全液壓矯直機工藝數據采集分析管理系統

靳紹珍，胡 鷹

(太原科技大學，山西 太原 030024)

0 前言

液壓矯直機是板材軋制線上十分重要的設備，傳統液壓矯直機的監控系統功能比較簡單，受到現場操作人員經驗的影響，所矯直板材的精度往往達不到要求。隨著軋制新工藝及新材質板材的發展，傳統的矯直機不能滿足所有板材的矯直，有必要開發新一代的液壓強力矯直機。太原重工與太原科技大學聯合為舞陽鋼鐵公司二軋廠研制的四重式全液壓可逆十一輥矯直機，采用先進的工藝數據采集分析管理系統，控制系統功能強、精度高，提高了矯直效率及矯直質量。

1 矯直機設備組成及主要參數

舞陽鋼鐵公司的四重式全液壓可逆十一輥矯直機主要有機械、液壓和電氣等三部分組成;機械上主要有矯直機本體、換輥裝置、主傳動裝置三部分組成;液壓、潤滑系統主要由輔助傳動液壓系統、液壓伺服系統、稀油潤滑系統、矯直機干油潤滑系統等組成;電氣控制主要有電氣傳動系統、基礎自動化系統、二級自動化系統構成。控制系統主要有輥道速度控制、液壓伺服閥控制等。該矯直機的結構型式及主要技術參數如下:

最大矯直力/kN 30000

矯直鋼板溫度/℃ 200～950

壓下方式 液壓AGC壓下

矯直速度/m·min－10～±40

2 控制系統設計

本控制系統設計以DCS集散控制系統、監控計算機和惠普服務器集群為核心，以現場總線、工業以太網作為系統的骨干網絡，將現場DCS控制站以及監控計算機連接起來，構成一個分布式控制系統。選用兩套冗余的CPU－416－2、冗余的Profibus－DP通訊網絡、光纖通訊、冗余的工業以太網、冗余的電源模塊、1臺工程師站、兩臺操作員站、IBA數據采集以及惠普服務器集群。

2.1 系統硬件配置

(1)冗余自動化控制站(AS416－2)采用了最新冗余技術，按照熱備份模式的活動冗余原理運行，兩臺CPU－416－2以及交換機之間通過高速光纖專線連接，可以保證數據同步傳送。

(2)現場控制站ET－200M分布式I/O通過兩條冗余Profibus－DP現場總線與主控制器進行實時通訊，采集數字量或模擬量信號，同時將主控制器的控制信號送至現場。

(3)控制機柜的供電有兩路冗余220VAC，可以保證系統平穩運行。

(4)系統配置一臺工程師站(ES)、兩臺操作員站(OS)、IBA數據記錄儀和惠普服務器集群。其中工程師站(ES)對全液壓矯直機控制系統進行編程操作組態等操作，一臺操作員站用做設定輥縫值，上位起停液壓泵站等操作，一臺為上位報警以及監視用的操作員站;IBA數據記錄儀實時記錄現場數據;惠普服務器集群完成實時數據的采集，分析，模型計算，自學習等功能。3臺工業級計算機，一臺IBA數據記錄儀及惠普服務器通過1臺HP2824交換機及5塊西門子網絡通訊模塊CP1613組成冗余雙環網，從而達到相互熱備份，互為冗余的效果。

(5)服務器采用HPDL380G5服務器、windows2003 server企業版、HP MSA 500G2(6X140G硬盤)、KVM組成雙機集群、ORCALE 10G雙處理版組成，功能強大。數據庫系統采用客戶機服務器C/S模式，數據庫服務器系統具有數據實時硬備份、數據庫服務的集群熱備等功能。完成矯直機的各種數據計算、存儲、備份。

2.2 網絡結構

舞陽鋼鐵公司的全液壓矯直機控制系統設計是基于Profibus總線的過程控制系統PCS7，結合以太網和冗余Profibus現場總線構成生產監控級、現場控制級和就地控制級三層結構。底層采用現場總線Profibus－DP，現場I/O控制站分散放在現場。控制層采用光纖工業以太網(最高通訊速率為1000M/s)，將所有控制器、工程師站、操作員站IBA數據記錄儀及服務器集群連接起來，實現數據通訊和共享，方便操作運行;上層采用標準以太網，實現與廠級網絡接口，使得中厚板廠工廠調度等相關人員了解整個鋼板生產流程運行狀況。

3 工藝數據采集分析管理系統工程實現

控制系統的服務器模型部分用VB軟件編程，主要通過全線二級系統與回火爐操作臺的PC機相連，采集板材厚度、寬度、材料編號等實時數據。在過程計算機工程師站中設置數據庫，針對不同材質、溫度、板型、板寬和板厚，建立工藝模型，計算出矯正壓力、矯正次數及所需壓下量的理論數據，再經過試驗，計算出矯直機線性彈跳、非線性機架變形、總結出所需壓下量的經驗數據，兩者結合生成矯直機壓下量工藝數據。

工藝數據采集分析管理系統流程圖如圖1所示。

圖1 工藝數據采集分析管理系統流程圖Fig.1 Flow chart of process data acquisition and analysis management system

