隨著鋁材應(yīng)用范圍越來越廣,市場對熱軋鋁 帶的質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格,而國內(nèi)鋁熱軋機自動化 水平低造成的鋁熱軋生產(chǎn)不穩(wěn)定,使得生產(chǎn)效率 與產(chǎn)品質(zhì)量成為制約鋁材生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的瓶頸。 據(jù)調(diào)查,截止到2006 年,國內(nèi)單機架雙卷取 鋁熱軋機共有13臺,其中大部分是由洛陽有色金 屬加工設(shè)計研究院設(shè)計制造[ 1 ] 。目前此機型軋機 不具有完善的過程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),不能為模型設(shè) 定等過程控制系統(tǒng)提供有效的過程數(shù)據(jù),也不能 為工藝人員和維護(hù)人員提供高效的數(shù)據(jù)支撐。針 對此現(xiàn)狀,蘇州有色金屬研究院有限公司研發(fā)了 針對單機架雙卷取機型的熱軋數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),該 系統(tǒng)已成功應(yīng)用于一家鋁加工企業(yè),并已向其他 有色加工企業(yè)推廣。作者以某鋁廠2 400mm單機 架雙卷取鋁熱軋機為例,介紹熱軋數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 的功能及特點。
1 系統(tǒng)背景
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是中鋁科技發(fā)展基金項目——— 單機架雙卷取熱軋工藝控制模型及其系統(tǒng)開發(fā)的一部分。該項目由蘇州有色金屬研究院有限公司 于2006年開始實施,前期主要進(jìn)行工藝控制模型 的開發(fā),數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)從2008年1月開始設(shè)計實 現(xiàn)。該項目以某鋁加工企業(yè)2 400mm單機架雙卷 取熱軋機為系統(tǒng)實施對象,該熱軋機控制系統(tǒng)由 西門子公司的Simatic S72400, Simatic S72300系列 PLC ,各種傳感器以及一些采集卡組成,同時檢測 主機、開卷機、卷取機以及操作臺等現(xiàn)場數(shù)據(jù),將 軋制壓力、張力、速度等模擬量或數(shù)字量信號以及 運行、停止等開關(guān)量信號,分別通過電纜和現(xiàn)場總 線送入PLC。該廠單機架雙卷取熱軋機沒有配套 的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng),現(xiàn)場生產(chǎn) 以工藝人員編制的軋制規(guī)程為主,生產(chǎn)過程中操 作人員可人工修改軋制規(guī)程和控制參數(shù),產(chǎn)品質(zhì) 量不穩(wěn)定。2008 年3 月對該軋機進(jìn)行了技術(shù)改 造,采用了由蘇州有色金屬研究院設(shè)計的鋁熱軋 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
一般熱軋二級過程控制系統(tǒng)從功能上講主要 包括模型和非模型兩部分,其中模型部分功能主 要是指各種工藝控制模型的設(shè)定計算、自學(xué)習(xí)和 軋制規(guī)程的自動計算,是過程控制系統(tǒng)的核心功 能;非模型部分包括初始數(shù)據(jù)的獲取、物料跟蹤、 時序控制、實時數(shù)據(jù)的采集和處理、人機界面 (HM I)以及與其他系統(tǒng)(L1 /L3)的通信。[ 2 ] 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成非模型部分的功能, 它與工藝控制模型結(jié)合起來就初步建立了單機架 雙卷取熱軋機過程控制系統(tǒng)。因此根據(jù)過程控制 系統(tǒng)中非模型部分的功能要求設(shè)計數(shù)據(jù)管理系 統(tǒng)。
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為兩層:數(shù) 據(jù)采集層和數(shù)據(jù)管理層。數(shù)據(jù)采集層的主要功能 是將現(xiàn)場信號通過放大、隔離、濾波處理后,轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號,向過程控制系統(tǒng)傳遞。數(shù)據(jù)管理層 的主要功能是完成軋制過程中實時數(shù)據(jù)和工藝數(shù) 據(jù)的歸檔、監(jiān)控、備份等工作,還要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 以及設(shè)定參數(shù)、規(guī)程和自學(xué)習(xí)參數(shù)的在線歸檔與 調(diào)用。
