圖1 控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)記錄站取消,替換成操作及數(shù)據(jù)采集站和數(shù)據(jù)庫服務器。操作及數(shù)據(jù)采集站位于現(xiàn)場鑄軋機臺旁，操作及數(shù)據(jù)采集站增加ROCKWELL公司的DCS-NET板卡，接入原數(shù)據(jù)記錄站的通訊網絡DCS-NET上。操作及數(shù)據(jù)采集站采用ROCKWELL的RSVIEW32組態(tài)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(shù)據(jù)庫服務器位于監(jiān)控室內，與操作及數(shù)據(jù)采集站用工業(yè)以太網聯(lián)系，在數(shù)據(jù)庫服務器上安裝有SQLSERVR2000關系型數(shù)據(jù)庫，操作站從控制系統(tǒng)提取的數(shù)據(jù)就存放SQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫內，在數(shù)據(jù)庫服務器也可運行RSVIEW 32讀取歷史數(shù)據(jù)庫內的生產數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)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(shù)據(jù)庫服務器中提出鑄軋生產實時數(shù)據(jù)為上層管理系統(tǒng)使用。

4  新系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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

    原來的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。由于原數(shù)據(jù)記錄站只是采集生產過程的數(shù)據(jù)，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(shù)，所以需要對DCS-NET進行重新配置和組態(tài)，使之能夠對AUTOMAX內的數(shù)據(jù)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(shù)設置都必須在操作站上實現(xiàn)。PanelMax采用的是57C417模塊通過串行（RS-232）方式連接到控制器系統(tǒng)，而DCS-NET采用的是57C404（DCS-NET）方式，兩個網絡連接的數(shù)據(jù)目標區(qū)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(shù)據(jù)區(qū)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(tài)。其中AutoMax主控制器在網絡中地址為0，為網絡的初始化節(jié)點。網絡建立后由初始化節(jié)點對其他的地址1以后的節(jié)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(jié)點占用了64個字的地址映射區(qū)，這64個字對于本節(jié)點都是可讀寫。但是對于其他節(jié)點，0~31字為只讀區(qū)，32~64字為讀寫區(qū)。本系統(tǒng)中，將改造的操作站配置了3#、4#、5#共占用了3個節(jié)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(jié)點和1#節(jié)點將狀態(tài)字寫入到3#、4#、5#節(jié)點的0~31字地址空間。對于0#、1#節(jié)點，3#、4#、5#節(jié)點的0~31字地址空間為讀寫區(qū)，而對于操作站本身，0~31字地址空間為只讀區(qū)。完成自動的映射配置后，將配置組態(tài)下載到0#節(jié)點（初始化節(jié)點），DCS-NET網絡即可自動完成數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)區(qū)進行讀操作即可獲取現(xiàn)場設備的狀態(tài)。同樣的方式，3#、4#、5#節(jié)點上的32~64字地址對于操作站為讀寫區(qū)，所以生產參數(shù)直接寫入到此地址空間即可經DCS-NET網絡傳送到0#和1#節(jié)點參數(shù)區(qū)。

    DCS-NET網絡配置完成后，數(shù)據(jù)的讀寫和交換均在網絡上的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行，即上述的每個節(jié)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)，PanelMax讀寫的即是此數(shù)據(jù)區(qū)的內容，和DCS-NET數(shù)據(jù)區(qū)無關聯(lián)，所以需要在Automax內部建立一個運行任務將PanelMax的數(shù)據(jù)區(qū)映射到DCS-NET中。改造的系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tài)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換，需要完成人機界面的任務。改造的系統(tǒng)在操作站計算機上安裝有RSView32組態(tài)軟件。RSView32組態(tài)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(xié)議。系統(tǒng)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(shù)據(jù)。RSLinx軟件向上提供OPC接口。OPC接口為標準的軟件接口，RSView32組態(tài)軟件作為OPC客戶端連接到此接口即可進行數(shù)據(jù)交換，而無需關心DCS-NET網絡的通訊過程，使系統(tǒng)更為可靠。

    RSView32軟件本身有一個實時數(shù)據(jù)庫，從DCS-NET網絡過來的數(shù)據(jù)存放到實時數(shù)據(jù)庫中。RSView32軟件通過組態(tài)畫面中的顯示元件（數(shù)據(jù)顯示、指示燈、數(shù)據(jù)輸入等）讀寫實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。另外，RSView32軟件具有歷史數(shù)據(jù)存儲功能，按照一定的時間間隔將實時數(shù)據(jù)庫采集到的數(shù)據(jù)存儲到MS-SQLServer數(shù)據(jù)庫。RSView32本身的曲線控件自動讀取MS-SQLServer數(shù)據(jù)并以曲線的的方式顯示生產參數(shù)變化趨勢。在今后也可將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫服務器中提出鑄軋生產歷史數(shù)據(jù)為上層管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)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(tǒng)的所有操作功能外，增加了歷史記錄、數(shù)據(jù)保存及曲線查詢的功能。系統(tǒng)采用計算機連接到AutoMax的DCS-NET網絡中進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)生產過程中的數(shù)據(jù)顯示和生產參數(shù)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(tǒng)實現(xiàn)了參數(shù)設置與運行過程中數(shù)據(jù)顯示，報警狀態(tài)顯示等功能。參數(shù)設置包括：鑄嘴位置、上下輥的輥徑、卷徑、帶材參數(shù)、輥參數(shù)、合金參數(shù)等，通過控制權限切換都能修改所需的數(shù)值。根據(jù)系統(tǒng)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(shù)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(shù)值顯示狀態(tài)。狀態(tài)值主要為：溫度、速度、電流、水溫、預載力以及帶材的數(shù)據(jù)等。計算機中顯示的數(shù)值均能正確反映設備運行狀態(tài)。各運行過程狀態(tài)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(jù)報警值的大小，當過程量超限時均發(fā)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(tǒng)采用SQL-Server進行生產過程中的數(shù)據(jù)記錄。為更直觀地顯示運行狀態(tài)變化趨勢，所以按照主機、卷取、帶材參數(shù)、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(tǒng)等操作，系統(tǒng)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(tǒng)采用的是美國Reliance公司的DCS控制系統(tǒng)，其通訊協(xié)議不開放，系統(tǒng)較老（1994年投產）改造時容易出現(xiàn)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(shù)據(jù)記錄站系統(tǒng)的改造成功為國內首例，對國內鑄軋機Reliance DCS系統(tǒng)的改造都有很強的借鑒意義。改造后的系統(tǒng)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。