劉延偉

             （河鋼集團邯鋼公司 連鑄連軋廠 河北邯鄲 056015）

摘  要：邯鋼CSP生產(chǎn)線已運行近二十年，其軋機計算機過程控制系統(tǒng)（簡稱二級）所用的硬件設備已經(jīng)嚴重老化，同時所用的操作系統(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程。由于CSP是個緊湊性，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)，同時還要使系統(tǒng)升級改造順利完成,所以經(jīng)過多方分析和論證，決定采用了Shadow模式，很好的解決這個矛盾，取得了良好效果。

關鍵字  CSP；Shadow模式；過程控制系統(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，軋機計算機過程控制系統(tǒng)（簡稱二級）采用的是西門子公司自動化控制技術。服務器硬件采用的是DEC Alpha小型機，Openvms操作系統(tǒng)，其中該型號的機器已于2004停止生產(chǎn)，硬件設備已經(jīng)到達壽命極限，尤其是硬盤，故障率高居不下，嚴重影響正常的生產(chǎn)節(jié)奏。同時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)不能實現(xiàn)正常的通訊，影響公司信息化進程。這次系統(tǒng)的優(yōu)化升級，新系統(tǒng)采用HP的PC服務器，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，二級系統(tǒng)升級停產(chǎn)將對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)試的進度，我們決定采用Shadow模式，很好的解決這個矛盾問題，取得了良好效果。

1  系統(tǒng)升級背景

連鑄連軋廠CSP生產(chǎn)線軋機區(qū)電氣自動化系統(tǒng)分為基礎自動化（一級）和過程控制化（二級），其中二級系統(tǒng)主要負責設定值計算，物料跟蹤，生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理，自適應學習等，系統(tǒng)由德國西門子設計提供，作為二級系統(tǒng)核心的Alpha服務器為上世紀九十年代產(chǎn)品，廠家已于2004年停止生產(chǎn)，備件無法正常供應；操作系統(tǒng)采用的是Open VMS，可操作性差，開放性較差，再加上硬件老化，這直接導致近年來邯鋼連鑄連軋廠二級系統(tǒng)故障逐年增加，對生產(chǎn)安全威脅較大，隨著新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品尺寸精度要求的提高，原有二級計算機系統(tǒng)控制模型已經(jīng)不能滿足實際生產(chǎn)需要，尤其是在生產(chǎn)Nb、V、Ti微合金化鋼、無取向硅鋼等品種和薄規(guī)格帶鋼時，由于二級參數(shù)設定精度低，造成帶鋼板形差、厚度波動大和溫度控制不準確等問題，嚴重影響著軋制穩(wěn)定性和最終產(chǎn)品質(zhì)量，制約著高新品種開發(fā)和薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)。另外，由于現(xiàn)有二級系統(tǒng)軟件功能不適應當代主流技術（表1），過程控制數(shù)據(jù)無法正常傳輸?shù)組ES系統(tǒng)，限制了邯鋼連鑄連軋生產(chǎn)過程自動化管理（包括過程質(zhì)量自動判定）水平的進一步提高?；谏鲜銮闆r，需要對二級計算機系統(tǒng)進行全面的技術升級改造。

表1  新舊系統(tǒng)硬件和軟件對比

2  影子（shadow）模式

影子模式，顧名思義就是一個影子，只負責聽，而不參與控制（圖1）。在此模式下新舊系統(tǒng)同時運行，老系統(tǒng)還負責正常的生產(chǎn)控制，新系統(tǒng)只負責觀察，但是它要接收數(shù)據(jù)進行模型計算，并且通過從一級獲取的測量值進行自學習，模型工程師手動對比新系統(tǒng)和老系統(tǒng)所計算的設定值，并修正自適應系數(shù)減少新系統(tǒng)的計算偏差，從而能夠使新系統(tǒng)在不經(jīng)過試生產(chǎn)的情況下直接投入運行，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)嚴重事故時，能夠及時地再切換回老系統(tǒng)，這樣不會因為二級系統(tǒng)故障造成整個生產(chǎn)線的停產(chǎn)。

圖1 影子模式

3  實現(xiàn)過程

CSP（Compact Strip Production）是個緊湊性，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)升級改造中采用了影子模式。具體實施如下

