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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(jī)計(jì)算機(jī)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)。

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

    廣西南南鋁箔有限責(zé)任公司以生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)高精度鋁板、帶、箔等系列鋁加工材料為主，年產(chǎn)3.5萬(wàn)噸。公司擁有國(guó)際先進(jìn)水平的鑄軋機(jī)、冷軋機(jī)、拉彎矯直機(jī)、分卷機(jī)、箔軋機(jī)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(dá)1600mm的多種鋁及鋁合金板、帶、箔材。作為一個(gè)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(dòng)化水平方面，其中鋁箔軋機(jī)作為整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)鏈的關(guān)鍵設(shè)備，整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)采用了基礎(chǔ)自動(dòng)化硬件（Level 0級(jí)）、基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（Level 1級(jí)）和計(jì)算機(jī)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)（Level 2級(jí)）的三級(jí)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(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置圖
    ◇ 各級(jí)系統(tǒng)說(shuō)明


    （1）Level 0級(jí)：指的是底層的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如傳動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)、供配電、測(cè)量系統(tǒng)和檢測(cè)元件（如測(cè)厚儀、板形輥、測(cè)速儀等）。這是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化的最基本硬件要求。

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

    （3）Level 2級(jí)：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(jì)算、軋制參數(shù)設(shè)定、材料數(shù)據(jù)庫(kù)及報(bào)表等功能。是一種基于服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)的模型生產(chǎn)控制技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)以通信的方式連接基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)定、管理和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)多工序、多機(jī)組的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。且數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)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(jí)的生產(chǎn)。

    在整個(gè)三級(jí)模式的軋制自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，Level 2級(jí)計(jì)算機(jī)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)起著重要的作用，通過(guò)二級(jí)自動(dòng)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(qiáng)度地降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率；同時(shí)，還可以為操作人員提供操作指導(dǎo)，盡量避免無(wú)謂的操作失誤。

    ◇ Level 2級(jí)控制系統(tǒng)的模塊功能

    整個(gè)Level 2計(jì)算機(jī)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)具有計(jì)劃、跟蹤、設(shè)定、自學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)報(bào)表等功能，根據(jù)工藝過(guò)程和計(jì)算機(jī)模型，提供軋制過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)視、軋制指導(dǎo)、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警顯示。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(hào)、卷徑、重量、寬度、厚度、合金、長(zhǎng)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(dāng)前軋制坯料在整個(gè)機(jī)列線(xiàn)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(kāi)卷機(jī)/雙開(kāi)卷機(jī)張力等軋制參數(shù)的設(shè)定及顯示。

    （4）實(shí)際數(shù)據(jù)收集功能

    指每個(gè)軋制道次的卷材實(shí)際數(shù)據(jù)和過(guò)程數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、顯示。

    （5）操作管理功能

    主要有換班管理功能、停機(jī)時(shí)間管理功能及班組報(bào)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(shí)間等參數(shù)。

    （7）警告信息功能

    指整個(gè)軋制過(guò)程中的報(bào)警記錄、顯示和存儲(chǔ)。

    ◇ 過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    Level 2計(jì)算機(jī)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是當(dāng)今流行、性能穩(wěn)定的Client/Server模式，該模式又稱(chēng)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(gè)部分：數(shù)據(jù)庫(kù)Server、客戶(hù)應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)庫(kù)Server作為后臺(tái)服務(wù)器，采用關(guān)系型ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)，承擔(dān)整個(gè)軋制工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)控制、信息管理、畫(huà)面報(bào)表、報(bào)警管理，并實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算和自學(xué)習(xí)功能，根據(jù)模型計(jì)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(shí)際數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)生成相應(yīng)工藝曲線(xiàn)、生產(chǎn)報(bào)表、完成自修正學(xué)習(xí)功能。具體包括：①為并發(fā)用戶(hù)管理1個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)。②控制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)和其它安全性要求。③使用備份和恢復(fù)功能保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。④對(duì)所有的客戶(hù)應(yīng)用程序集中實(shí)施全部數(shù)據(jù)完整性約束。客戶(hù)應(yīng)用程序的主要任務(wù)是為用戶(hù)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(yàn)證數(shù)據(jù)項(xiàng)目，及向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求及接收來(lái)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(huà)面和生產(chǎn)軋制的實(shí)際狀態(tài)，允許操作員在需要時(shí)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況對(duì)自動(dòng)軋制過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)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(hù)管理控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，工藝工程師還可以在這個(gè)工作站上根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況定義一些工藝參數(shù)、軋制策略、生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品質(zhì)量分析，及進(jìn)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(hù)機(jī)間使用100Mb/S快速以太網(wǎng)。介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)采用CSMA/CD控制策略，即帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)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(gè)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(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 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(jī)(35/70GB)
36.4GB X 4 硬盤(pán) (RAID-5)
鍵盤(pán)&鼠標(biāo)
計(jì)算機(jī)室
2 Level2數(shù)據(jù)
服務(wù)器HMI 1 HP V7550 18”液晶顯示器 計(jì)算機(jī)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(xiě)光驅(qū)
40GB 硬盤(pán)
18”液晶顯示器
鍵盤(pán)&鼠標(biāo)
計(jì)算機(jī)室1
主操作室1
4 HUB
2
HP Procurve Switch 2512
12個(gè)10BASE-T/100BASE-TX
2個(gè) 100BASE-FX
計(jì)算機(jī)室1
主操作室1
5 打印機(jī)
2
HP LaserJet 5100tn 打印機(jī)
打印尺寸：A3/A4
打印速度：22ppm (by A4)
計(jì)算機(jī)室1
主操作室1

    ◇ 過(guò)程自動(dòng)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(jī)速度很高，必須采用厚度自動(dòng)控制（AGC）系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)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(dāng)軋制策略改變時(shí)，就手動(dòng)控制而言，必須有相當(dāng)熟練的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間才能確定適當(dāng)?shù)慕o定值。而通過(guò)自動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng)只要適當(dāng)修改設(shè)定值或調(diào)換程序便可以實(shí)現(xiàn)。

    （3）能穩(wěn)定軋制時(shí)的各項(xiàng)工藝參數(shù)，在自動(dòng)軋制過(guò)程中，軋機(jī)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(jìn)行穩(wěn)定軋制。

    （4）提高操作水平，采用自動(dòng)控制軋制后，生產(chǎn)過(guò)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(duì)操作人員的技術(shù)水平要求也更高。

    （5）實(shí)現(xiàn)整個(gè)軋制過(guò)程的數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)，便于工藝人員的產(chǎn)品性能分析，且通過(guò)收集的產(chǎn)品數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模型自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)功能，為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工藝改進(jìn)提供了有利的參考。

    ◇ 結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)計(jì)算機(jī)過(guò)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(dòng)中解放出來(lái)，不輕易受人的情緒和技術(shù)水平的影響，穩(wěn)定進(jìn)行生產(chǎn)操作，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的可重復(fù)性。更重要的是能夠滿(mǎn)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(jià)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(dòng)化博覽》2010年第十一期