1、西門子過程控制系統(tǒng)概述摘要 本文以鞍鋼 1450 冷連軋工程為例，主要介紹西門子過程控制系統(tǒng)的基本技 術(shù)極其在冷連軋項(xiàng)目中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 過程控制系統(tǒng) CORBA1 前言一個完整的過程控制自動化系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： 自動化儀表、 工 藝及數(shù)學(xué)模型、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 計算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成。 冷連軋重要的自動化儀表主要測 厚儀、板型儀、測速儀、壓力計、張力測量儀等。主要的工藝和數(shù)學(xué)模型有軋制 力模型、前滑模型、負(fù)荷最優(yōu)分配模型、厚度模型、板形模型、張力模型等。先 進(jìn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大量使用， 大功率傳動系統(tǒng)普遍采用交交、 交直交變頻和直 流傳動，小功率輔助系統(tǒng)（如張力輥）主要采用變頻調(diào)速，位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)大

2、量采 用液壓伺服傳動。 而計算機(jī)系統(tǒng)普遍采用大型分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)。 這樣，大 量新工藝、 新設(shè)備以及高端計算機(jī)控制系統(tǒng)的采用， 使得帶鋼冷冷軋的生產(chǎn)質(zhì)量 和效率大大提高，為鋼鐵企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1450 冷連軋生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)采用德國西門子公司的先進(jìn)技術(shù)。過程控制系統(tǒng)（二級）使用基于 CORBAT范的 SUBSY系統(tǒng)。CORBACommoObject Request Broker Architecture 公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)）是由 OMG組織制訂的一種標(biāo) 準(zhǔn)的面向?qū)ο髴?yīng)用程序體系規(guī)范，二級進(jìn)程間的通訊信息傳遞是通過 SUBSY實(shí) 現(xiàn)。二級進(jìn)程的源程序代碼大部分用標(biāo)準(zhǔn) C語言編寫

3、，極少部分用C+語言編寫。 數(shù)據(jù)存儲采用ORACLE 10數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)。西門子過程自動化控制系統(tǒng)分為兩部分 : 控制部分和非控制部分。控制部分 主要是有關(guān)軋制模型的控制，包括軋制策略、繼承、模式自適應(yīng)、設(shè)定值計算、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練、換輥、標(biāo)定、軋輥溫度和磨損模型等。非控制部分主要完成二級 與一級、酸洗二級、HMI等通訊的接口功能，主要包括物料跟蹤、信號處理器、 線協(xié)調(diào)、設(shè)定值下發(fā)、測量值獲取、測量值處理等。二級主要進(jìn)程簡要說明：（1）mtrSnd、mtrRcv:這兩個進(jìn)程主要完成與一級 MTFR 級的物料跟蹤） 的通訊功能，mtrSnd向MTF發(fā)送電文，mtrRcv接收從MTR專過來的電文。（

4、2）sdh_process 、sdh_exit ：sdh_process 是下發(fā)軋機(jī)設(shè)定值； sdh_exit 是下發(fā)出口設(shè)定值。（3）stm 、adp：stm 采集機(jī)架的標(biāo)定值； adp 采集機(jī)架實(shí)際測量值。（4）lco （線協(xié)調(diào)）：用于和一級線協(xié)調(diào)的通訊，協(xié)調(diào)整條線正常運(yùn)行。（5）pa_nc_sh （信號處理器）：信號處理器負(fù)責(zé)一、二級間的接口，所有從 一級來的電文都要經(jīng)過信號處理器處理，再發(fā)給各個進(jìn)程。（ 6） pa_nc_mt （物料跟蹤）：物料跟蹤連續(xù)記錄所有生產(chǎn)線上帶鋼或鋼卷 的變化和處理的所有信息，為各個進(jìn)程提供當(dāng)前的卷數(shù)據(jù)。（ 7） pa_nc_st 、 pa_nc_st-bg

5、 （設(shè)定值下發(fā)）： pa_nc_st 將預(yù)計算和后計 算的設(shè)定值下發(fā)給一級； pa_nc_st-bg 是 pa_nc_st 的后臺程序，主要完成對數(shù) 據(jù)庫的操作。（8）pa_nc_tx（ 測量值采集 ） ：循環(huán)接收從軋機(jī)的測量位置檢測的實(shí)際值和 信號，存儲到共享內(nèi)存中為測量值處理提供源數(shù)據(jù)。（9）pa_nc_ty（ 測量值處理 ） ：對實(shí)際測量值進(jìn)行求平均值、最大值、最小 值、標(biāo)準(zhǔn)公差等。模式自適應(yīng)和軋輥溫度與磨損模型中將用到這些數(shù)據(jù)。（10）pa_nc_sz （停機(jī)處理）：實(shí)時檢測軋制線上的帶鋼速度，以便發(fā)現(xiàn)停 機(jī)事件及其持續(xù)時間。 當(dāng)帶鋼的速度小于速度最小極限時， 停機(jī)事件開始， 當(dāng)速 度

6、又大于速度最小值時， 停機(jī)事件結(jié)束。 停機(jī)類型和原因保存到數(shù)據(jù)庫中， 并向 3 級發(fā)送停機(jī)日志。（11） Instanee Broker、ComServRec這兩個進(jìn)程負(fù)責(zé)Forms應(yīng)用程序和 二級進(jìn)程之間的通訊。 ComServRec經(jīng)過 Instanee Broker 從一個 Oracle Pipe 接受消息， 并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為正確的 Corba 請求，并發(fā)出請求， 然后將請求的應(yīng)答 轉(zhuǎn)化為Oracle Pipe 消息，再通過Instanee Broker 發(fā)給Forms應(yīng)用程序。（12）pa_sc_rs （軋制策略）：軋制策略的任務(wù)是為設(shè)定值計算提供數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)來源于物料跟蹤的請求、神經(jīng)元