數(shù)據(jù)采集層硬件主要利用現(xiàn)場已有的PLC, 傳感器以及采集卡等設(shè)備, PLC模塊主要包括控 制模塊, I/O模塊和以太網(wǎng)通信模塊[ 3 ] 。數(shù)據(jù)管理 層由一臺IBM服務(wù)器和一臺PC客戶機組成,數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng)軟件選用西門子公司的過程監(jiān)控軟件 W inCC,利用其集成的SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫[ 4 ] , 實現(xiàn)過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理功能, 編程軟件采用 Step 7和VC,服務(wù)器采用Windows 2000 Server操 作系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)功能
根據(jù)熱軋過程控制系統(tǒng)對非模型部分的功能 要求以及現(xiàn)場的實際要求,可將數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功 能分為兩個部分:數(shù)據(jù)流管理以及數(shù)據(jù)的歸檔、分 析和查詢。數(shù)據(jù)流管理包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、 軋線跟蹤、設(shè)定參數(shù)和規(guī)程計算模型調(diào)用,數(shù)據(jù)流 管理旨在為過程控制系統(tǒng)提供一個完整流暢的數(shù) 據(jù)流通環(huán)境。數(shù)據(jù)的歸檔包括現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)的人 工歸檔和自動歸檔、報警的歸檔、設(shè)定參數(shù)的歸 檔、計算規(guī)程的歸檔以及自學(xué)習(xí)系數(shù)的歸檔;數(shù)據(jù) 的分析主要是根據(jù)歸檔的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析帶材的成 品率、厚差分布、生產(chǎn)效率等參數(shù);數(shù)據(jù)的查詢主 要有兩種形式:報表和歷史曲線,用戶可根據(jù)需要 選擇某種形式。
311 數(shù)據(jù)流管理
數(shù)據(jù)流管理的目的在于實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)流通。數(shù)據(jù)流向主要有兩個方向:一級自動 化系統(tǒng)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)到達(dá)模 型設(shè)定模塊;模型設(shè)定模塊通過模型計算得到的 規(guī)程和設(shè)定值經(jīng)過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)到達(dá)一級自動化 系統(tǒng)(如圖1所示) 。數(shù)據(jù)流管理包括以下功能: 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、軋線跟蹤、設(shè)定參數(shù)和規(guī)程 計算模型調(diào)用。
(1)數(shù)據(jù)采集。W inCC與現(xiàn)場控制PLC (厚度 調(diào)節(jié)PLC和傳動控制PLC)建立以太網(wǎng)通信聯(lián)系, 實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的采集。
