劉延偉
(河鋼集團(tuán)邯鋼公司 連鑄連軋廠 河北邯鄲 056015)
摘 要:邯鋼CSP生產(chǎn)線已運(yùn)行近二十年,其軋機(jī)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱二級(jí))所用的硬件設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重老化,同時(shí)所用的操作系統(tǒng)不能接軌現(xiàn)在主流操作系統(tǒng),與其他系統(tǒng)的通訊也不兼容,影響產(chǎn)線穩(wěn)定性和公司信息化進(jìn)程。由于CSP是個(gè)緊湊性,連貫性生產(chǎn)線,產(chǎn)線的停產(chǎn)直接影響到煉鋼工序以及后續(xù)冷軋生產(chǎn),同時(shí)還要使系統(tǒng)升級(jí)改造順利完成,所以經(jīng)過(guò)多方分析和論證,決定采用了Shadow模式,很好的解決這個(gè)矛盾,取得了良好效果。
關(guān)鍵字 CSP;Shadow模式;過(guò)程控制系統(tǒng)
0 前言
邯鋼CSP生產(chǎn)線自1999年投產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)近二十年,軋機(jī)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱二級(jí))采用的是西門(mén)子公司自動(dòng)化控制技術(shù)。服務(wù)器硬件采用的是DEC Alpha小型機(jī),Openvms操作系統(tǒng),其中該型號(hào)的機(jī)器已于2004停止生產(chǎn),硬件設(shè)備已經(jīng)到達(dá)壽命極限,尤其是硬盤(pán),故障率高居不下,嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)節(jié)奏。同時(shí)Openvms操作系統(tǒng)是非窗化的,不易操作,通訊協(xié)議為OSI,而非現(xiàn)在主流的TCP/IP,與公司其它系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)正常的通訊,影響公司信息化進(jìn)程。這次系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí),新系統(tǒng)采用HP的PC服務(wù)器,Windows操作系統(tǒng),由于CSP生產(chǎn)線在邯鋼起著承上啟下的地位,二級(jí)系統(tǒng)升級(jí)停產(chǎn)將對(duì)上游的煉鋼和下游的冷軋影響很大,為了維持正常的生產(chǎn),又不影響系統(tǒng)調(diào)試的進(jìn)度,我們決定采用Shadow模式,很好的解決這個(gè)矛盾問(wèn)題,取得了良好效果。
1 系統(tǒng)升級(jí)背景
連鑄連軋廠CSP生產(chǎn)線軋機(jī)區(qū)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)分為基礎(chǔ)自動(dòng)化(一級(jí))和過(guò)程控制化(二級(jí)),其中二級(jí)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)設(shè)定值計(jì)算,物料跟蹤,生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理,自適應(yīng)學(xué)習(xí)等,系統(tǒng)由德國(guó)西門(mén)子設(shè)計(jì)提供,作為二級(jí)系統(tǒng)核心的Alpha服務(wù)器為上世紀(jì)九十年代產(chǎn)品,廠家已于2004年停止生產(chǎn),備件無(wú)法正常供應(yīng);操作系統(tǒng)采用的是Open VMS,可操作性差,開(kāi)放性較差,再加上硬件老化,這直接導(dǎo)致近年來(lái)邯鋼連鑄連軋廠二級(jí)系統(tǒng)故障逐年增加,對(duì)生產(chǎn)安全威脅較大,隨著新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品尺寸精度要求的提高,原有二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制模型已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要,尤其是在生產(chǎn)Nb、V、Ti微合金化鋼、無(wú)取向硅鋼等品種和薄規(guī)格帶鋼時(shí),由于二級(jí)參數(shù)設(shè)定精度低,造成帶鋼板形差、厚度波動(dòng)大和溫度控制不準(zhǔn)確等問(wèn)題,嚴(yán)重影響著軋制穩(wěn)定性和最終產(chǎn)品質(zhì)量,制約著高新品種開(kāi)發(fā)和薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)。另外,由于現(xiàn)有二級(jí)系統(tǒng)軟件功能不適應(yīng)當(dāng)代主流技術(shù)(表1),過(guò)程控制數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸?shù)組ES系統(tǒng),限制了邯鋼連鑄連軋生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化管理(包括過(guò)程質(zhì)量自動(dòng)判定)水平的進(jìn)一步提高?;谏鲜銮闆r,需要對(duì)二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面的技術(shù)升級(jí)改造。
表1 新舊系統(tǒng)硬件和軟件對(duì)比
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二級(jí)系統(tǒng) |
服務(wù)器硬件 |
操作系統(tǒng) |
數(shù)據(jù)存儲(chǔ) |
通訊 |
開(kāi)發(fā)環(huán)境及語(yǔ)言 |
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老系統(tǒng) |
DEC Alpha小型機(jī) |
Openvms7.1 |
文件存儲(chǔ) |
OSI DMQ |
DEC C |
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新系統(tǒng) |
