸出信息、手工輸入工藝信息；允許操作者生成、查看和打印相關(guān)廠區(qū)的爐次報(bào)告等方式與PCSI進(jìn)行交互。

4板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)程

運(yùn)行于二級(jí)服務(wù)器PC上的進(jìn)程主要有以下幾類：一是“作業(yè)區(qū)管理”（SPV）進(jìn)程，用于管理作業(yè)區(qū)中正在處理的爐次；二是模型進(jìn)程(MOD)，進(jìn)行精確的工藝計(jì)算；三是驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程(DRV)，完成二級(jí)系統(tǒng)與外界的通訊；四是輔助進(jìn)程(AUX)，進(jìn)行二級(jí)系統(tǒng)的自動(dòng)維護(hù)。

就單個(gè)二級(jí)服務(wù)器而言，通常建議每個(gè)DRV和AUX進(jìn)程至少有一個(gè)實(shí)例在運(yùn)行，同時(shí)每個(gè)作業(yè)區(qū)有一個(gè)SPV和一個(gè)或多個(gè)MOD進(jìn)程運(yùn)行（用于作業(yè)區(qū)控制管理）。一個(gè)作業(yè)區(qū)可能有多個(gè)工作站運(yùn)行（例如轉(zhuǎn)爐1#和轉(zhuǎn)爐2#），一個(gè)作業(yè)區(qū)可能也允許多個(gè)爐次同時(shí)運(yùn)行。這時(shí)兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立設(shè)置的SPV和MOD進(jìn)程運(yùn)行以覆蓋不同工作站和平行爐次。

5板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)程間通訊

二級(jí)系統(tǒng)兩個(gè)或者多個(gè)進(jìn)程之間的通訊采用TCPSockets（架構(gòu)）消息機(jī)制。其操作步驟如下：發(fā)送進(jìn)程寫入數(shù)據(jù)到TCP消息緩存；發(fā)送進(jìn)程發(fā)送TCP消息，消息中包含消息類型字段；一個(gè)或者多個(gè)接受進(jìn)程接受TCP消息；接受進(jìn)程根據(jù)消息類型字段對(duì)消息進(jìn)行解碼。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)有時(shí)也用于二級(jí)進(jìn)程間通訊，特別是有大量數(shù)據(jù)信息需要傳遞時(shí)。操作過程如下：發(fā)送進(jìn)程寫入數(shù)據(jù)到RTDB的相關(guān)表中；發(fā)送進(jìn)程書寫通告信息，說明該數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TCP事件觸發(fā)器可用；接受方從接受到的TCP消息中獲取消息類型，獲知RTDB中有新數(shù)據(jù)需要讀??；接受方從RTDB相關(guān)表中讀取數(shù)據(jù)。

6板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)PLC驅(qū)動(dòng)

PLC驅(qū)動(dòng)用于二級(jí)系統(tǒng)對(duì)各作業(yè)區(qū)PLC的數(shù)據(jù)塊的讀寫操作。其基本方式如下：

從PLC讀取數(shù)據(jù)，PLC不斷地從一級(jí)系統(tǒng)讀寫數(shù)據(jù)塊中將整塊數(shù)據(jù)和狀態(tài)標(biāo)志復(fù)制相關(guān)數(shù)據(jù)塊中；PLC會(huì)定時(shí)更新“PLC→二級(jí)系統(tǒng)”數(shù)據(jù)塊中的狀態(tài)標(biāo)志，或當(dāng)重要區(qū)域有事件發(fā)生，PLC也會(huì)更新“PLC→二級(jí)系統(tǒng)”數(shù)據(jù)塊中的狀態(tài)標(biāo)志；PLC驅(qū)動(dòng)進(jìn)程每隔一段時(shí)間會(huì)讀取一次“PLC→二級(jí)系統(tǒng)”數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)；當(dāng)PLC驅(qū)動(dòng)進(jìn)程檢測(cè)到標(biāo)志位的改變時(shí)，會(huì)自動(dòng)將從PLC讀取的數(shù)據(jù)值寫入TCP消息緩存，并將消息附帶特定的事件編碼發(fā)送出去。向PLC寫入數(shù)據(jù)某些情形下，二級(jí)SPV進(jìn)程需要以TCP消息的形式向PLC寫入設(shè)定信息；當(dāng)該TCP消息被PLC驅(qū)動(dòng)進(jìn)程檢測(cè)到時(shí)，PLC驅(qū)動(dòng)進(jìn)程會(huì)從消息緩存內(nèi)讀取新的設(shè)置信息，并把這些信息寫入到，同時(shí)更新標(biāo)志位；PLC不斷的讀取標(biāo)志位的數(shù)值；當(dāng)PLC檢測(cè)到標(biāo)志位的變化時(shí)，即從“二級(jí)系統(tǒng)→PLC”數(shù)據(jù)塊中復(fù)制新的設(shè)置信息到相關(guān)的一級(jí)系統(tǒng)可讀寫數(shù)據(jù)塊中。

7　結(jié)語

總之，本文闡述的板坯連鑄二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)可提高鑄坯質(zhì)量；通過切割優(yōu)化和質(zhì)量判定模型，提高金屬收得率、延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低能源消耗、簡(jiǎn)化操作，提高勞動(dòng)效率。