摘要介紹了攀鋼1450熱連軋數據采集系統的開發以及實施過程。敘述了系統網絡結構、系統軟件設計、系統數據結構以及數據流程。采集系統改善了原系統中部分數據不完整、缺少相關的設備運行參數及質量控制參數等不足。該系統投入使用后，運行穩定、可靠，具有很高的應用價值。
攀枝花新鋼釩股份有限公司熱軋廠1450基礎自動化系統(u)通過PLC采集各個檢測設備的實時數據，采集周期短，可以實現對軋制過程的快速響應。但由于PLC本身無法存儲大量的實時數據，不能滿足數據存儲和分析的需要，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室和攀鋼熱軋板廠于2006年初聯合開發攀鋼1450數據采集系統，采集PIE實時檢測數據和過程控制計算機(L2)實時控制數據，為后續開發的基于人工智能新技術數據挖掘系統提供穩定可靠的數據平臺。
l 系統描述
系統主要由基礎自動化系統、過程自動化系統、生產控制計算機系統(IJ3)、數據中心機服務器和質量分析終端組成。其中，基礎自動化系統包括1臺粗軋R1區域PLC R1、1臺粗軋R2區域PLCR2、1臺熱卷箱精軋及層流冷卻區域PLC302和1臺卷取區域PLCA08。基礎自動化系統通過以太網將實時數據采集到兩個前端數據采集服務器中，而這兩臺服務器又將實時采集到的實時數據存儲到另外兩臺數據庫服務器中，其中海量歷史數據會定期保存到磁盤陣列中。過程自動化系統由1臺加熱爐過程機服務器、1臺粗軋機過程機服務器和1臺精軋與層流冷卻過程機服務器組成。數據中心機服務器通過以太網將各個服務器中的各類數據進行匯總和保存。
由于設計的數據采樣速率較快(20～100 ms采樣1次，僅為與基礎自動化系統通信時)，每塊帶鋼的采樣信號較多(約2 KB)，因此為避免對該廠現有一、二級自動化系統產生不利影響，在物理上和邏輯上采用與現有的一、二級自動化系統相對獨立的網絡結構。同時，為了保證快速的實時數據采集，在系統內又劃分了相對獨立的數據采集網段和實時數據網段，通過在數據庫服務器和前端數據采集服務器安裝雙網卡(10/100 Mb/s自適應)來實現網段劃分。數據采集PLC連接到前端數據采集服務器的一塊網卡上，該網段作為數據采集網段;前端數據采集服務器的另一塊網卡連接到數據庫服務器和客戶端，該網段為實時數據網段。系統采集的數據主要由一級自動化系統的PLC和二級自動化系統的數據中心機服務器提供。
系統網絡結構如圖1所示。
2 系統軟件設計
2.1 系統軟件結構
熱連軋數據采集系統軟件分為前端數據采集服務器軟件和客戶端軟件兩部分，前端數據采集服務器軟件包含熱軋應用程序服務器進程、服務器診斷和切換進程、映射內存生成進程、數據采集與發送進程和TCP/IP通信控制及軋件跟蹤進程等。其中，熱軋應用程序服務器進程用于實現熱軋過程各種數據的讀取，并通過數據庫數據維護工具將所有的實時數據存儲到數據庫服務器中;數據采集與發送進程通過PLC通信驅動程序來實現現場控制器群的實時數據讀取。與此同時，系統也通過這些進程實現和共享映射內存的數據讀寫。客戶端軟件包含一個熱軋過程離線分析器和一個熱軋過程在線分析工具等，這些分析工具的數據源于映射內存生成進程所映射的共享內存區當中的數據。
該系統構建在Microsoft bbbbbbs 2000平臺上，采用MS VC++開發，其軟件結構如圖2所示。
2.2 系統數據結構
系統采用內存共享數據區存放現場實時數據，它的目標首先是緩解實時性要求高但快速的數據通信、軋線跟蹤等子系統與實時性要求低但比較耗時的數據存儲系統(數據庫和文件)間的矛盾，保證系統的實時性;其次提供快速、大數據量的進程問通信。
內存共享數據區實際上是一個信息頭加上實時數據緩沖池的結構。其中信息頭中主要包括信息頭長度、數據區長度、當前采樣周期和相關數據區指針等內容。實時數據緩沖池是一個結構數組，數組的每個元素對應現場來的一個數據幀。
每個數據幀對應于一個采樣時刻采集的數據，并且這些數據按照主軋線軋制區域管理。內存共享數據區的實時數據緩沖池按循環緩沖區方式保存最近幾塊軋件的采集數據。當數據通信系統采集到一個完整的數據幀后，先將數據寫入由信息頭中當前幀號指示的數組位置，接著將當前幀號加1(當前幀號超過上限后置0)，數據幀長度加1，然
后發送SM—DATACHANGE消息通知網絡通信及數據處理進程有“新數據”到來。
