馬鋼CSP軋鋼過程控制系統(tǒng)

白熙

摘 要： 介紹了馬鋼CSP生產(chǎn)線過程控制系統(tǒng)，其中包括系統(tǒng)配置，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、中間件和應(yīng)用軟件功能，各主要功能模塊運(yùn)用及運(yùn)行管理。

關(guān)鍵詞： 熱軋帶鋼；數(shù)學(xué)模型；中間件；PC服務(wù)器

馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)改造工程于2015年12月建成投產(chǎn)。生產(chǎn)線主要設(shè)備有：兩座隧道加熱爐、一架立輥的軋機(jī)、七架精軋機(jī)組、測(cè)厚儀、凸度儀（含測(cè)寬功能）、平直度儀、層流冷卻、兩臺(tái)地下卷取機(jī)、卸卷打捆、鋼卷運(yùn)輸線等。設(shè)計(jì)年產(chǎn)量200萬噸，產(chǎn)品規(guī)格：厚度0.8-16mm，寬度：900-1600mm。

過程控制系統(tǒng)采用PC服務(wù)器，其控制范圍從出爐輥道開始，到卷取區(qū)域鋼卷稱重結(jié)束。主要任務(wù)是對(duì)全線的生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行跟蹤和控制，控制板坯從入爐輥道開始，依次經(jīng)過除磷、立輥、精軋、層流冷卻、卷取等工藝過程。

1 系統(tǒng)配置

馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)的核心設(shè)備是三臺(tái)HP PC服務(wù)器和一臺(tái)磁盤陣列柜。其中兩臺(tái)為過程控制服務(wù)器，主要運(yùn)行過程控制系統(tǒng)的中間件和應(yīng)用軟件。另外一臺(tái)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，安裝ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，用于存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和制作報(bào)表。

兩臺(tái)過程控制服務(wù)器和磁盤柜一起構(gòu)成雙機(jī)熱備系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，備用服務(wù)器能立即自動(dòng)接替并繼續(xù)工作（切換時(shí)間大約15秒），備用服務(wù)器不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，也可人工要求切換，只需單擊鼠標(biāo)發(fā)出切換命令即可。

2 應(yīng)用軟件支撐軟件（中間件）

中間件（Middle Ware）是過程控制系統(tǒng)的核心支撐軟件，即應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境，它的主要作用是屏蔽硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的差異性以及底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，使應(yīng)用程序開發(fā)人員面對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境。

馬鋼CSP過程系統(tǒng)采用的中間件 CDP（Process Control Develop Platform）系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 PCDP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件管理

該組件可根據(jù)需要在服務(wù)器物理內(nèi)存中建立和維護(hù)多個(gè)小巧的數(shù)據(jù)表，供應(yīng)用程序之間的進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)表能與磁盤中數(shù)據(jù)文件實(shí)時(shí)同步。

2.2 進(jìn)程間通訊管理

負(fù)責(zé)管理不同進(jìn)程之間的通信。該組件為每一個(gè)進(jìn)程建立專用的消息隊(duì)列，這些進(jìn)程可通過接口函數(shù)訪問消息隊(duì)列以實(shí)現(xiàn)消息傳遞。

2.3 外部通訊管理

負(fù)責(zé)管理過程自動(dòng)化系統(tǒng)與其他外部子系統(tǒng)之間的通信鏈路以及數(shù)據(jù)收發(fā)隊(duì)列。根據(jù)開放的端口數(shù)和實(shí)際建立的通信鏈路數(shù)，HubWare將自動(dòng)調(diào)整服務(wù)的進(jìn)程和線程的數(shù)量，以保證對(duì)通信數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。

2.4 日志報(bào)警管理

負(fù)責(zé)生成、顯示和管理應(yīng)用程序的報(bào)警日志信息。

2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理

負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器建立ODBC連接并向數(shù)據(jù)庫(kù)保存數(shù)據(jù)，若由于通信中斷或其他原因而不能成功寫入時(shí)，它能自動(dòng)先將數(shù)據(jù)緩存在本地硬盤中，并周期地不斷嘗試直到完全成功，以確保數(shù)據(jù)不丟失。

