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基于WinCC的冷连轧轧制数据库管理陈东宁，姜万录[摘要】针对张家港万达薄板有限公司新建的I4．50nⅡn五机架冷连轧机项目，以MicrosoftSQLServer2OOO为后台数据库，在WinCC软件平台上研发了冷连轧上位机系统。运用ODBC等开放性数据接口技术，通过VBseript和C脚本进行编程，完成了数据库的多条件查询、修改、删除等操作。基于C／S结构，进远程操作，实现了轧制规程优化、趋势显示、报警管理、报表管理等功能。数据库系统的设计完成对提高冷轧钢质量，完善生产管理发挥了巨大作用。0前言现代化的生活离不开数据库，复杂的冷轧生产更离不开数据库。数百个传感器高速传来测量信号，形成海量数据，如何将数据保留并整理，化为对生产控制有用的信息，具有重要的实际意义。同时，冷连轧产量高，品种多，对带材信息进行生产管理，尤其需要借助数据库技术来实现。本文针对张家港万达薄板有限公司新建1450mmm五机架冷连轧机上位机系统研发实际情况，在WinCC软件平台上应用VBScript及C脚本对数据库管理系统进行了设计。l开放性数据交换WinCC是西门子公司开发的监控及数据采集软件，现已广泛应用于冶金、化工、水电等各行业[1-3]。WinCCV6．0采用MicrosoftSQLServer2OOO数据库进行生产数据的归档，该数据库支持多种开放接口(SQL，ODBC，OLE-DB和OPCHDA)，可以用外部工具进一步分析数据库中的数据。WinCC将该数据库集成为后台运行程序，在生产中操作工不能打开数据库界面进行操作，所以在项目研制阶段事先对数据库进行设置，组态好进行数据库操作的WincC界面。1．1过程值归档轧制过程中传感器测量的实时数据由下位机系统采集并转换，通过以太网传送至上位机。上位机将对过程控制有用的数据加以保留。在WinCC的变量记录下设置归档变量和参数。将各机架带钢厚度、轧制力、轧制速度、张力等反映轧制动态参数变化的实测值，放在快速归档中，归档周期设置为500ms。为了后续对比分析实测值和设定值的差距，将设定值进行归档，采用慢速归档，归档周期选择20s，以减少计算机内存和磁盘空间的占用量。当带钢轧制完成时，需要停止对大量轧制变量的归档，根据下位机传来的轧制状态变量做出判断，生成二进制内部变量，作为归档启动和停止的触发变量。1．2全局脚本归档工程中往往一些功能在图形界面上不用显示或操作，这就需要用全局动作在后台自动实现，并根据实际情况设置时间或变量触发器。带钢实际长度这一重要的轧制参数可以通过VBScript动作实现自动记录。轧制过程中，下位机将带钢长度信息传给上位机。轧制结束时，上位机用轧制结束条件触发VBS动作，将带钢长度存储到数据库表格的相应钢卷号下.1．3SQL多条件查询MicrosoftSQLServer2000是关系型数据库，使用结构化查询语言SQL(StructuredQueryLanguage)。在该数据库中设计轧制参数表，以钢卷号作为主键约束，实现多条件查询。如查询某班某日的轧制信息，可以在画面中输入班组号和日期，点击查询按钮，得到该班该日所轧过的钢卷信息。其SQL语句设计如下：1．4基于C／S结构的远程查询冷连轧机是高耗能连续运转设备，即使在轧钢间隙，液压泵站、乳化液、冷却系统等也不停止工作，耗费大量能源。所以轧机上位机系统不能只配置一台计算机，必须实现多台计算机联网共享，保证轧制连续性。在轧机高速轧钢状态下，主操作工在主操作台前通过轧制主画面监视厚度、轧制力、电流等参数的实时变化，以便随时通过按钮及操作柄控制各系统。在其他计算机上，管理人员可以查看历史数据，形成生产报表并打印，或者离线模拟优化轧制规程，更新数据库。西门子的winCC提供了多用户功能，可以组成C／S(Client／Server)网络结构[4]。本项目建立了多用户系统，设置一台服务器和两台客户机。1．5与Excel和Access的接口通过编写脚本语言，可以实现WinCC与Excel和Access的开放性数据交换。将带钢厚度值写入Excel表格中的VBScript语句如下所示：2基于数据库的上位机系统本项目应用WinCC组成的上位机系统各模块之问及它们与数据库的关系如图1所示，各模块通过数据库存储或获取信息。2．1轧制参数输入对于新来的一卷钢，在轧制参数输入界面输入来料厚度、成品厚度、带钢宽度、来料材质、润滑等级等，并存进数据库表格。当停电或者其他原因关闭WinCC项目后，重新启动WinCC项目，则其内部变量自动清零，重新计算规程时，需要再次输入五个机架上下支撑辊、工作辊辊径，浪费时间和精力。为了解决这个问题，将辊径存储在数据库中，由于存储在数据库中的数据不会丢失，重新计算轧制规程时，就可以直接调出存储的辊径。每次换辊后，在I／O域输入辊径，点击“存储辊径”按钮，在按钮的鼠标动作中嵌入VBScript脚本，将表示各个辊径的内部变量值存储到数据库表格中各个辊径的相应字段。调用辊径时，点击“调用辊径”按钮，从数据库表格中读出数据赋给内部变量，就可完成辊径的获取。2．2模型设定轧制规程设定是进行轧制生产的基础。