王燕偉

摘要：本篇文章是對某鋼廠老舊的過程控制系統(tǒng)平臺不能滿足精確化的生產(chǎn)要求，所以產(chǎn)線需要研發(fā)新的過程控制系統(tǒng)來實現(xiàn)產(chǎn)線模型化計算的淺述。本次研發(fā)根據(jù)原有的過程控制系統(tǒng)架構，設計新的模型化過程控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可根據(jù)參數(shù)的設定來實現(xiàn)定制化生產(chǎn)。

關鍵詞：過程控制系統(tǒng) 模型化

引言

智能制造是當今制造業(yè)變革的大勢所趨，生產(chǎn)過程的自動化系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行是實現(xiàn)智能制造的重要基石。在以鋼鐵企業(yè)為代表的制造型企業(yè)中，目前大多存在產(chǎn)線時間長，系統(tǒng)老舊的情況，并且不能完美實現(xiàn)定制生產(chǎn)品。為此，如何使得老舊產(chǎn)線以最小的成本保持相對穩(wěn)定的生產(chǎn)，是企業(yè)管理者面臨的一大問題。冶金行業(yè)相關生產(chǎn)制造技術和設備控制水平的要求逐漸提高，用戶對于冷軋的帶鋼質(zhì)量的要求也逐步提高。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)越來越重視產(chǎn)線二級過程控制系統(tǒng)。因此如何提高帶鋼的質(zhì)量、產(chǎn)量及產(chǎn)線自動控制技術水平，如何采用現(xiàn)代化的控制方法來滿足生產(chǎn)工藝的要求。

本文以國內(nèi)某鋼冷軋廠1#鍍鋅產(chǎn)線二級系統(tǒng)為平臺，進行自動化二級系統(tǒng)的研發(fā)。此鋼廠鍍鋅產(chǎn)線原有系統(tǒng)不能滿足產(chǎn)線更加精確化的生產(chǎn)需求，而且隨著鋼產(chǎn)品轉型升級，產(chǎn)線需要更多的模塊來實現(xiàn)產(chǎn)線模型計算、帶鋼跟蹤等功能。決定自主開發(fā)研制一款通用的自動化二級系統(tǒng)，以期在提高產(chǎn)線自動化控制水平的基礎上提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，同時實現(xiàn)技術創(chuàng)新和自主管理。

1總體設計思路

本項目成果結合產(chǎn)線現(xiàn)場管理模式、自動控制理論款件工程理論、PC與PLC通訊技術、網(wǎng)絡通訊及信息化技術，引用當前最先進的軟件架構理念，通過對生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)狀態(tài)跟蹤、讀寫PLC、軋制力計算、設備控制、大數(shù)據(jù)處理、EXCEL報表自動生成等核心技術的研究與突破，形成具有完全自主知識產(chǎn)權的通用二級非控平臺系統(tǒng)（不包括控制模型），將某鋼廠產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)面貌煥然一新，由此堅實地步人根據(jù)需求靈活定制的智能制造時代。

2系統(tǒng)總體結構

二級系統(tǒng)（ Leve12）作為一級與三級系橋梁紐帶，其業(yè)務內(nèi)容是不可或缺的，并且隨著信息化的大發(fā)展，二級系統(tǒng)功能性不斷增強，作為自動化和信息化的紐帶層，其業(yè)務的重要性不斷提升。

通用二級非控平臺的開發(fā)實現(xiàn)基于微軟公司的.NET框架，采用c#高級語言，數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)共享采用oracle lOg數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)各個核心功能模塊采用windows消息機制進行通訊。主要模塊有通訊模塊、生產(chǎn)計劃管理，上線跟蹤管理，班組管理，PDO報表管理、停機管理等模塊?；谙到y(tǒng)整體設計思路，整個系統(tǒng)分兩級，分別是數(shù)據(jù)通訊級和數(shù)據(jù)處理級，數(shù)據(jù)處理級包括生產(chǎn)計劃管理、上線跟蹤管理，班組管理，PDO報表管理、停機管理等模塊。為保證二級系統(tǒng)運行安全可靠，級與模塊之間交錯控制，級與級之間通過TCP/IPsocket進行數(shù)據(jù)交互，模塊與模塊之間通過數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)共享進行數(shù)據(jù)交互，操作顯示畫面采用WindowsForm程序。

3系統(tǒng)功能模塊

不論是煉鐵、煉鋼工藝，還是熱軋、冷軋工藝，為了實現(xiàn)產(chǎn)線級的優(yōu)化控制完整的產(chǎn)線二級控制系統(tǒng)功能均可細致劃分為通訊管理、PDI生產(chǎn)計劃管理、上線跟蹤管理、設定值管理、班組管理、PDO報表管理、停機管理等基本功能模塊及根據(jù)產(chǎn)線需求定制的模型管理、數(shù)據(jù)分析等擴展模塊。因為產(chǎn)線工藝流程的不同及產(chǎn)線設備機械工作原理的不同，控制模型模塊、數(shù)據(jù)分析模塊只能作為通用非控平臺的擴展功能。