2.6 HMI變量管理

采用COM技術(shù)，通過建立一個(gè)全局變量集合，在服務(wù)器和各HMI終端之間提供了一種方便靈活的HMI過程變量通信方法，并且適應(yīng)大多數(shù)HMI組態(tài)工具。

2.7 進(jìn)程管理

負(fù)責(zé)管理過程自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用軟件的啟動(dòng)、停止、任務(wù)守護(hù)，程序意外退出時(shí)的出錯(cuò)信息輸出和源代碼中出錯(cuò)點(diǎn)定位，收集每個(gè)程序的運(yùn)行健康狀態(tài)和內(nèi)存、CPU時(shí)間等統(tǒng)計(jì)信息，提供系統(tǒng)內(nèi)時(shí)鐘同步服務(wù)。

3主要控制模塊

3.1 板還初始數(shù)據(jù)及乳制計(jì)劃管理

為完成此功能，在加熱爐操作臺(tái)配備了三套PDI終端。板還初始數(shù)據(jù)由生產(chǎn)管理系統(tǒng)（L3）下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃。在PDI終端可以對(duì)PDI數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、復(fù)制、刪除。在板還裝爐完成、準(zhǔn)備出爐以及出爐完成等消息傳送到過程控制服務(wù)器。

3.2 軋件數(shù)據(jù)跟蹤

跟蹤的目的是確定軋件（板還、帶還、帶鋼、鋼卷）在生產(chǎn)線上的實(shí)際位置等實(shí)際情況，以便在規(guī)定的時(shí)間啟動(dòng)有關(guān)應(yīng)用程序，完成過程控制的其他功能。過程控制自動(dòng)化系統(tǒng)的跟蹤功能是以L1傳送來的跟蹤結(jié)果為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的。跟蹤的區(qū)域從除鱗棍道開始，經(jīng)卷取機(jī)、鋼卷運(yùn)輸線，直至鋼卷稱重完畢。為便于進(jìn)行跟蹤處理，在服務(wù)器的內(nèi)存中設(shè)置軋件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，軋件數(shù)據(jù)跟蹤模塊負(fù)責(zé)隨著軋件實(shí)物的移動(dòng)而在這些數(shù)據(jù)區(qū)中移動(dòng)軋件數(shù)據(jù)，使實(shí)物與內(nèi)存中數(shù)據(jù)始終對(duì)應(yīng)。

3.3 軋制節(jié)奏計(jì)算

軋制節(jié)奏計(jì)算（MPC）主協(xié)調(diào)加熱爐和軋線軋制的關(guān)系，提高帶鋼軋制節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)力。MPC預(yù)測(cè)抽出的板坯和爐內(nèi)即將抽出的板還的傳送時(shí)間段，通過計(jì)算板坯在軋線傳送時(shí)受不同限制條件影響的適宜的最小時(shí)間間隔，計(jì)算出合理的抽鋼間隔，并發(fā)送出鋼消息至爐區(qū)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制器啟動(dòng)出鋼動(dòng)作。

3.4 設(shè)定計(jì)算

設(shè)定計(jì)算模塊是指過程控制服務(wù)器通過一系列的數(shù)學(xué)模型計(jì)算，得到帶鋼熱連札各種生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)定值，主要有以下幾方面：

3.4.1 加熱爐區(qū)

加熱爐區(qū)域主要以數(shù)據(jù)跟蹤為主。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備的動(dòng)作，將準(zhǔn)確的板坯數(shù)據(jù)發(fā)送給過程控制服務(wù)器進(jìn)行其他區(qū)域的設(shè)定計(jì)算。

3.4.2 入口區(qū)

