一種基于冷連軋機組的兩級自動化系統研究

吳曉輝,耿運祥，李 芳，張新躍

WU Xiao-hui,GENG Yun-xiang,LI Fang,ZHANG Xin-yue

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

1 系統的設計構想

國內較先進的冷連軋機組控制系統多數從國外引進，我們在消化吸收國外先進經驗的基礎上，力求研制一套適用于大型冷連軋成套裝備的兩級自動化控制系統。在設計和開發階段，主要基于以下原則：

1）系統架構設計的合理性，保證安全、快速和穩定；

2）系統具有開放性，采用易于擴展的軟硬件配置，便于系統的維護和升級；

3）系統層次清晰，任務分工明確，便于協調管理，易于調試；

4）功能模塊化，不同的CPU控制不同的設備，完成不同的功能，提高開發速度，分擔開發風險；

5）二級自動化系統要具有較完善的數據庫功能，通過運用靈活的通訊配置構成一個資源共享、并發同步的系統環境。

2 系統組成

該自動化控制系統是一個典型的分級控制系統，包括基礎自動化級和過程自動化級。

2.1 基礎自動化級

基礎自動化級采用一臺高性能控制器SIMATIC TDC，主要完成AGC控制和板形控制等；四臺SIMATIC S7-400系列可編程控制器，一臺完成主傳動張力和速度控制，另外三臺分別負責開卷段、主軋段及卷取段各段的輔助設備、工藝泵站和液壓氣動系統、傳感器及儀表等現場設備的控制和信號采集。

基礎自動化級設備一方面通過工業以太網與過程自動化級進行信息交互；另一方面，通過PROFIBUS-DP網與分散在現場的ET200遠程站及調速裝置進行數據交換，結構圖如圖1所示。

圖1 基礎自動化系統結構圖

2.2 過程自動化級

過程自動化級由兩臺服務器和三臺工業控制計算機組成。它通過以太網交換機與基礎自動化和人機界面（HMI）進行數據交換，其結構圖如圖2所示。

其中，兩臺服務器采取互為冗余的模式，主要完成數據歸檔、存儲，與局域網中其它計算機系統的信息交換等功能。三臺過程控制計算機，一臺完成原始數據的接收和管理、工藝數據的監控、軋件自動跟蹤等功能；一臺計算機完成軋制規程庫的建立、軋制規程優化計算、在線數據設定及發送等，另外一臺計算機完成故障診斷、報警顯示、報表打印等。

圖2 過程自動化系統結構圖

圖3 兩級自動化系統軟件結構圖

3 軟件架構

本控制系統軟件是基于WINDOWS SERVER2003操作系統上，采用Visual C#作為語言模型與通訊開發平臺，應用SQL Server 2000 作為后臺數據服務器，使用面向對象的設計模式開發的。在多線程結構設計的基礎上，采用了一種將通訊進程和模型進程相分離的兩級進程結構。如圖3所示，該結構中各個模塊線程相互獨立，進程之間通過事件觸發消息，經由共享內存傳遞數據，結構清晰，調試維護方便。

其中，通訊進程負責與PLC和HMI通訊，通過可隨時修改的標簽實現對通訊變量的管理，并可以對接收數據進行實時記錄和查看；通訊進程可以按照設定的通訊變量自動產生與模型進程聯系的數據結構，建立與模型進程之間的標準通訊接口，并實現對觸發事件的封裝；模型進程中的跟蹤調度模塊負責對通訊進程傳遞的事件進行解釋處理，協調數據管理模塊和過程計算模塊的運行，調度進程中的事件。

此種結構不用考慮具體數據的外部來源，通訊進程和模型進程各負其責，簡化了過程控制模型的調試工作。

4 結論

冷連軋生產工藝復雜，開發大型冷連軋兩級自動化控制系統是一項復雜的任務，不僅要保證系統的計算和控制精度，同時要協調好基礎自動化、人機界面與過程自動化之間的通訊關系。本文作者基于工業以太網，實現了通訊進程和模型進程的兩級進程軟件結構，簡化了過程控制軟件的編程和維護，縮短了調試時間，大大提高了工作效率。