X-P A C T嵌入式系统在MP M轧机上的应用

2017-03-28王伟元

中国设备工程 2017年4期

关键词：辊缝衡阳轧机

王伟元

（华菱衡阳钢管集团有限公司，湖南衡阳 4 2 1 0 0 1）

X-P A C T嵌入式系统在MP M轧机上的应用

王伟元

（华菱衡阳钢管集团有限公司，湖南衡阳 4 2 1 0 0 1）

本文主要介绍衡钢3 4 0分厂H C C S系统升级后的系统结构及软硬件配置，通讯方式、H G C和A G C的工作原理，工程应用表明X-P A C T系统稳定可靠，极大提高了产品的壁厚精度。

基础自动化；A G C；嵌入式系统；伺服阀

衡钢集团3 4 0分厂MP M连轧机组由S MSI NNS E公司设计制造，设计产能5 0万吨，热轧生产线主要工艺设备有C T P锥形穿孔机，5机架MP M限动芯棒连轧机，S M定径机和两座加热炉，经过近1 0年运行后HC C S系统控制器性能下降，经常出现死机崩溃现象，严重影响了正常生产。近几年公司对该系统进行了升级改造，将原系统改造为I NNS E公司最先进的X-P A C T集散嵌入式控制系统，与公司的生产过程管理系统构成三级自动化控制系统，本文主要介绍L 1（HC C S自动控制系统）和L 2（P S S 过程自动化系统）。

1 系统构成

1.1 系统硬件配置

图1为系统架构图，HC C S系统以A P C 8 1 0控制器为核心，A P C 8 1 0是一台嵌入式计算机，由I NNS E公司特殊定制，C P U芯片采用I n t e l C o r e D u o 7 5 0 0 1.0 6 G h z 6 4位处理器，主板支持1×P C I E x p r e s s，2×P C I，分别配置P r o f i b u s c a r r i e r卡、P D A F o b I/O卡和E t h e r n e t扩展卡。以A P C为核心向外辐射四条网络，分别为工业以太网 E t h e r n e t、F i b e r Op t i c光纤高速网、P r o f i b u s-D P和E t h e r C A T n e t。工业以太网 E t h e r n e t承担大数据传输，如工模具参数、轧制表、炉批号等，并连接L 1和L 2实现两级系统的互联。F i b e r Op t i c光纤高速网用于A P C和P D A S e r v e r通讯，信息流为单向传输，以2 ms的采样周期实时获取HC C S系统的各种信息，如压力、位置、状态等。P r o f i b u s-D P连接E T 2 0 0 M从站，用于控制小舱的常规电磁阀（快开阀、锁阀等）。E t h e r C a t n e t专用于A P C和E t h e r C a t I/O之间通信，E t h e r C a t I/O为实时I/O模块，信号采样时间小于2 ms，小舱的位置检测、主油缸的压力和伺服阀的控制均由该类型模块实现。

图1 系统架构框图

L 2系统设计以P S S S e r v e r为核心，服务器采用HP D L 3 8 0 G 8高性能主机，S A S C o n t r o l l e r RA I D磁盘阵列结构，设计两台C l i e n t P C，通讯协议为T C P/I P。P S S S e r v e r实现P L A NT Ne t w o r k和MP M Ne t w o r k的互联互通，与基础自动化B A S、质量检测系统QA S及液压小舱辊缝控制系统HC C S通过大型交换机S w i t c h与P S S进行大数据交换通讯。

1.2 软件配置及功能

A P C 8 1 0操作系统为V x Wo r k s，运行L o g i C A D 5.2图形化编程软件，软件可完成系统硬件组态、编程和故障诊断。P S S S e r v e r使用 L i n u x E n t e r p r i s e S e r v e r S P 3，数据库采用 My S q l S e r v e r 5.0，软件开发环境为E c l i p s e 4.2。客户端操作系统为Wi n d o w 7 P r o f e s s i o n a l，安装J a v a Ru n t i me E n v i r o n me n t（J RE）1.6运行环境。P S S S e r v e r软件由两个主应用程序组成，即B URS T和A p p l i c a t i o n S e r v e r。B URS T就是一个T C P/I P服务，支持从L 1获取MP M轧机在生产时的实时轧制数据并执行相关功能，A p p l i c a t i o n S e r v e r允许在在线模式和测试模式下运行工艺数学模型。

图2 HGC控制功能图

2 H G C控制原理

HC C S系统主要实现如下功能：小舱位置的控制、轧制力计算、小舱位置同步控制、轧制过程中自动辊缝控制、伺服阀零飘调整、位移传感器位置自动校零、报警和事件信息处理以及与B A S，P S S系统间的信息交换。HC C S的核心就是HG C控制系统，图2为HG C控制功能图，其中RE G UL A T OR为A G C（自动辊缝控制内核）。HG C的控制对象就是伺服阀，在位置闭环控制系统有四个反馈信号即：小舱的实际位置（P o s i t i o n T r a n s d u c e r）、有杆腔压力（Ro d P r e s s u r e）、无杆腔压力（P i s t o n P r e s s u r e）和伺服阀阀芯实际位置（S e r v o S p o o l），在轧机正常工作时压力信号通过A/D转换器变换后送给轧制力计算模块（F o r c e C a l c u l a t i o n），计算出来得实际轧制力分量（A c t u a l F o r c e）传给反馈信号计算模块（F e e d b a c k C a l c u l a t i o n），位移传感器的脉冲信号通过计数模块转换成位置信号分量（A c t u a l P o s i t i o n）送给反馈信号计算模块，F e e d b a c k C a l c u l a t i o n模块综合实际位置和压力作为总的反馈值与辊缝给定值（G a p Re f e r e n c e）相加后得到的修正值传输给A G C调节器（RE G UL A T OR），A G C调节器输出的数字信号通过D/A转换器变换成电流信号直接驱动伺服阀实时动态调节小舱主油缸的位置。其实A G C的功能就是用于补偿机架的弹性变形，弹性变形量由检测出来得轧制力计算得出，该分量可与实测的位置叠加去控制轧机的辊缝，通过计算整套机架的平均弹性变形量优化相应的数学模型，得出的分量作为辊缝修正后的给定值。