入口區(qū)：擋水輥壓下位置、立輥開口度、軋制速度、軋制力、側(cè)導(dǎo)板開度、除磷水開啟組數(shù)及頭尾短行程等。

3.4.3 精軋區(qū)

精軋機(jī)設(shè)定：各機(jī)架速度、機(jī)架間張力、活套角度、軋制力、壓下位置，側(cè)導(dǎo)板開度、除麟和機(jī)架間噴水等。

板形設(shè)定：精軋機(jī)彎棍力設(shè)定和竄輯位置設(shè)定。

3.4.4 層流冷卻區(qū)

層流冷卻區(qū)：層流冷卻水管開啟數(shù)目及位置。

3.4.5 卷取區(qū)域

卷取設(shè)定：輸出輯道和助卷輥的超前率、滯后率，助卷輥和夾送輥縫值，助卷輯和卷筒的超前率，卷筒的張力扭矩及彎曲扭矩，側(cè)導(dǎo)板的開度等。

3.5 通訊管理

數(shù)據(jù)通信模塊主要是收集和處理基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1）發(fā)來的實(shí)際測(cè)量值，以及當(dāng)設(shè)定計(jì)算完成后向L1發(fā)送設(shè)定值數(shù)據(jù)。

3.5 畫面管理

操作人員可通過畫面了解過程控制信息。同時(shí)可以向計(jì)算機(jī)輸入必要的數(shù)據(jù)和命令。

3.6 歷史數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理主要分為兩部分來完成。

3.6.1 生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)

每個(gè)鋼卷的歷史數(shù)據(jù)（初始數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、重要的模型計(jì)算數(shù)據(jù)）及班組管理和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都將保存到ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.6.2査詢及報(bào)表：

采用多種直觀方式查詢和分析歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要生成和打印各種報(bào)表，比如班報(bào)日?qǐng)?bào)、工程報(bào)表、產(chǎn)品報(bào)表等，保存期兩年。

3.7 模擬軋鋼

通過模擬軋鋼的功能可以確認(rèn)計(jì)算機(jī)、電氣、儀表、機(jī)械等各種設(shè)備是否處于正常狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)（L2）提供模擬軋鋼用的PDI數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1）產(chǎn)生正常實(shí)際軋鋼過程中的各種數(shù)據(jù)。虛擬軋件從加熱爐出鋼開始運(yùn)行，到卷取機(jī)卸卷完畢。

3.8 軋輥數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理

3.8.1 軋輥數(shù)據(jù)

該功能負(fù)責(zé)接收新棍數(shù)據(jù)（直徑、材質(zhì)、棍形等），并跟蹤其服役過程，包括統(tǒng)計(jì)軋制時(shí)間、軋制長(zhǎng)度、軋制重量、磨損程度等。

3.8.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理包括軋線休止時(shí)間和休止次數(shù)統(tǒng)計(jì)、換班管理、下班次軋制塊數(shù)、軋制重量、合格率及成材率等。

4生產(chǎn)實(shí)際

馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)于2016年2月初實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，控制精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。圖2為某年合格率及成材率統(tǒng)計(jì)。取得的階段性成果：

1）4 月20日試軋成功1540mm寬的帶鋼產(chǎn)品；

2）4月21日試軋成功多種規(guī)格花紋板；

3） 4 月30 日試軋成功1. 8mm 厚、1260mm 寬的Q235B 產(chǎn)品及1.45mm厚的帶鋼產(chǎn)品。

4）先后成功軋制了Q215B、Q235B、S360、SPHC、SPHD、510L、SPA-H、CCSB、SS400、A36等幾十個(gè)鋼種。

5 結(jié)論

1） 以馬鋼CSP軋鋼生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，分析其改造的過程控制系統(tǒng)。

2） 生產(chǎn)實(shí)踐表明， 馬鋼CSP過程控制系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化改造，已穩(wěn)定順行，達(dá)到了較高的控制水平。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

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