梅钢1780mm热轧平整机过程控制系统稳定性提升研究及实现

梅钢1780mm热轧平整机过程控制系统稳定性提升研究及实现

肖瑶

（上海梅山钢铁股份有限公司 设备部  江苏 南京 210039）

摘要：本文介绍了上海梅山钢铁1780mm热轧平整机组过程控制系统的设计思路及对于全流程数据处理的实现。通讯接口引用缓冲空间概念，完成并行接收、分发，并且实现末端节点剥离；数据库内采用数据跟踪技术，实现数据流向查询及语句优化、画面数据异常时的补救措施、多模式参数计算下的最优模式推荐、报警功能的完善等进行了阐述，结合现场生产的实际情况，提出优化方案及改进措施，从而有效的保证了控制系统的可靠性和可用性。

关键词：通讯接口；数据库管理；多模式参数计算；数据跟踪；平整机组

引言

梅钢热轧平整机组过程控制系统是为提高劳动效率，简化生产操作流程，提高产品水平，应运而生的一种平台，它不仅承接了基础自动化和生产管理系统之间的数据交换，将长距离轧线缩短为可视化操作画面，使操作更直观和简便。但由于平整过程控制系统为单服务器运行，无容灾手段，在使用过程中暴露出很多问题，导致故障发生频率较高，而且处理难度较大。主要体现在通讯接口程序复杂、数据反馈不准、轧制表模型参数单一、数据库性能瓶颈，画面数据异常时的补救措施不完善等方面。

现在国内大多数平整机组不具备模型计算功能，生产参数基本依靠操作人员经验，但由于产品种类不断增加，新品种的生产根本没有经验作为依据，只能依靠操作人员逐步摸索，同时也增加了产品返修的次数，增加了工时。为了提高整个过程控制系统的自动化及智能化处理水平，进行了一系列完善优化工作。

一、数据通讯管理

1780平整机组的过程控制系统主要承接着L1及L3两部分的数据通讯工作。所以系统的通讯连贯性非常重要，原通讯接口进程复杂，多进程启动，容易出现抢占内存的情况发生，直接导致通讯中断，由于未考虑中断后的自动重连的问题，所以必须由人手工进行处理增加了故障处理时间。故此减少故障发生的中间环节和进程使用率，就是重中之重。

由于单服务器需要处理来自多通讯终端的电文信息，为了解决各式各样的业务和技术诉求，代码量会越来越多，业务代码和技术类程序会造成无序交织，多脚本叠加，会增加系统维护成本，为保证准确接收，并且接收异常时能准确反馈给其他发送端，我们将分层的架构思想融入系统，在系统整体架构中分离出一个中间层，由于该中间层基于数据库及前置端口程序，我们称之为数据库中间件，为了更好的对数据处理，我们采用了分库分表和来源分离相结合的模式，进行了如下流程设计，见图一。

图一：数据库中间件的数据处理流程

数据拆分主要是通过数据库Databuffer功能，将同一时间从不同来源获取到的信息，在整数据包不拆分的情况下存储在buffer空间内，然后结合来源分离的设计思想，根据不同的电文头进行去向区分，并且再将相同去向细分为进出双通道，从而实现从多个平行库多个分类表中读取插入数据，来降低不同来源节点同时插入读取时的端口负荷，有效提升读取的性能。因此，在接收读写请求后，负载均衡算法会用多个节点共同分担数据写入请求，降低单个节点的压力，提升扩展性，解决单节点的性能瓶颈。针对老线多任务进程的设计缺陷，也进行了改进，将老线的双用户数据库存储方式和多任务关联的启动模式进行了合并和简化，将双用户存储方式变为高级别用户统一管理，即解决了双用户数据表内数据重复插入而导致的数据丢失问题，也避免了跨用户数据提取时出现的使用权限问题。同时对主通讯进程中容易出现异常的末端节点进行主体剥离，实现在不影响主体进程，且生产不间断的情况下，对个别节点进行单独启停及模式切换。

二、数据库智能优化和数据跟踪

为了在生产过程中对数据库相关故障进行快速定位，我们使用数据库监控及数据库引擎优化功能，其主要是使用关键指标跟踪数据库性能和资源并对运行较长的语句进行优化建议，从而实现高性能和可用性，以更全面地支持组织的应用程序基础架构。用于数据库监控的常见指标类别包括：实时查询监控、会话活跃度监控、性能监控、负载监控以及数据库阻塞和死锁监控。

我们使用的SQL Server Profiler跟踪器，对查询语句检索超长的语句进行截获，勾选TSQL-SQL:BatchCompleted.跟Stored Procedures-RPC:completed，然后将截获的语句导出，提取其中的SQL SERVER事件保存成文件，然后在“数据库引擎优化顾问”中分析查询，分析出索引方案来优化耗时长的语句，只要在分析结果点击应用，建议增加的索引可根据，实绩应用跟踪进行添加，即可获得大幅性能提升，在使用前需要启动优化数据数据库的查询存储 QUERY_STORE = ON;，否则无法进行数据收集。（见图二）

