棒材生产线二级过程控制系统的设计和应用

棒材生产线二级过程控制系统的设计和应用

摘要：结合某钢厂结构调整高速棒材生产线建设，阐述了建立二级过程控制系统在高速棒材生产中的作用,详细介绍了二级过程控制系统的结构和应用功能，并分析该钢厂棒材二级过程控制系统在网络通讯中的应用特点。

关键词：二级过程控制系统功能网络

1、前言

该钢厂结构调整于2011年投入一条年产50万吨的棒材生产线，这条棒材生产线是该钢厂首次投入了二级过程自动化控制系统，该系统与一级基础设备控制系统相结合共同完成生产的控制和管理。二级过程控制系统的投入，为以后建立完善的四级自动化控制平台打下良好基础，逐步实现经营和生产等管控一体化，对企业的优化运行、优化控制与优化管理以及全面提升企业现代管理水平和综合竞争能力，起到举足轻重的作用。

2、二级过程控制系统的相关技术

二级过程控制系统主要由硬件环境配置和软件环境配置组成。

2.1硬件配置

在硬件配置方面，出于对系统的安全和稳定考虑，避免在生产过程中任何非计划的停机都会造成数据丢失，二级控制系统的核心设备由高档的工业PC服务器组成。该钢厂二级过程控制系统选取了HP ProLiant ML370 G6专业服务器，具体配置如下：Intel Xeon E5620 2.4GHz CPU、4G内存、5*300GB硬盘，五块硬盘组成RAID 5，这是一种存储性能、数据安全和存储成本均兼顾的存储解决方案，保证数据不丢失。显示器选取HP 2311F（宽屏16:9、全高清Full HD 1080p 最高可达1920*1080分辨率、2.5ms）。

2.2软件配置

软件方面操作系统使用Windows Server 2003；数据库平台为Oracle 10g ；数据库的编程语言为PL/SQL；应用程序的编程环境为Visual Studio 2008，编程语言为C++。

3、二级过程控制系统的应用功能

结合该钢厂棒材生产线的需求和现场的实际情况，棒材生产线的二级过程控制系统具备了生产计划、物料跟踪、设定值下发、轧制参数查询、报表等功能，同时实现了轧机状态监控、HMD和CMD信号监控、飞剪的剪切长度和状态信号等有效数据的记录和处理。

3.1 生产计划

在该钢厂棒材生产线没有建立生产制造执行系统( MES)和企业资源计划系统（ERP）的情况下，二级过程控制系统的生产计划主要靠手动录入，然后储存于数据库中，该数据可以随时查询、添加、修改和删除。在生产过程中会将部分数据下发给一级，整个生产按照计划有序进行。生产计划的内容包括订单号、钢坯规格、批次号、钢种、生产数量、生产规格等。

3.2 物料跟踪

在物料跟踪方面，该棒材生产线采用一套二级过程控制系统进行数据处理，从热送辊道或者冷坯上料台架到卸卷调运入库。物料跟踪可以实时反应全线每个批次和坯料的生产情况，同时把轧制时间、钢种、坯料规格、重量等相关信息记录在数据库中，便于统计分析。物料跟踪采用首尾信号控制方式，将生产线分为

若干个区域，头尾之间的区域都认为是有钢区域，系统将冷检、热检、接触器、电流信号等多种检测方式相结合，形成统一整体，采用互补的方式保证系统跟踪的准确性和稳定性。

3.3 设定值下发

设定值参数下发主要是对轧制参数的修改、计算和下发。在日常生产过程中，由于用户对产品规格的需求不同，因此轧制所需的钢种也不同，对轧机的轧制参数也在不断变化。如何在生产过程中能够快速实现参数的变化，保证生产有序进行，设定值下发起到至关重要的作用。通常在轧制一个新品种时，首先一级基础自动化控制系统（PLC）向二级过程控制系统发送请求信号，把需要轧制的批次号和规格发送给二级系统，二级过程控制系统经过查询处理后把数据下发给一级控制系统，一级成功接收数据后给二级发送成功信号。

3.4 轧制参数查询

轧制参数表是工艺通过精确计算得出的一套轧制不同规格标准参数表，该参数表是一个理论数据表，因此在生产过程中作为参考使用，主要依靠测量计算和大量的人工经验值。此参数表是不可以随意改动。

3.5 报表

报表是二级过程控制系统的组成部分，主要是把一级传输过来的数据和部分手动录入的数据分类，按照一定要求和规格自动生成一种报表文件，报表包括生产经营报表、生产损耗报表、停车时间报表、回收量报表、钢坯信息表、能源消耗报表、热装热送信息表和分规格报表等，

4、网络通讯

通常情况下，二级过程控制系统要完成与上级和下级的通讯。但是由于该钢厂棒材生产线尚未建立完善的生产制造执行系统( MES)和企业资源计划系统（ERP）使得在管理信息化与过程自动化之间存在断层,因此该棒材生产线二级过程控制系统的通讯主要是与一级基础自动化的通讯以及二级系统内部的通讯。通讯协议基于TCP/IP，通讯方式采用Socket。一级基础自动化主要接收来自二级自动化发送的轧制参数，包括轧制速度和轧制辊径。二级自动化接收一级自动化的信号有轧机和飞剪的状态信号，包括启动、停止和故障信号；生产线HMD、CMD、高温计、光栅和光电信号；轧制参数请求、应答信号；物料跟踪所有区域的检测信号等。图1 显示了二级系统与其他系统之间的通讯连接。

图1 计算机通讯系统

5、结语

棒材二级过程控制系统实现了物料跟踪、参数下发、数据查询和报表等功能。同时考虑到钢厂在二级过程控制系统的管理和维护技术水平有限，可能会影响到生产。因此在开发该系统时充分考虑现场实际情况，确保整条棒材生产线在脱离二级过程控制系统的情况下也能够依靠一级自动化保存的数据独立生产，完成某个批次。总体而言棒材生产线二级过程控制系统的应用为该钢厂向更高级别自动化控制提供了便利的条件。