X-P A C T嵌入式系統在MP M軋機上的應用

王偉元

（華菱衡陽鋼管集團有限公司，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

X-P A C T嵌入式系統在MP M軋機上的應用

王偉元

（華菱衡陽鋼管集團有限公司，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

本文主要介紹衡鋼3 4 0分廠H C C S系統升級后的系統結構及軟硬件配置，通訊方式、H G C和A G C的工作原理，工程應用表明X-P A C T系統穩定可靠，極大提高了產品的壁厚精度。

基礎自動化；A G C；嵌入式系統；伺服閥

衡鋼集團3 4 0分廠MP M連軋機組由S MSI NNS E公司設計制造，設計產能5 0萬噸，熱軋生產線主要工藝設備有C T P錐形穿孔機，5機架MP M限動芯棒連軋機，S M定徑機和兩座加熱爐，經過近1 0年運行后HC C S系統控制器性能下降，經常出現死機崩潰現象，嚴重影響了正常生產。近幾年公司對該系統進行了升級改造，將原系統改造為I NNS E公司最先進的X-P A C T集散嵌入式控制系統，與公司的生產過程管理系統構成三級自動化控制系統，本文主要介紹L 1（HC C S自動控制系統）和L 2（P S S 過程自動化系統）。

1 系統構成

1.1 系統硬件配置

圖1為系統架構圖，HC C S系統以A P C 8 1 0控制器為核心，A P C 8 1 0是一臺嵌入式計算機，由I NNS E公司特殊定制，C P U芯片采用I n t e l C o r e D u o 7 5 0 0 1.0 6 G h z 6 4位處理器，主板支持1×P C I E x p r e s s，2×P C I，分別配置P r o f i b u s c a r r i e r卡、P D A F o b I/O卡和E t h e r n e t擴展卡。以A P C為核心向外輻射四條網絡，分別為工業以太網 E t h e r n e t、F i b e r Op t i c光纖高速網、P r o f i b u s-D P和E t h e r C A T n e t。工業以太網 E t h e r n e t承擔大數據傳輸，如工模具參數、軋制表、爐批號等，并連接L 1和L 2實現兩級系統的互聯。F i b e r Op t i c光纖高速網用于A P C和P D A S e r v e r通訊，信息流為單向傳輸，以2 ms的采樣周期實時獲取HC C S系統的各種信息，如壓力、位置、狀態等。P r o f i b u s-D P連接E T 2 0 0 M從站，用于控制小艙的常規電磁閥（快開閥、鎖閥等）。E t h e r C a t n e t專用于A P C和E t h e r C a t I/O之間通信，E t h e r C a t I/O為實時I/O模塊，信號采樣時間小于2 ms，小艙的位置檢測、主油缸的壓力和伺服閥的控制均由該類型模塊實現。

圖1 系統架構框圖

L 2系統設計以P S S S e r v e r為核心，服務器采用HP D L 3 8 0 G 8高性能主機，S A S C o n t r o l l e r RA I D磁盤陣列結構，設計兩臺C l i e n t P C，通訊協議為T C P/I P。P S S S e r v e r實現P L A NT Ne t w o r k和MP M Ne t w o r k的互聯互通，與基礎自動化B A S、質量檢測系統QA S及液壓小艙輥縫控制系統HC C S通過大型交換機S w i t c h與P S S進行大數據交換通訊。

1.2 軟件配置及功能

A P C 8 1 0操作系統為V x Wo r k s，運行L o g i C A D 5.2圖形化編程軟件，軟件可完成系統硬件組態、編程和故障診斷。P S S S e r v e r使用 L i n u x E n t e r p r i s e S e r v e r S P 3，數據庫采用 My S q l S e r v e r 5.0，軟件開發環境為E c l i p s e 4.2?？蛻舳瞬僮飨到y為Wi n d o w 7 P r o f e s s i o n a l，安裝J a v a Ru n t i me E n v i r o n me n t（J RE）1.6運行環境。P S S S e r v e r軟件由兩個主應用程序組成，即B URS T和A p p l i c a t i o n S e r v e r。B URS T就是一個T C P/I P服務，支持從L 1獲取MP M軋機在生產時的實時軋制數據并執行相關功能，A p p l i c a t i o n S e r v e r允許在在線模式和測試模式下運行工藝數學模型。

圖2 HGC控制功能圖

2 H G C控制原理

HC C S系統主要實現如下功能：小艙位置的控制、軋制力計算、小艙位置同步控制、軋制過程中自動輥縫控制、伺服閥零飄調整、位移傳感器位置自動校零、報警和事件信息處理以及與B A S，P S S系統間的信息交換。HC C S的核心就是HG C控制系統，圖2為HG C控制功能圖，其中RE G UL A T OR為A G C（自動輥縫控制內核）。HG C的控制對象就是伺服閥，在位置閉環控制系統有四個反饋信號即：小艙的實際位置（P o s i t i o n T r a n s d u c e r）、有桿腔壓力（Ro d P r e s s u r e）、無桿腔壓力（P i s t o n P r e s s u r e）和伺服閥閥芯實際位置（S e r v o S p o o l），在軋機正常工作時壓力信號通過A/D轉換器變換后送給軋制力計算模塊（F o r c e C a l c u l a t i o n），計算出來得實際軋制力分量（A c t u a l F o r c e）傳給反饋信號計算模塊（F e e d b a c k C a l c u l a t i o n），位移傳感器的脈沖信號通過計數模塊轉換成位置信號分量（A c t u a l P o s i t i o n）送給反饋信號計算模塊，F e e d b a c k C a l c u l a t i o n模塊綜合實際位置和壓力作為總的反饋值與輥縫給定值（G a p Re f e r e n c e）相加后得到的修正值傳輸給A G C調節器（RE G UL A T OR），A G C調節器輸出的數字信號通過D/A轉換器變換成電流信號直接驅動伺服閥實時動態調節小艙主油缸的位置。其實A G C的功能就是用于補償機架的彈性變形，彈性變形量由檢測出來得軋制力計算得出，該分量可與實測的位置疊加去控制軋機的輥縫，通過計算整套機架的平均彈性變形量優化相應的數學模型，得出的分量作為輥縫修正后的給定值。

3 工程應用效果

X-P A CT集散嵌入系統運行兩年來故障率幾乎為零，系統穩定可靠，對提升熱軋鋼管質量提供了重要硬件支撐，極大地提高了公司的自動化控制水平和企業市場競爭力，通過該系統的應用，衡鋼集團通過了道達爾、雪佛龍等世界知名石油公司認證。

4 結語

I NNS E公司開發的A P C自動控制計算機具有響應速度快、兼容性好、支持各種主流現場總線協議和擴展方便等優點，系統引入冗余設計極大地提高系統穩定性，在A P C 1發生故障時X-P A C T系統可以快速切換到A P C 2工作，因此該系統非常值得推廣。

[1]I NNS E X-P a c t P r o B A S A u t o m a t i o n 2 0 0 8.

[2]郇極.工業以太網現場總線E t h e r C A T驅動程序設計及應用[M]北京航空航天大學出版社 2 0 1 0.

[3]魏克新.自動控制綜合應用技術——嵌入式控制器、P L C、變頻器、觸摸屏、工控機、組態軟件[M].機械工業出版社，2 0 1 2.

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