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CN104281088B - 一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法 - Google Patents

一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法和装置，本发明将OpenVMS系统软件转换到windows平台上，主要包括信息交流函数的修改，存储空间管理的改写，采用windows communication foundation及基于c++编写的远程调用框架来对进程间通讯进行改写；修改小型机二级系统的程序来实现与相关其他系统的交流，其他相关系统不做改动；将轧钢模型和轧钢厂数据与软件工程结合，在此采用金相学模型。本发明将OpenVMS系统软件转换到windows平台上，从而可应用微软的visual studio c++进行可视化编程，同时应用微软提供的大量类库，极大地提高了编程效率。visual studio c++进行可视化编程显著得提高程序的可读性，采用微软自带的调试工具可方便快速的定位程序错误的位置极大地提高了调试效率。方便的可视化调试工具可使查找错误时间由20‑30分钟缩短到5‑6分钟，极大地提高工作效率。

Description

一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法
技术领域
本发明涉及到热轧板带轧机过程控制在计算机上的应用，具体涉及一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法和装置。
背景技术
热轧板带钢热轧计算机控制系统一般分为三级,在管理优化机控制中,生产管理控制机为ALPHA中型机,其主要功能是对所要处理的钢坯进行在线轧制程序计算,根据不同的材料及要求调用系统中的数学模型，生成轧制表，其上包括有每一道次的轧制速度，轧制力及下压量等参数，并在轧制过程中根据实际工况进行在线实时调整，同时收集工作过程参数，完善控制系统自学习功能，并打印生产报表。所以二级计算机担负着轧机组生产计划的编排任务，包括技术参数设定、质量控制，数据收集，物流及合同管理等工作，数据处理量巨大，但在实际生产中，因为Alpha小型机所使用的操作平台OpenVMS采用像DOS一样的黑白画面，靠敲进指令以进行操作，维护极为不方便。软件开发调试就像在DOS下一样困难，修改源码比在txt文件上修改还要困难，调试程序要学习一大堆调试指令后才能进行，一个小问题在windows上调试只要5分钟，在ALPHA机上需要20-30分钟，这给调试和开发带来了极大的不便。同时，OpenVMS与数据库(如Oracle，SQLServer)接口极为不便，又将操作软件与硬件绑在一起，极不适应现代计算机技术发展趋势。
另外，ALPHA服务器的价格要比PC服务器贵，openvms的价格比WindowsNT贵等，这些情况都限制了Openvms的更广泛的应用。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种程序错误定位快、调试效率高的将OpenVMS系统转换到windows系统下的热轧板带轧机二级系统过程控制的方法和装置。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是一种热轧板带轧机的二级系统过 程控制方法，包括数据录入、信息传输和信息的执行，所述信息执行包括、人机界面、报告和记录以及数据通信；所述信息传输包括进程间通讯、初始数据的输入、模型调用以及数据的采集和处理；其所包含的步骤有：
1)进程间通讯，所述进程间通讯包括网络远程对象调用框架，概念上采用微软.net远程对象概念，代码采用本机C++；
2)初始数据的输入，包括钢种及板坯的入口温度、厚度初始值，输入产品目标值；
3)调用模型，采用金相学模型，对变形抗力计算采用双变量自学系数，自学公式如下：自学中只更新材质系数C1和温度系数C2,系数C3和C4是根据钢种的规格钢板、卷的实测轧制力、温度及道次表分别进行回归计算，对每一个钢种族可回归出不同的变形抗力系数，应用统计方法计算加权平均系数；