优秀的模型设定系统可以提高AGC(AutomaticGaugeContro1)控制的精度，减小带钢头尾超差长度。上位机系统根据操作工在轧制参数输入界面输入的来料参数和轧机参数，设计出各机架厚度分配，运用轧制理论数学模型计算出各机架的轧制力、张力、速度等设定值。根据带材的等级，按照数据库表格规范，设计出轧制规程查询表。如带材种类l级，成品厚度m级，宽度n级，润滑等级P级，则对应的数据库表格为lxmxnxP行，列数为k列。k为需要查询的项目数量，如ID号、变形抗力系数以及五个机架的轧制力模型系数等。表1为轧制规程计算查询表的一部分，字段名ModPresl～ModPres3分别代表1～3机架的轧制力模型系数。根据来料规格编制程序，计算出应该占据的ID号，查出相应的数值代人轧制规程计算公式。2．3模型自适应随着生产条件的变化，轧机机械状况和带钢硬度变化导致模型计算结果与实际轧制结果产生偏差，需要根据实测值修正模型系数。为了避免模型计算结果产生突变，我们充分利用前段数据，运用指数平滑法进行模型系数的修正，并将系数修正结果重新写人数据库，以备下一卷相同规格的带钢使用。运用误差溯源方法，根据实测轧制力、带厚、张力等值，回归出轧制力的决定性因素----变形抗力模型系数，重新写人数据库表格，使模型更加完善。指数平滑法的系数修正公式如下式所示。式中,β1为自适应系数的新值；β0为自适应系数的旧值；为利用实测数据求得的自适应系数；α为逼近增益。在积累了大量多种规格的带钢轧制数据基础上，开发出神经网络预报轧制力模块。神经网络输入层参数为轧制力的主要影响因素，包括来料厚度、五个机架的出口厚度、一机架后张力、五个机架的前张力、成品厚度、变形抗力模型系数，输出值为五个机架的轧制力。将钢卷信息从数据库查询出来，通过编写程序，进行数据预处理，完成神经网络学习和测试，得到优化的网络权值和阈值，存储在数据库表中，用于下一卷带钢的轧制力预报。通过设置选择开关，与轧制理论模型结合预报轧制力，增加了模型优化的多样性和完备性。2．4趋势显示对于轧制力等轧制实时值，在图形编辑器中拉人OnlineTrend控件，选择“实时变量”，轧制过程中可以看到变量随着时间的增加而行进，就像示波器一样。为了使主操作工能够分析以前轧过的钢卷信息，在OnlineTrend控件中选择“归档变量”，组态历史变量的查询显示。可以在一幅趋势图中组态多个变量以进行对比。在控件的工具栏上选择时间、缩放、标尺进行数据的详细查看。2．5报警管理轧机系统是由机、水、电、汽、液等各个设备组成的有机整体。机械系统、乳化液系统、冷却系统、过滤系统、油膜系统等各子系统准备就绪才能开始轧制，电控系统为此设置了联锁保护。将辅助系统的状态显示设计在上位机画面中，以便操作工查看，来控制轧制的启停。操作台、箱的急停、快停等操作记录，用数据库记录下来，主操作工判断哪个机架在何时发生停车，以便查找故障进行处理。对于轧制状态信息，下位机以32b或16b外部变量的形式将信号传送给上位机，上位机按位将信号进行归档，存储在SQLServer2000中报警库表下。在图形编辑器上，设计报警界面，以指示灯的形式和控件的形式显示报警信息。引入WinCCAlarmControl控件，将警报信息实时显示，或进行历史信息查询。对警报的不同状态设置不同的颜色，如警报到来，记录条显示红色；警报离开，记录条显示蓝色，更加容易识别。2．6报表系统为了便于生产管理，需要将钢卷信息，如来料厚度、成品厚度、带钢宽度、带钢长度等，做成年、月、日、班报表。由于WinCC的常规功能无法实现上述任务，我们针对冷连轧工厂实际，充分利用WinCC的开放性，开发了一套报表系统。在操作系统中注册的所有ActiveX控件都可以被WinCC使用，根据WinCC的这一特点，在图形编辑器中选择操作系统自带的控件——ComB0x，实现下拉选择功能，进行年、月份以及班别号的选择。报表的打印功能通过页面布局编辑器和打印作业实现。在页面布局编辑器中引入ODBC数据表进行查询结果的显示。通过VBScript编程，将钢卷信息的查询指令编写成SQL查询语句，赋值给WinCC内部变量，作为到ODBC的查询变量。在图形界面中设置按钮完成打印操作。在变量记录编辑器中，将归档时间最大时间段设为一年，并设置最大容量限制，当二者之一的条件满足时，自动删除多余数据。对于轧制规程设定数据，定义VBS动作，进行定时删除。根据编程经验，如果删除一年之前的数据，为了可靠可以定义为每星期自动删除当前星期一年之前的数据。3结论为张家港万达薄板有限公司新建1450mm五机架冷连轧机项目设计的上位机系统，在WinCC软件平台上进行数据库组态。通过C／S模式操作和开放式接口技术的应用，对轧制数据进行归档，实现了冷连轧轧制模型优化、趋势显示、报警管理、报表管理等多种功能。在WinCC强大的脚本功能和高容快速的数据库支撑下，对多传感器数据进行融合，运用指数平滑法进行轧制模型系数自适应，完成轧制模型参数的优化。运用神经网络技术预报轧制力，增强了模型的多样性和完备性。该套轧机于2005年12月通过验收，并正式投产，基于数据库技术的上位机系统对提高冷连轧轧制生产效能，增加企业效益发挥了重大作用。