【轧钢自动化：让数据说话】轧钢自动化

　　面对原材料价格上涨带来的经济危机，韶关钢铁充分利用计算机自动化控制，加强对现场工艺设备状况的监控，充分展现数据的“话语权”，降低了生产成本。 　　 　　当前,原料价格及人力成本在高速增长，为有效提高生产效益和降低生产成本，计算机自动化已成为轧钢企业管理的重要手段之一。它充分利用现场采集的实时数据信息,为生产管理服务，进一步加强现场工艺设备状况的监控和控制，帮助管理人员迅速做出决策,实现管理、控制的一体化，在节能降耗方面得到很大提升，可增强企业的竞争力。
　　在韶关钢铁的计算机自动化系统中，以计算机Windows 2000系统为平台，使用Siemens v5.3和SQL Server 2000及Wincc 6.0软件,实现了对轧钢现场实时数据管理。该系统以计算机自动化为核心，对轧钢过程中每条钢坯的质量数据和工艺数据进行跟踪，实现对数据的收集、存储、查询、更新和统计等功能，并生成符合工艺要求的报表。自2005年投入使用以来，近3年期间，系统运行良好、性能稳定，实现了轧制生产和管理的自动化。
　　系统通过对现场各种数据的采集，借助网络通信上送至PLC（可编程逻辑控制器）的数据模块，经过内部程序完成实时数据处理，上送至上位机的操作室和服务器，同时下传上位机的控制命令到现场各个控制单元，上位机上显示控制单元的动作过程和各种实时数据。在整个过程中，生产线上所有的网络、控制、模块单元的数据处于高速传输状态，每100ms刷新一次，并不断发送和接收数据。
　　
　　四层结构紧密集合
　　
　　该轧制自动化控制系统也像所有典型的分级控制系统一样，在网络结构上可以分为四层，即数据采集层、过程监控层、数据管理层和信息服务层，如图所示。
　　数据采集层由两套德国西门子公司的Simatic S7-400系列PLC、各种传感器以及一些采集板卡组成，实时检测轧机、活套以及操作箱等现场数据。同时，系统将轧制压力、张力、活套传感器、热金属检测器等模拟量或数字量信号以及运行、停止等开关量信号，分别通过硬线和Profibus-DP网送入PLC系统的I/O扩展模块，经过放大、隔离、滤波处理后，转换成数字信号，通过计算机网络向上层传送，完成对生产轧制的数据采集。
　　过程监控层即上位机监控站，布置在操作室，负责读取PLC传送来的数据流，并进行分析和处理，然后送到数据管理层的服务器，分别绑定在数据表单的各个字段上。此时，系统也负责向传输控制单元发送数据，并在前台实时显示关键数据，完成工艺的监控。
　　数据管理层包含两台计算机，一台作为数据库服务器，完成轧制过程中实时数据和工艺数据的存储、录入、监控、备份和维护等工作; 另一台作为优化计算机，完成数据的处理以及轧制过程的优化、自适应及自学习。
　　信息服务层计算机分布在不同的工段和科室。它们都安装有前台数据库应用程序，以数据库服务器为中心，采用C/S结构组成星形计算机局域网（LAN）。网内每一台计算机都可以访问数据库，完成浏览、查询、统计、报表打印等操作。如果用户有足够的权限，可以通过登录框更改登录口令并对数据进行修改。
　　
　　数据的“话语权”
　　
　　该计算机自动化系统利用C/S结构，通过计算机网络和客户端应用程序，向用户提供实时数据及生产报表，使管理人员及时掌握生产状况，实现企业生产、控制、监视和管理的一体化。
　　在用Wincc 6.0进行界面设计时，可使用静态和动态链接的设计方法，把过程数据和控制程序有机地与窗口画面结合起来。系统把整个应用程序根据功能划分为若干个模块，对每个功能模块分别编程，所有的功能模块通过组织块来调用，形成一个完整的循环扫描系统。整个计算机自动化系统使以下7大功能得到提升。
　　●生产状态的监控和报警指示。在操作室及各客户端安装运行软件和工艺流程画面，可显示现场轧机的状况（包括轧机的带电、启动、运行等状况），以及轧件在整个轧钢过程中的移动，便于生产人员及时掌握钢坯、轧机、活套的运行情况。为了便于钢坯跟踪时与轧机的物理位置对应，系统进行了粗轧区、中轧区、精轧区、冷床区、打包区等区域划分。
　　●数据的查询和显示。 系统运行时，各客户端界面能实时显示当前轧钢数据; 同时，还可以对三个月内的数据进行查询，查询条件包括钢坯号、班组、材质、轧制规程、成材率和时间范围等，用户既可以选择其中的每项来进行简单查询，也可以选择若干项进行组合查询，查询结果以列表的形式显示。
　　●数据的统计和汇总。这部分主要是轧钢的产量统计和质量统计。产量统计包括日产量、月产量和年产量。所谓质量统计，对于某一钢坯来说，就是统计其成材率; 对于整个轧机系统来说，就是该轧机生产的所有钢坯的稳定情况。
　　●图形化数据管理。 为了更直观地显示轧制生产的状况，系统对生产中的重点数据，如轧制速度、轧机间的张力、压力等提供实时趋势曲线，操作工通过观察其变化情况，调整轧制操作。对于产量统计数据，有相应的直方图显示画面，画面上将几个数据项同时显示在一个直方图上，不同数据项采用不同的颜色，这样既能够实现单个数据项的比较，又能够按照几个数据项的关联进行比较。
　　●工艺的计算和优化。 系统通过程序实现数据之间的转化和工艺的计算，如自动生成轧制规程、进行工艺优化等。计算轧制规程时，应用程序首先从数据库表中提取需要的相关数据，经过运算后，将得到的参数逐个添加到规程表中，生成具体的轧制规程。
　　轧机启动后，系统会根据来料情况以及加工要求检索轧制规程表，将对应的轧制规程参数下载到每台控制设备上，然后开始轧制。与此同时，优化程序启动，根据数据库中记录的相关理论公式、经验公式和有关企业的数据，对系统的上一个坯料进行数据、速度等分析，从而对下一坯料不断修正和优化，进行在线自适应控制。每一条钢坯轧制完毕后，系统还配有离线自学习程序再次进行优化。
　　●数据报表。 针对用户对数据管理的要求，系统设计了两种类型的报表，即按时间生成的报表和按功能生成的报表。时间报表包括日产量表、月产量表和年产量表，按不同的时间周期考察该轧机的生产情况。功能报表主要是钢坯数据报表和班组生产报表。钢坯数据报表记录了各钢坯的生产数据，一方面，可以供技术人员参考分析，以提炼出对生产有用的信息; 另一方面，可以提交给各级管理部门，使他们及时了解生产情况。班组生产报表记录了各个班组的生产数据，从中可以清楚地查明每个班组加工了多少钢坯、出现了多少废品，以及加工时出现了多少次事故等。该报表可以作为年终班组考核的依据。
　　●对外扩展功能。该系统是隶属于三级过程控制级的一个子系统，设计时专门为三级生产管理预留了接口，方便日后向企业级的管理软件或更高一级的扩展。