工藝數據采集分析管理系統整體數據流程圖如圖2～4所示。

圖2 工藝數據采集分析管理系統0層整體數據流程圖Fig.2 Data flow chart in the entire 0 level of process data acquisition and analysis management system

圖3 工藝數據采集分析管理系統1層整體數據流程圖Fig.3 Data flow chart in the entire first level of of process data acquisition and analysis management system

圖4 工藝數據采集分析管理系統2層整體數據流程圖Fig.4 Data flow chart in the entire second level of of process data acquisition and analysis management system

工藝數據采集分析管理系統整體總體功能模塊圖如圖5所示。

圖5 工藝數據采集分析管理系統整體總體功能模塊圖Fig.5 Overall function modules of process data acquisition and analysis management system

該軟件包含四個模塊:數據錄入模塊、數據查詢模塊、數據分析模塊、系統維護模塊及幫助模塊。其中數據輸入模塊包括opc客戶端、板材信息錄入、板材模型信息錄入、矯直機實時數據矯正。opc客戶端把觸發、編號、批號、后輥逢、前輥逢、后邊輥、彎輥、壓力、電機電流、矯直速度、轉速、輥徑、前輥逢、小腔壓力、寫入觸發這些變量的值錄入。板材信息錄入是對批號、編號、鋼種、鋼板厚度、鋼板寬度、鋼板長度、鋼板溫度的信息進行查詢、添加、修改、刪除。板材模型信息錄入實現對鋼種、彈性模量、屈服強度、硬化系數的信息進行添加、刪除、修改、查詢的操作。矯直機實時數據修正:實現對道次的查詢，對道次、批號、編號的修改的操作。

工藝數據采集分析管理系統的數據庫采用Oracle10g數據庫，數據庫名稱為KDZG，見表1～4。表中Int為整型數據;Varchar為字符數據; float為浮點數據;dodetime為日期。

表1 用戶登錄Table 1 User enter

表2 基本數據Table 2 Basic bata

表3 工藝數據Table 3 Process data

6 KC_jlxgr varchar 20 0是7 KC_wendu float 8 0 是 溫度8 KC_zhuangtai varchar 20 0 是 狀態9 KC_C1_6_10 float 8 0 是10 KC_C2_6_10 float 8 0 是11 KC_C1_10_16 float 8 0 是12 KC_C2_10_16 float 8 0 是13 KC_C1_16_24 float 8 0 是14 KC_C2_16_24 float 8 0 是15 KC_C1_24_30 float 8 0 是16 KC_C2_24_30 float 8 0 是17 KC_C1_30_40 float 8 0 是18 KC_C2_30_40 float 8 0 是19 KC_C1_40 float 8 0 是20 KC_C2_40 float 8 0是

表4 采集實時數據Table 4 Real-time data acquisition

4 系統主要功能

(1)板材信息查詢功能(圖6)。根據輸入的批號、鋼種信息，查詢對應鋼板的批號、編號、寬度、厚度、溫度、長度、鋼種及時間，并將查詢的數據以Excel形式導出。

圖6 板材信息查詢Fig.6 Information query for steel plate

(2)工藝參數查詢功能(圖7)。根據輸入鋼板批號、編號、鋼種、厚度及寬度的信息查詢出鋼板的批號、編號、鋼種、寬度、厚度、前輥逢及后輥逢的相關信息。并將查詢的數據以Excel形式導出的功能。

圖7 工藝參數查詢Fig.7 Query of process parameters

(3)板材數據模型計算功能(圖8)。根據鋼種、鋼板的厚度、寬度查詢相應的鋼板信息，通過模型計算，顯示出相應鋼板的前輥逢、后輥逢、彎輥、總矯直力、1#電機扭矩、2#電機扭矩及矯直速度等信息。通過發送數據按鈕將數據發送給wincc。

5 板材矯直過程

圖8 板材數據模型計算Fig.8 Data model calculation of steel plate

板材從熱處理設備中出來，經過傳輸輥道，送至矯直輥道前停止。在板材停止后，上道工序L2系統將板材基本數據給矯直機的2級，辨別并確認待矯直的鋼板識別號，并且通知板材正在處于等待狀態，經過矯直機L2級計算，并把計算結果(工藝設定值)傳遞到矯直L1級。工藝設定值有:矯直輥縫位置(入口與出口輥縫、傳動側與非傳動側的傾斜);HGC動作序列;咬入、甩尾和矯直速度，彎輥量。工藝設定值在HMI上顯示，操作人員可以以實際情況對工藝參數進行微調。矯直機在確認后執行，鋼板開始咬入、矯直、甩尾，所有這些動作都按工藝設定速度進行。矯直機后面的檢測元件探測到鋼板尾部時，鋼板停下。根據矯后板型狀況，選擇結束矯直或往復矯直。

6 結論

該矯直機投入使用以來，運行良好，控制系統功能強、控制精度高、網絡速度快，而且安全、可靠和穩定性好，許多先進的控制理論和控制方式在該控制系統中得到很好的實踐和證明。

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