4)收集每一块钢板的轧制数据，完善步骤3)所述模型数据库，完善自学习功能，并记录和打印生产报表；
5)将步骤4)所述结果下送一级控制机，控制现场设备。
所述进程间通讯包括网络远程对象调用框架，概念上采用微软.net远程对象概念，代码采用本机C++。因此该框架既具有微软.net远程对象应用方便的优点，又具有充分发挥了c++计算速度的特点，特别是当需要进行频繁传输需要序列化的大对象时这一远程调用框架的传输速度表现的更为明显。当然对于传输频率很小，传输对象不大的部分采用微软.net提供的WindowsCommunication Foundation通讯接口来完成，从而实现了面向服务通讯架构。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，所述数据录入包括存储空间管理的录入，所述存储空间管理的录入是采用多层次结构变量对所有轧钢生产过程参数按工程意义及模型关联。
进一步的，所述数据录入还包括进程间通讯的录入，所述进程间通讯的录入选用WindowsCommunicationFoundation和事件。
进一步的，所述钢种族可按照厚度、宽度、钢种、轧制方式来划分不同类型的族。
进一步的，通过划分轧件厚度族的方式对非线性变化的参数C2进行离散化处理，厚度族的划分共计为10个。
进一步的，所述数据录入还包括与三级系统、一级系统、Oracle数据库、AGC、操作台界面和弯辊装置系统交流信息的录入，与所述相关系统交流信息的录入时，与每个界面的连接都设为一个二级系统的下属项目，其他相关系统不做改动，通过修改小型机二级系统的程序来实现信息的交流。
进一步的，所述数据录入采用类来规划数据和函数。
一种热轧板带轧机的二级系统过程控制装置，包括数据录入模块、信息传输模块和信息执行模块，所述信息执行模块包括数据的采集和处理模块、人机界面模块、报告和记录模块以及数据通信模块；所述信息传输模块包括进程间通讯模块、初始数据的输入模块以及模型调用模块以及数据的采集和处理模块，所述各功能模块通过C语言，C++，C#混编的程序数据通讯连接。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，所述装置通过Windows服务器与一级机人机界面在线连接。
附图说明
下面结合实施例1对本发明做进一步说明：
图1为本发明控制方法二级控制系统控制功能流程图；
图2为本发明控制装置的模块化框图；
图3为金相学数学模型使用过程示意图；
图4为由OpenVMS系统转换至windows系统后修改的模块及其之间关系图；
图5-图6为图3所述模型部分修改的文件及其之间的关系图；
图7-图11为图4中新增模块的类、函数、结构体及其之间的关系图；
其中：图5为模块iMod.dll中的类、函数及其之间的关系图；图6为模块iMod.dll中的一个类PrsOpr内部函数及其之间的关系图；图7为模块ModGlbCmn.dll内的类、枚举及其之间关系图；图8为模块GlbCmn.dll内类Lev2CmnOpr内部各函数之间关系图，图9为模块GlbCmn.dll中类Lev2Cmn内部函数之间的关系图。
本发明的有益效果是：本发明将OpenVMS系统软件转换到平台上，从而可应用微软的visualstudioc++进行可视化编程，同时应用微软提供的大量类库，极大地提高了编程效率。visualstudioc++进行可视化编程显著得提高程序的 可读性，采用微软自带的调试工具可方便快速的定位程序错误的位置极大地提高了调试效率。方便的可视化调试工具可使查找错误时间由20-30分钟缩短到5-6分钟，极大地提高工作效率。
具体实施方式
本实施例提供的一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法和装置，如图1至3所示：
包括数据录入、信息传输和信息的执行，所述信息执行包括、人机界面、报告和记录以及数据通信；所述信息传输包括进程间通讯、初始数据的输入、模型调用以及数据的采集和处理；其所包含的步骤有：
1)进程间通讯，所述进程间通讯包括网络远程对象调用框架，概念上采用微软.net远程对象概念，代码采用本机C++、.netC++和C#。
2)初始数据的输入，包括钢种及板坯的入口温度、厚度初始值，输入产品目标值；
