中厚板軋線跟蹤系統的設計與開發

顧敬一

引言

軋件的跟蹤是計算機控制系統的主要功能之一。用計算機控制生產過程，關鍵是要使軋件在軋制線上的移動與該軋件的數據流完全保持一致，并能隨時存取所必須的原始數據和軋制過程出現的數據，這樣才能根據實際情況進行計算機控制。文章以某中厚板廠的自動化系統項目為背景，建立綜合自動化的跟蹤系統，為今后實現企業的自動化生產奠定基礎。通過工業以太網將生產現場孤立的設備連接，實現坯料的在線跟蹤，利用網絡，通過HMI(人機界面)及服務器對生產進行管理，實現從原料錄入到檢驗臺整個軋線加工歷程數據保存、生產信息的共享及生產數據的傳遞。從而將企業各個環節有效整合在一起，有助于企業實現資源共享。

1.總體設計

1.1 整體框架

某中厚板廠生產線布置如圖1所示，從板坯庫中運送來的板坯經過稱重后，進入到連續加熱爐進行加熱；經過加熱后的板坯需要經過高壓水除鱗，去除其表面的氧化鐵皮；然后經過3500mm軋機軋制；軋制后的板坯需要經過層流冷卻；然后需要矯直設備對其進行矯直；矯后鋼板在冷床上進行冷卻；冷后下線的鋼板經過切頭尾、切邊、定尺剪、成品標記、成品收集等工序，最后成品交貨。

圖1 生產線布置圖

設計的中厚板跟蹤系統由過程跟蹤和位置跟蹤組成，以過程跟蹤為主、位置跟蹤為輔。其中，過程跟蹤應用程序可以在跟蹤服務器中實現；位置跟蹤應用程序可以選用跟蹤服務器或PLC系統中實現。但是采用跟蹤服務器作位置跟蹤時，實時數據采集困難且通訊難度大，因此位置跟蹤在服務器中實施難度大、可行性差。而PLC系統運行可靠，安全性較高，位置跟蹤易于在PLC系統中實現。因此采用過程計算機與跟蹤服務器結合實現過程跟蹤。在過程機中負責過程控制區域的過程跟蹤，跟蹤服務器完成其他區域的過程跟蹤。因此，設計的中厚板跟蹤系統由四部分組成：跟蹤服務系統、過程控制系統、PLC系統和人機界面系統(簡稱HMI系統)，如圖2所示。

圖2 跟蹤系統總體框架

1.2 跟蹤功能層別

針對此中厚板廠的具體情況，我們把全線跟蹤功能可以分成三個層次，這三個層次分別為：位置微跟蹤、過程宏跟蹤、物料跟蹤。中厚板自動控制系統的跟蹤系統部分一般由上述的三個不同跟蹤功能系統實現，在上述的三個不同系統中，位置微跟蹤是全部跟蹤功能的基礎，得到的位置坐標信息提供給過程跟蹤功能，然后過程跟蹤服務器根據位置坐標信息實現過程跟蹤，并將過程跟蹤信息數據傳遞給物料跟蹤功能，從而在過程跟蹤信息基礎上實現全線物料跟蹤。全線跟蹤正常時，物料跟蹤功能將計劃信息和PDI數據等過程設定計算需要的數據傳遞給過程跟蹤功能，過程跟蹤功能調用模型計算等過程控制功能，并將設定數據傳遞給基礎自動化。

從各功能之間的關系可以看出，這樣的跟蹤實現層次清晰、目的明確。這種實現方式的基礎是：齊備的三級控制系統和穩定、準確運行的各個跟蹤功能。但目前國內有些中厚板廠并不具備這樣的條件，缺少了物料跟蹤功能實現的條件。而以高產量為目標的高軋制節奏強度，導致鋼板運輸等非關鍵生產環節以手動控制為主，對冷、熱金屬檢測器等微跟蹤檢測儀表依賴性低，維護不力，儀表在線完好率低，直接造成位置微跟蹤功能不能很好地投入使用。在三個跟蹤功能模塊中，物料跟蹤功能和位置微跟蹤功能兩個模塊不能很好地投入使用，以這種方式開發的全線跟蹤功能就不可能在現場得到很好通過。

對現場情況摸索和對問題原因的分析，提出全線跟蹤功能實現的總體思路，對相關聯的功能模塊，在二級過程控制系統中來實現，并可以直接從位置微跟蹤功能獲得關鍵跟蹤信息。對位置微跟蹤功能進行修改，綜合檢測儀表信號、控制信號以及軋件位置坐標等信息，產生用于過程跟蹤和物料跟蹤的關鍵跟蹤信息，如咬鋼、拋鋼、入爐、出爐等信號。這些關鍵跟蹤信息不完全依賴于自動控制狀態和檢測儀表，即使在手動控制狀態下，只要關鍵儀表工作正常也可以產生準確信號。位置微跟蹤仍然生成軋件的位置坐標信息，用于自動控制和跟蹤顯示，但不直接傳遞給過程跟蹤和物料跟蹤，這樣即使由于儀表或其他原因造成某區域位置坐標跟蹤信息有問題，也不會影響到過程跟蹤和物料跟蹤功能。修改后的功能關系如圖3所示，該方案減小了缺少MES系統對全線跟蹤實現的影響。

圖3 跟蹤功能數據流圖

2.數據通訊

根據設計的跟蹤系統，設計系統各部分采用如下通訊方式，其中跟蹤服務器或過程機與HMI服務器之間基于OPC技術通訊；跟蹤服務器或過程機與HMI服務器相互傳遞數據后，接著HMI服務器與過程機或跟蹤服務器相互交換數據；跟蹤服務器或過程機與PLC之間的通訊基于TCP/IP協議； HMI服務器和生產線各站點PLC通過組態WinCC的通訊驅動程序，選擇對應的通道單元，為該通道單元組態邏輯連接，定義變量的地址，實現兩者之間的通訊；HMI系統服務器與客戶機之間通過設置成服務器和客戶機模式，實現數據通信；PLC相互之間數據交換通過工業以太網直接實現。

3.跟蹤數據流程設計

跟蹤事件判斷模塊利用人機界面的界面按鈕觸發信息、基礎自動化的檢測信號和控制信號以及跟蹤分區信息進行跟蹤事件的判斷；在判斷得到跟蹤事件后進行跟蹤事件的處理，對跟蹤分區信息、在線軋件信息以及軋制序列信息進行修改，并傳遞到人機界面用于顯示；對控制信息進行處理，傳遞到基礎自動化。跟蹤功能的數據流圖如圖3所示：

4.結論

基于某中厚板企業的基本情況、工藝流程以及軟硬件配置，開發了實用的過程跟蹤系統，并結合實際項目情況，把由三級自動化實現的物料跟蹤功能下移，在二級自動化中實現其部分功能。

此跟蹤系統在我國某中厚板廠的過程自動化系統中得到了應用，現場應用取得較好效果。

略