河北中钢冷连轧机控制网络系统研究

　　河北中钢钢铁有限公司5机架全连续冷连轧机组是国内自主设计、研制的第1条投入实际生产应用的冷连轧生产线。该生产线设计年产能力为40万t，产品规格为厚0.3～2.0mm、宽600～1020mm。该生产线的机械部分由北京钢铁设计研究总院设计施工，北京科技大学高效轧制国家工程研究中心结合国家重大技术装备研制项目(科技攻关)计划，承担了整条生产线控制系统的设计开发。下面主要介绍其中的控制网络系统。

　　1功能分布

　　现代全连续冷连轧计算机控制系统按功能层次一般可划分为5个等级：(1)L4级(经营决策级)：投入产出决策、合同管理、生产计划、日志、报表等;(2)L3级(生产管理级)：物流跟踪、库存管理、质量控制、日志、报表等;(3)k级(工艺过程监控级)：过程控制、过程监视、优化控制、过程日志等;(4)L1级(基础自动化级)：顺序控制、逻辑控制、自动控制环节等，同时提供过程值和消息，并转发动作命令;(5)k级(执行控制级)：单体动作、单体元件控制等。

　　由于全连续冷连轧自动控制系统控制功能多且集中，因此要求自动控制系统必须是高速控制和高速通信的实时集成控制系统[1]，即RTI系统(Real Time Integrated Control System)。控制系统各个层次的响应时域如图1所示。

　　2网络结构

　　对应于控制系统功能层次的划分，控制网络作为控制系统实现功能的基础，也呈现出分层的结构。河北中钢5机架冷连轧控制系统的网络结构如图2所示。

　　该网络层次可分为k级、L1级、k级。k为过程监控级，也可称为命令给定系统。根据生产管理和工艺控制要求连续向下级输出给定值及工艺控制命令，属于“特慢”过程，要求反应时问为500-lOOms;L1为基础自动化级，完成机组的顺序逻辑控制，属于“慢”过程，要求反应时间为100～50ms;Lo为执行控制级，直接面向现场机械、液压和电气设备，完成传动和压下控制，其更多地利用单体设备的快速特性，产生实时和协调动作，属于“快”过程，要求反应时间为32～2ms。另外，为将来L3级的投入预留了网络接口。

　　网络拓扑结构采用分段和分层设计，充分考虑了全连续冷连轧生产中信息流和数据流的特点。以实现数据和信息的快慢分离、区域分流。

　　3 网络配置

　　3.1工艺过程监控k级网络

　　该层网络包含了过程监控、报警显示j数据归档、轧制策略选择、设定计算及自学习自适应等功能，网络类型为以太网。

　　考虑实际需求，本系统的数据不需要分布到多个服务器，所以过程监控系统是在网络基础上，以组态软件SIMATIC WINCC(Windows Control Center)为平台，采用多用户状态下的C/8(Client/Server)结构，构成了客户机朋艮务器结构。其中S1作为监控系统的服务器，HMI～1、HMI一2和HMI一3作为其客户机。服务器S1以数据库管理为基础，接收并监控轧制规程的设定值和现场实际数据显示，客户机对数据进行共享显示。服务器和客户机之间通过TCP/IP协议的以太网通信。根据以太网的通信方式和客户机与服务器之间的数据流动情况，为了不影响主网通信效率，在网络结构中将数据监控用的计算机用一个交换机连接，组成子网b网，以达到和主网b“数据隔离”的目的。