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(guò)程自動(dòng)化系統的技術(shù)實(shí)現特點(diǎn)及其優(yōu)勢。

    關(guān)鍵詞：過(guò)程控制系統；系統功能；數據庫；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(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。公司擁有國際先進(jìn)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(gè)現代化鋁加工企業(yè)，其優(yōu)越性主要體現在品種研發(fā)和自動(dòng)化水平方面，其中鋁箔軋機作為整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)鏈的關(guān)鍵設備，整個(gè)過(guò)程控制系統采用了基礎自動(dòng)化硬件（Level 0級）、基礎自動(dòng)化系統（Level 1級）和計算機過(guò)程自動(dòng)化系統（Level 2級）的三級網(wǎng)絡(luò )結構模式，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 )結構配置圖如圖1所示。
                    
                                             圖1  三級網(wǎng)絡(luò )結構配置圖
    ◇ 各級系統說(shuō)明


    （1）Level 0級：指的是底層的執行機構，如傳動(dòng)系統、電機、供配電、測量系統和檢測元件（如測厚儀、板形輥、測速儀等）。這是實(shí)現基礎自動(dòng)化的最基本硬件要求。

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

    （3）Level 2級：指的是軋制設定系統和軋制策略模型，包括物料的跟蹤、道次表的計算、軋制參數設定、材料數據庫及報表等功能。是一種基于服務(wù)器與數據庫的模型生產(chǎn)控制技術(shù)，使用計算機以通信的方式連接基礎自動(dòng)化系統，對其進(jìn)行設定、管理和優(yōu)化控制，實(shí)現多工序、多機組的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。且數據庫中存儲有與軋制工藝相關(guān)的各種生產(chǎn)模型，系統具備自修正學(xué)習功能，能夠指導Level 1級的生產(chǎn)。

    在整個(gè)三級模式的軋制自動(dòng)化控制系統中，Level 2級計算機過(guò)程自動(dòng)化系統起著(zhù)重要的作用，通過(guò)二級自動(dòng)化系統的數學(xué)模型指導生產(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(dòng)強度，提高生產(chǎn)率；同時(shí)，還可以為操作人員提供操作指導，盡量避免無(wú)謂的操作失誤。

    ◇ Level 2級控制系統的模塊功能

    整個(gè)Level 2計算機過(guò)程自動(dòng)控制系統具有計劃、跟蹤、設定、自學(xué)習和數據報表等功能，根據工藝過(guò)程和計算機模型，提供軋制過(guò)程的在線(xiàn)監視、軋制指導、數據記錄、報警顯示。系統采用模塊化設計，具有以下功能：

    （1）PDI數據的管理功能

    主要涉及卷材的卷號、卷徑、重量、寬度、厚度、合金、長(cháng)度等數據信息。包括PDI數據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(gè)機列線(xiàn)上的跟蹤并顯示功能。

    （3）軋制參數設定功能

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

    （4）實(shí)際數據收集功能

    指每個(gè)軋制道次的卷材實(shí)際數據和過(guò)程數據收集、存儲、顯示。

    （5）操作管理功能

    主要有換班管理功能、停機時(shí)間管理功能及班組報表管理功能。

    （6）軋輥數據管理功能

    包括軋輥更換操作、新軋輥數據設置、修改和顯示。主要涉及的數據有輥徑、粗糙度、凸度、磨削時(shí)間等參數。

    （7）警告信息功能

    指整個(gè)軋制過(guò)程中的報警記錄、顯示和存儲。

    ◇ 過(guò)程自動(dòng)化系統結構

    Level 2計算機過(guò)程自動(dòng)控制系統采用的是當今流行、性能穩定的Client/Server模式，該模式又稱(chēng)分布式應用處理或協(xié)作應用處理，該系統具體分為三個(gè)部分：數據庫Server、客戶(hù)應用程序和網(wǎng)絡(luò )系統。其中數據庫Server作為后臺服務(wù)器，采用關(guān)系型ORACLE數據庫，承擔整個(gè)軋制工藝數據的數據共享、數據處理、實(shí)時(shí)控制、信息管理、畫(huà)面報表、報警管理，并實(shí)現模型計算和自學(xué)習功能，根據模型計算結果向Level1系統發(fā)送設定數據，并收集相應實(shí)際數據在數據庫內生成相應工藝曲線(xiàn)、生產(chǎn)報表、完成自修正學(xué)習功能。具體包括：①為并發(fā)用戶(hù)管理1個(gè)單獨的數據庫。②控制對數據庫的訪(fǎng)問(wèn)和其它安全性要求。③使用備份和恢復功能保護數據庫。④對所有的客戶(hù)應用程序集中實(shí)施全部數據完整性約束?？蛻?hù)應用程序的主要任務(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，驗證數據項目，及向數據庫服務(wù)器發(fā)出請求及接收來(lái)自服務(wù)器的數據。操作員工作站HMI主要是為操作人員提供設備監視畫(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)根據生產(chǎn)實(shí)際情況對自動(dòng)軋制過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)干預。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、生產(chǎn)過(guò)程數據及數據庫，同時(shí)，工藝工程師還可以在這個(gè)工作站上根據生產(chǎn)實(shí)際情況定義一些工藝參數、軋制策略、生產(chǎn)計劃、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 )體系結構采用工業(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 )結構為星形結構。整個(gè)控制系統網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖2所示。
                
                                            圖2  系統網(wǎng)絡(luò )結構圖
序號 設備名稱(chēng) 數量 硬件配置 位置
1 Level2數據
服務(wù)器
1
HP ProLiant ML370 (塔式)
CPU：Intel Xeon 2.8GHz
內存：2GB
以太網(wǎng)卡：10/100Base-TX(4口)
3.5”軟驅
5.25”光驅(640MB)
AIT磁帶機(35/70GB)
36.4GB X 4 硬盤(pán) (RAID-5)
鍵盤(pán)&鼠標
計算機室
2 Level2數據
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
內存：512MB
100BASE-TX 以太網(wǎng)卡
18X可讀寫(xiě)光驅
40GB 硬盤(pán)
18”液晶顯示器
鍵盤(pán)&鼠標
計算機室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(guò)程自動(dòng)化系統的優(yōu)越性

    （1）能顯著(zhù)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(dòng)控制（AGC）系統，通過(guò)計算機與厚控系統技術(shù)的應用，能顯著(zhù)改善產(chǎn)品的厚度精度。

    （2）能夠迅速適應軋制工藝的變換。當軋制策略改變時(shí)，就手動(dòng)控制而言，必須有相當熟練的調整經(jīng)驗，花費很長(cháng)的時(shí)間才能確定適當的給定值。而通過(guò)自動(dòng)過(guò)程控制系統只要適當修改設定值或調換程序便可以實(shí)現。

    （3）能穩定軋制時(shí)的各項工藝參數，在自動(dòng)軋制過(guò)程中，軋機的速度、張力、軋制力、帶材的厚度、寬度、溫度等參數能按照設定值進(jìn)行穩定軋制。

    （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(shí)現整個(gè)軋制過(guò)程的數據收集與存儲，便于工藝人員的產(chǎn)品性能分析，且通過(guò)收集的產(chǎn)品數據實(shí)現模型自適應和自學(xué)習功能，為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工藝改進(jìn)提供了有利的參考。

    ◇ 結語(yǔ)

    通過(guò)計算機過(guò)程控制系統的應用，提高了設備使用效率、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，穩定進(jìn)行生產(chǎn)操作，實(shí)現標準化生產(chǎn)的可重復性。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