TMEIC過程控制平臺在熱軋中的應(yīng)用

劉光

摘 要：現(xiàn)階段國內(nèi)2000mm以上帶鋼熱連軋生產(chǎn)線，大部分使用的TMEIC控制系統(tǒng)，經(jīng)過十多年的應(yīng)用，TMEIC控制系統(tǒng)的精確、高效、穩(wěn)定、人性化設(shè)計得到了一致好評。本文主要介紹了TMEIC過程控制系統(tǒng)的PASolutions平臺在熱軋薄帶鋼軋制中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：熱軋帶鋼;TMEIC;過程控制系統(tǒng);PASolutions

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

0 引言

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)建設(shè)和生活中對寬薄帶鋼的需求更加明顯，但帶鋼產(chǎn)品嚴(yán)苛的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對熱軋控制系統(tǒng)提出了更高的要求，TMEIC開發(fā)的過程控制平臺在大量的應(yīng)用實踐中，表現(xiàn)出了高效、穩(wěn)定、控制精確和人性化的優(yōu)點，以下對TMEIC的過程控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹。

1 PASolutions平臺

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

（1）SDB：信號數(shù)據(jù)庫，定義過程控制系統(tǒng)信號與PLC信號對應(yīng)關(guān)系;（2）DataDictionary：定義過程控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、事件和變量;（3）IO_Services：用于過程控制系統(tǒng)不同進(jìn)程之間的通訊;（4）IODB_Services：用于非控程序與數(shù)據(jù)庫之間通訊;（5）EGD：Ethernet Global Data，二級服務(wù)器與儀表、PLC之間數(shù)據(jù)通訊;（6）Director：板坯物料跟蹤、數(shù)據(jù)收發(fā)和處理;（7）HINT：人機(jī)交互新技術(shù)，用于二級應(yīng)用服務(wù)器與HMI之間的數(shù)據(jù)通訊;（8）POND：帶鋼數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)包括軋制過程數(shù)據(jù)和現(xiàn)場狀態(tài)信息等，采集的數(shù)據(jù)用于模型反饋、成品數(shù)據(jù)、性能預(yù)估、診斷等;（9）Gateway：用于TMEIC二級系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通訊;（10）DirZilla：Director維護(hù)工具，包括跟蹤、過程數(shù)據(jù)和消息發(fā)送三部分。

通過對以上模塊進(jìn)行安裝和配置，可以實現(xiàn)功能主要包括：

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搭建，根據(jù)通訊數(shù)據(jù)的不同，可以搭建不同功能的控制網(wǎng)絡(luò);（2）系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通訊，以報文方式實現(xiàn)軋線與外圍系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊;（3）物料跟蹤與板坯數(shù)據(jù)管理，通過Director可以實現(xiàn)對軋線物料位置的準(zhǔn)確跟蹤和修正，并可以對板坯數(shù)據(jù)和軋制過程數(shù)據(jù)進(jìn)行在線管理;（4）在線數(shù)據(jù)采集，可以實現(xiàn)對帶鋼軋制過程數(shù)據(jù)的采集和處理;（5）軋制節(jié)奏控制和完善的報警機(jī)制;（6）人機(jī)交互新技術(shù)，開發(fā)出滿足生產(chǎn)要求的人機(jī)界面;（7）對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的高效操作。

2 過程控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，TMEIC過程控制系統(tǒng)硬件主要包括應(yīng)用程序服務(wù)器 SCC、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 EDS、開發(fā)機(jī)服務(wù)器DEV、二級終端和人機(jī)界面HMI。其中，應(yīng)用程序服務(wù)器SCC是整個過程控制系統(tǒng)的核心，PASolutions主要在SCC上運行，SCC完成帶鋼的設(shè)定數(shù)據(jù)計算和跟蹤、在線數(shù)據(jù)采集和處理以及數(shù)據(jù)通訊等功能; EDS主要是對歷史數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲，這些信息包括帶鋼來料數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)、模型計算數(shù)據(jù)和設(shè)定數(shù)據(jù)，還包括軋制過程中產(chǎn)生的狀態(tài)信息和報警信息等。DEV具有與SCC一樣的應(yīng)用程序和功能，只是運行在離線狀態(tài)，用于離線程序開發(fā)和系統(tǒng)優(yōu)化。

根據(jù)通訊性質(zhì)和功能不同，TMEIC過程控制系統(tǒng)包含了三個網(wǎng)絡(luò)，分別為LAN1（Level3）、LAN2（IOS）和LAN3（EGD）。通過將不同的系統(tǒng)和設(shè)備連接到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成完整的過程控制系統(tǒng)。

2.2 Level3網(wǎng)絡(luò)

圖1中LAN1（Level3），SCC作為軋線的應(yīng)用程序服務(wù)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(tǒng)（SIS）進(jìn)行通訊。通訊信息包括：

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

SCC與外圍系統(tǒng)按照約定的報文格式采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，但SCC系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)程之間使用IO_Services進(jìn)行通訊，所以兩者之間需要對收發(fā)信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，這就需要用到PASolutions的Gateway，Gateway安裝在SCC上，當(dāng)外部系統(tǒng)信息以報文形式發(fā)送到SCC時，通過Gateway轉(zhuǎn)換為SCC可以處理的信息格式，并觸發(fā)Gateway中預(yù)定義的JOB事件對接收信息進(jìn)行處理。同理當(dāng)SCC向外部系統(tǒng)發(fā)送報文時，JOB將編輯好的報文發(fā)送至Gateway定義的通訊端口，Gateway轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP信息后發(fā)送到目的主機(jī)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了SCC與外部系統(tǒng)間的通訊。

