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包鋼連軋不銹鋼管廠計算機控制系統(tǒng)的結構分析
發(fā)表于:2020-10-28 15:41:55

 包鋼連軋不銹鋼管廠熱軋線計算機控制系統(tǒng)采用多種型式的局域網(wǎng)絡,將Decnet、TCP/P、TPL網(wǎng)絡互聯(lián)組建成多級網(wǎng)絡系統(tǒng),采用Open VMS、Unx、Windows操作系統(tǒng)支持下的GKS、Motif、RDB、C、Fortran、LabV iew等多種語言編制開發(fā),完成多進程的實時控制,從而實現(xiàn)了過程控制和生產(chǎn)管理的自動化。


包鋼連軋不銹鋼管廠采用從意大利NNSE公司引進的五機架連軋管機組,可生產(chǎn)外徑60~245mm的各種無縫不銹鋼管,設計能力為20萬噸/年,主機潛力可達30萬噸/年。機組于2000年8月投產(chǎn),現(xiàn)生產(chǎn)能力已達20000噸/月。本套機組主體設備包括2臺管坯鋸、p35m(中徑)環(huán)形加熱爐、菌式穿孔機、五機架連軋管機、三機架脫管機、再加熱爐、12架三輥式定徑機、24架三輥式張力減徑機、步進式冷床、2臺管排鋸。熱軋線計算機控制系統(tǒng)采用多種型式的局域網(wǎng)絡和軟件結構,實現(xiàn)全自動生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)計劃管理、物流管理等功能。


一、熱軋線控制系統(tǒng)概況


 熱軋線采用二級控制系統(tǒng),包括二級計算機控制系統(tǒng)和一級計算機控制系統(tǒng),所控制區(qū)域的設備有流體系統(tǒng)、穿孔機、連軋機、芯棒循環(huán)系統(tǒng)、定徑/張減機。


 二級計算機系統(tǒng):由2臺小型機PCC(Process Control Computer)和LCC(Line Control Copmuter)組成,其中PCC完成實時數(shù)據(jù)采集及顯示、數(shù)學模型計算和設定、工藝報表生成,LCC實現(xiàn)物料跟蹤、生產(chǎn)計劃管理。


 一級計算機系統(tǒng):由2臺TCI(TPL Computer Interface)、3臺AMS(A nsaldo M icro Systm)、1臺HCCS(Hydrau lic Cap su le Control System)組成和6套PLC(GE90/70)組成。2臺TCI為二級計算機與TPL網(wǎng)的接口,是一級與二級之間數(shù)據(jù)通訊的接口設備。3臺AMS分別管理穿孔區(qū)、連軋區(qū)、定徑/張減區(qū)所屬的設備,完成通訊管理、接收二級設定值、速度給定、接收傳動診斷、采集實時數(shù)據(jù)等功能。


 HCCS實現(xiàn)機架輥縫控制、計算軋制力、頭尾削尖等功能。6套PLC分別完成流體系統(tǒng)、穿孔機、芯棒循環(huán)、連軋機、換輥、定徑張減機的邏輯控制,接收現(xiàn)場信號和控制信號的功能。系統(tǒng)采用了多種網(wǎng)絡結構和協(xié)議共存的解決方案,提供多種監(jiān)控手段和設定方式,有很好的冗余性和安全性。


二、一級計算機系統(tǒng)結構


 TCIAMS和各PLC站點通過TPL(TokenPassingLine)網(wǎng)連接,網(wǎng)上各單元均包含MM11和MM87兩塊板,MM11是站點與TPL網(wǎng)的接口,MM87實現(xiàn)信號傳輸?shù)目刂?。每個單元循環(huán)地將信息傳送到總線上,使得他們都有一個相同的全局存儲器,以保證各單元間的信息交換,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。信息的傳送按照ArCNET標準,有廣播方式和點對點兩種傳送方式。兩條相冗余的TPL網(wǎng)互為熱備,當一條發(fā)生故障時自動切換到另一條。


