德国轧辊磨床与上位机通信方式比较与研究

胡学雄

（上海宝钢工业技术服务有限公司，上海 200941）

1 概述

宝钢股份各热轧厂、冷轧厂磨辊车间轧辊磨床众多。主要磨床多采用德国进口设备，厂商集中于WALDRICH，HERKULES。WALDRICH在2004年被HERKULES收购前，磨床机械、电控系统、对外通信方式与HERKULES相比都有较大差异；而收购后，WALDRICH的电控系统、对外通信方式向HERKULES磨床看齐，采用BECKHOFF公司软硬件平台开发。通过对比研究二者的对外通信方式，对于轧辊数据采集系统、轧辊管理系统的新增、改造都有重要的意义。

2 WALDRICH磨床系统结构与通信

2.1 控制系统结构

WALDRICH磨床电控系统从20世纪90年代开始分别有GPC1，GPC2，ILC500，ILC2000 和 BECKHOFF等控制系统。GPC1，ILC500核心为嵌入式、框架式微机系统，对外通讯采用RS232 串口通信；GPC2，ILC2000，BECKHOFF 系统核心为工业PC系统，对外通信采用TCP/IP以太网通信。在BECKHOFF以前的电控系统中，系统构架类似。图1。

2.2 通信过程

WALDRICH磨床提供TCP/IP通信接口，对外上位管理机的通信过程为：

（1）上位管理机监听TCP端口。外部通信软件启动后，自动进入TCP端口监听状态。

图1 WALDRICH磨床控制系统结构

（2）客户端建立TCP连接。每次加工开始前，通过磨床操作画面上的按钮，可以选择本地加工，或远程加工（“局域网模式”）。如果选择远程加工，控制系统会尝试与上位管理机外部通信软件建立TCP连接。连接成功后，控制系统进入局域网（远程）加工模式；连接不成功，控制系统仍处于本地加工模式。

（3）通信。每次通信由客户端发起。在需要向上位管理机发送数据的程序段中，客户端通过与服务器端之间建立的TCP连接，将数据发送给服务器端。服务器端接收到客户端的数据后，校验并处理后，向客户端返回应答（图2）。

图2 WALDRICH磨床的TCP/IP通信过程

2.3 加工数据和测量数据通信方式

（1）WALDRICH磨床主要向上位管理机发送2种数据：①加工信息，包括轧辊代号、操作员代码、加工时间等；②测量数据，包括轧辊直径、探伤数据。加工信息都是直接通过电文发送的，例如，加工开始时，磨床会向上位管理机发送如下一条电文：1031236220————736N037521——3#，该电文包含的信息：①电文号：103；②磨床编号：123；③轧辊代号：6220；④砂轮直径：736 mm；⑤操作员代码：037521。

（2）测量数据一般是通过文件向上位管理机发送。磨床每次需要向上位管理机发送测量数据时，首先在磨床本地计算机硬盘上生成一个数据文件，然后通过电文将文件名通知给上位管理机，上位管理机通过网络读取磨床计算机硬盘上的文件，得到测量数据。不同测量数据文件格式不同，测量数据文件格式见图3。

图3 测量数据R2文件格式

（3）测量数据文件分别有磨前头部断面轮廓测量圆度（br2）、磨前中部断面轮廓测量圆度（br3）、磨前后部断面轮廓测量圆度（br4）、磨后头部断面轮廓测量圆度（r2）、磨后中部断面轮廓测量圆度（r3）、磨后后部断面轮廓测量圆度（r4）。磨前辊形测量（botend1）、磨后辊形测量（botend2）。

3 HERKULES磨床系统结构与通信比较

3.1 控制系统结构

（1）HERKULES磨床电控系统从20世纪90年代开始，就已经使用以BECKHOFF设备为核心的工业PC控制系统。Beckhoff自动化CNC系统平台主要包括工业PC、Profibus接口卡、Lightbus接口卡、CP-Link接口卡、操作面板、TwinCAT软件包、远程IO模块等。对外通信采用TCP/IP以太网通信。

3.2 磨床通信比较

图4 HERKULES磨床控制系统结构

（2）HERKULES磨床提供一个单独的TCP/IP通信程序，名为 HGDI（Herkules Grinder Data Interface）。HGDI定义了一批触发机制，用于在不同的时间从HCC/KPM管理软件、TwinCAT控制软件采集数据。结构化的数据被存贮在微软Access或者SQL数据库内，如磨削数据被存贮在“RSMS_IF”的数据表中。TCP连接方式类似于WALDRICH磨床。不同于WALDRICH磨床以文件方式提供测量数据，HERKULES的HGDI以开放数据库互连ODBC（Open Database Connectivity）的方式提供上位管理机数据，或者中间件软件例如IBM MQSeries。

除数据存贮和提供方式的不同之外，二者的电文格式和内容也有一些相同点和不同点。典型情况下，WALDRICH磨床定义电文共19条，HERKULES磨床定义电文12条。类似的是二者均有同步Synchronization应答电文一对，轧辊装载模式电文一条，通信测试电文一对。数据电文方面，HERKULES磨床定义了3条数据电文，分别是磨削过程启动、结束电文和磨削结果电文，WALDRICH磨床除此之外还定义有理论曲线电文、数据文件准备好电文、数据文件确认电文、缓冲文件电文。

4 总结

随着技术进步，工业信息化程度越来越高，对企业生产和管理方式都带来了革新。传统单机独立运行的轧辊磨床方式必将向全自动的方向渐进。通过比较研究宝山钢铁股份有限公司WALDRICH,HERKULES等20世纪90年代以后的德国进口磨床与上位管理系统的通信方式，认为HERKULES磨床HGDI采用的TCP/IP通信方式，以TCP电文加ODBC数据库方式分别提供加工数据和测量数据的方式较为适用和友好。不足的是：轧辊测量数据量大，仅通过TCP通信方式会增加网络负担，并在网络故障后不利于数据恢复。