7、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)。（13）pa_sc_pc （設(shè)定值計算）：設(shè)定值計算包括預(yù)計算和后計算。根據(jù)軋 制策略提供的數(shù)據(jù)計算出設(shè)定值并傳給設(shè)定值下發(fā)進(jìn)程（ pa_nc_st），再由其下 發(fā)到一級。（14） pa_sc_nn （神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練）：在軋制中收集測量值，確定修定值。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的修正參數(shù)在自適應(yīng)過程中得到訓(xùn)練。 通過測量值來調(diào)整設(shè)定值， 以獲得最優(yōu)的軋制模型。2基本術(shù)語過程自動化控制中定義的鋼卷結(jié)構(gòu)如圖1:.physical coilstrip 1strip 2tstrip 3strip 1strip 2；strip 3weldseam圖1鋼卷結(jié)構(gòu)物理卷（Physical coil ）:酸

8、洗之前由3級下發(fā)產(chǎn)品計劃的鋼卷（熱軋卷），它 代表實(shí)際的鋼卷。邏輯卷（Logical coil）:物理卷的一部分，擁有自己的物料信息如厚度、寬度、 外形等。邏輯卷用焊縫分開。帶鋼（Strip）: 一條帶鋼包含產(chǎn)品生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)和設(shè)定值信息。設(shè)定值包含 簡要的出口值，如出口厚度，出口長度，剪邊寬度等。一個物理卷最多可分為4個邏輯卷，一個邏輯卷最多分成 3條帶鋼。對鞍 鋼而言，一個物理卷對應(yīng)一個邏輯卷，一個邏輯卷最多可分為3條帶鋼。最基本要求：一個物理卷至少由一個邏輯卷和一條帶鋼組成。即：一個物理卷=一個邏輯卷=一條帶鋼完整的主數(shù)據(jù)包括物理卷數(shù)據(jù)，邏輯卷數(shù)據(jù)，帶鋼數(shù)據(jù),合金含量，熱軋卷 缺陷數(shù)據(jù)等

9、主數(shù)據(jù)由三級計算機(jī)發(fā)給過程計算機(jī)，并根據(jù)以上的分割原則在二級數(shù)據(jù)庫 中進(jìn)修改。三級計算機(jī)將生產(chǎn)計劃卷數(shù)據(jù)（包括物理卷數(shù)據(jù)，邏輯卷數(shù)據(jù)，帶鋼數(shù)據(jù)和合金含量等）通過三級和二級間的適配器（ A3進(jìn)程）發(fā)給二級計算機(jī), 二級將接收的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中的物料信息表中（ME MES表等）。三級向二級下發(fā)主數(shù)據(jù)的過程如圖 2:ANGANG PL/TCMPhy.-Coil dataStrip data 2Strip data 3Strip data 1Level 3Alloy componentsLog. Coil data圖2三級向二級傳送主數(shù)據(jù)3內(nèi)部數(shù)據(jù)管理物料單元一Material Unit （ME）物

10、料單元（ME中記錄要生產(chǎn)的物理卷的信息。ME的產(chǎn)生一Creator of ME （ME_CREATOR）PP表示物理卷，XY表示邏輯卷，XV表示帶鋼，BT表示分卷.ME狀態(tài)一State of ME （MES）物料實(shí)體狀態(tài)表示物料在一段特定時間內(nèi)的屬性，尤其是在處理時的狀態(tài) 如果物料處理完后就會產(chǎn)生一個新的狀態(tài)。狀態(tài)包括實(shí)際狀態(tài)和設(shè)定狀態(tài)。 數(shù)據(jù)庫中物料單元的結(jié)構(gòu)（ME表）鍵值字段名描述主鍵me_id物料單元編號（過程計算機(jī)內(nèi)部編號）主鍵me_creator物料單元的產(chǎn)生，如物料卷（PP，邏輯卷（XY，帶鋼（XV， 分卷（BTme_type物料單兀類型：BD表示物理卷，LO表示邏輯卷，ST表示帶

11、鋼ext_id出口編號cur_me_id物料單元實(shí)際編號cur_mes_id入口、酸洗、軋機(jī)實(shí)際狀態(tài)編號en t_mes_id物料入口實(shí)際狀態(tài)編號pcl_mes_id物料酸洗實(shí)際狀態(tài)編號tcm_mes_id物料軋機(jī)實(shí)際狀態(tài)編號comp_type合金類型所有的物料單元都是在ME表中有記錄。當(dāng)物料離開稱重機(jī)后，物料跟蹤會 在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一條出口成品卷數(shù)據(jù)記錄。 物料跟蹤根據(jù)實(shí)際的工作狀態(tài)來更新 實(shí)際狀態(tài)編號（cur_mes_id）。物料單元的屬性（表 MES）鍵值字段描述外主鍵me_id物料單元編號（過程計算機(jī)內(nèi)部編號）外主鍵me_creator物料單元的產(chǎn)生，如物料卷（PP，邏輯卷（XY，帶鋼（XV， 分卷（BT主鍵mes_id狀態(tài)編號cur_state實(shí)際狀態(tài)set_state設(shè)定狀態(tài)如KAWZtime_of_ creati on記錄創(chuàng)建和傳送的時間comp_me_ creator復(fù)合物料單元的產(chǎn)生comp_me_id復(fù)合物料編號comp_mes_id復(fù)合物料狀態(tài)comp_pos復(fù)合物料位置prev_me_creato r先前物料的產(chǎn)生（斷帶和分卷時需要）prev_me_id先前物料的編號（