TMEIC过程控制平台在热轧中的应用

刘光

摘 要：現阶段国内2000mm以上带钢热连轧生产线，大部分使用的TMEIC控制系统，经过十多年的应用，TMEIC控制系统的精确、高效、稳定、人性化设计得到了一致好评。本文主要介绍了TMEIC过程控制系统的PASolutions平台在热轧薄带钢轧制中的应用情况。

关键词：热轧带钢;TMEIC;过程控制系统;PASolutions

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0041-02

0 引言

随着社会的发展和进步，生产建设和生活中对宽薄带钢的需求更加明显，但带钢产品严苛的质量标准对热轧控制系统提出了更高的要求，TMEIC开发的过程控制平台在大量的应用实践中，表现出了高效、稳定、控制精确和人性化的优点，以下对TMEIC的过程控制系统进行简要介绍。

1 PASolutions平台

TMEIC过程控制系统基于PASolutions（Process Automation Solutions）平台开发，PASolutions分为不同的功能模块，这些模块化的产品包含了过程控制系统所需的控制功能，完全满足生产和维护的需要。 PASolutions平台主要包括：

（1）SDB：信号数据库，定义过程控制系统信号与PLC信号对应关系;（2）DataDictionary：定义过程控制系统中的数据结构、事件和变量;（3）IO_Services：用于过程控制系统不同进程之间的通讯;（4）IODB_Services：用于非控程序与数据库之间通讯;（5）EGD：Ethernet Global Data，二级服务器与仪表、PLC之间数据通讯;（6）Director：板坯物料跟踪、数据收发和处理;（7）HINT：人机交互新技术，用于二级应用服务器与HMI之间的数据通讯;（8）POND：带钢数据采集，采集的数据包括轧制过程数据和现场状态信息等，采集的数据用于模型反馈、成品数据、性能预估、诊断等;（9）Gateway：用于TMEIC二级系统与其他控制系统之间数据通讯;（10）DirZilla：Director维护工具，包括跟踪、过程数据和消息发送三部分。

通过对以上模块进行安装和配置，可以实现功能主要包括：

（1）系统网络搭建，根据通讯数据的不同，可以搭建不同功能的控制网络;（2）系统间数据通讯，以报文方式实现轧线与外围系统之间的数据通讯;（3）物料跟踪与板坯数据管理，通过Director可以实现对轧线物料位置的准确跟踪和修正，并可以对板坯数据和轧制过程数据进行在线管理;（4）在线数据采集，可以实现对带钢轧制过程数据的采集和处理;（5）轧制节奏控制和完善的报警机制;（6）人机交互新技术，开发出满足生产要求的人机界面;（7）对数据库数据的高效操作。

2 过程控制系统

2.1 控制系统构成

如图1所示，TMEIC过程控制系统硬件主要包括应用程序服务器 SCC、数据库服务器 EDS、开发机服务器DEV、二级终端和人机界面HMI。其中，应用程序服务器SCC是整个过程控制系统的核心，PASolutions主要在SCC上运行，SCC完成带钢的设定数据计算和跟踪、在线数据采集和处理以及数据通讯等功能; EDS主要是对历史数据和信息进行存储，这些信息包括带钢来料数据、成品数据、模型计算数据和设定数据，还包括轧制过程中产生的状态信息和报警信息等。DEV具有与SCC一样的应用程序和功能，只是运行在离线状态，用于离线程序开发和系统优化。

根据通讯性质和功能不同，TMEIC过程控制系统包含了三个网络，分别为LAN1（Level3）、LAN2（IOS）和LAN3（EGD）。通过将不同的系统和设备连接到相应的网络构成完整的过程控制系统。

2.2 Level3网络

图1中LAN1（Level3），SCC作为轧线的应用程序服务器，需要与加热炉二级（Fur L2）、运输链二级（Convery L2）、三级（MES）、磨辊间二级（RollShop L2）和表检系统（SIS）进行通讯。通讯信息包括：

（1）MES下发PDI数据至SCC和加热炉系统。（2）加热炉二级发送轧制计划和出炉板坯信息至SCC。（3）SCC发送成品数据至MES，同时发送钢卷入库信息至运输链系统。（4）轧辊间系统发送新辊信息到SCC，SCC将下线辊信息反馈至磨辊间系统。

SCC与外围系统按照约定的报文格式采用TCP/IP协议进行通讯，但SCC系统内部进程之间使用IO_Services进行通讯，所以两者之间需要对收发信息进行格式转换，这就需要用到PASolutions的Gateway，Gateway安装在SCC上，当外部系统信息以报文形式发送到SCC时，通过Gateway转换为SCC可以处理的信息格式，并触发Gateway中预定义的JOB事件对接收信息进行处理。同理当SCC向外部系统发送报文时，JOB将编辑好的报文发送至Gateway定义的通讯端口，Gateway转换为标准的TCP/IP信息后发送到目的主机系统，从而实现了SCC与外部系统间的通讯。