 TCL、AMS、開發(fā)系統(tǒng)、組態(tài)器、監(jiān)控器還通過以太網(wǎng)使用TCP/IP協(xié)議通訊,HCCS通過Bit3適配器與AMSMO2相連,還通過以太網(wǎng)使用TCP/IP協(xié)議同開發(fā)系統(tǒng)和維護終端通訊。TC、AMS、HCCS、開發(fā)系統(tǒng)硬件都采用Moto rola VMEbus系列產(chǎn)品,開發(fā)系統(tǒng)使用SYSTEMV68Unix,編程語言為C,使用Motormal68000系列微處理器,采用嵌入式Unx,將應用任務下裝到框架中獨立運行,配合使用多種接口板,構成可完成各種不同功能的應用系統(tǒng)。


 21TCI TCI是二級小型機和TPL網(wǎng)的接口,使用SCSI總線和ALPHA相連,通過TPL網(wǎng)和AMS、PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,并內(nèi)置網(wǎng)卡和開發(fā)系統(tǒng)、組態(tài)器、監(jiān)控器實現(xiàn)通訊。


 22AMS系統(tǒng)是一級的核心,內(nèi)置多塊CPU板控制多任務實時應用系統(tǒng)的運行,RAM存儲板裝載應用程序,DVME板通過RS485串行線連接電機傳動(SPD)實現(xiàn)速度給定并接收反饋,數(shù)字16、模擬o板接收現(xiàn)場傳感器來的信號,以太網(wǎng)卡和一級操作員接口(OIS)建立連接,MM87、MM11板可與二級系統(tǒng)(TCID、PLC系統(tǒng)通訊。另外,M02通過Bit3適配器與HCCS連接。


 5臺OIS(PC機)提供給操作員,可以進行預設定和調(diào)整,實時顯示來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù),確認二級的設定參數(shù),通過視頻頁來對現(xiàn)場生產(chǎn)過程進行控制。組態(tài)器(PC機)是所有信號的處理中樞,可運行于Micro soft Windows環(huán)境的ARTICS組態(tài)軟件可方便地生成各單元間交換的信號,定義下裝任務的功能,配置單元的硬件結構。監(jiān)控器(PC機)則由可運行于Micro soft Windows環(huán)境的MON ITOR軟件顯示任務狀態(tài)、變量狀態(tài)、參數(shù)設置、ID組態(tài),并可管理信息交換和進行輸入輸出強制。


 23HCCS HCCS系統(tǒng)包含多塊集成Flash Mamory的CPU板,分別存儲5個機架的應用程序,由多塊輸入和輸出模塊接收來自傳感器的信號并下達指令,以太網(wǎng)卡連接開發(fā)系統(tǒng)及維護終端,Bit3適配器與AMSMO2相連。HCCS系統(tǒng)接收二級系統(tǒng)的設定值并將軋制數(shù)據(jù)送到二級系統(tǒng)。


 HCCS系統(tǒng)可完成機架的輥縫自動控制,液壓缸報警管理,計算軋制力,實現(xiàn)AGC(自動輥縫修正)控制和頭尾削尖功能。維護終端是1臺PC機,連接到HCCS以太網(wǎng)卡,在Micro soft Windows環(huán)境下使用LabV iew軟件開發(fā),可實時顯示現(xiàn)場的V O信號,選擇執(zhí)行指令,監(jiān)視和記錄控制系統(tǒng)的重要信號,更改控制參數(shù)。


 24PLC PLC系統(tǒng)完成生產(chǎn)過程的邏輯控制,其包含的1)模板連接現(xiàn)場傳感器,DVME模板連接變頻器,實現(xiàn)和傳動的數(shù)據(jù)交換。