HP ProLiant DL380 |
Windows Server2012 |
Oracle11g 數(shù)據(jù)庫(kù) |
TCP/IP |
Visual Studio 2012 VC++ |
2 影子(shadow)模式
影子模式,顧名思義就是一個(gè)影子,只負(fù)責(zé)聽(tīng),而不參與控制(圖1)。在此模式下新舊系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行,老系統(tǒng)還負(fù)責(zé)正常的生產(chǎn)控制,新系統(tǒng)只負(fù)責(zé)觀察,但是它要接收數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計(jì)算,并且通過(guò)從一級(jí)獲取的測(cè)量值進(jìn)行自學(xué)習(xí),模型工程師手動(dòng)對(duì)比新系統(tǒng)和老系統(tǒng)所計(jì)算的設(shè)定值,并修正自適應(yīng)系數(shù)減少新系統(tǒng)的計(jì)算偏差,從而能夠使新系統(tǒng)在不經(jīng)過(guò)試生產(chǎn)的情況下直接投入運(yùn)行,大大減少了廢品率。在影子模式下,如果切換到新系統(tǒng)控制生產(chǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重事故時(shí),能夠及時(shí)地再切換回老系統(tǒng),這樣不會(huì)因?yàn)槎?jí)系統(tǒng)故障造成整個(gè)生產(chǎn)線的停產(chǎn)。
圖1 影子模式
3 實(shí)現(xiàn)過(guò)程
CSP(Compact Strip Production)是個(gè)緊湊性,連貫性生產(chǎn)線,鋼水從連鑄形成鑄坯后經(jīng)加熱爐后直接進(jìn)入軋鋼工序,產(chǎn)線的停產(chǎn)直接影響到煉鋼工序,故此在這次的系統(tǒng)升級(jí)改造中采用了影子模式。具體實(shí)施如下
3.1 設(shè)備以及軟件安裝
新二級(jí)系統(tǒng)服務(wù)器和Gateway PC安裝到位,并安裝所需的軟件,由于一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是SinecH1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,而新二級(jí)系統(tǒng)統(tǒng)一為T(mén)CP/IP協(xié)議,所以還需要安裝Echochange協(xié)議轉(zhuǎn)換器,由于其沒(méi)有雙發(fā)功能,這就需要安裝兩臺(tái)轉(zhuǎn)換設(shè)備Echo1,Echo2,同時(shí)還要安裝配置GatewayPC服務(wù)器用它來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙發(fā)功能,并在Gateway PC上安裝Netcon軟件來(lái)配置轉(zhuǎn)換器,通過(guò)雙絞線把新系統(tǒng)中所有的設(shè)備連接到一個(gè)共同的交換機(jī)上,形成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。再通過(guò)雙絞線把新系統(tǒng)連接到一級(jí)自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)中,接受生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),而老系統(tǒng)的所有配置不動(dòng)。
3.2 報(bào)文和參數(shù)配置
原來(lái)老系統(tǒng)與一級(jí)自動(dòng)化之間的通訊采用DEC MessageQ(DMQ)報(bào)文,在兩個(gè)系統(tǒng)之間定義了很多通訊報(bào)文用來(lái)發(fā)送和接收設(shè)定值和實(shí)際值測(cè)量數(shù)據(jù)。(表2),其中FD表示一級(jí)精軋控制系統(tǒng),RD表示一級(jí)粗軋控制系統(tǒng),HD表示一級(jí)卷曲控制系統(tǒng),PD表示二級(jí)控制系統(tǒng)。這些報(bào)文都是通過(guò)H1協(xié)議在老系統(tǒng)的一級(jí)和二級(jí)之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。新的二級(jí)系統(tǒng)采用了TCP/IP通訊協(xié)議,所以要經(jīng)過(guò)Echochang協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,通過(guò)Netcon軟件來(lái)對(duì)ECHO進(jìn)行參數(shù)配置(圖2),把接收到的H1報(bào)文格式轉(zhuǎn)換成TCP/IP格式。
表2 一級(jí)和二級(jí)之間的報(bào)文
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報(bào)文名稱 |
報(bào)文內(nèi)容 |
報(bào)文名稱 |
報(bào)文內(nèi)容 |
報(bào)文名稱 |
報(bào)文內(nèi)容 |
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RDPDX1 |
粗軋實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)
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FDPDP2 |
精軋軋輥標(biāo)定數(shù)據(jù) |
HDPDR3 |
卷取機(jī)數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文 |
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RDPDP1 |
粗軋輥數(shù)據(jù)和標(biāo)定數(shù)據(jù)
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PDFDR1 |
精軋軋輥數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文
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HDPDR4 |
