自主研發(fā)過(guò)程控制系統(tǒng)在鍍鋅線的應(yīng)用

王燕偉

摘要：本篇文章是對(duì)某鋼廠老舊的過(guò)程控制系統(tǒng)平臺(tái)不能滿足精確化的生產(chǎn)要求，所以產(chǎn)線需要研發(fā)新的過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線模型化計(jì)算的淺述。本次研發(fā)根據(jù)原有的過(guò)程控制系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)新的模型化過(guò)程控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可根據(jù)參數(shù)的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：過(guò)程控制系統(tǒng) 模型化

引言

智能制造是當(dāng)今制造業(yè)變革的大勢(shì)所趨，生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要基石。在以鋼鐵企業(yè)為代表的制造型企業(yè)中，目前大多存在產(chǎn)線時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)老舊的情況，并且不能完美實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)品。為此，如何使得老舊產(chǎn)線以最小的成本保持相對(duì)穩(wěn)定的生產(chǎn)，是企業(yè)管理者面臨的一大問(wèn)題。冶金行業(yè)相關(guān)生產(chǎn)制造技術(shù)和設(shè)備控制水平的要求逐漸提高，用戶對(duì)于冷軋的帶鋼質(zhì)量的要求也逐步提高。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越重視產(chǎn)線二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)。因此如何提高帶鋼的質(zhì)量、產(chǎn)量及產(chǎn)線自動(dòng)控制技術(shù)水平，如何采用現(xiàn)代化的控制方法來(lái)滿足生產(chǎn)工藝的要求。

本文以國(guó)內(nèi)某鋼冷軋廠1#鍍鋅產(chǎn)線二級(jí)系統(tǒng)為平臺(tái)，進(jìn)行自動(dòng)化二級(jí)系統(tǒng)的研發(fā)。此鋼廠鍍鋅產(chǎn)線原有系統(tǒng)不能滿足產(chǎn)線更加精確化的生產(chǎn)需求，而且隨著鋼產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)，產(chǎn)線需要更多的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線模型計(jì)算、帶鋼跟蹤等功能。決定自主開(kāi)發(fā)研制一款通用的自動(dòng)化二級(jí)系統(tǒng)，以期在提高產(chǎn)線自動(dòng)化控制水平的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和自主管理。

1總體設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目成果結(jié)合產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)管理模式、自動(dòng)控制理論款件工程理論、PC與PLC通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊及信息化技術(shù)，引用當(dāng)前最先進(jìn)的軟件架構(gòu)理念，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)狀態(tài)跟蹤、讀寫(xiě)PLC、軋制力計(jì)算、設(shè)備控制、大數(shù)據(jù)處理、EXCEL報(bào)表自動(dòng)生成等核心技術(shù)的研究與突破，形成具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通用二級(jí)非控平臺(tái)系統(tǒng)（不包括控制模型），將某鋼廠產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)面貌煥然一新，由此堅(jiān)實(shí)地步人根據(jù)需求靈活定制的智能制造時(shí)代。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

二級(jí)系統(tǒng)（ Leve12）作為一級(jí)與三級(jí)系橋梁紐帶，其業(yè)務(wù)內(nèi)容是不可或缺的，并且隨著信息化的大發(fā)展，二級(jí)系統(tǒng)功能性不斷增強(qiáng)，作為自動(dòng)化和信息化的紐帶層，其業(yè)務(wù)的重要性不斷提升。

通用二級(jí)非控平臺(tái)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)基于微軟公司的.NET框架，采用c#高級(jí)語(yǔ)言，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)共享采用oracle lOg數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)各個(gè)核心功能模塊采用windows消息機(jī)制進(jìn)行通訊。主要模塊有通訊模塊、生產(chǎn)計(jì)劃管理，上線跟蹤管理，班組管理，PDO報(bào)表管理、停機(jī)管理等模塊?；谙到y(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路，整個(gè)系統(tǒng)分兩級(jí)，分別是數(shù)據(jù)通訊級(jí)和數(shù)據(jù)處理級(jí)，數(shù)據(jù)處理級(jí)包括生產(chǎn)計(jì)劃管理、上線跟蹤管理，班組管理，PDO報(bào)表管理、停機(jī)管理等模塊。為保證二級(jí)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，級(jí)與模塊之間交錯(cuò)控制，級(jí)與級(jí)之間通過(guò)TCP/IPsocket進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，模塊與模塊之間通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)共享進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，操作顯示畫(huà)面采用WindowsForm程序。

3系統(tǒng)功能模塊

不論是煉鐵、煉鋼工藝，還是熱軋、冷軋工藝，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線級(jí)的優(yōu)化控制完整的產(chǎn)線二級(jí)控制系統(tǒng)功能均可細(xì)致劃分為通訊管理、PDI生產(chǎn)計(jì)劃管理、上線跟蹤管理、設(shè)定值管理、班組管理、PDO報(bào)表管理、停機(jī)管理等基本功能模塊及根據(jù)產(chǎn)線需求定制的模型管理、數(shù)據(jù)分析等擴(kuò)展模塊。因?yàn)楫a(chǎn)線工藝流程的不同及產(chǎn)線設(shè)備機(jī)械工作原理的不同，控制模型模塊、數(shù)據(jù)分析模塊只能作為通用非控平臺(tái)的擴(kuò)展功能。

