五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、計(jì) 算 機(jī) 工 程 第 35 卷 第2期Vol.35 No.2 Computer Engineering ·工程應(yīng)用技術(shù)與實(shí)現(xiàn)·文章編號：10003428(2009)02024502文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A2009年1月January2009中圖分類號：TP273五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)李 強(qiáng)，方一鳴，陳 剛，韓永成(燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，秦皇島 066004)摘 要：以某廠1 450 mm五機(jī)架冷連軋機(jī)為設(shè)計(jì)對象，采用西門子公司的WinCC組態(tài)軟件為平臺，設(shè)計(jì)該軋機(jī)的二級監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要分為軋制規(guī)程計(jì)算、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫及生產(chǎn)報(bào)表、退出系統(tǒng)4部分，包括了五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)

2、控系統(tǒng)的所有基本功能。該系統(tǒng)功能完善、界面友好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：五機(jī)架冷連軋機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)軟件；通信測試Design and Implementation of Monitor Systemto Five-stand Cold Tandem Rolling MillLI Qiang, FANG Yi-ming, CHEN Gang, HAN Yong-cheng(College of Electric Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004)【Abstract】Taking the 1 450 mm five-stan

3、d cold tandem rolling mill as designed object, this paper usesthe WinCC configurable software ofSiemens Company as the design flat roof to design the second-level monitor system of this rolling mill. The system has four parts, includungthecalculation of rolling schedule, human-machine interface, dat

4、abase and production report forms, and exit system. These parts include all the basicfunctions of the monitor system to the five-stand cold tandem rolling mill. The system has consummate functions and friendly interfaces, and reachesthe design requests.【Key words】five-stand cold tandem rolling mill;

5、 monitor system; configurable software; communication test1 概述五機(jī)架冷連軋是目前軋鋼領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的一種軋制方式，對于帶鋼冷連軋生產(chǎn)線，除了保證五機(jī)架連軋機(jī)主體設(shè)備與其他設(shè)備密切配合和步調(diào)一致外，還要保證五機(jī)架冷連軋機(jī)的輥縫控制、厚度控制、軋制力控制、張力控制、速度控制、板形控制的順利進(jìn)行。對于五機(jī)架冷連軋機(jī)生產(chǎn)線的復(fù)雜操作，通常設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)對生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控，目前對于上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)普遍采用2種方法：(1)采用VB或VC高級編程語言設(shè)計(jì)界面并編寫程序?qū)崿F(xiàn)；(2)采用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。這2種方法各有利弊，采用高級編程語言設(shè)

6、計(jì)系統(tǒng)可以降低成本，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對程序編寫人員的要求較高，影響開發(fā)周期，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可擴(kuò)展性較?。欢M態(tài)軟件雖然成本略高，但操作簡單，能夠節(jié)省大量編程時(shí)間從而縮短開發(fā)周期，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性且適應(yīng)面較廣1-6。本文采用西門子公司的WinCC組態(tài)軟件作為設(shè)計(jì)平臺，設(shè)計(jì)了某廠1 450 mm五機(jī)架冷連軋機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。軋制規(guī)程參數(shù)具有重要的意義。(2)軋制規(guī)范的確定。軋制規(guī)范是進(jìn)行壓下負(fù)荷分配的重要依據(jù)。壓下方式主要有2大類：絕對方式類，包括相對壓下量方式和絕對軋制力方式；相對方式類，包括壓下率分配比方式、軋制力分配比方式和軋制功率分配比方式。軋制規(guī)范的選擇確定需要按照一定的原則：5個(gè)機(jī)架中至少有 2