3)调用模型，采用金相学模型，对变形抗力计算采用双变量自学系数，自学公式如下：自学中只更新材质系数C1和温度系数C2,系数C3和C4根据近5年南钢生产中所有钢种的所有规格钢板、卷的实测轧制力、温度及道次表分别进行回归计算，计算时将钢种按厚度、宽度、钢种、轧制方式等不同而划分成不同模型钢种即钢种族，对每一个钢种族可回归出数万套变形抗力系数，应用统计方法计算一套加权平均系数。钢种族的划分按如下方法进行：在实际生产过程中，轧件厚度及温度变化较大，在这个过程中，各个道次由于其轧制特性差异，变形抗力参数C2呈现非线性变化，为了高精度的确定各个厚度范围内的参数C2，在此通过划分厚度族的方式对非线性变化的参数C2进行离散化处理。厚度族的划分共计为10个，如表1所示：
表1厚度族及族代码
Table1.Thicklayerandrelativecodes
厚度族 <8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-30 30-36 36-46 46-86 >86
族代码 01 02 03 04 05 06 07 8 9 10
除了需要进行厚度族的划分外，还需要进行宽度族的划分、钢种族的划分、 轧制方式的划分。
由于变形抗力参数C2的变化与轧件的宽度没有必然的关系，所以宽度族直接均值划分即可，根据轧件的宽度范围，在此将其等分为四个族，它们的宽度族代码分别为1、2、3、4。
钢种族的划分主要根据钢种的强度进行划分，在此主要划分三个钢种族。它们分别是以Q235为代表的普碳钢种族，以Q345为代表的低合金钢族及以Q420为代表的高强度钢种族，它们的钢种族代码分别为1、2、3。
轧制方式主要分为平轧，卷轧、空冷控温平轧、空冷控温卷轧、水冷控温平轧、水冷控温平轧，分别为A、B、C、D、E、F。
在划分了厚度族、宽度族、钢种族及后，即可以分别建立相应的自适应数据库表格，其形式如表2，其中表2为轧制力自适应表。在表2中的“族代码ID标识”各位的意义分别为：前两位分别为钢种族代码及宽度族代码，前3、4两位为厚度族代码，后一位为轧制方式族代码。
表2轧制力自学习系数表
Table2.Self-adaptblankofparametersrollingforce
族代码ID标识 1101A … 1110F 2101A … 2410F 3101A … 3410F
参数C1 C11 … C160 C1600 … C1846 C11200 … C11500
参数C2 C21 … C260 C2600 … C2846 C21200 … C21500
4)收集每一块钢板的轧制数据，完善步骤3)所述模型数据库，完善自学习功能，并记录和打印生产报表；
5)将步骤4)所述结果下送一级控制机，控制现场设备。
一种热轧板带轧机的二级系统过程控制装置，包括数据录入模块、信息传输模块和信息执行模块，所述信息执行模块包括数据的采集和处理模块、人机界面模块、报告和记录模块以及数据通信模块；其特征在于：所述信息传输模块包括进程间通讯模块、初始数据的输入模块以及模型调用模块以及数据的采集和处理模块，所述各功能模块通过汇编语言C或C++编译的程序进行数据通讯连接，该控制装置通过Windows服务器与一级机人机界面在线连接。
由于OpenVMS和Windows两套系统在整个思维方式，交流方式及数据，包括临时存储，管理方式方面完全不同，具体的软件模块设计及修改、新增，修改的 模块及其关系如图4所示，总体上包括以下几个方面：
1)信息交流函数的改写
小型机的操作系统OpenVMS有大量与硬件绑在一起的函数，用于信息交流，存储空间管理或其它数据管理等等。采用Windows时，要把这些函数改写成Windows中的对应函数。首先建立需改写函数的清单，各函数与本部分其他函数以及其它部分各函数的关联与调用关系，将把这些函数及其功能罗列出来，在微软.Net基础类(.NetFramework)及相关的类中找出相应的或近似的类或函数。多数情况下二者不吻合，于是需要进行编程整理。另外还需要新增一些功能模块，如图7-11所示，模块ModGlbCmn.dll内的类、枚举及其之间关系；模块GlbCmn.dll内类Lev2CmnOpr内部各函数之间关系图，模块GlbCmn.dll中类Lev2Cmn内部函数之间的关系等。以这种方式把大量的OpenVMS函数翻译成Windows对应的函数。
编程之前需根据设计方案产生FunctionSpecification，用于指导编程工作。