2.3 IO_Services網(wǎng)絡(luò)

圖1中LAN2（IOS）網(wǎng)絡(luò)包含了過程控制系統(tǒng)主要的硬件和控制功能，是整個過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的核心。

二級系統(tǒng)分為非控和模型兩部分，非控部分承擔(dān)著接口通訊、數(shù)據(jù)采集和處理、帶鋼跟蹤和數(shù)據(jù)設(shè)定等重要功能，模型部分主要是根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和來料數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計算，并根據(jù)儀表反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行模型自學(xué)習(xí)。非控進(jìn)程稱為JOB，根據(jù)不同的功能開發(fā)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(fā)，不同JOB之間或JOB程序與模型程序之間通過IO_Services進(jìn)行通訊。IO_Services以Message（數(shù)據(jù)包）為基礎(chǔ)，通過預(yù)定義的端口（PORT）、關(guān)鍵字（SELECTOR）和數(shù)據(jù)項（DATA）可以在同一終端的不同進(jìn)程之間或不同終端的進(jìn)程之間通訊。通過IO_Services實現(xiàn)了事件觸發(fā)、事件請求、數(shù)據(jù)處理、畫面更新等功能。

非控進(jìn)程與數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與讀取是通過IODB_Services實現(xiàn)的，當(dāng)非控程序觸發(fā)IODB_Services配置文件中預(yù)定義事件后，IODBServices通過ODBC與數(shù)據(jù)庫連接，完成數(shù)據(jù)的插入、讀取、更新等操作。

PASolutions具有完善的監(jiān)控和報警機(jī)制，在SCC上可以方便的對IO_Services網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點和進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、啟停和診斷。使用DirZilla可以對在線帶鋼的跟蹤和數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。

2.4 EGD網(wǎng)絡(luò)

圖1中LAN3（EGD）為EGD網(wǎng)絡(luò)，連接到網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都需要安裝EGD服務(wù)。EGD基于UDP/IP協(xié)議，用于SCC和L1之間以及SCC和儀表之間的數(shù)據(jù)通訊，它通過共享內(nèi)存方式，實現(xiàn)不同節(jié)點計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持單播、組播和廣播方式。

SCC通過EGD網(wǎng)絡(luò)連結(jié)到接口計算機(jī)（CIS），在SCC和CIS內(nèi)部各自具有一塊單獨的共享內(nèi)存，這部分共享內(nèi)存只用于EGD數(shù)據(jù)的存儲。SCC計算的軋機(jī)設(shè)定數(shù)據(jù)通過EGD Service下發(fā)到CIS，之后寫入CIS上的TC-Net網(wǎng)卡，PLC從TC-Net網(wǎng)卡內(nèi)存中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)用于軋機(jī)設(shè)定。同時L1采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息也通過CIS的EGD Service傳輸至SCC服務(wù)器，用于軋機(jī)設(shè)定計算和模型自學(xué)習(xí)。

FDT和CT溫度控制為動態(tài)控制過程，SCC與FDTC/CTC Spray Controller通訊，通過EGD服務(wù)和TC-Net將設(shè)定數(shù)據(jù)實時發(fā)送至PLC，控制機(jī)架間噴水流量和機(jī)架速度達(dá)到目標(biāo)FDT;控制層冷水閥的開閉，對帶鋼全長進(jìn)行精確地CT控制。

EGD網(wǎng)絡(luò)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(fā)設(shè)定數(shù)據(jù)，并接收儀表反饋的測量數(shù)據(jù)，這些測量數(shù)據(jù)用于反饋控制和模型自學(xué)習(xí)。

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(zhuǎn)換，這部分信號的對應(yīng)關(guān)系在SDB中進(jìn)行定義。

2.5 HMI應(yīng)用

過程控制系統(tǒng)畫面使用Intouch軟件進(jìn)行開發(fā)，Intouch具有豐富的開發(fā)工具，用戶可以通過編寫符合需要的腳本程序，開發(fā)出生動豐富的畫面系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)和工藝要求。

為了實現(xiàn)畫面與L2系統(tǒng)交互的準(zhǔn)確性和實時性，PASolutions的人機(jī)交互技術(shù)包含了HINT SERVER和HINT CLIENT兩部分，HINT SERVER安裝在SCC服務(wù)器端，用于向HMI發(fā)送事件和數(shù)據(jù)，并接收畫面的數(shù)據(jù)修改和請求;HINT CLIENT包含三種可以內(nèi)嵌到Intouch系統(tǒng)中的控件：

HINT_PDDATA：用于對HMI接收的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;

PASDB：用于從HMI上直接讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù);

HINT_COMM：用于HMI和服務(wù)器JOB之間通訊。

通過內(nèi)嵌控件實現(xiàn)了過程控制系統(tǒng)和HMI的無縫連接，達(dá)到了快速準(zhǔn)確在兩個系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和畫面更新的目的。

3 結(jié)語

經(jīng)過生產(chǎn)實踐的檢驗，TMEIC過程控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。依據(jù)不同的控制功能，系統(tǒng)劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)清晰、層次分明;過程控制平臺成熟的功能保證了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定，完善的監(jiān)控和管理工具以及人性化的人機(jī)畫面為維護(hù)和操作提供了便利。

參考文獻(xiàn)

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