(2)數(shù)據(jù)處理。過程生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要作為規(guī)程 在線自學(xué)習(xí)的參數(shù),根據(jù)規(guī)程在線自學(xué)習(xí)的要求, 在每塊坯料軋制結(jié)束后,把每道次穩(wěn)定軋制狀態(tài) 下的參數(shù)如軋制力、軋制速度、軋制力矩、帶材溫 度等作為自學(xué)習(xí)的輸入?yún)?shù)。一般軋制過程包括咬入、升速、穩(wěn)定軋制、降速和拋出,因為軋制過程 可能出現(xiàn)異常狀況,因此直接采集的數(shù)據(jù)不能用 做自學(xué)習(xí)的輸入?yún)?shù)。本數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用的方 式為:軋制開始后, 以250 ms為周期連續(xù)采集參 數(shù),利用統(tǒng)計的方法將采集到的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析,剔除帶頭、帶尾、升降速階段以及異常數(shù)據(jù),找 到最能代表該道次穩(wěn)定軋制的一組數(shù)據(jù),將該條 數(shù)據(jù)存儲到參數(shù)表中,然后,以同樣方式處理其他 道次數(shù)據(jù)。當(dāng)這個坯料的所有加工道次結(jié)束后, 從參數(shù)表中取出穩(wěn)態(tài)軋制數(shù)據(jù)作為軋制規(guī)程在線 自學(xué)習(xí)的輸入?yún)?shù)。
(3)軋線跟蹤。對軋件進(jìn)行跟蹤是該數(shù)據(jù)管 理系統(tǒng)的重要功能之一,也是實現(xiàn)過程控制系統(tǒng) 模型設(shè)定必須具有的功能。跟蹤的目的是確定軋 件在生產(chǎn)線上的工藝位置和相關(guān)狀況,以便在規(guī) 定的時序啟動相關(guān)設(shè)定程序,如發(fā)出板坯出爐信 號觸發(fā)軋制規(guī)程的預(yù)設(shè)定。根據(jù)過程控制系統(tǒng)的 設(shè)定要求,在一級自動化系統(tǒng)中定義信號量,根據(jù) 不同信號量的變化狀態(tài)確定板坯的工藝位置。
(4)設(shè)定參數(shù)和規(guī)程計算模型調(diào)用。反映板 坯工藝位置的信號量發(fā)生變化時, 會實時傳到 WinCC中定義的對應(yīng)變量, OPC Client隨時監(jiān)控 WinCC中變量的狀況,一旦信號量的狀態(tài)表明需 要調(diào)用模型設(shè)定模塊時,OPC Client就會調(diào)用模型 設(shè)定模塊進(jìn)行計算。計算結(jié)束后,OPC Client將計 算結(jié)果傳給WinCC, WinCC 將設(shè)定參數(shù)如軋制 力,并由軋制規(guī)程下傳給一級控制PLC。[ 5 ]
312 數(shù)據(jù)歸檔、分析和查詢
31211 數(shù)據(jù)歸檔
該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)利用SQL Server 2000作為數(shù) 據(jù)歸檔的數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔功能[ 6 ] 。針對系 統(tǒng)功能設(shè)計中提出的數(shù)據(jù)歸檔、分析和查詢功能, 規(guī)劃出數(shù)據(jù)庫所要存儲的幾類變量,如圖2所示。
有些數(shù)據(jù)只需存儲一次或不定期更新,有些 數(shù)據(jù)要進(jìn)行處理后才能被應(yīng)用,這種類型數(shù)據(jù)就 比較適合人工歸檔。系統(tǒng)中除過程實測數(shù)據(jù)采用 自動歸檔外,其他歸檔均采用人工歸檔的方式實 現(xiàn)。自動歸檔數(shù)據(jù)中包括報警信息和生產(chǎn)過程參 數(shù)(如電動機電流、電壓、功率、軋制力、軋制速度 等)的報警信息。
(1)自動歸檔
軋制過程中傳感器測量的數(shù)據(jù)首先到達(dá) PLC,然后通過以太網(wǎng)傳至上位機,上位機選擇性 地保存過程監(jiān)控所需數(shù)據(jù),在WinCC的變量記錄 下設(shè)置歸檔變量和參數(shù)。對于每道次軋制過程不 變的量如入口厚度、出口厚度等原始參數(shù),可以設(shè) 置相對較長(2s)的歸檔周期或采用根據(jù)變量變化 的歸檔方式(即只有在歸檔變量發(fā)生變化時才歸 檔) ;對于軋制過程中隨時變化的量如軋制力、軋 制速度、主機電流、主機功率等設(shè)置比較短的歸檔 周期(500 ms) ,這樣區(qū)別對待不同特性的數(shù)據(jù)可 以有效減少計算機內(nèi)存和磁盤空間的占有量。自 動歸檔的數(shù)據(jù)可以作為趨勢顯示的數(shù)據(jù)源,在趨 勢顯示的人機界面中,用戶可以通過時間來查詢 數(shù)據(jù)。在一個界面中可以同時顯示幾個變量的過 程值,這樣使用戶直觀了解生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的變化 情況,對異常狀況作出快速判斷,減少故障停機時 間,提高生產(chǎn)效率。
報警消息的采集和歸檔可利用W inCC的報警 記錄編輯器來實現(xiàn),使用WinCC Alarm Control顯 示報警信息。
（轉(zhuǎn)載）
