馬鋼CSP軋鋼過程控制系統

白熙

摘 要： 介紹了馬鋼CSP生產線過程控制系統，其中包括系統配置，網絡結構、中間件和應用軟件功能，各主要功能模塊運用及運行管理。

關鍵詞： 熱軋帶鋼；數學模型；中間件；PC服務器

馬鋼CSP過程控制系統改造工程于2015年12月建成投產。生產線主要設備有：兩座隧道加熱爐、一架立輥的軋機、七架精軋機組、測厚儀、凸度儀（含測寬功能）、平直度儀、層流冷卻、兩臺地下卷取機、卸卷打捆、鋼卷運輸線等。設計年產量200萬噸，產品規格：厚度0.8-16mm，寬度：900-1600mm。

過程控制系統采用PC服務器，其控制范圍從出爐輥道開始，到卷取區域鋼卷稱重結束。主要任務是對全線的生產工藝過程進行跟蹤和控制，控制板坯從入爐輥道開始，依次經過除磷、立輥、精軋、層流冷卻、卷取等工藝過程。

1 系統配置

馬鋼CSP過程控制系統的核心設備是三臺HP PC服務器和一臺磁盤陣列柜。其中兩臺為過程控制服務器，主要運行過程控制系統的中間件和應用軟件。另外一臺歷史數據庫服務器，安裝ORACLE數據庫軟件，用于存儲生產數據和制作報表。

兩臺過程控制服務器和磁盤柜一起構成雙機熱備系統，當運行服務器出現故障時，備用服務器能立即自動接替并繼續工作（切換時間大約15秒），備用服務器不會出現數據丟失。同時，也可人工要求切換，只需單擊鼠標發出切換命令即可。

2 應用軟件支撐軟件（中間件）

中間件（Middle Ware）是過程控制系統的核心支撐軟件，即應用軟件的開發平臺和運行環境，它的主要作用是屏蔽硬件平臺和操作系統的差異性以及底層操作系統的復雜性，使應用程序開發人員面對一個簡單而統一的開發環境。

馬鋼CSP過程系統采用的中間件 CDP（Process Control Develop Platform）系統構架如圖1所示。

圖1 PCDP的系統結構

2.1 實時數據文件管理

該組件可根據需要在服務器物理內存中建立和維護多個小巧的數據表，供應用程序之間的進行實時數據交換，這些數據表能與磁盤中數據文件實時同步。

2.2 進程間通訊管理

負責管理不同進程之間的通信。該組件為每一個進程建立專用的消息隊列，這些進程可通過接口函數訪問消息隊列以實現消息傳遞。

2.3 外部通訊管理

負責管理過程自動化系統與其他外部子系統之間的通信鏈路以及數據收發隊列。根據開放的端口數和實際建立的通信鏈路數，HubWare將自動調整服務的進程和線程的數量，以保證對通信數據處理的實時性。

2.4 日志報警管理

負責生成、顯示和管理應用程序的報警日志信息。

2.5 數據庫連接管理

負責與數據庫服務器建立ODBC連接并向數據庫保存數據，若由于通信中斷或其他原因而不能成功寫入時，它能自動先將數據緩存在本地硬盤中，并周期地不斷嘗試直到完全成功，以確保數據不丟失。

2.6 HMI變量管理

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

2.7 進程管理

負責管理過程自動化系統應用軟件的啟動、停止、任務守護，程序意外退出時的出錯信息輸出和源代碼中出錯點定位，收集每個程序的運行健康狀態和內存、CPU時間等統計信息，提供系統內時鐘同步服務。

3主要控制模塊

3.1 板還初始數據及乳制計劃管理

為完成此功能，在加熱爐操作臺配備了三套PDI終端。板還初始數據由生產管理系統（L3）下達的生產計劃。在PDI終端可以對PDI數據進行修改、復制、刪除。在板還裝爐完成、準備出爐以及出爐完成等消息傳送到過程控制服務器。