2)存储空间管理的改写
OpenVMS通常采用不同层次的共享空间，有全区域的，也有局部区域的。而Windows的存储空间管理就灵活得多，本实施例采用动态的存储空间，用完后用垃圾收集系统将曾取用的存储空间还原。这里面的区别都将用编程来实现。同时对所有轧钢生产过程参数按工程意义及模型关联，采用多层次结构变量进行设计。此方法可将Tippins旧版本中的变量数目减少到原来的十分之一，更有利于将来的维护。编程也是基于FunctionSpecification。
3)进程间通讯的改写
OpenVMS通常用电报、邮件或事件等等来实现。Windows中过程变量间的交流常用的有微软过程交流基础类，.Net远程交流类，Windows信息管理，以及管道等等。现在Windows通讯用得最多的为.Net远程交流类,最新最有效的应为微软过程交流基础类。在此根据实际需求选用了WindowsCommunication Foundation和事件。
此部分编程也是基于FunctionSpecification。
4)与相关系统交流方面的改写
在与三级系统、一级系统、操作台界面、Oracle数据库、AGC以及弯辊装置等等其他系统的交流时，与每一个界面的连接都设为一个下属项目。界面设计力图反应出最新软件技术，比如在与Oracle的连接中，将采用StoredProcedure技术。与此系统相连接的其它系统不做改动，因而相关的改动主要是通过修改小型机二级系统的程序来实现把所有的改动及集中到二级系统，大大地降低了转换失败带来的风险，可以使程序在半分钟内回复到原有的ALPHA机并继续生产。
此部分编程也是基于FunctionSpecification。
5)计算机及软件工程技术的升级
现有软件只采用了最基本的软件工程理念，软件设计主要是针对小型机这类旧的操作平台。同时，当初TIPPINS在开发南钢这个C语言版本的二级系统时，主要是用一个叫C-TRAN的软件将FORTRAN语言的版本转换成目前的版本。把二级系统从小型机搬到Windows这类大规模的改动涉及到软件工程技术的升级。而在此设计理念是最大可能地应用最新的软件工程技术。
此部分编程也是基于FunctionSpecification。
6)轧钢模型和轧钢厂数据与软件工程的有机结合
将轧钢模型体系和轧钢厂数据体系融会到现代软件工程体系之中而成为一个有机相关不可分割的整体。在此采用金相学模型，金相学模型的引入大大提高了轧制力预报的精度，因为这一模型很好的解决了残余应力、金相组织(部分新开发的钢种在精轧道次已进入双相区)等对轧制力预报的影响。对变形抗力计算采用双变量自学系数，对于应变和应变率根据模型钢种采用现场实测的固定的系数；自学中只更新材质系统C1和温度系数C2。这样避免了四个系数同时学习时相互干扰的现象。
用类(Class)来规划数据与函数，比如类与结构变量(Structure)的对应，模块iMod.dll中的类、函数及其之间的关系，模块iMod.dll中的一个类PrsOpr内部函数及其之间的关系图，如图5、6所示，这样开发出的软件条例清晰，能反映轧钢过程的内在关联。
此部分编程也是基于FunctionSpecification。
7)源程序的整体修改、编译等
当上述的函数改写，主题设计等完成后，将进行全面的软件改写。把各种功 能模块用编程语言(C/C++)连在一起，实现特定功能，然后把各种功能模块编译在一起，实现软件功能。
此部分编程也是基于FunctionSpecification。
8)计算机硬件的设计与处理
这包括计算机服务器硬件的选择，必要的网络通讯，软硬件的镜面对称与备份，用于确保系统的运行与数据的完整；服务器计算机的设置，以及操作台计算机对应的设置修改等。编程也是基于FunctionSpecification。
9)离线调试
建立一个独立的网络或连入办公网络，运行轧机模型服务、HMI、数据库及矫直机模拟软件、加热炉模拟软件，操作HMI画面计算压下表进行模拟轧钢。
10)软件测试
运行离线模型，启动白盒测试工具，对测试结果进行评估，找出软件中的bug及性能瓶颈并对二级软件进行相应修改。反复测试、修改，直到软件能够平稳快速地运行。
11)在线旁路调试
将windows模型服务器与VMS模型服务器一起并接到网络上。由VMS模型服务器控制现场生产，而windows模型与一级之间重新建立socket连接，接收一级实时数据，对windows模型进行在线旁路调试。
