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圖1 控制系統網絡結構圖

圖2   改造方案圖

    如圖2所示, 把原操作終端PANELMAX和原數據記錄站取消,替換成操作及數據采集站和數據庫服務器。操作及數據采集站位于現場鑄軋機臺旁，操作及數據采集站增加ROCKWELL公司的DCS-NET板卡，接入原數據記錄站的通訊網絡DCS-NET上。操作及數據采集站采用ROCKWELL的RSVIEW32組態軟件和DCS-NET SERVER驅動軟件，重新設計制作上位機軟件和編制DCS控制程序。數據庫服務器位于監控室內，與操作及數據采集站用工業以太網聯系，在數據庫服務器上安裝有SQLSERVR2000關系型數據庫，操作站從控制系統提取的數據就存放SQLSERVER2000數據庫內，在數據庫服務器也可運行RSVIEW 32讀取歷史數據庫內的生產數據進行遠程監控，或通過防火墻隔離后接入公司管理局域網絡，再通過VB、DEPHI等從數據庫服務器中提出鑄軋生產實時數據為上層管理系統使用。

4  新系統的設計與實現

    本系統主要針對原來的數據記錄站系統進行改造，兼容數據記錄站和PanelMax操作終端的功能。原數據記錄站系統主要的功能是進行數據采集和存儲，并形成報表對生產數據進行記錄，但已無法使用。改造后的操作站采用計算機系統，并增加相應組態軟件對數據記錄站功能進行擴展，除了保持原來對數據記錄功能外，還增加了生產數據設置和監控的功能。所以新系統可完全替代PanelMax。

    原來的數據記錄站通過Reliance公司的DCS-NET板卡連接到Automax的DCS-NET網絡。通過DCS-NET網絡和兩臺Automax控制器交換數據。由于原數據記錄站只是采集生產過程的數據，即只讀功能，而改造后的操作站需要設置生產過程中的參數，所以需要對DCS-NET進行重新配置和組態，使之能夠對AUTOMAX內的數據進行讀寫。另外，改造后的操作站需要完全替代Panelmax的功能，PanelMax上的參數設置都必須在操作站上實現。PanelMax采用的是57C417模塊通過串行（RS-232）方式連接到控制器系統，而DCS-NET采用的是57C404（DCS-NET）方式，兩個網絡連接的數據目標區不是同一個地址，所以需要在AUTOMAX內對任務進行修改，將兩方對數據區映射，指向同一個目標地址。

    DCS-NET網絡地址在AutoMax硬件配置內進行組態。其中AutoMax主控制器在網絡中地址為0，為網絡的初始化節點。網絡建立后由初始化節點對其他的地址1以后的節點進行查詢，并對其進行初始化。打開57C404模塊的配置窗口，可以看出每個節點占用了64個字的地址映射區，這64個字對于本節點都是可讀寫。但是對于其他節點，0~31字為只讀區，32~64字為讀寫區。本系統中，將改造的操作站配置了3#、4#、5#共占用了3個節點地址，所以操作站計算機可以有192個字的網絡地址空間。通過網絡配置(Automax軟件上配置)，0#初始化節點和1#節點將狀態字寫入到3#、4#、5#節點的0~31字地址空間。對于0#、1#節點，3#、4#、5#節點的0~31字地址空間為讀寫區，而對于操作站本身，0~31字地址空間為只讀區。完成自動的映射配置后，將配置組態下載到0#節點（初始化節點），DCS-NET網絡即可自動完成數據通訊到操作站計算機上。操作站上的計算機只需通過DCS-NET板卡的驅動程序對數據區進行讀操作即可獲取現場設備的狀態。同樣的方式，3#、4#、5#節點上的32~64字地址對于操作站為讀寫區，所以生產參數直接寫入到此地址空間即可經DCS-NET網絡傳送到0#和1#節點參數區。

    DCS-NET網絡配置完成后，數據的讀寫和交換均在網絡上的數據緩沖區進行，即上述的每個節點擁有的64個字的地址空間。原來的PanelMax采用的是57C417模塊RS-232方式連接。57C417模塊本身有自己的內部數據緩沖區，PanelMax讀寫的即是此數據區的內容，和DCS-NET數據區無關聯，所以需要在Automax內部建立一個運行任務將PanelMax的數據區映射到DCS-NET中。改造的系統通過新增一個Pas任務，采用BASIC語言編寫變量映射語句對兩個網絡的數據進行讀寫映射關系即可。

