德國軋輥磨床與上位機通信方式比較與研究

胡學雄

（上海寶鋼工業(yè)技術服務有限公司，上海 200941）

1 概述

寶鋼股份各熱軋廠、冷軋廠磨輥車間軋輥磨床眾多。主要磨床多采用德國進口設備，廠商集中于WALDRICH，HERKULES。WALDRICH在2004年被HERKULES收購前，磨床機械、電控系統(tǒng)、對外通信方式與HERKULES相比都有較大差異；而收購后，WALDRICH的電控系統(tǒng)、對外通信方式向HERKULES磨床看齊，采用BECKHOFF公司軟硬件平臺開發(fā)。通過對比研究二者的對外通信方式，對于軋輥數據采集系統(tǒng)、軋輥管理系統(tǒng)的新增、改造都有重要的意義。

2 WALDRICH磨床系統(tǒng)結構與通信

2.1 控制系統(tǒng)結構

WALDRICH磨床電控系統(tǒng)從20世紀90年代開始分別有GPC1，GPC2，ILC500，ILC2000 和 BECKHOFF等控制系統(tǒng)。GPC1，ILC500核心為嵌入式、框架式微機系統(tǒng)，對外通訊采用RS232 串口通信；GPC2，ILC2000，BECKHOFF 系統(tǒng)核心為工業(yè)PC系統(tǒng)，對外通信采用TCP/IP以太網通信。在BECKHOFF以前的電控系統(tǒng)中，系統(tǒng)構架類似。圖1。

2.2 通信過程

WALDRICH磨床提供TCP/IP通信接口，對外上位管理機的通信過程為：

（1）上位管理機監(jiān)聽TCP端口。外部通信軟件啟動后，自動進入TCP端口監(jiān)聽狀態(tài)。

圖1 WALDRICH磨床控制系統(tǒng)結構

（2）客戶端建立TCP連接。每次加工開始前，通過磨床操作畫面上的按鈕，可以選擇本地加工，或遠程加工（“局域網模式”）。如果選擇遠程加工，控制系統(tǒng)會嘗試與上位管理機外部通信軟件建立TCP連接。連接成功后，控制系統(tǒng)進入局域網（遠程）加工模式；連接不成功，控制系統(tǒng)仍處于本地加工模式。

（3）通信。每次通信由客戶端發(fā)起。在需要向上位管理機發(fā)送數據的程序段中，客戶端通過與服務器端之間建立的TCP連接，將數據發(fā)送給服務器端。服務器端接收到客戶端的數據后，校驗并處理后，向客戶端返回應答（圖2）。

圖2 WALDRICH磨床的TCP/IP通信過程

2.3 加工數據和測量數據通信方式

（1）WALDRICH磨床主要向上位管理機發(fā)送2種數據：①加工信息，包括軋輥代號、操作員代碼、加工時間等；②測量數據，包括軋輥直徑、探傷數據。加工信息都是直接通過電文發(fā)送的，例如，加工開始時，磨床會向上位管理機發(fā)送如下一條電文：1031236220————736N037521——3#，該電文包含的信息：①電文號：103；②磨床編號：123；③軋輥代號：6220；④砂輪直徑：736 mm；⑤操作員代碼：037521。

（2）測量數據一般是通過文件向上位管理機發(fā)送。磨床每次需要向上位管理機發(fā)送測量數據時，首先在磨床本地計算機硬盤上生成一個數據文件，然后通過電文將文件名通知給上位管理機，上位管理機通過網絡讀取磨床計算機硬盤上的文件，得到測量數據。不同測量數據文件格式不同，測量數據文件格式見圖3。

圖3 測量數據R2文件格式

（3）測量數據文件分別有磨前頭部斷面輪廓測量圓度（br2）、磨前中部斷面輪廓測量圓度（br3）、磨前后部斷面輪廓測量圓度（br4）、磨后頭部斷面輪廓測量圓度（r2）、磨后中部斷面輪廓測量圓度（r3）、磨后后部斷面輪廓測量圓度（r4）。磨前輥形測量（botend1）、磨后輥形測量（botend2）。

3 HERKULES磨床系統(tǒng)結構與通信比較

3.1 控制系統(tǒng)結構

（1）HERKULES磨床電控系統(tǒng)從20世紀90年代開始，就已經使用以BECKHOFF設備為核心的工業(yè)PC控制系統(tǒng)。Beckhoff自動化CNC系統(tǒng)平臺主要包括工業(yè)PC、Profibus接口卡、Lightbus接口卡、CP-Link接口卡、操作面板、TwinCAT軟件包、遠程IO模塊等。對外通信采用TCP/IP以太網通信。

3.2 磨床通信比較

圖4 HERKULES磨床控制系統(tǒng)結構

（2）HERKULES磨床提供一個單獨的TCP/IP通信程序，名為 HGDI（Herkules Grinder Data Interface）。HGDI定義了一批觸發(fā)機制，用于在不同的時間從HCC/KPM管理軟件、TwinCAT控制軟件采集數據。結構化的數據被存貯在微軟Access或者SQL數據庫內，如磨削數據被存貯在“RSMS_IF”的數據表中。TCP連接方式類似于WALDRICH磨床。不同于WALDRICH磨床以文件方式提供測量數據，HERKULES的HGDI以開放數據庫互連ODBC（Open Database Connectivity）的方式提供上位管理機數據，或者中間件軟件例如IBM MQSeries。

除數據存貯和提供方式的不同之外，二者的電文格式和內容也有一些相同點和不同點。典型情況下，WALDRICH磨床定義電文共19條，HERKULES磨床定義電文12條。類似的是二者均有同步Synchronization應答電文一對，軋輥裝載模式電文一條，通信測試電文一對。數據電文方面，HERKULES磨床定義了3條數據電文，分別是磨削過程啟動、結束電文和磨削結果電文，WALDRICH磨床除此之外還定義有理論曲線電文、數據文件準備好電文、數據文件確認電文、緩沖文件電文。

4 總結

隨著技術進步，工業(yè)信息化程度越來越高，對企業(yè)生產和管理方式都帶來了革新。傳統(tǒng)單機獨立運行的軋輥磨床方式必將向全自動的方向漸進。通過比較研究寶山鋼鐵股份有限公司WALDRICH,HERKULES等20世紀90年代以后的德國進口磨床與上位管理系統(tǒng)的通信方式，認為HERKULES磨床HGDI采用的TCP/IP通信方式，以TCP電文加ODBC數據庫方式分別提供加工數據和測量數據的方式較為適用和友好。不足的是：軋輥測量數據量大，僅通過TCP通信方式會增加網絡負擔，并在網絡故障后不利于數據恢復。