7、個(gè)相鄰機(jī)架采用相對壓下方式，且相對壓下方式只能有一種；同時(shí)最多有3個(gè)機(jī)架選擇絕對方式，并且絕對壓下方式一般在軋制規(guī)范的頭部和尾部。(3)軋制規(guī)范的優(yōu)化。軋制規(guī)范的優(yōu)化是指根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)目標(biāo)的要求，通過一定算法獲得滿足生產(chǎn)要求的軋制規(guī)程參數(shù)，即如何確定一組hi使冷連軋機(jī)組獲得最優(yōu)。實(shí)際中常用的目標(biāo)函數(shù)有等功率裕量目標(biāo)函數(shù)、等壓力目標(biāo)函數(shù)、板形觀點(diǎn)、等主負(fù)荷目標(biāo)函數(shù)等。(4)設(shè)定值原始數(shù)據(jù)的計(jì)算和管理。該監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理的數(shù)據(jù)主要包括鋼卷的原始數(shù)據(jù)、鋼種數(shù)據(jù)、軋輥數(shù)據(jù)、自學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、軋機(jī)數(shù)據(jù)、摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)、軋制規(guī)范數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行軋制規(guī)程設(shè)定值計(jì)算所必需的參數(shù)。(5)設(shè)定值的輸出。通過軋制規(guī)程數(shù)

8、學(xué)模型對設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算并對結(jié)果進(jìn)行必要的檢查和物理量綱的匹配，確認(rèn)可行后，通過特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)給定值開始作者簡介：李 強(qiáng)(1982)，男，碩士研究生，主研方向：冶金自動(dòng)化，軋制規(guī)程優(yōu)化算法及軟件實(shí)現(xiàn)；方一鳴，教授、博士生導(dǎo)師；陳 剛，博士研究生；韓永成，碩士研究生 收稿日期：2008-07-10 E-mail：liq202 五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能采用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不同于以往功能單一的人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)，它除了對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控外，還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和通信處理能力。該監(jiān)控系統(tǒng)主要有如下6個(gè)方面的功能：(1)數(shù)學(xué)模型的確定。軋制

9、規(guī)程參數(shù)數(shù)學(xué)模型的選取對其計(jì)算精度有很大的影響，軋制規(guī)程參數(shù)主要包括：相對壓下量，各機(jī)架出口厚度，軋輥壓扁半徑，前滑值，軋制力，軋制功率，軋制力矩，張力，摩擦力，彎輥力，材料的塑性剛度，缸位移，帶鋼速度等。選擇精確合理的數(shù)學(xué)模型對計(jì)算245對設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)控制。(6)測量值收集。在過程控制計(jì)算機(jī)中安裝數(shù)據(jù)庫軟件對實(shí)際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集歸檔，采集的數(shù)據(jù)主要有：各機(jī)架的輥縫值，軋制力，出口厚度，張力，軋制力矩，軋制功率，出口帶鋼線速度，前滑值等，有些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行可信度處理后再存儲。所存儲的數(shù)據(jù)主要用于模型的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)，從而修正軋制規(guī)程參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。3 五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)采

10、用西門子公司的WinCC組態(tài)軟件，它具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、適用范圍廣、界面設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要分為4部分：(1)軋制規(guī)程的計(jì)算和優(yōu)化，主要完成原始數(shù)據(jù)的輸入，軋制規(guī)程參數(shù)的計(jì)算及優(yōu)化；(2)人機(jī)界面，主要是對運(yùn)行系統(tǒng)的監(jiān)控；(3)數(shù)據(jù)庫及生產(chǎn)報(bào)表，主要用于對生產(chǎn)過程的分析；(4)退出系統(tǒng)。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖各部分的功能如下：(1)軋制規(guī)程的計(jì)算和優(yōu)化部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是：鋼卷參數(shù)的輸入，軋輥參數(shù)的輸入，軋制規(guī)程的計(jì)算及軋制規(guī)程的優(yōu)化。1)鋼卷參數(shù)輸入：包括生產(chǎn)管理參數(shù)輸入和材料參數(shù)輸入2個(gè)部分，前者用于對所軋制鋼卷的標(biāo)識