 3.1 設備以及軟件安裝

新二級系統(tǒng)服務器和Gateway PC安裝到位，并安裝所需的軟件，由于一級自動化系統(tǒng)采用的是SinecH1網(wǎng)絡協(xié)議，而新二級系統(tǒng)統(tǒng)一為TCP/IP協(xié)議，所以還需要安裝Echochange協(xié)議轉(zhuǎn)換器，由于其沒有雙發(fā)功能，這就需要安裝兩臺轉(zhuǎn)換設備Echo1，Echo2，同時還要安裝配置GatewayPC服務器用它來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙發(fā)功能，并在Gateway PC上安裝Netcon軟件來配置轉(zhuǎn)換器，通過雙絞線把新系統(tǒng)中所有的設備連接到一個共同的交換機上，形成獨立的網(wǎng)絡。再通過雙絞線把新系統(tǒng)連接到一級自動化的網(wǎng)絡中，接受生產(chǎn)線的實時數(shù)據(jù)，而老系統(tǒng)的所有配置不動。

3.2 報文和參數(shù)配置

原來老系統(tǒng)與一級自動化之間的通訊采用DEC MessageQ(DMQ)報文，在兩個系統(tǒng)之間定義了很多通訊報文用來發(fā)送和接收設定值和實際值測量數(shù)據(jù)。（表2），其中FD表示一級精軋控制系統(tǒng)，RD表示一級粗軋控制系統(tǒng)，HD表示一級卷曲控制系統(tǒng)，PD表示二級控制系統(tǒng)。這些報文都是通過H1協(xié)議在老系統(tǒng)的一級和二級之間直接進行數(shù)據(jù)交換。新的二級系統(tǒng)采用了TCP/IP通訊協(xié)議，所以要經(jīng)過Echochang協(xié)議轉(zhuǎn)換器進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過Netcon軟件來對ECHO進行參數(shù)配置（圖2），把接收到的H1報文格式轉(zhuǎn)換成TCP/IP格式。

表2 一級和二級之間的報文

（圖2 Echo中設置交換報文）

3.3具體數(shù)據(jù)交換過程

在生產(chǎn)過程中一級控制系統(tǒng)把所有的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)以報文的格式發(fā)送給Echo1，經(jīng)過它把H1報文的格式轉(zhuǎn)換成相對應的TCP/IP格式，再把轉(zhuǎn)換后的報文發(fā)送給GatewayPC網(wǎng)關，有其實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙發(fā)，同時把數(shù)據(jù)發(fā)送給Echo2和新二級系統(tǒng)。Echo2再把報文轉(zhuǎn)換成原來的H1協(xié)議格式發(fā)送給老二級系統(tǒng)，新二級系統(tǒng)直接接受報文數(shù)據(jù)，進行設定值預計算和自學習，但是不參與實際的生產(chǎn)控制，只是把計算后的數(shù)值與老系統(tǒng)做對比，而老二級系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)進行模型計算，把設定值直接發(fā)送給一級控制系統(tǒng)用于生產(chǎn)控制（圖3）。在GatewayPC網(wǎng)關中設置配置文件，用來切換影子模式和生產(chǎn)模式，當使用影子模式時就把配置文件的 shadowModeON 改成1，在Echo1中把報文PDFDR1，PDFDW5，PDFDWD，PDHDR1，PDHDW3，PDHDW4設置成deactivate狀態(tài),新系統(tǒng)就不能把計算出來的設定值發(fā)送出去，相反在生產(chǎn)模式下把配置文件中的shadowModeON改成0，相應的報文有改為activate狀態(tài)，把新系統(tǒng)計算的設定值轉(zhuǎn)換成H1格式的報文發(fā)送給一級控制系統(tǒng)（圖4），用新的二級系統(tǒng)控制生產(chǎn)。從而在不影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的情況下實現(xiàn)了新舊系統(tǒng)平穩(wěn)交接。

（圖3 Shadow模式下數(shù)據(jù)報文的發(fā)送）

(圖4 Shadow模式下Echo1中報文狀態(tài))

4  結束語

邯鋼CSP二級系統(tǒng)升級改造過程中由于采用了影子模式，對生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)沒有一點影響，同時新系統(tǒng)的在線調(diào)試也能順利進行。在利用生產(chǎn)線的定期檢修期間，對一級控制系統(tǒng)做稍微的參數(shù)設置，就投入了新的二級系統(tǒng)用于生產(chǎn)控制，使新舊兩套系統(tǒng)實現(xiàn)了平穩(wěn)的交接，取得的良好的效果，對于以后邯鋼其他產(chǎn)線二級自動化改造積累了經(jīng)驗。對于其他鋼鐵企業(yè)二級控制系統(tǒng)升級改造也是一種借鑒。