TMEIC過程控制平臺在熱軋中的應用

劉光

摘 要：現階段國內2000mm以上帶鋼熱連軋生產線，大部分使用的TMEIC控制系統，經過十多年的應用，TMEIC控制系統的精確、高效、穩定、人性化設計得到了一致好評。本文主要介紹了TMEIC過程控制系統的PASolutions平臺在熱軋薄帶鋼軋制中的應用情況。

關鍵詞：熱軋帶鋼;TMEIC;過程控制系統;PASolutions

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0041-02

0 引言

隨著社會的發展和進步，生產建設和生活中對寬薄帶鋼的需求更加明顯，但帶鋼產品嚴苛的質量標準對熱軋控制系統提出了更高的要求，TMEIC開發的過程控制平臺在大量的應用實踐中，表現出了高效、穩定、控制精確和人性化的優點，以下對TMEIC的過程控制系統進行簡要介紹。

1 PASolutions平臺

TMEIC過程控制系統基于PASolutions（Process Automation Solutions）平臺開發，PASolutions分為不同的功能模塊，這些模塊化的產品包含了過程控制系統所需的控制功能，完全滿足生產和維護的需要。 PASolutions平臺主要包括：

（1）SDB：信號數據庫，定義過程控制系統信號與PLC信號對應關系;（2）DataDictionary：定義過程控制系統中的數據結構、事件和變量;（3）IO_Services：用于過程控制系統不同進程之間的通訊;（4）IODB_Services：用于非控程序與數據庫之間通訊;（5）EGD：Ethernet Global Data，二級服務器與儀表、PLC之間數據通訊;（6）Director：板坯物料跟蹤、數據收發和處理;（7）HINT：人機交互新技術，用于二級應用服務器與HMI之間的數據通訊;（8）POND：帶鋼數據采集，采集的數據包括軋制過程數據和現場狀態信息等，采集的數據用于模型反饋、成品數據、性能預估、診斷等;（9）Gateway：用于TMEIC二級系統與其他控制系統之間數據通訊;（10）DirZilla：Director維護工具，包括跟蹤、過程數據和消息發送三部分。

通過對以上模塊進行安裝和配置，可以實現功能主要包括：

（1）系統網絡搭建，根據通訊數據的不同，可以搭建不同功能的控制網絡;（2）系統間數據通訊，以報文方式實現軋線與外圍系統之間的數據通訊;（3）物料跟蹤與板坯數據管理，通過Director可以實現對軋線物料位置的準確跟蹤和修正，并可以對板坯數據和軋制過程數據進行在線管理;（4）在線數據采集，可以實現對帶鋼軋制過程數據的采集和處理;（5）軋制節奏控制和完善的報警機制;（6）人機交互新技術，開發出滿足生產要求的人機界面;（7）對數據庫數據的高效操作。

2 過程控制系統

2.1 控制系統構成

如圖1所示，TMEIC過程控制系統硬件主要包括應用程序服務器 SCC、數據庫服務器 EDS、開發機服務器DEV、二級終端和人機界面HMI。其中，應用程序服務器SCC是整個過程控制系統的核心，PASolutions主要在SCC上運行，SCC完成帶鋼的設定數據計算和跟蹤、在線數據采集和處理以及數據通訊等功能; EDS主要是對歷史數據和信息進行存儲，這些信息包括帶鋼來料數據、成品數據、模型計算數據和設定數據，還包括軋制過程中產生的狀態信息和報警信息等。DEV具有與SCC一樣的應用程序和功能，只是運行在離線狀態，用于離線程序開發和系統優化。

根據通訊性質和功能不同，TMEIC過程控制系統包含了三個網絡，分別為LAN1（Level3）、LAN2（IOS）和LAN3（EGD）。通過將不同的系統和設備連接到相應的網絡構成完整的過程控制系統。

2.2 Level3網絡

圖1中LAN1（Level3），SCC作為軋線的應用程序服務器，需要與加熱爐二級（Fur L2）、運輸鏈二級（Convery L2）、三級（MES）、磨輥間二級（RollShop L2）和表檢系統（SIS）進行通訊。通訊信息包括：

（1）MES下發PDI數據至SCC和加熱爐系統。（2）加熱爐二級發送軋制計劃和出爐板坯信息至SCC。（3）SCC發送成品數據至MES，同時發送鋼卷入庫信息至運輸鏈系統。（4）軋輥間系統發送新輥信息到SCC，SCC將下線輥信息反饋至磨輥間系統。

