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    廣西南南鋁加工有限公司 劉湯詞

    摘要：主要介紹了南南鋁箔公司鋁箔軋機計算機過程自動化系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)特點及其優(yōu)勢。

    關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)；系統(tǒng)功能；數(shù)據(jù)庫；工業(yè)以太網(wǎng)

    廣西南南鋁箔有限責任公司以生產(chǎn)經(jīng)營高精度鋁板、帶、箔等系列鋁加工材料為主，年產(chǎn)3.5萬噸。公司擁有國際先進水平的鑄軋機、冷軋機、拉彎矯直機、分卷機、箔軋機等關(guān)鍵工藝技術(shù)設(shè)備。能生產(chǎn)厚度為0.006～3.0mm、寬度達1600mm的多種鋁及鋁合金板、帶、箔材。作為一個現(xiàn)代化鋁加工企業(yè)，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在品種研發(fā)和自動化水平方面，其中鋁箔軋機作為整個產(chǎn)品生產(chǎn)鏈的關(guān)鍵設(shè)備，整個過程控制系統(tǒng)采用了基礎(chǔ)自動化硬件（Level 0級）、基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（Level 1級）和計算機過程自動化系統(tǒng)（Level 2級）的三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，為生產(chǎn)高精度的鋁板帶箔產(chǎn)品提供了技術(shù)保障。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置圖如圖1所示。
                    
                                             圖1  三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置圖
    ◇ 各級系統(tǒng)說明


    （1）Level 0級：指的是底層的執(zhí)行機構(gòu)，如傳動系統(tǒng)、電機、供配電、測量系統(tǒng)和檢測元件（如測厚儀、板形輥、測速儀等）。這是實現(xiàn)基礎(chǔ)自動化的最基本硬件要求。

    （2）Level 1級：指的是工藝控制系統(tǒng)（如AFC、AGC、HGC等）、基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（如機列控制、介質(zhì)系統(tǒng)、軋制協(xié)調(diào)等）和HMI，主要是通過PLC技術(shù)完成各個相對獨立的順序控制和閉環(huán)控制，實現(xiàn)各生產(chǎn)單元或生產(chǎn)機組的自動化控制。各系統(tǒng)間既存在一定的連鎖，又具有相對的獨立性。

    （3）Level 2級：指的是軋制設(shè)定系統(tǒng)和軋制策略模型，包括物料的跟蹤、道次表的計算、軋制參數(shù)設(shè)定、材料數(shù)據(jù)庫及報表等功能。是一種基于服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫的模型生產(chǎn)控制技術(shù)，使用計算機以通信的方式連接基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，對其進行設(shè)定、管理和優(yōu)化控制，實現(xiàn)多工序、多機組的生產(chǎn)過程自動化。且數(shù)據(jù)庫中存儲有與軋制工藝相關(guān)的各種生產(chǎn)模型，系統(tǒng)具備自修正學(xué)習(xí)功能，能夠指導(dǎo)Level 1級的生產(chǎn)。

    在整個三級模式的軋制自動化控制系統(tǒng)中，Level 2級計算機過程自動化系統(tǒng)起著重要的作用，通過二級自動化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型指導(dǎo)生產(chǎn)，不僅可以提高軋制產(chǎn)品的精度，而且可以最大強度地降低操作人員的勞動強度，提高生產(chǎn)率；同時，還可以為操作人員提供操作指導(dǎo)，盡量避免無謂的操作失誤。

    ◇ Level 2級控制系統(tǒng)的模塊功能

    整個Level 2計算機過程自動控制系統(tǒng)具有計劃、跟蹤、設(shè)定、自學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)報表等功能，根據(jù)工藝過程和計算機模型，提供軋制過程的在線監(jiān)視、軋制指導(dǎo)、數(shù)據(jù)記錄、報警顯示。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有以下功能：

