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    廣西南南鋁加工有限公司 劉湯詞

    摘要：主要介紹了南南鋁箔公司鋁箔軋機計算機過程自動化系統的技術實現特點及其優勢。

    關鍵詞：過程控制系統；系統功能；數據庫；工業以太網

    廣西南南鋁箔有限責任公司以生產經營高精度鋁板、帶、箔等系列鋁加工材料為主，年產3.5萬噸。公司擁有國際先進水平的鑄軋機、冷軋機、拉彎矯直機、分卷機、箔軋機等關鍵工藝技術設備。能生產厚度為0.006～3.0mm、寬度達1600mm的多種鋁及鋁合金板、帶、箔材。作為一個現代化鋁加工企業，其優越性主要體現在品種研發和自動化水平方面，其中鋁箔軋機作為整個產品生產鏈的關鍵設備，整個過程控制系統采用了基礎自動化硬件（Level 0級）、基礎自動化系統（Level 1級）和計算機過程自動化系統（Level 2級）的三級網絡結構模式，為生產高精度的鋁板帶箔產品提供了技術保障。其網絡結構配置圖如圖1所示。
                    
                                             圖1  三級網絡結構配置圖
    ◇ 各級系統說明


    （1）Level 0級：指的是底層的執行機構，如傳動系統、電機、供配電、測量系統和檢測元件（如測厚儀、板形輥、測速儀等）。這是實現基礎自動化的最基本硬件要求。

    （2）Level 1級：指的是工藝控制系統（如AFC、AGC、HGC等）、基礎自動化系統（如機列控制、介質系統、軋制協調等）和HMI，主要是通過PLC技術完成各個相對獨立的順序控制和閉環控制，實現各生產單元或生產機組的自動化控制。各系統間既存在一定的連鎖，又具有相對的獨立性。

    （3）Level 2級：指的是軋制設定系統和軋制策略模型，包括物料的跟蹤、道次表的計算、軋制參數設定、材料數據庫及報表等功能。是一種基于服務器與數據庫的模型生產控制技術，使用計算機以通信的方式連接基礎自動化系統，對其進行設定、管理和優化控制，實現多工序、多機組的生產過程自動化。且數據庫中存儲有與軋制工藝相關的各種生產模型，系統具備自修正學習功能，能夠指導Level 1級的生產。

    在整個三級模式的軋制自動化控制系統中，Level 2級計算機過程自動化系統起著重要的作用，通過二級自動化系統的數學模型指導生產，不僅可以提高軋制產品的精度，而且可以最大強度地降低操作人員的勞動強度，提高生產率；同時，還可以為操作人員提供操作指導，盡量避免無謂的操作失誤。

    ◇ Level 2級控制系統的模塊功能

    整個Level 2計算機過程自動控制系統具有計劃、跟蹤、設定、自學習和數據報表等功能，根據工藝過程和計算機模型，提供軋制過程的在線監視、軋制指導、數據記錄、報警顯示。系統采用模塊化設計，具有以下功能：

