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摘 要： 介绍了马钢CSP生产线过程控制系统，其中包括系统配置，网络结构、中间件和应用软件功能，各主要功能模块运用及运行管理。
关键词： 热轧带钢；数学模型；中间件；PC服务器
马钢CSP过程控制系统改造工程于2015年12月建成投产。生产线主要设备有：两座隧道加热炉、一架立辊的轧机、七架精轧机组、测厚仪、凸度仪（含测宽功能）、平直度仪、层流冷却、两台地下卷取机、卸卷打捆、钢卷运输线等。设计年产量200万吨，产品规格：厚度0.8-16mm，宽度：900-1600mm。
过程控制系统采用PC服务器，其控制范围从出炉辊道开始，到卷取区域钢卷称重结束。主要任务是对全线的生产工艺过程进行跟踪和控制，控制板坯从入炉辊道开始，依次经过除磷、立辊、精轧、层流冷却、卷取等工艺过程。
1 系统配置
马钢CSP过程控制系统的核心设备是三台HP PC服务器和一台磁盘阵列柜。其中两台为过程控制服务器，主要运行过程控制系统的中间件和应用软件。另外一台历史数据库服务器，安装ORACLE数据库软件，用于存储生产数据和制作报表。
两台过程控制服务器和磁盘柜一起构成双机热备系统，当运行服务器出现故障时，备用服务器能立即自动接替并继续工作（切换时间大约15秒），备用服务器不会出现数据丢失。同时，也可人工要求切换，只需单击鼠标发出切换命令即可。
2 应用软件支撑软件（中间件）
中间件（Middle Ware）是过程控制系统的核心支撑软件，即应用软件的开发平台和运行环境，它的主要作用是屏蔽硬件平台和操作系统的差异性以及底层操作系统的复杂性，使应用程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境。
马钢CSP过程系统采用的中间件 CDP（Process Control Develop Platform）系统构架如图1所示。
图1 PCDP的系统结构
2.1 实时数据文件管理
该组件可根据需要在服务器物理内存中建立和维护多个小巧的数据表，供应用程序之间的进行实时数据交换，这些数据表能与磁盘中数据文件实时同步。
2.2 进程间通讯管理
负责管理不同进程之间的通信。该组件为每一个进程建立专用的消息队列，这些进程可通过接口函数访问消息队列以实现消息传递。
2.3 外部通讯管理
负责管理过程自动化系统与其他外部子系统之间的通信链路以及数据收发队列。根据开放的端口数和实际建立的通信链路数，HubWare将自动调整服务的进程和线程的数量，以保证对通信数据处理的实时性。
2.4 日志报警管理
负责生成、显示和管理应用程序的报警日志信息。
2.5 数据库连接管理
负责与数据库服务器建立ODBC连接并向数据库保存数据，若由于通信中断或其他原因而不能成功写入时，它能自动先将数据缓存在本地硬盘中，并周期地不断尝试直到完全成功，以确保数据不丢失。
2.6 HMI变量管理
采用COM技术，通过建立一个全局变量集合，在服务器和各HMI终端之间提供了一种方便灵活的HMI过程变量通信方法，并且适应大多数HMI组态工具。
2.7 进程管理
负责管理过程自动化系统应用软件的启动、停止、任务守护，程序意外退出时的出错信息输出和源代码中出错点定位，收集每个程序的运行健康状态和内存、CPU时间等统计信息，提供系统内时钟同步服务。
3主要控制模块
3.1 板还初始数据及乳制计划管理
为完成此功能，在加热炉操作台配备了三套PDI终端。板还初始数据由生产管理系统（L3）下达的生产计划。在PDI终端可以对PDI数据进行修改、复制、删除。在板還装炉完成、准备出炉以及出炉完成等消息传送到过程控制服务器。
3.2 轧件数据跟踪
跟踪的目的是确定轧件（板还、带还、带钢、钢卷）在生产线上的实际位置等实际情况，以便在规定的时间启动有关应用程序，完成过程控制的其他功能。过程控制自动化系统的跟踪功能是以L1传送来的跟踪结果为基础来实现的。跟踪的区域从除鳞棍道开始，经卷取机、钢卷运输线，直至钢卷称重完毕。为便于进行跟踪处理，在服务器的内存中设置轧件实时数据区，轧件数据跟踪模块负责随着轧件实物的移动而在这些数据区中移动轧件数据，使实物与内存中数据始终对应。
3.3 轧制节奏计算
轧制节奏计算（MPC）主协调加热炉和轧线轧制的关系，提高带钢轧制节奏，实现较高的生产力。MPC预测抽出的板坯和炉内即将抽出的板还的传送时间段，通过计算板坯在轧线传送时受不同限制条件影响的适宜的最小时间间隔，计算出合理的抽钢间隔，并发送出钢消息至炉区基础自动化控制器启动出钢动作。
3.4 设定计算
设定计算模块是指过程控制服务器通过一系列的数学模型计算，得到带钢热连札各种生产设备的设定值，主要有以下几方面：
3.4.1 加热炉区
加热炉区域主要以数据跟踪为主。根据现场实际设备的动作，将准确的板坯数据发送给过程控制服务器进行其他区域的设定计算。
3.4.2 入口区
入口区：挡水辊压下位置、立辊开口度、轧制速度、轧制力、侧导板开度、除磷水开启组数及头尾短行程等。
3.4.3 精轧区
精轧机设定：各机架速度、机架间张力、活套角度、轧制力、压下位置，侧导板开度、除麟和机架间喷水等。