網絡通信及數據處理進程在完成啟動后總是在等SMDATACHANGE消息，一旦收到該消息，網絡通信及數據處理進程立即讀取內存共享
數據區中的“新數據”進行處理，完成處理后將信息頭中數據幀長度減1。
2.3 數據流程
熱軋過程實時采集系統采集的數據分布在主軋線基礎自動化系統和過程自動化系統中，這些數據通過基礎自動化系統區域網絡集中到粗軋基礎自動化系統的第1架粗軋機的PLC R1和第2架粗軋機的PLC R2、精軋基礎自動化系統的PLC302、卷取基礎自動化系統的PLC408和過程自動化系統的數據中心機服務器中。現場數據按軋制區域管理，包括加熱爐、粗軋、熱卷箱、精軋和卷取4個區域，另外還有板坯及軋制計劃數據
系統實時數據采用內存共享數據區提供各進程問的數據通信和數據緩沖，使用消息和事件對象實現進程問調度和同步，使用通信報文完成客戶服務器之間的數據通信。
主要的內存共享數據區有：前端數據采集服務共享數據區ServerCom、客戶端數據采集服務共享數據區ClientCom、報警信息內存共享數據區AlarmCom、歷史報警內存共享數據區AlarmRec—Com、特征值內存共享數據區CharacterCom、跟蹤數據內存共享數據區TrackCom、歷史數據內存共享數據區HisDataCom、特征值數據文件數據區Char.acterHisCom、信號表內存共享數據區SignalCom、設備常數內存共享數據區DeviceConstCom和人工干預內存共享數據區OperatorCom。
歷史數據采用數據文件和數據庫的形式存儲，其中實時數據由于數據量非常大，根據鋼卷不同存放在不同的實時數據文件中;而統計特征值則按一個鋼卷一條記錄的形式保存在數據庫的相應表中，以方便統計和查詢。
系統數據流如圖3所示。前端數據采集服務器實時數據采集進程SDCP負責與連接到系統中的PLC建立通信鏈接，將數據采集并發送到共享內存數據區供數據通信和處理進程使用，該進程具有正常和動態特性測試兩種工作方式;前端數據采集服務器網絡通信與數據處理進程SNCP包含軋線跟蹤和控制邏輯、與客戶端計算機的rCP/IP數據通信、特征值計算、工序質量判定(自動和目視)、特征值和實時數據存儲、二級設定數據接收、動態特性測試管理、通信管理等主要功能。前端數據采集服務器顯示及管理界面進程SDAP主要供系統開發和系統維護人員使用;客戶機數據通信進程CDTP負責客戶機實時數據的讀取以及數據庫中歷史數據的讀取;客戶機數據處理進程CDMP負責對CDTP進程讀取的數據進行處理;客戶機用戶界面進程CDAP用于實現人機交互。
基礎自動化系統和過程自動化系統產生的數據由前端數據采集服務器實時數據采集進程采集進入前端數據采集服務器中，完成數據拼裝后，寫人共享數據區，并更新共享數據區的相關指針。之后，前端數據采集服務器的實時數據采集進程發送消息通知網絡通信與數據處理進程，網絡通信與數據處理進程首先對共享數據區中的數據進行預處理;接著激活跟蹤線程，根據現場跟蹤傳感器反饋來的跟蹤信息，更新跟蹤數據區的相關列表;查詢保持連接狀態的客戶機列表，向連接到前端數據采集服務器的客戶機發送采集到的數據;然后激活數據處理線程進行特征值計算、質量分布計算和判定;最后激活數據存儲線程，將數據寫入數據庫和數據文件。同時通知前端數據采集服務器顯示及管理界面進程，以驅動顯示及管理界面進程更新顯示。
3 系統應用
該數據采集系統將采集到的實時數據存儲到Oracle數據庫服務器中，為數據查詢、數據統計分析、數據的Web發布以及正在開發的數據挖掘系統提供了穩定可靠的數據平臺。攀鋼1450熱連軋數據采集系統的應用，改善了原系統中部分數據不完整、缺少相關的設備運行參數及質量控制參數等不足。系統自2006年投用以來，運行十分穩定，具有很強的魯棒性，并基于該數據采集系統成功開發出人工神經元網絡高精度軋制力預報的在線應用系統和層流冷卻系統卷取溫度自學習系數的自整定功能，將原二級過程控制計算機系統的軋制力預報精度由原來的92%提高到現在的93.5%以上，將原層流冷卻二級控制系統在換規格軋制時的卷取溫度命中率由以前的86.35%提高到現在的94.18%。
：鞏經理
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：南京塞姆泵業有限公司
