鞍钢冷轧厂 LZ-CIMS工程底层控制系统的设计与应用

    80年代末，鞍钢冷轧厂开始进行大规模技术引进和设备改造，不同时期的工艺要求和装备水平导致了其在线控制设备分散、多样，互无联系，按生产工序可划分为若干生产机组，每个机组由一个或多个控制系统组成。机组相互间没有通信，整个物料控制通过传票方式进行。随着企业的发展、壮大和激烈的市场竞争，这种方式给生产的统一协调和管理带来了诸多困难，已不适应目前现代化生产和管理的需要。为此，鞍钢冷轧厂从1997年开始实施LZ-CIMS工程，使管理者能在CIMS的指导下进行生产管理和经营决策，实现集约化经营，力争在市场竞争中立于不败之地。针对现有设备状况，在CIMS底层控制系统中，采用先进有效的计算机软件和硬件设备，把各个生产工序有机地联结起来，形成一个完整的通信控制系统，为CIMS工程的建立和实现奠定基础。 
1　LZ-CIMS结构和功能 
　　鞍钢冷轧厂以生产冷轧薄板为主，是典型的冶金轧钢企业，具有连续型流程特点。LZ-CIMS是将人与生产经营、生产管理和自动化控制连成一体，用于实现从热轧原料开始，经过各个生产加工工序，最终到产品发货的整个生产过程全局自动化[1]。其分层分级结构如表1所示。 



　　管理层和控制层构成了整个结构的基础[2]。LZ-CIMS以厂生产经营为中心，管理层的厂级管理级作为管理层的最高一级，垂直辅射科室和车间管理级，厂级管理重点放在企业的经营和决策管理，并涉及财务和销售监管。科室管理级按职能分工有生产、计划、质量、设备、人事、供应、成品等方面的协调和管理。车间管理级是管理层的最低级，包括生产车间和设备车间管理，主要是面对各个生产机组，对生产运行和设备维护进行组织和监管，最大限度地发挥生产工序和机组设备的优势，保证生产和设备的稳定运行。 
　　控制层的分级由现有生产设备的自动化水平决定[2]，各机组自动控制系统形成了CIMS工程底层控制系统的核心。本厂控制层主要是以PLC为中心的基础自动化系统，并覆盖少量的监控上位机和配套的智能仪表。 
　　厂级信息中心使用两台IBMRS6000/R24，AIXV7.1.1操作系统，ORACLE数据库和TCP/IP协议；科室和车间安装PC个人电脑，DigitalPC3100ST；机组使用工业微机。 
2　LZ-CIMS工程底层控制系统的设计与开发 
2.1　控制设备现状 
　　鞍钢冷轧厂物料流动是从热轧厂成品来料依次经过酸洗、轧制、罩式炉退火、平整、剪切、分类包装工序，各工序紧密衔接，相互制约。由于设备引进和改造的时期不同，彼此自动化水平相差很大，且控制设备不统一，具体情况如下。 
　　(1)盐酸再生3台SIEMENSS5-115UPLC，两台PC32-T，操作系统为Windows For Workgroup，使用Wonderware公司的Intouch软件包开发监控应用程序。 
　　(2)盐酸洗3台瑞典Sattcon31PLC，分别负责头、中、尾部全线控制，盐酸拉矫机采用GETexasPC,LYNXOS2.1.0操作系统，盐酸焊机使用1台SIEMENSS5-135UPLC。 
　　(3)连轧机14台SIEMENSMMC216多微机，BD216操作系统，用PL/M-86语言编程。 
　　(4)罩式退火炉 
　　4座EBNER炉采用3台SIEMENSS5-115UPLC。 
　　老24座N2炉1台IPC610，CPU80386，MSDOS6.0操作系统，用GWBASIC编程，并通过3964R软件包与1台SIEMENSS5-135UPLC相连组成控制系统。 
　　新36座LOI炉1台PC32-R，CPU80486，DRDOS系统，用TurboPascal编程，通过ARCNET网与18台SIEMENSS5-115UPLC相连构成系统。 
　　较新36座LOI炉1台PC32-20，CPU80386，ConCurrentDos操作系统，用TurboPascal编程，通过3964R软件包与BCU(DDC控制器)通信。 
　　(5)平整机5台SIEMENSMMC286多微机，BD286操作系统，用PL/M86语言编程。 
　　(6)剪切线1＃剪切线由3台S5-135UPLC和1台SIEMENSSIMADYND组成，1＃剪包装线由1台S5-115UPLC完成自动包装；2＃剪切线采用1台S5-135UPLC控制；3＃剪切线用1台S5-155UPLC控制；纵向剪切线采用美国GETexasPC机，LYNXOS操作系统，用3COM网卡，采用TCP/IP协议。 
2.2　网络通信 
　　如上所述，盐酸洗、盐酸焊机、EBNER罩式炉、连轧机、平整机、1＃剪切线(含包装线)、2＃剪切线、3＃剪切线均无上位机，给系统连网带来了困难，我们设计系统方案遵循可靠、实用、节约的原则，在CIMS系统和底层工控机或PLC间，配置若干台PC机。这些PC机的主要功能是从下面采集实时数据，处理后打包送到CIMS系统的ORACLE数据库中，CIMS系统收到这些数据后，再作相应的功能处理。这些新增的PC机，我们称为LEVEL-2系统，它起到1个Gateway(网关)的作用，即把应用不同的网络协议的网，通过Gateway的翻译连起来，LEVEL-2通过HUB连到IBMRS-6000上，构成Client/Server结构。LEVEL-2与底层通信通过RS232口，采用点到点的通信方式，协议为RS232，详见图1所示。 