2.3 IO_Services网络

图1中LAN2（IOS）网络包含了过程控制系统主要的硬件和控制功能，是整个过程控制系统网络的核心。

二级系统分为非控和模型两部分，非控部分承担着接口通讯、数据采集和处理、带钢跟踪和数据设定等重要功能，模型部分主要是根据现场数据和来料数据进行模型计算，并根据仪表反馈数据进行模型自学习。非控进程称为JOB，根据不同的功能开发出不同的JOB，包括TRK_JOB、GAT_JOB、MDL_JOB、PAC_JOB、HMI_JOB、MES_JOB等。JOB程序通过事件触发，不同JOB之间或JOB程序与模型程序之间通过IO_Services进行通讯。IO_Services以Message（数据包）为基础，通过预定义的端口（PORT）、关键字（SELECTOR）和数据项（DATA）可以在同一终端的不同进程之间或不同终端的进程之间通讯。通过IO_Services实现了事件触发、事件请求、数据处理、画面更新等功能。

非控進程与数据库之间进行数据的存储与读取是通过IODB_Services实现的，当非控程序触发IODB_Services配置文件中预定义事件后，IODBServices通过ODBC与数据库连接，完成数据的插入、读取、更新等操作。

PASolutions具有完善的监控和报警机制，在SCC上可以方便的对IO_Services网络内的节点和进程状态进行监控、启停和诊断。使用DirZilla可以对在线带钢的跟踪和数据进行维护。

2.4 EGD网络

图1中LAN3（EGD）为EGD网络，连接到网络中的所有设备都需要安装EGD服务。EGD基于UDP/IP协议，用于SCC和L1之间以及SCC和仪表之间的数据通讯，它通过共享内存方式，实现不同节点计算机之间的数据交换，该网络协议支持单播、组播和广播方式。

SCC通过EGD网络连结到接口计算机（CIS），在SCC和CIS内部各自具有一块单独的共享内存，这部分共享内存只用于EGD数据的存储。SCC计算的轧机设定数据通过EGD Service下发到CIS，之后写入CIS上的TC-Net网卡，PLC从TC-Net网卡内存中读取相关数据用于轧机设定。同时L1采集的现场数据和状态信息也通过CIS的EGD Service传输至SCC服务器，用于轧机设定计算和模型自学习。

FDT和CT温度控制为动态控制过程，SCC与FDTC/CTC Spray Controller通讯，通过EGD服务和TC-Net将设定数据实时发送至PLC，控制机架间喷水流量和机架速度达到目标FDT;控制层冷水阀的开闭，对带钢全长进行精确地CT控制。

EGD网络中包含了轧线的大型仪表，这些仪表包括宽度计、中心线测厚仪、平直度仪、多功能仪等，SCC对仪表下发设定数据，并接收仪表反馈的测量数据，这些测量数据用于反馈控制和模型自学习。

EGD通讯过程中，SCC使用的L2信号与PLC的L1信号不同，信号在通讯过程过程中需要转换，这部分信号的对应关系在SDB中进行定义。

2.5 HMI应用

过程控制系统画面使用Intouch软件进行开发，Intouch具有丰富的开发工具，用户可以通过编写符合需要的脚本程序，开发出生动丰富的画面系统，满足现场生产和工艺要求。

为了实现画面与L2系统交互的准确性和实时性，PASolutions的人机交互技术包含了HINT SERVER和HINT CLIENT两部分，HINT SERVER安装在SCC服务器端，用于向HMI发送事件和数据，并接收画面的数据修改和请求;HINT CLIENT包含三种可以内嵌到Intouch系统中的控件：

HINT_PDDATA：用于对HMI接收的信息和数据进行处理;

PASDB：用于从HMI上直接读取数据库数据;

HINT_COMM：用于HMI和服务器JOB之间通讯。

通过内嵌控件实现了过程控制系统和HMI的无缝连接，达到了快速准确在两个系统之间进行数据交互和画面更新的目的。

3 结语

经过生产实践的检验，TMEIC过程控制系统运行稳定、可靠。依据不同的控制功能，系统划分为不同的网络，结构清晰、层次分明;过程控制平台成熟的功能保证了系统的高效稳定，完善的监控和管理工具以及人性化的人机画面为维护和操作提供了便利。

参考文献

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[2] 付冰，邓卫丰.TMEIC热轧带钢生产线自动化系统特点[J].冶金设备，2013（2）：118-121.