11、；后者用作進(jìn)行軋制規(guī)程計(jì)算的基本參數(shù)。2)軋輥參數(shù)輸入：包括軋輥的預(yù)壓靠力，上、下支撐輥直徑，上、下工作輥直徑。由于這部分?jǐn)?shù)據(jù)基本固定不變，因此在第1次輸入后只需將其保存在文檔或數(shù)據(jù)庫中，下次直接調(diào)用即可。3)軋制規(guī)程的計(jì)算：可以采用經(jīng)驗(yàn)法和優(yōu)化算法2種計(jì)算方式，計(jì)算方式的不同主要是因?yàn)閴合路峙淞康墨@取方式不同：經(jīng)驗(yàn)直接給定和優(yōu)化計(jì)算獲得。所計(jì)算的數(shù)據(jù)一經(jīng)確認(rèn)可直接傳輸給下位機(jī)，作為下位機(jī)軋制規(guī)程參數(shù)的初始設(shè)定值。4)軋制規(guī)程的優(yōu)化：主要是通過優(yōu)化算法獲得各機(jī)架最優(yōu)的壓下量分配并傳輸給軋制規(guī)程計(jì)算部分。優(yōu)化算法所采用的目標(biāo)函數(shù)根據(jù)實(shí)際要求確定，如等功率目標(biāo)函數(shù)、等壓力目標(biāo)函數(shù)、等負(fù)荷余量目標(biāo)函

12、數(shù)。采用優(yōu)化算法計(jì)算的軋制規(guī)程參數(shù)較經(jīng)驗(yàn)法具有更好的客觀性、針對性和科學(xué)性。(2)人機(jī)界面部分主要監(jiān)控五機(jī)架軋機(jī)的具體生產(chǎn)情況，并以界面的形式展示給操作人員，便于操作人員掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況。其包括軋制主界面、棒圖監(jiān)視、報(bào)警顯示、實(shí)時(shí)曲線監(jiān)控等4部分。1)軋制主界面：綜合顯示軋機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并將鋼卷參數(shù)和能夠反映軋制狀況的主要軋制參數(shù)顯示在畫面中。監(jiān)控主界如圖2所示。 246圖2 軋制監(jiān)控主界面2)棒圖監(jiān)視：通過棒圖能更直觀地顯示實(shí)際軋制參數(shù)的數(shù)值，并與軋制參數(shù)的設(shè)定值棒圖進(jìn)行比較，使操作人員和技術(shù)人員對軋制規(guī)程參數(shù)的設(shè)定值和實(shí)際值有更直觀的 了解。3)報(bào)警顯示：主要是對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情

13、況進(jìn)行報(bào)警，通常對報(bào)警信號進(jìn)行一定的延時(shí)判斷處理，從而防止短暫突變造成的不必要停車。4)實(shí)時(shí)曲線監(jiān)控：和棒圖監(jiān)視畫面一樣，都是通過一種直觀的方式顯示實(shí)際生產(chǎn)過程中的軋制規(guī)程參數(shù)數(shù)值，方便操作人員從整體對系統(tǒng)進(jìn)行分析。顯示的數(shù)據(jù)來源為實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，曲線的精確程度與采樣周期有關(guān)。(3)數(shù)據(jù)庫及生產(chǎn)報(bào)表部分包括歷史曲線查詢畫面和數(shù)據(jù)庫及報(bào)表畫面。1)歷史曲線查詢畫面：歷史曲線用于在生產(chǎn)結(jié)束后對生產(chǎn)狀況的總結(jié)研究，和實(shí)時(shí)曲線唯一不同的地方是所顯示的數(shù)據(jù)是歸檔的數(shù)據(jù)，所以，歷史曲線的精確程度與歸檔周期 有關(guān)。2)數(shù)據(jù)庫及報(bào)表畫面：同樣使用歸檔數(shù)據(jù)。與歷史曲線不同，它是以表格的形式顯示數(shù)據(jù)的，并且能夠打印報(bào)表，便于操作人員對系統(tǒng)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析并對不合理部分進(jìn)行改進(jìn)。(4)退出系統(tǒng)主要涉及退出密碼的保存。密碼的保存通常有3種情況：直接在程序中設(shè)定密碼；在注冊表中保存密碼；在數(shù)據(jù)庫中保存密碼。該組態(tài)軟件所采用的數(shù)據(jù)庫是與WinCC軟件相匹配的SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫軟件。4 五機(jī)架冷連軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信測試與用傳統(tǒng)VB或VC設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，采用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)在通信方面具有明顯的優(yōu)勢：簡單方便，適應(yīng)面廣。作為全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，WinCC特別能夠確保與SIMATIC系列的PLC連接的方便性和通信的高效性；W