噴號(hào)機(jī)數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文
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PDRDW7 |
粗軋?jiān)O(shè)定值報(bào)文
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PDFDW1 |
精軋預(yù)計(jì)算報(bào)文 |
HDPDC1 |
卷取機(jī)空載報(bào)文 |
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PDRDR1 |
粗軋軋輥請(qǐng)求報(bào)文
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PDFDW5 |
精軋溫度設(shè)定值報(bào)文 |
PDHDW1 |
設(shè)定值報(bào)文 |
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FDPDX1 |
精軋實(shí)際生產(chǎn)值 |
HDPDX2 |
操作模式報(bào)文
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PDHDR1 |
生產(chǎn)模式請(qǐng)求報(bào)文
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FDPDX2 |
精軋實(shí)際的測(cè)量值
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HDPDP1 |
鋼卷直徑報(bào)文
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PDHDW3 |
卷取機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)文 |
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FDPDP1 |
精軋軋輥的數(shù)據(jù) |
HDPDP2 |
鋼卷重量報(bào)文
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PDHDW4 |
噴號(hào)機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)文 |
(圖2 Echo中設(shè)置交換報(bào)文)
3.3具體數(shù)據(jù)交換過(guò)程
在生產(chǎn)過(guò)程中一級(jí)控制系統(tǒng)把所有的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以報(bào)文的格式發(fā)送給Echo1,經(jīng)過(guò)它把H1報(bào)文的格式轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的TCP/IP格式,再把轉(zhuǎn)換后的報(bào)文發(fā)送給GatewayPC網(wǎng)關(guān),有其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙發(fā),同時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送給Echo2和新二級(jí)系統(tǒng)。Echo2再把報(bào)文轉(zhuǎn)換成原來(lái)的H1協(xié)議格式發(fā)送給老二級(jí)系統(tǒng),新二級(jí)系統(tǒng)直接接受報(bào)文數(shù)據(jù),進(jìn)行設(shè)定值預(yù)計(jì)算和自學(xué)習(xí),但是不參與實(shí)際的生產(chǎn)控制,只是把計(jì)算后的數(shù)值與老系統(tǒng)做對(duì)比,而老二級(jí)系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計(jì)算,把設(shè)定值直接發(fā)送給一級(jí)控制系統(tǒng)用于生產(chǎn)控制(圖3)。在GatewayPC網(wǎng)關(guān)中設(shè)置配置文件,用來(lái)切換影子模式和生產(chǎn)模式,當(dāng)使用影子模式時(shí)就把配置文件的 shadowModeON 改成1,在Echo1中把報(bào)文PDFDR1,PDFDW5,PDFDWD,PDHDR1,PDHDW3,PDHDW4設(shè)置成deactivate狀態(tài),新系統(tǒng)就不能把計(jì)算出來(lái)的設(shè)定值發(fā)送出去,相反在生產(chǎn)模式下把配置文件中的shadowModeON改成0,相應(yīng)的報(bào)文有改為activate狀態(tài),把新系統(tǒng)計(jì)算的設(shè)定值轉(zhuǎn)換成H1格式的報(bào)文發(fā)送給一級(jí)控制系統(tǒng)(圖4),用新的二級(jí)系統(tǒng)控制生產(chǎn)。從而在不影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)了新舊系統(tǒng)平穩(wěn)交接。

(圖3 Shadow模式下數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送)
(圖4 Shadow模式下Echo1中報(bào)文狀態(tài))
4 結(jié)束語(yǔ)
邯鋼CSP二級(jí)系統(tǒng)升級(jí)改造過(guò)程中由于采用了影子模式,對(duì)生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)沒(méi)有一點(diǎn)影響,同時(shí)新系統(tǒng)的在線調(diào)試也能順利進(jìn)行。在利用生產(chǎn)線的定期檢修期間,對(duì)一級(jí)控制系統(tǒng)做稍微的參數(shù)設(shè)置,就投入了新的二級(jí)系統(tǒng)用于生產(chǎn)控制,使新舊兩套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)的交接,取得的良好的效果,對(duì)于以后邯鋼其他產(chǎn)線二級(jí)自動(dòng)化改造積累了經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于其他鋼鐵企業(yè)二級(jí)控制系統(tǒng)升級(jí)改造也是一種借鑒。