因為產(chǎn)線工藝的特異性，不同工藝擁有不同服務于精準生產(chǎn)控制的數(shù)學模型，無法通用，所以，模型模塊不作為通用二級非控平臺的基本組成部分，而是作為擴展功能單獨開發(fā)。每次平臺推廣應用，都會首先進行數(shù)據(jù)采集，為針對產(chǎn)線設備進行相應模型研究做準備。隨后，經(jīng)過產(chǎn)線模型的研究開發(fā)，再利用平臺提供的模型管理接口，建立模型模塊的擴展。

本項目成果吸收某鋼廠一鍍鋅產(chǎn)線原有簡易指導模型，結合相關機理模型理論，重新設計開發(fā)了一套冷軋鍍鋅線生產(chǎn)工藝模型。此套模型主要包含鍍鋅線26個工藝參數(shù)設定值的計算。首先根據(jù)帶鋼的入口鋼種和出口鋼質(zhì)進行智能分類把屬性相近的加工對象加以聚類。然后，針對每個工藝參數(shù)建立了關于鋼種組、帶鋼厚度和帶鋼寬度等相關自變量的分段線性函數(shù)，完成一整套數(shù)學模型的函數(shù)表達。最后可根據(jù)不同產(chǎn)品的需求，來設定參數(shù)，可以實現(xiàn)智能化定制生產(chǎn)產(chǎn)品。

4設定值功能

二級系統(tǒng)另外一個重要功能是實現(xiàn)生產(chǎn)過程設定值計算和下發(fā)。設定值是二級過程控制系統(tǒng)的關鍵所在，設定值的合理與否直接影響著帶鋼能否正常生產(chǎn)。該平臺基于產(chǎn)線的生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)，建立了參數(shù)表，并基于這些參數(shù)表格設計設定值計算模型和算法為每一卷鋼卷計算設定值，經(jīng)過系統(tǒng)判定和操作工校正后，最終下發(fā)給PLC系統(tǒng)。

設定值預計算：二級系統(tǒng)在接收到三級下發(fā)的新計劃時，由后臺程序進行自動計算，計算的設定值存入設定值歷史數(shù)據(jù)庫。同樣，支持操作工手動增加的鋼卷、修改生產(chǎn)狀態(tài)或者PDI數(shù)據(jù)的鋼卷進行自動計算設定值，即設定值的重新計算功能。

設定值自動檢驗與報警：根據(jù)現(xiàn)場設備情況，首先進行設定值的上下限設定，即所有對應到設備上的參數(shù)均有范圍，不能過大也不能過小。預計算產(chǎn)生的設定值要經(jīng)過自動判定，符合要求的設定值通過綠色指示燈標識，不符合要求的設定值用紅色指示燈標識。

設定值手動校正：針對紅色指示燈標識的鋼卷，操作工需要手動點擊設定值按鈕，進入設定值修改畫面，出現(xiàn)錯誤的設定值同樣會以紅色警告，操作工可以進行修改。修改后的設定值會重新下發(fā)給一級PLC。

設定值下發(fā)：對于計算無報警的設定值，會根據(jù)一級能夠接收的數(shù)據(jù)緩存容量自動下發(fā)。

5總結

冶金行業(yè)中老舊產(chǎn)線繼續(xù)相對穩(wěn)定高效的，并實現(xiàn)定制化生產(chǎn)，是企業(yè)的迫切需求。主要依靠經(jīng)驗的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式已經(jīng)很難滿足現(xiàn)在生產(chǎn)對產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率的要求，利用二級過程控制系統(tǒng)的數(shù)學模型自動計算得到生產(chǎn)過程控制中需要的工藝參數(shù)設定值，現(xiàn)場執(zhí)行機構根據(jù)設定值對相應設備進行調(diào)整控制，以期得到符合客戶質(zhì)量要求的成品帶鋼。模型化技術的應用為實現(xiàn)這一目的提供了可能性。此過程控制模型化系統(tǒng)在鍍鋅產(chǎn)線成功應用，為打造智能制造工廠實現(xiàn)定制化生產(chǎn)打下了基礎。

舊系統(tǒng)缺乏準確的工藝參數(shù)指導，模型研究立足于本項目成果通用非控平臺的推廣應用，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，逐漸深入研究不同產(chǎn)線的工藝模型。通過二級系統(tǒng)設計改造，完善了生產(chǎn)計劃管理功能，實現(xiàn)了與三級生產(chǎn)計劃的完全同步，極大的減輕了操作工手動輸入計劃的工作量;優(yōu)化了張力設定參數(shù)算法，張力控制更加穩(wěn)定;出口增加的二級客戶機，自動生成PDO數(shù)據(jù)，不再需要操作工手動錄入;自主開發(fā)大大提高了系統(tǒng)的靈活性，并且根據(jù)需求開發(fā)了許多定制化的功能，從而實現(xiàn)智能化工廠的定制化生產(chǎn)的需求。

參考文獻

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