12)在线模拟
此时将在检修或其他停产时间进行通信测试，如果可能一级将用接受到数据进行模拟轧钢，测试二级数据是否正确，各个功能模块能否正常工作。
13)在线试生产
此时将windows服务器切换到在线并控制一级生产，如果windows模型出现问题，则VMS模型切换到在线并恢复生产，调试人员可以离线查找windows模型存在的问题，由于模型切换的时间只有短短的30秒左右，所以，整个过程基本上不影响正常生产。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，包括数据录入、信息传输和信息的执行，所述信息的执行包括人机界面的人机交互、报告和记录以及数据通信；所述信息传输包括进程间通讯、初始数据的输入、模型调用以及数据的采集和处理；其特征在于所包含的步骤有：
1)进程间通讯，所述进程间通讯包括网络远程对象调用框架，采用微软的远程处理框架.NET基础类，代码采用本机C++；
2)初始数据的输入，包括钢种及板坯的入口温度、厚度初始值，输入产品目标值；
3)调用模型，采用金相学模型，对变形抗力计算采用双变量自学系数，自学公式如下：式中，C1为材料系数、C2为温度系数，ε及分别为变形率、变形速率，C3、C4分别为变形率和变形速率系数，RT为轧件温度；自学中只更新材质系数C1和温度系数C2,系数C3和C4根据钢种的规格钢板、卷的实测轧制力、温度及道次表分别进行回归计算，对每一个钢种族可回归出不同的变形抗力系数，应用统计方法计算加权平均系数；
4)收集每一块钢板的轧制数据，完善步骤3)模型的数据库，完善自学习功能，并记录和打印生产报表；
5)将步骤4)的结果下送一级控制机，控制现场设备。
2.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：所述数据录入包括存储空间管理的录入，所述存储空间管理的录入是采用多层次结构变量对所有轧钢生产过程参数按工程意义及模型关联。
3.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：所述数据录入还包括进程间通讯的录入，所述进程间通讯的录入选用Windows CommunicationFoundation和事件。
4.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：所述钢种族可按照厚度、宽度、钢种、轧制方式来划分不同类型的族。
5.根据权利要求4所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：通过划分轧件厚度族的方式对非线性变化的温度系数C2进行离散化处理，厚度族的划分共计为10个。
6.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：所述数据录入还包括与三级系统、一级系统、Oracle数据库、操作台界面和弯辊装置系统的交流信息录入，交流信息的录入时，与每个界面的连接都设为一个二级系统的下属项目，通过修改小型机二级系统的程序来实现信息的交流。
7.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：所述数据录入采用类来规划数据和函数。
8.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于：步骤1)中还采用C++.net和C#代码。
9.根据权利要求1所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于所述控制方法的控制装置包括数据录入模块、信息传输模块和信息执行模块，所述信息执行模块包括数据的采集和处理模块、人机界面模块、报告和记录模块以及数据通信模块；其特征在于：所述信息传输模块包括进程间通讯模块、初始数据的输入模块以及模型调用模块；各功能模块通过C语言，C++，C#混编的程序数据通讯连接。
10.根据权利要求9所述的热轧板带轧机的二级系统过程控制方法，其特征在于所述控制方法的控制装置通过Windows服务器与一级机人机界面在线连接。
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