    （1）PDI數(shù)據(jù)的管理功能

    主要涉及卷材的卷號、卷徑、重量、寬度、厚度、合金、長度等數(shù)據(jù)信息。包括PDI數(shù)據(jù)輸入和軋制工藝管理功能。

    （2）物料跟蹤功能

    指當前軋制坯料在整個機列線上的跟蹤并顯示功能。

    （3）軋制參數(shù)設(shè)定功能

    主要指AGC/AFC軋制模式、卷取張力、軋制速度、開卷機/雙開卷機張力等軋制參數(shù)的設(shè)定及顯示。

    （4）實際數(shù)據(jù)收集功能

    指每個軋制道次的卷材實際數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)收集、存儲、顯示。

    （5）操作管理功能

    主要有換班管理功能、停機時間管理功能及班組報表管理功能。

    （6）軋輥數(shù)據(jù)管理功能

    包括軋輥更換操作、新軋輥數(shù)據(jù)設(shè)置、修改和顯示。主要涉及的數(shù)據(jù)有輥徑、粗糙度、凸度、磨削時間等參數(shù)。

    （7）警告信息功能

    指整個軋制過程中的報警記錄、顯示和存儲。

    ◇ 過程自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    Level 2計算機過程自動控制系統(tǒng)采用的是當今流行、性能穩(wěn)定的Client/Server模式，該模式又稱分布式應(yīng)用處理或協(xié)作應(yīng)用處理，該系統(tǒng)具體分為三個部分：數(shù)據(jù)庫Server、客戶應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)庫Server作為后臺服務(wù)器，采用關(guān)系型ORACLE數(shù)據(jù)庫，承擔整個軋制工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)處理、實時控制、信息管理、畫面報表、報警管理，并實現(xiàn)模型計算和自學(xué)習(xí)功能，根據(jù)模型計算結(jié)果向Level1系統(tǒng)發(fā)送設(shè)定數(shù)據(jù)，并收集相應(yīng)實際數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)生成相應(yīng)工藝曲線、生產(chǎn)報表、完成自修正學(xué)習(xí)功能。具體包括：①為并發(fā)用戶管理1個單獨的數(shù)據(jù)庫。②控制對數(shù)據(jù)庫的訪問和其它安全性要求。③使用備份和恢復(fù)功能保護數(shù)據(jù)庫。④對所有的客戶應(yīng)用程序集中實施全部數(shù)據(jù)完整性約束?？蛻魬?yīng)用程序的主要任務(wù)是為用戶提供交互界面（即HMI），包括操作員工作站HMI和工程師工作站HMI。用于管理各種顯示邏輯，驗證數(shù)據(jù)項目，及向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)出請求及接收來自服務(wù)器的數(shù)據(jù)。操作員工作站HMI主要是為操作人員提供設(shè)備監(jiān)視畫面和生產(chǎn)軋制的實際狀態(tài)，允許操作員在需要時根據(jù)生產(chǎn)實際情況對自動軋制過程進行手動干預(yù)。工程師工作站HMI提供了一系列軟件功能（如Oracle 9i、Vs.net、Traceview等）用于維護管理控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫，同時，工藝工程師還可以在這個工作站上根據(jù)生產(chǎn)實際情況定義一些工藝參數(shù)、軋制策略、生產(chǎn)計劃、產(chǎn)品質(zhì)量分析，及進行新產(chǎn)品的軋制工藝研發(fā)。⑤網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用工業(yè)用快速以太網(wǎng)，在Level1與Level2之間、Level1/Level2 HMI服務(wù)器與各客戶機間使用100Mb/S快速以太網(wǎng)。介質(zhì)訪問采用CSMA/CD控制策略，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星形結(jié)構(gòu)。整個控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
                
                                            圖2  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
序號 設(shè)備名稱 數(shù)量 硬件配置 位置
1 Level2數(shù)據(jù)
服務(wù)器
1
HP ProLiant ML370 (塔式)
CPU：Intel Xeon 2.8GHz
內(nèi)存：2GB
以太網(wǎng)卡：10/100Base-TX(4口)
3.5”軟驅(qū)
5.25”光驅(qū)(640MB)
AIT磁帶機(35/70GB)
36.4GB X 4 硬盤 (RAID-5)
鍵盤&鼠標
計算機室
2 Level2數(shù)據(jù)
服務(wù)器HMI 1 HP V7550 18”液晶顯示器 計算機室
3 工程師和操
作員HMI
2
HP Evo Desktop D510 SF 系列
CPU：Intel Pentium 4 2.53GHz
內(nèi)存：512MB
100BASE-TX 以太網(wǎng)卡
18X可讀寫光驅(qū)
40GB 硬盤
18”液晶顯示器
鍵盤&鼠標
計算機室1
主操作室1
4 HUB
2
HP Procurve Switch 2512
12個10BASE-T/100BASE-TX
2個 100BASE-FX
計算機室1
主操作室1
5 打印機
2
HP LaserJet 5100tn 打印機
打印尺寸：A3/A4
打印速度：22ppm (by A4)
計算機室1
主操作室1

    ◇ 過程自動化系統(tǒng)的優(yōu)越性

    （1）能顯著提高軋制產(chǎn)品的尺寸精度。由于鋁箔軋機速度很高，必須采用厚度自動控制（AGC）系統(tǒng)，通過計算機與厚控系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，能顯著改善產(chǎn)品的厚度精度。

    （2）能夠迅速適應(yīng)軋制工藝的變換。當軋制策略改變時，就手動控制而言，必須有相當熟練的調(diào)整經(jīng)驗，花費很長的時間才能確定適當?shù)慕o定值。而通過自動過程控制系統(tǒng)只要適當修改設(shè)定值或調(diào)換程序便可以實現(xiàn)。

    （3）能穩(wěn)定軋制時的各項工藝參數(shù)，在自動軋制過程中，軋機的速度、張力、軋制力、帶材的厚度、寬度、溫度等參數(shù)能按照設(shè)定值進行穩(wěn)定軋制。

    （4）提高操作水平，采用自動控制軋制后，生產(chǎn)過程主要用設(shè)定程序完成，與操作人員的狀態(tài)相關(guān)性大大減少，但對操作人員的技術(shù)水平要求也更高。

    （5）實現(xiàn)整個軋制過程的數(shù)據(jù)收集與存儲，便于工藝人員的產(chǎn)品性能分析，且通過收集的產(chǎn)品數(shù)據(jù)實現(xiàn)模型自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)功能，為新產(chǎn)品開發(fā)、工藝改進提供了有利的參考。

    ◇ 結(jié)語

    通過計算機過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了設(shè)備使用效率、提高工序質(zhì)量，把人從繁重枯燥的體力勞動中解放出來，不輕易受人的情緒和技術(shù)水平的影響，穩(wěn)定進行生產(chǎn)操作，實現(xiàn)標準化生產(chǎn)的可重復(fù)性。更重要的是能夠滿足軋制生產(chǎn)技術(shù)的高精度要求，可以提供質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、價格合理的產(chǎn)品，為企業(yè)生存發(fā)展提供更大的空間。

     摘自《自動化博覽》2010年第十一期