                      图二：数据库引擎优化

三、数据跟踪及信息处理

平整线的过程控制系统，除常规的数据传输以外，另一个功能就是数据跟踪，即将现场所有的钢卷位置及数据信息已画面的形式展现出来，将不可见变成一定程度上的可见。这种应用从1422产线开始使用，但采用的理念却完全不同。1422老线的数据跟踪主要依靠光电管作为信号检测器，但因为这种检测器为冷金属检测器，无法将钢和其他物体进行区分，所以当现场有异常遮挡时就会出现线上数据跟踪错位的可能，遇到这种情况，只能通过进入数据库对位置信息进行重新调整，才能得到解决。如果未及时发现，将出现跟踪信息与实物信息不匹配，处理难度加大，严重影响生产。

1780平整过程控制系统摒弃了原有设计理念，采用位跟踪的数据跟踪模式，依靠现场多设备的运行完成信号，相互判断共同来支撑画面数据的传递，有效避免了异常数据的干扰。

（1）数据信息完整，查询方便

数据计算机除根据来自基础自动化系统的钢卷移送事件进行在线钢卷的跟踪外，还包括对上线准备钢卷的跟踪以及离线钢卷的跟踪，但因为上线和离线钢卷所关注的数据不同，如果均需要到数据库进行查询，过程复杂还容易出现误操作，特在跟踪画面上对数据跟踪区域所需的数据进行分类整合，采用鼠标移动及时显示数据的方式进行查询，即简化了查询流程也保证了画面的整洁性。

（2）数据状态异常时，处理方法快捷

实际生产过程中故障多发，数据跟踪异常的情况时有发生，为解决上述问题，在画面上增加了跟踪修正、临时缓冲区、手动补正等功能。

跟踪修正：当现场出现实物与数据不符的情况，也无需专业人员进入数据库进行调整，只需现场操作人员，确认后在画面上 手动点击前面的复选框，点击“向前”、“向后”、“交换”等按钮一次性完成一块或者多块的同时调整；当已上线的钢卷，进入排序队列后发现，不具备轧制条件，需要吊销时，可通过选中该卷号，单击“下线”来完成。

临时缓冲区：1780平整线的跟踪的主要区域是出入侧步进梁，考虑到两侧的数据量比较大，所以出入侧也分别提供了相应的缓冲区，作为暂时不需要轧制数据的临时存放点，减少了吊销和数据二次下发的繁琐流程，有效提高了系统作业率。在设备运行异常导致数据丢失或时间发送不及时的情况下，可通过时间手动补发功能和手动录入数据不能功能，来触发相应的事件和完成正常的操作，保证了数据传递的实时性和准确性。

（3） 报警功能完善，降低故障发生率

以往生产过程中经常出现因重量偏差大，导致用户提出质量异议，对公司形象造成不好的影响，为避免此类问题的发生，在称重位做了重量大偏差报警提示功能，将带钢的称重值与过程控制系统中的计算值进行对比，偏差大于额定值时，提示框成红色，偏差范围内时成绿色。画面的直观反映，大大降低故障率，提高系统稳定性。

四、多模式参数计算

国内大多数平整线的轧制参数，多依靠操作工多年的生产实际经验，并无科学的数据支撑，为了使轧制数据更好的指导现场的生产，特引入轧制参数计算模型，在三级下发的原始数据的基础上通过数学公式，算出更为优化的开卷张力、卷曲张力、速度、矫直辊、压尾辊和张力辊的参数用于指导现场生产，为了是轧制参数更统一，增加了规程表，对较优数据进行统计并记录下来，根据生产需要很多钢种还从未轧制，为避免计算参数偏差大，采用轧制表内工艺参数进行首次或者轧制次数较少带钢的指导参数，并将实绩生产后的反馈参数进行记录，作为模型计算参数的基础数据。遇到个别客户和特殊生产需求的带钢，为不影响，同钢种的其他参数正常轧制，又增加了静态表模型，可以灵活的进行精准的参数控制，上述三种参数计算功能的参数选择是通过优先级选择及最高选择匹配度相结合，从而实现参数的合理下发，大大提高了智能化水平。（见图三）

图三：轧制参数智能筛选

五、结束语

随着信息化的迅猛发展，过程控制系统的优势日益凸显，不仅简化了原来繁复的操作流程，解放了大量的人力物力，降低了生产成本，满足了更高的数据存储要求，更重要的是过程控制系统时刻贴近生产，随时响应用户需求，在技术上进行推陈出新，最大程度的保证了产品的质量和生产的稳定运行。

随着轧制节奏的提升，以及生产参数精度提升，必然会产生大量的数据存储，因此使用的数据库必须具备灵活性、可扩展性、高安全性及无缝处理大型数据集的能力。对数据库的性能提出了更高的要求，判断其性能优越关键指标为查询后的反馈时长，影响查询时长的主要因素主要包括查找算法复杂度、数据表的饱和度、系统负载等几个方面，后续我们将从上述提到的方向出发，进一步对系统整体性能进行完善。