SCC與外圍系統按照約定的報文格式采用TCP/IP協議進行通訊，但SCC系統內部進程之間使用IO_Services進行通訊，所以兩者之間需要對收發信息進行格式轉換，這就需要用到PASolutions的Gateway，Gateway安裝在SCC上，當外部系統信息以報文形式發送到SCC時，通過Gateway轉換為SCC可以處理的信息格式，并觸發Gateway中預定義的JOB事件對接收信息進行處理。同理當SCC向外部系統發送報文時，JOB將編輯好的報文發送至Gateway定義的通訊端口，Gateway轉換為標準的TCP/IP信息后發送到目的主機系統，從而實現了SCC與外部系統間的通訊。

2.3 IO_Services網絡

圖1中LAN2（IOS）網絡包含了過程控制系統主要的硬件和控制功能，是整個過程控制系統網絡的核心。

二級系統分為非控和模型兩部分，非控部分承擔著接口通訊、數據采集和處理、帶鋼跟蹤和數據設定等重要功能，模型部分主要是根據現場數據和來料數據進行模型計算，并根據儀表反饋數據進行模型自學習。非控進程稱為JOB，根據不同的功能開發出不同的JOB，包括TRK_JOB、GAT_JOB、MDL_JOB、PAC_JOB、HMI_JOB、MES_JOB等。JOB程序通過事件觸發，不同JOB之間或JOB程序與模型程序之間通過IO_Services進行通訊。IO_Services以Message（數據包）為基礎，通過預定義的端口（PORT）、關鍵字（SELECTOR）和數據項（DATA）可以在同一終端的不同進程之間或不同終端的進程之間通訊。通過IO_Services實現了事件觸發、事件請求、數據處理、畫面更新等功能。

非控進程與數據庫之間進行數據的存儲與讀取是通過IODB_Services實現的，當非控程序觸發IODB_Services配置文件中預定義事件后，IODBServices通過ODBC與數據庫連接，完成數據的插入、讀取、更新等操作。

PASolutions具有完善的監控和報警機制，在SCC上可以方便的對IO_Services網絡內的節點和進程狀態進行監控、啟停和診斷。使用DirZilla可以對在線帶鋼的跟蹤和數據進行維護。

2.4 EGD網絡

圖1中LAN3（EGD）為EGD網絡，連接到網絡中的所有設備都需要安裝EGD服務。EGD基于UDP/IP協議，用于SCC和L1之間以及SCC和儀表之間的數據通訊，它通過共享內存方式，實現不同節點計算機之間的數據交換，該網絡協議支持單播、組播和廣播方式。

SCC通過EGD網絡連結到接口計算機（CIS），在SCC和CIS內部各自具有一塊單獨的共享內存，這部分共享內存只用于EGD數據的存儲。SCC計算的軋機設定數據通過EGD Service下發到CIS，之后寫入CIS上的TC-Net網卡，PLC從TC-Net網卡內存中讀取相關數據用于軋機設定。同時L1采集的現場數據和狀態信息也通過CIS的EGD Service傳輸至SCC服務器，用于軋機設定計算和模型自學習。

FDT和CT溫度控制為動態控制過程，SCC與FDTC/CTC Spray Controller通訊，通過EGD服務和TC-Net將設定數據實時發送至PLC，控制機架間噴水流量和機架速度達到目標FDT;控制層冷水閥的開閉，對帶鋼全長進行精確地CT控制。

EGD網絡中包含了軋線的大型儀表，這些儀表包括寬度計、中心線測厚儀、平直度儀、多功能儀等，SCC對儀表下發設定數據，并接收儀表反饋的測量數據，這些測量數據用于反饋控制和模型自學習。

EGD通訊過程中，SCC使用的L2信號與PLC的L1信號不同，信號在通訊過程過程中需要轉換，這部分信號的對應關系在SDB中進行定義。

2.5 HMI應用

過程控制系統畫面使用Intouch軟件進行開發，Intouch具有豐富的開發工具，用戶可以通過編寫符合需要的腳本程序，開發出生動豐富的畫面系統，滿足現場生產和工藝要求。

為了實現畫面與L2系統交互的準確性和實時性，PASolutions的人機交互技術包含了HINT SERVER和HINT CLIENT兩部分，HINT SERVER安裝在SCC服務器端，用于向HMI發送事件和數據，并接收畫面的數據修改和請求;HINT CLIENT包含三種可以內嵌到Intouch系統中的控件：

HINT_PDDATA：用于對HMI接收的信息和數據進行處理;

PASDB：用于從HMI上直接讀取數據庫數據;

HINT_COMM：用于HMI和服務器JOB之間通訊。

通過內嵌控件實現了過程控制系統和HMI的無縫連接，達到了快速準確在兩個系統之間進行數據交互和畫面更新的目的。

3 結語

經過生產實踐的檢驗，TMEIC過程控制系統運行穩定、可靠。依據不同的控制功能，系統劃分為不同的網絡，結構清晰、層次分明;過程控制平臺成熟的功能保證了系統的高效穩定，完善的監控和管理工具以及人性化的人機畫面為維護和操作提供了便利。

參考文獻

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