    Automax任務對地址讀寫操作均采用變量的方式，沒有直接讀寫實際的地址。在編寫程序之前，組態硬件的時候需要在Automax配置窗口上定義每個地址的變量名。PAS任務直接對變量名進行操作。

    完成網絡配置和兩個網絡的變量地址映射程序后，操作站上已經可以對控制器內的數據進行讀寫操作。也就是說操作站計算機可以和AutoMax控制器進行數據交換，需要完成人機界面的任務。改造的系統在操作站計算機上安裝有RSView32組態軟件。RSView32組態軟件同樣屬于ROCKWELL公司的產品，可以很好地兼容AutoMax的DCS-NET網絡協議。系統驅動層軟件為RSLinx軟件，RSLinx軟件采用驅動的方式連接DCS-NET板卡，讀寫DCS-NET網絡數據。RSLinx軟件向上提供OPC接口。OPC接口為標準的軟件接口，RSView32組態軟件作為OPC客戶端連接到此接口即可進行數據交換，而無需關心DCS-NET網絡的通訊過程，使系統更為可靠。

    RSView32軟件本身有一個實時數據庫，從DCS-NET網絡過來的數據存放到實時數據庫中。RSView32軟件通過組態畫面中的顯示元件（數據顯示、指示燈、數據輸入等）讀寫實時數據庫數據。另外，RSView32軟件具有歷史數據存儲功能，按照一定的時間間隔將實時數據庫采集到的數據存儲到MS-SQLServer數據庫。RSView32本身的曲線控件自動讀取MS-SQLServer數據并以曲線的的方式顯示生產參數變化趨勢。在今后也可將數據服務器通過防火墻隔離后接入公司管理局域網絡，再通過VB、DEPHI、ASP等高級語言編程后從數據庫服務器中提出鑄軋生產歷史數據為上層管理系統提供數據服務。

    本次改造針對AUTOMAX的PANELMAX操作界面,用計算機替代原來的PANELMAX的全部功能，并在此基礎上全面對操作方式、功能及界面等進行升級。總原則上沿襲PANELMAX的操作習慣及畫面布局，最大程度上保持操作人員使用方式的適應。并且對原來英文文字說明全部漢化，使之更直觀。功能上處理原系統的所有操作功能外，增加了歷史記錄、數據保存及曲線查詢的功能。系統采用計算機連接到AutoMax的DCS-NET網絡中進行數據交換，實現生產過程中的數據顯示和生產參數的設置，作為PANELMAX操作終端的功能替換。操作上基本與PANELMAX相似，并在內容上有增強。系統實現了參數設置與運行過程中數據顯示，報警狀態顯示等功能。參數設置包括：鑄嘴位置、上下輥的輥徑、卷徑、帶材參數、輥參數、合金參數等，通過控制權限切換都能修改所需的數值。根據系統的組成部分，分別顯示：前箱、上下輥、卷取及冷卻水等相關內容。若干重要參數采用棒圖顯示，并且在超過上下限時以閃爍的方式突出效果。另外各運行過程畫面均用數值顯示狀態。狀態值主要為：溫度、速度、電流、水溫、預載力以及帶材的數據等。計算機中顯示的數值均能正確反映設備運行狀態。各運行過程狀態量均設置了上下限報警值，并且此報警值可通過計算機畫面進行調整。相應地在棒圖中根據報警值的大小，當過程量超限時均發出報警信號。運行中的上輥、下輥及卷取故障點，如電機故障、編碼器故障等，在單獨的畫面中顯示，利于故障原因的查找。系統采用SQL-Server進行生產過程中的數據記錄。為更直觀地顯示運行狀態變化趨勢，所以按照主機、卷取、帶材參數、冷卻水、軋制力及前箱等各部分采用趨勢曲線的方式進行顯示。操作人員可按照時間進行設定查詢。對于關鍵的操作：切換計算機操作權限、退出系統等操作，系統設置了密碼功能。密碼可由用戶自行更改。

5  結束語

    南鋁1#鑄軋機控制系統采用的是美國Reliance公司的DCS控制系統，其通訊協議不開放，系統較老（1994年投產）改造時容易出現意想不到的情況，允許停機調試時間只有4-8小時，停機造成的損失很大。之前國內未有成功改造例子，此次南鋁1#鑄軋PANELMAX及數據記錄站系統的改造成功為國內首例，對國內鑄軋機Reliance DCS系統的改造都有很強的借鑒意義。改造后的系統于2006年9月底投入試運行，經過兩個多月時間的試運行正式投入使用，改造至今設備運行情況良好。