板形设定：精轧机弯棍力设定和窜辑位置设定。
3.4.4 层流冷却区
层流冷却区：层流冷却水管开启数目及位置。
关键词： 热轧带钢；数学模型；中间件；PC服务器
马钢CSP过程控制系统改造工程于2015年12月建成投产。生产线主要设备有：两座隧道加热炉、一架立辊的轧机、七架精轧机组、测厚仪、凸度仪（含测宽功能）、平直度仪、层流冷却、两台地下卷取机、卸卷打捆、钢卷运输线等。设计年产量200万吨，产品规格：厚度0.8-16mm，宽度：900-1600mm。
过程控制系统采用PC服务器，其控制范围从出炉辊道开始，到卷取区域钢卷称重结束。主要任务是对全线的生产工艺过程进行跟踪和控制，控制板坯从入炉辊道开始，依次经过除磷、立辊、精轧、层流冷却、卷取等工艺过程。
1 系统配置
马钢CSP过程控制系统的核心设备是三台HP PC服务器和一台磁盘阵列柜。其中两台为过程控制服务器，主要运行过程控制系统的中间件和应用软件。另外一台历史数据库服务器，安装ORACLE数据库软件，用于存储生产数据和制作报表。
两台过程控制服务器和磁盘柜一起构成双机热备系统，当运行服务器出现故障时，备用服务器能立即自动接替并继续工作（切换时间大约15秒），备用服务器不会出现数据丢失。同时，也可人工要求切换，只需单击鼠标发出切换命令即可。
2 应用软件支撑软件（中间件）
中间件（Middle Ware）是过程控制系统的核心支撑软件，即应用软件的开发平台和运行环境，它的主要作用是屏蔽硬件平台和操作系统的差异性以及底层操作系统的复杂性，使应用程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境。
马钢CSP过程系统采用的中间件 CDP（Process Control Develop Platform）系统构架如图1所示。
图1 PCDP的系统结构
2.1 实时数据文件管理
该组件可根据需要在服务器物理内存中建立和维护多个小巧的数据表，供应用程序之间的进行实时数据交换，这些数据表能与磁盘中数据文件实时同步。
2.2 进程间通讯管理
负责管理不同进程之间的通信。该组件为每一个进程建立专用的消息队列，这些进程可通过接口函数访问消息队列以实现消息传递。
2.3 外部通讯管理
负责管理过程自动化系统与其他外部子系统之间的通信链路以及数据收发队列。根据开放的端口数和实际建立的通信链路数，HubWare将自动调整服务的进程和线程的数量，以保证对通信数据处理的实时性。
2.4 日志报警管理
负责生成、显示和管理应用程序的报警日志信息。
2.5 数据库连接管理
负责与数据库服务器建立ODBC连接并向数据库保存数据，若由于通信中断或其他原因而不能成功写入时，它能自动先将数据缓存在本地硬盘中，并周期地不断尝试直到完全成功，以确保数据不丢失。
2.6 HMI变量管理
采用COM技术，通过建立一个全局变量集合，在服务器和各HMI终端之间提供了一种方便灵活的HMI过程变量通信方法，并且适应大多数HMI组态工具。
2.7 进程管理
负责管理过程自动化系统应用软件的启动、停止、任务守护，程序意外退出时的出错信息输出和源代码中出错点定位，收集每个程序的运行健康状态和内存、CPU时间等统计信息，提供系统内时钟同步服务。
3主要控制模块
3.1 板还初始数据及乳制计划管理
为完成此功能，在加热炉操作台配备了三套PDI终端。板还初始数据由生产管理系统（L3）下达的生产计划。在PDI终端可以对PDI数据进行修改、复制、删除。在板還装炉完成、准备出炉以及出炉完成等消息传送到过程控制服务器。
3.2 轧件数据跟踪
跟踪的目的是确定轧件（板还、带还、带钢、钢卷）在生产线上的实际位置等实际情况，以便在规定的时间启动有关应用程序，完成过程控制的其他功能。过程控制自动化系统的跟踪功能是以L1传送来的跟踪结果为基础来实现的。跟踪的区域从除鳞棍道开始，经卷取机、钢卷运输线，直至钢卷称重完毕。为便于进行跟踪处理，在服务器的内存中设置轧件实时数据区，轧件数据跟踪模块负责随着轧件实物的移动而在这些数据区中移动轧件数据，使实物与内存中数据始终对应。
3.3 轧制节奏计算
轧制节奏计算（MPC）主协调加热炉和轧线轧制的关系，提高带钢轧制节奏，实现较高的生产力。MPC预测抽出的板坯和炉内即将抽出的板还的传送时间段，通过计算板坯在轧线传送时受不同限制条件影响的适宜的最小时间间隔，计算出合理的抽钢间隔，并发送出钢消息至炉区基础自动化控制器启动出钢动作。
3.4 设定计算
设定计算模块是指过程控制服务器通过一系列的数学模型计算，得到带钢热连札各种生产设备的设定值，主要有以下几方面：
3.4.1 加热炉区
加热炉区域主要以数据跟踪为主。根据现场实际设备的动作，将准确的板坯数据发送给过程控制服务器进行其他区域的设定计算。
3.4.2 入口区
入口区：挡水辊压下位置、立辊开口度、轧制速度、轧制力、侧导板开度、除磷水开启组数及头尾短行程等。
3.4.3 精轧区
精轧机设定：各机架速度、机架间张力、活套角度、轧制力、压下位置，侧导板开度、除麟和机架间喷水等。
板形设定：精轧机弯棍力设定和窜辑位置设定。
3.4.4 层流冷却区
层流冷却区：层流冷却水管开启数目及位置。