2.3　软、硬件设计 
　　LZ-CIMS底层控制系统在实现生产自动控制的前提下，完成数据的采集、处理和传输。底层数据是CIMS的基础，底层通信设计的好坏决定了CIMS的成败。在软、硬件总体构想上，力求简练、开放、通用，尽量减少今后应用系统的维护量，延长应用系统的生命周期。 
　　(1)盐酸再生和盐酸洗 
　　1)盐酸再生 
　　为了不影响再生机组现有的PC32-T安全性能，新增PCServer机直接与3台S5-135U通过点到点通信来交换信息，它与原PC32-T在功能上互不干扰，增强了系统的可行性和安全性。 
　　2)盐酸洗 
　　因为盐酸再生的现有上位机PC32-T使用Intouch软件包，通过串行口已能与盐酸中部Sattcon31交换数据，所以盐酸洗新增PCServer也用Intouch软件包与3台Sattcon31分别采用点到点的通信方式来采集数据。同样，焊机通过RS232口用Intouch采集数据。根据拉矫机PC机的特点，可直接挂到HUB1上，通过在新增的PC机(PCServer)上的ODBCforInformix与之构成C/S结构，使拉矫机上的数据先送到PCServer上，处理后再送到RS6000上。在盐酸洗生产线上还开发了PCMMI，填补了无监视跟踪画面的空白。硬件上，PCServer通过以太网，接两台PCMMI；软件上，PCServer利用Intouch软件包与PCMMI实时交换数据。 
　　(2)罩式炉 
　　炉区分两个控制室，EBNER炉和较新LOI炉控制系统在北区，新LOI炉和N2炉在南区。这样，南、北两区各增加1台PCServer，EBNER炉没有上位机，在其MasterS5-115UPLC上插入1块CP524通信板，与PCServer相连，较新LOI炉上位机PC32-20和新LOI炉上位机PC32-R通过修改和增加程序，用来负责向RS232口写所交换的数据。N2炉的上位机通过3964R通信软件包，新增MOXAC104A多用户卡与PCServer进行点到点通信。 
　　(3)连轧机和平整机 
　　连轧机所用的MMC216是介于S5PLC和微机间的一种过渡产品，没有通用性和开放性，是系统开发的难点，经过反复研究和试验，依据LoaderDebuger特性，模仿指令，开发出专用通信软件包。MMC216的MADIComputer(人机接口计算机)与PCServer相连。平整机使用的MMC286是MMC216的升级产品，两者特性基本一样，新增PCServer与MMC286的SOVEComputer(设定值处理计算机)相连，实现信息交换。 
　　(4)剪切线 
　　1＃、2＃和3＃剪切线都采用SIEMENSS5-135U或S5-155UPLC，3条剪切线控制系统相通相容，为此，建立共用的SINECL2网，S5增加CP5431通信板与PCServer共同挂网。冷纵剪所用的GETexasPC直接挂到HUB7上，具体情况和盐酸拉矫机一样。 
　　LEVEL2PC的应用软件结构见图2，共有5个进程组成，辅助若干个初始表单，其中P0是整个应用系统的主控进程，它负责调度和监视P1～P4进程活动。P1主要用于同原始数据打交道的1个进程，该进程将根据信息源表的说明负责从原始数据源处取数据，并把所取数据送到缓冲区或建立中间结果值表。P2主要处理P1采集来的数据并整理后准备往ORACLE表发送。P3进程负责操作ORACLE表，并把实时数据存入ORACLE表里。P4进程处理应用系统出现的错误信息，并把相应信息传送到屏幕进行报警和提示。 



　　从图2中所看到的几个文本文件，主要是为使应用系统具有更好的开发价值和通用性而设置的。信息源表描述所采集的数据源的信息，以标准的TXT文件形式存放，包括I/O变量名、类型、初始值等。中间结果文件主要是临时存放采集的数据。初始化信息表的用途是为了同ORACLE表打交道。不同工控系统所对应的应用系统是不同的，应用软件的设计也不同，但基本上可以遵循本结构。 

　　LZ-CIMS底层控制系统从1998年7月1日开始试运行，经过720h考核，无故障率超过99.8％，通信协议、数据传输准确无误，系统运行高效可靠，响应迅速，灵活性强，各种试运行和考核指标均满足设计要求，应用效果比较满意。