3.2 軋件數據跟蹤

跟蹤的目的是確定軋件（板還、帶還、帶鋼、鋼卷）在生產線上的實際位置等實際情況，以便在規定的時間啟動有關應用程序，完成過程控制的其他功能。過程控制自動化系統的跟蹤功能是以L1傳送來的跟蹤結果為基礎來實現的。跟蹤的區域從除鱗棍道開始，經卷取機、鋼卷運輸線，直至鋼卷稱重完畢。為便于進行跟蹤處理，在服務器的內存中設置軋件實時數據區，軋件數據跟蹤模塊負責隨著軋件實物的移動而在這些數據區中移動軋件數據，使實物與內存中數據始終對應。

3.3 軋制節奏計算

軋制節奏計算（MPC）主協調加熱爐和軋線軋制的關系，提高帶鋼軋制節奏，實現較高的生產力。MPC預測抽出的板坯和爐內即將抽出的板還的傳送時間段，通過計算板坯在軋線傳送時受不同限制條件影響的適宜的最小時間間隔，計算出合理的抽鋼間隔，并發送出鋼消息至爐區基礎自動化控制器啟動出鋼動作。

3.4 設定計算

設定計算模塊是指過程控制服務器通過一系列的數學模型計算，得到帶鋼熱連札各種生產設備的設定值，主要有以下幾方面：

3.4.1 加熱爐區

加熱爐區域主要以數據跟蹤為主。根據現場實際設備的動作，將準確的板坯數據發送給過程控制服務器進行其他區域的設定計算。

3.4.2 入口區

入口區：擋水輥壓下位置、立輥開口度、軋制速度、軋制力、側導板開度、除磷水開啟組數及頭尾短行程等。

3.4.3 精軋區

精軋機設定：各機架速度、機架間張力、活套角度、軋制力、壓下位置，側導板開度、除麟和機架間噴水等。

板形設定：精軋機彎棍力設定和竄輯位置設定。

3.4.4 層流冷卻區

層流冷卻區：層流冷卻水管開啟數目及位置。

3.4.5 卷取區域

卷取設定：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，側導板的開度等。

3.5 通訊管理

數據通信模塊主要是收集和處理基礎自動化（L1）發來的實際測量值，以及當設定計算完成后向L1發送設定值數據。

3.5 畫面管理

操作人員可通過畫面了解過程控制信息。同時可以向計算機輸入必要的數據和命令。

3.6 歷史數據管理

歷史數據管理主要分為兩部分來完成。

3.6.1 生產歷史數據庫

每個鋼卷的歷史數據（初始數據、設定數據、實測數據、重要的模型計算數據）及班組管理和統計數據都將保存到ORACLE數據庫中。

3.6.2査詢及報表：

采用多種直觀方式查詢和分析歷史生產數據，并可根據需要生成和打印各種報表，比如班報日報、工程報表、產品報表等，保存期兩年。

3.7 模擬軋鋼

通過模擬軋鋼的功能可以確認計算機、電氣、儀表、機械等各種設備是否處于正常狀態。過程控制系統（L2）提供模擬軋鋼用的PDI數據，基礎自動化系統（L1）產生正常實際軋鋼過程中的各種數據。虛擬軋件從加熱爐出鋼開始運行，到卷取機卸卷完畢。

3.8 軋輥數據及生產數據管理

3.8.1 軋輥數據

該功能負責接收新棍數據（直徑、材質、棍形等），并跟蹤其服役過程，包括統計軋制時間、軋制長度、軋制重量、磨損程度等。

3.8.2 生產數據管理

生產數據管理包括軋線休止時間和休止次數統計、換班管理、下班次軋制塊數、軋制重量、合格率及成材率等。

4生產實際

馬鋼CSP過程控制系統于2016年2月初實現穩定運行，控制精度高，產品質量穩定。圖2為某年合格率及成材率統計。取得的階段性成果：

1）4 月20日試軋成功1540mm寬的帶鋼產品；

2）4月21日試軋成功多種規格花紋板；

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

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

5 結論

1） 以馬鋼CSP軋鋼生產線為基礎，分析其改造的過程控制系統。

2） 生產實踐表明， 馬鋼CSP過程控制系統經優化改造，已穩定順行，達到了較高的控制水平。產品質量穩定。

參考文獻

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