    （1）PDI數據的管理功能

    主要涉及卷材的卷號、卷徑、重量、寬度、厚度、合金、長度等數據信息。包括PDI數據輸入和軋制工藝管理功能。

    （2）物料跟蹤功能

    指當前軋制坯料在整個機列線上的跟蹤并顯示功能。

    （3）軋制參數設定功能

    主要指AGC/AFC軋制模式、卷取張力、軋制速度、開卷機/雙開卷機張力等軋制參數的設定及顯示。

    （4）實際數據收集功能

    指每個軋制道次的卷材實際數據和過程數據收集、存儲、顯示。

    （5）操作管理功能

    主要有換班管理功能、停機時間管理功能及班組報表管理功能。

    （6）軋輥數據管理功能

    包括軋輥更換操作、新軋輥數據設置、修改和顯示。主要涉及的數據有輥徑、粗糙度、凸度、磨削時間等參數。

    （7）警告信息功能

    指整個軋制過程中的報警記錄、顯示和存儲。

    ◇ 過程自動化系統結構

    Level 2計算機過程自動控制系統采用的是當今流行、性能穩定的Client/Server模式，該模式又稱分布式應用處理或協作應用處理，該系統具體分為三個部分：數據庫Server、客戶應用程序和網絡系統。其中數據庫Server作為后臺服務器，采用關系型ORACLE數據庫，承擔整個軋制工藝數據的數據共享、數據處理、實時控制、信息管理、畫面報表、報警管理，并實現模型計算和自學習功能，根據模型計算結果向Level1系統發送設定數據，并收集相應實際數據在數據庫內生成相應工藝曲線、生產報表、完成自修正學習功能。具體包括：①為并發用戶管理1個單獨的數據庫。②控制對數據庫的訪問和其它安全性要求。③使用備份和恢復功能保護數據庫。④對所有的客戶應用程序集中實施全部數據完整性約束。客戶應用程序的主要任務是為用戶提供交互界面（即HMI），包括操作員工作站HMI和工程師工作站HMI。用于管理各種顯示邏輯，驗證數據項目，及向數據庫服務器發出請求及接收來自服務器的數據。操作員工作站HMI主要是為操作人員提供設備監視畫面和生產軋制的實際狀態，允許操作員在需要時根據生產實際情況對自動軋制過程進行手動干預。工程師工作站HMI提供了一系列軟件功能（如Oracle 9i、Vs.net、Traceview等）用于維護管理控制系統、生產過程數據及數據庫，同時，工藝工程師還可以在這個工作站上根據生產實際情況定義一些工藝參數、軋制策略、生產計劃、產品質量分析，及進行新產品的軋制工藝研發。⑤網絡體系結構采用工業用快速以太網，在Level1與Level2之間、Level1/Level2 HMI服務器與各客戶機間使用100Mb/S快速以太網。介質訪問采用CSMA/CD控制策略，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問技術，網絡協議采用TCP/IP協議，網絡結構為星形結構。整個控制系統網絡結構圖如圖2所示。
                
                                            圖2  系統網絡結構圖
序號 設備名稱 數量 硬件配置 位置
1 Level2數據
服務器
1
HP ProLiant ML370 (塔式)
CPU：Intel Xeon 2.8GHz
內存：2GB
以太網卡：10/100Base-TX(4口)
3.5”軟驅
5.25”光驅(640MB)
AIT磁帶機(35/70GB)
36.4GB X 4 硬盤 (RAID-5)
鍵盤&鼠標
計算機室
2 Level2數據
服務器HMI 1 HP V7550 18”液晶顯示器 計算機室
3 工程師和操
作員HMI
2
HP Evo Desktop D510 SF 系列
CPU：Intel Pentium 4 2.53GHz
內存：512MB
100BASE-TX 以太網卡
18X可讀寫光驅
40GB 硬盤
18”液晶顯示器
鍵盤&鼠標
計算機室1
主操作室1
4 HUB
2
HP Procurve Switch 2512
12個10BASE-T/100BASE-TX
2個 100BASE-FX
計算機室1
主操作室1
5 打印機
2
HP LaserJet 5100tn 打印機
打印尺寸：A3/A4
打印速度：22ppm (by A4)
計算機室1
主操作室1

    ◇ 過程自動化系統的優越性

    （1）能顯著提高軋制產品的尺寸精度。由于鋁箔軋機速度很高，必須采用厚度自動控制（AGC）系統，通過計算機與厚控系統技術的應用，能顯著改善產品的厚度精度。

    （2）能夠迅速適應軋制工藝的變換。當軋制策略改變時，就手動控制而言，必須有相當熟練的調整經驗，花費很長的時間才能確定適當的給定值。而通過自動過程控制系統只要適當修改設定值或調換程序便可以實現。

    （3）能穩定軋制時的各項工藝參數，在自動軋制過程中，軋機的速度、張力、軋制力、帶材的厚度、寬度、溫度等參數能按照設定值進行穩定軋制。

    （4）提高操作水平，采用自動控制軋制后，生產過程主要用設定程序完成，與操作人員的狀態相關性大大減少，但對操作人員的技術水平要求也更高。

    （5）實現整個軋制過程的數據收集與存儲，便于工藝人員的產品性能分析，且通過收集的產品數據實現模型自適應和自學習功能，為新產品開發、工藝改進提供了有利的參考。

    ◇ 結語

    通過計算機過程控制系統的應用，提高了設備使用效率、提高工序質量，把人從繁重枯燥的體力勞動中解放出來，不輕易受人的情緒和技術水平的影響，穩定進行生產操作，實現標準化生產的可重復性。更重要的是能夠滿足軋制生產技術的高精度要求，可以提供質量好、性能穩定、價格合理的產品，為企業生存發展提供更大的空間。

     摘自《自動化博覽》2010年第十一期