三、二級計算機系統(tǒng)結構


 1. 系統(tǒng)組成


  二級系統(tǒng)由2臺主機(ALPHA Server 2100)PCC、LCC和5臺終端(VXT2000)組成,通過以太網(wǎng)使用DECnet通訊協(xié)議互聯(lián),終端放在操作臺上,作為二級的人機接口(MMD。存儲應用軟件的硬盤使用DSSI線路構成磁盤陣列,實現(xiàn)應用程序共享。完成多進程的實時控制。


 2. 系統(tǒng)主要功能


 二級軟件功能主要包括數(shù)據(jù)記錄、數(shù)學模型、物料跟蹤、生產(chǎn)管理。數(shù)據(jù)記錄、數(shù)學模型由PCC完成;物料跟蹤,生產(chǎn)管理由LCC完成。


 數(shù)據(jù)采集:通過高速SCS1接口從一級系統(tǒng)以20ms為周期進行數(shù)據(jù)采集,采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)可實時顯示、存檔及調(diào)用,并可生成每根鋼管的工藝報表,以提高鋼管質(zhì)量。


 數(shù)學模型:設定模型根據(jù)每一批不銹鋼管的原始數(shù)據(jù),計算穿孔機、連軋機和定徑/張減機的設定值并下裝到一級。


 物料跟蹤:通過批爐號和芯棒代碼,保證軋制過程中能夠自動識別每一根物料,數(shù)據(jù)來源為TPL網(wǎng)。


 生產(chǎn)管理:通過輸入生產(chǎn)計劃實現(xiàn)規(guī)范的生產(chǎn)管理,并收集數(shù)量和質(zhì)量數(shù)據(jù)。


 3. 系統(tǒng)軟件結構


 二級系統(tǒng)應用軟件是在OpenVMS操作系統(tǒng)下,使用DECC語言和DEC FORTRAN語言編寫,圖形界面使用MOTF、GKS等工具制作。


四、任務間通訊的實現(xiàn)


 系統(tǒng)中每個子程序稱為任務,任務之間的通訊采用郵箱的方式,任務的基本結構如圖所示。系統(tǒng)提供一些例程(routines)方便用戶使用郵箱,這些例程可編譯為英文件,便于用戶程序調(diào)用。


五、控制系統(tǒng)的技術特點


 網(wǎng)絡便于拓展:二級、一級計算機系統(tǒng)均采用Cs網(wǎng)絡體系結構,靈活可靠,可以方便地增加客戶端進行網(wǎng)絡擴展,能夠適應多種用戶管理模式。系統(tǒng)安全可靠:采取多種措施實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性,在網(wǎng)絡局部發(fā)生故障時不影響生產(chǎn),另備份數(shù)據(jù)、設定值多重確認等手段也提高了系統(tǒng)的安全性。


 易于維護和操作:系統(tǒng)硬件和軟件均采用模塊化結構,易于開發(fā)新功能以滿足生產(chǎn)和管理的需要,客戶端操作簡單,方便靈活。生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的融合;二級系統(tǒng)既可完成數(shù)學模型的大運算量,又實現(xiàn)了生產(chǎn)管理的功能,極大地提高了勞動生產(chǎn)率和應用水平。


六、應用效果


 現(xiàn)在二級計算機系統(tǒng)已經(jīng)正式交付使用,系統(tǒng)自投入使用以來,運行穩(wěn)定,實現(xiàn)了生產(chǎn)控制和管理的全自動化。快速的網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)實時性的要求,采集的數(shù)據(jù)和計算后的工藝報表為分析和排除設備故障,提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了科學的依據(jù);數(shù)學模型功能充分體現(xiàn)了現(xiàn)代化生產(chǎn)控制運算精確的優(yōu)點;生產(chǎn)計劃和跟蹤功能提高了全廠的生產(chǎn)管理水平。為提高企業(yè)的自動化控制應用水平及產(chǎn)品的質(zhì)量奠定了良好的基礎。




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