一种基于冷连轧机组的两级自动化系统研究

2011-04-10吴晓辉耿运祥张新跃

制造业自动化 2011年15期

关键词：结构图进程通讯

吴晓辉,耿运祥，李芳，张新跃

WU Xiao-hui,GENG Yun-xiang,LI Fang,ZHANG Xin-yue

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

1 系统的设计构想

国内较先进的冷连轧机组控制系统多数从国外引进，我们在消化吸收国外先进经验的基础上，力求研制一套适用于大型冷连轧成套装备的两级自动化控制系统。在设计和开发阶段，主要基于以下原则：

1）系统架构设计的合理性，保证安全、快速和稳定；

2）系统具有开放性，采用易于扩展的软硬件配置，便于系统的维护和升级；

3）系统层次清晰，任务分工明确，便于协调管理，易于调试；

4）功能模块化，不同的CPU控制不同的设备，完成不同的功能，提高开发速度，分担开发风险；

5）二级自动化系统要具有较完善的数据库功能，通过运用灵活的通讯配置构成一个资源共享、并发同步的系统环境。

2 系统组成

该自动化控制系统是一个典型的分级控制系统，包括基础自动化级和过程自动化级。

2.1 基础自动化级

基础自动化级采用一台高性能控制器SIMATIC TDC，主要完成AGC控制和板形控制等；四台SIMATIC S7-400系列可编程控制器，一台完成主传动张力和速度控制，另外三台分别负责开卷段、主轧段及卷取段各段的辅助设备、工艺泵站和液压气动系统、传感器及仪表等现场设备的控制和信号采集。

基础自动化级设备一方面通过工业以太网与过程自动化级进行信息交互；另一方面，通过PROFIBUS-DP网与分散在现场的ET200远程站及调速装置进行数据交换，结构图如图1所示。

图1 基础自动化系统结构图

2.2 过程自动化级

过程自动化级由两台服务器和三台工业控制计算机组成。它通过以太网交换机与基础自动化和人机界面（HMI）进行数据交换，其结构图如图2所示。

其中，两台服务器采取互为冗余的模式，主要完成数据归档、存储，与局域网中其它计算机系统的信息交换等功能。三台过程控制计算机，一台完成原始数据的接收和管理、工艺数据的监控、轧件自动跟踪等功能；一台计算机完成轧制规程库的建立、轧制规程优化计算、在线数据设定及发送等，另外一台计算机完成故障诊断、报警显示、报表打印等。

图2 过程自动化系统结构图

图3 两级自动化系统软件结构图

3 软件架构

本控制系统软件是基于WINDOWS SERVER2003操作系统上，采用Visual C#作为语言模型与通讯开发平台，应用SQL Server 2000 作为后台数据服务器，使用面向对象的设计模式开发的。在多线程结构设计的基础上，采用了一种将通讯进程和模型进程相分离的两级进程结构。如图3所示，该结构中各个模块线程相互独立，进程之间通过事件触发消息，经由共享内存传递数据，结构清晰，调试维护方便。

其中，通讯进程负责与PLC和HMI通讯，通过可随时修改的标签实现对通讯变量的管理，并可以对接收数据进行实时记录和查看；通讯进程可以按照设定的通讯变量自动产生与模型进程联系的数据结构，建立与模型进程之间的标准通讯接口，并实现对触发事件的封装；模型进程中的跟踪调度模块负责对通讯进程传递的事件进行解释处理，协调数据管理模块和过程计算模块的运行，调度进程中的事件。

此种结构不用考虑具体数据的外部来源，通讯进程和模型进程各负其责，简化了过程控制模型的调试工作。