因?yàn)楫a(chǎn)線工藝的特異性，不同工藝擁有不同服務(wù)于精準(zhǔn)生產(chǎn)控制的數(shù)學(xué)模型，無(wú)法通用，所以，模型模塊不作為通用二級(jí)非控平臺(tái)的基本組成部分，而是作為擴(kuò)展功能單獨(dú)開(kāi)發(fā)。每次平臺(tái)推廣應(yīng)用，都會(huì)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為針對(duì)產(chǎn)線設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)模型研究做準(zhǔn)備。隨后，經(jīng)過(guò)產(chǎn)線模型的研究開(kāi)發(fā)，再利用平臺(tái)提供的模型管理接口，建立模型模塊的擴(kuò)展。

本項(xiàng)目成果吸收某鋼廠一鍍鋅產(chǎn)線原有簡(jiǎn)易指導(dǎo)模型，結(jié)合相關(guān)機(jī)理模型理論，重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套冷軋鍍鋅線生產(chǎn)工藝模型。此套模型主要包含鍍鋅線26個(gè)工藝參數(shù)設(shè)定值的計(jì)算。首先根據(jù)帶鋼的入口鋼種和出口鋼質(zhì)進(jìn)行智能分類把屬性相近的加工對(duì)象加以聚類。然后，針對(duì)每個(gè)工藝參數(shù)建立了關(guān)于鋼種組、帶鋼厚度和帶鋼寬度等相關(guān)自變量的分段線性函數(shù)，完成一整套數(shù)學(xué)模型的函數(shù)表達(dá)。最后可根據(jù)不同產(chǎn)品的需求，來(lái)設(shè)定參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)智能化定制生產(chǎn)產(chǎn)品。

4設(shè)定值功能

二級(jí)系統(tǒng)另外一個(gè)重要功能是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)定值計(jì)算和下發(fā)。設(shè)定值是二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，設(shè)定值的合理與否直接影響著帶鋼能否正常生產(chǎn)。該平臺(tái)基于產(chǎn)線的生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)，建立了參數(shù)表，并基于這些參數(shù)表格設(shè)計(jì)設(shè)定值計(jì)算模型和算法為每一卷鋼卷計(jì)算設(shè)定值，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)判定和操作工校正后，最終下發(fā)給PLC系統(tǒng)。

設(shè)定值預(yù)計(jì)算：二級(jí)系統(tǒng)在接收到三級(jí)下發(fā)的新計(jì)劃時(shí)，由后臺(tái)程序進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，計(jì)算的設(shè)定值存入設(shè)定值歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。同樣，支持操作工手動(dòng)增加的鋼卷、修改生產(chǎn)狀態(tài)或者PDI數(shù)據(jù)的鋼卷進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算設(shè)定值，即設(shè)定值的重新計(jì)算功能。

設(shè)定值自動(dòng)檢驗(yàn)與報(bào)警：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，首先進(jìn)行設(shè)定值的上下限設(shè)定，即所有對(duì)應(yīng)到設(shè)備上的參數(shù)均有范圍，不能過(guò)大也不能過(guò)小。預(yù)計(jì)算產(chǎn)生的設(shè)定值要經(jīng)過(guò)自動(dòng)判定，符合要求的設(shè)定值通過(guò)綠色指示燈標(biāo)識(shí)，不符合要求的設(shè)定值用紅色指示燈標(biāo)識(shí)。

設(shè)定值手動(dòng)校正：針對(duì)紅色指示燈標(biāo)識(shí)的鋼卷，操作工需要手動(dòng)點(diǎn)擊設(shè)定值按鈕，進(jìn)入設(shè)定值修改畫(huà)面，出現(xiàn)錯(cuò)誤的設(shè)定值同樣會(huì)以紅色警告，操作工可以進(jìn)行修改。修改后的設(shè)定值會(huì)重新下發(fā)給一級(jí)PLC。

設(shè)定值下發(fā)：對(duì)于計(jì)算無(wú)報(bào)警的設(shè)定值，會(huì)根據(jù)一級(jí)能夠接收的數(shù)據(jù)緩存容量自動(dòng)下發(fā)。

5總結(jié)

冶金行業(yè)中老舊產(chǎn)線繼續(xù)相對(duì)穩(wěn)定高效的，并實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)，是企業(yè)的迫切需求。主要依靠經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式已經(jīng)很難滿足現(xiàn)在生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率的要求，利用二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)計(jì)算得到生產(chǎn)過(guò)程控制中需要的工藝參數(shù)設(shè)定值，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)設(shè)定值對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整控制，以期得到符合客戶質(zhì)量要求的成品帶鋼。模型化技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)這一目的提供了可能性。此過(guò)程控制模型化系統(tǒng)在鍍鋅產(chǎn)線成功應(yīng)用，為打造智能制造工廠實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

舊系統(tǒng)缺乏準(zhǔn)確的工藝參數(shù)指導(dǎo)，模型研究立足于本項(xiàng)目成果通用非控平臺(tái)的推廣應(yīng)用，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，逐漸深入研究不同產(chǎn)線的工藝模型。通過(guò)二級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造，完善了生產(chǎn)計(jì)劃管理功能，實(shí)現(xiàn)了與三級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的完全同步，極大的減輕了操作工手動(dòng)輸入計(jì)劃的工作量;優(yōu)化了張力設(shè)定參數(shù)算法，張力控制更加穩(wěn)定;出口增加的二級(jí)客戶機(jī)，自動(dòng)生成PDO數(shù)據(jù)，不再需要操作工手動(dòng)錄入;自主開(kāi)發(fā)大大提高了系統(tǒng)的靈活性，并且根據(jù)需求開(kāi)發(fā)了許多定制化的功能，從而實(shí)現(xiàn)智能化工廠的定制化生產(chǎn)的需求。

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