决大型精密共享系统中的分布、动态和柔性等技术难题3 系统的运作该系统中的每个结点必须通过网络注册,才能成为该原型系统的正式成员以获得相应的权限,才能与系统中的其它结点进行协作。
每个结点都设有普通操作员和系统级两级用户登录,不同的登录级别享有不同权限,从而保证数据的安全。
数据查询,由于网络上各结点是完全独立的、各结点的决策完全由自己完成,决策的依据是各种数据,每个结点既可以对其局部数据进行查询,也可以对全局数据进行查询,还可以向其它结点发消息进行查询。
从网上可以查询到其它结点的名称、类型、地址、能力、任务、状态等消息。
消息传递,系统中的各项信息和数据的交换都是通过消息来完成的,每一个结点都定义了该结点可以发送的消息类型,可以接收的消息类型,接收消息的处理接口,收到未定义消息时的缺省处理等。
每个发送的消息都相应有一个消息数据格式,来定义其所带的数据。
对于一个接收的消息,在进行处理时,根据消息类型进行相应的数据转换(解包)。
数据交换,网络上的消息传递是直接从结点到结点,是点对点通信方式,而数据交换是客户/服务器方式,所有在结点间传递的数据都通过数据库服务器来传递。
结点间只需要传递数据的位置,而不进行直接数据传输。
其中一方将要传递的数据放在全局数据库中,并将地址、名称告诉另一方,另一方则在相应的地方去取数据。
4 结束语网络技术的迅速发展,为大型精密仪器共享系统的实现提供了强有力的支撑环境。
国家“十五规划”也明确提出要以信息化带动工业化,我们应该抓住这个难得的机会,尽快进行大型精密仪器管理模式的转变,尽量提高国家投资的效益,提高资源共享面,以尽快提高我国普遍的科研和教学水平。
参考文献1 朱庆华,程涛,等.C OR BA规范在分布式制造系统中的应用.中国机械工程,2000,11(3):307～3092 何大勇,查建中,等.面向网络制造的网络结构设计方案研究.制造业自动化,2000,22(5):20～233 颜雄雄,金春来,等,基于C OR BA的企业应用集成技术研究.计算机工程与研究,2000,21(1):25～30 收稿日期:2002-03-27。
作者刘艳斌,男,1947年生,教授,福建省高校测试基金委员会副主任。
冷连轧机轧制过程数据采集系统The Data Acquisition Syste m of Rolling Proce ss in Cold Continuous Rolling Mill吕振辽1 罗 浩1 潘文才1 马沂夫1 刘多良1 王宝林1 朱振荣2 朱泉封2(东北大学计算中心1,沈阳 110006;宝山钢铁股份有限公司2,上海 201900)摘 要 主要介绍了冷连轧机轧制过程数据采集系统的结构设计和功能设计。
系统通过RDA和RTSI方式解决了远程数据采集、多卡同步采集和采集设备的自诊断等问题。
现场应用表明,该系统能按所要求的采集频率和采集精度实现数据采集,并可以完成数据的提交和浏览等功能,实现了数量巨大的数据的高速采集、存储和管理。
关键词 数据采集系统 轧制过程 冷连轧机 远程采集 多卡同步采集 自诊断Abstract The structural design and functional design of the data acquisition system of rolling process in cold continuous rolling m ill are mainly intro2 duced.Rem ote data acquisition,synchronous acquisition with multiple m odules and self2diagnosis are im plemented by RDA and RTSI m odes in the sys2 tem.The on2site application shows that the system meets the requirements of sam pling frequency and sam pling accuracy and accom plishes the functions of subm itting and browsing data,thus im plements high speed acquisition,storage and management of the bulk data.K ey w ords Data acquisition system R olling process C old continuous rolling m ill Rem ote acquisition Synchronous acquisition with multiple m odules Self2diagnosis0 引言冷连轧机是钢铁企业的重要生产设备,随着企业间竞争的加剧,降低故障率、提高系统的运行质量和生产效率成为企业面临的重要课题。
建立冷连轧机现场数据采集系统,在此基础上可以实现冷连轧机的动态仿真、状态监视、故障分析和质量分析等一系列研究工作,可以充分利用该系统对原设备进行进一步的技术改造,以达到提高冷轧机的运作质量的目的。
计算机技术在数据采集领域的迅猛发展为现场数据采集系统提供了灵活而高效的手段,冷连轧机数据采集系统采用以计算机为核心的数据采集方式,充分发挥采集卡的高效性和计算机的灵活性,以满足冷连轧机数据采集系统的需要。
对现场数据采集系统的首先要求是绝对不能影响冷连轧机系统的正常工作。
采集的数据包括建立轧制模型所需的104路模拟量信号和32号数字量信号,采样周期为10ms,采集误差小于信号量程的015%;同时还要求提供2路5M/s的高速数据采集通道,以便对采集到的数据进行进一步的分析和验证。
采集系统还应以钢卷为单位动态地分割采集数据,提取现场过程机上的钢卷数据(如钢卷号、钢卷长度等)和轧辊数据并与采集数据对应勾连。
为了便于对采集数据进行分析处理,要求采集系统有重现轧制过程信号的能力,数据能够以表格和图形曲线方式浏览显示;并可通过网络以不同的数据类型(如二进制格式、数据库格式、文本格式和Excel格式等),将数据从现场传输到仿真中心的数据服务器上。
冷连轧机轧制过程动态仿真数据采集系统采用合理的解决方案,实现了所要求的全部功能。
1 系统总体结构现场数据采集系统需要采集来自多个设备的数据,包括轧制信号、钢卷数据和轧辊数据,为了使系统合理地与其他设备连接并且不影响现场设备的正常运转,决定采用网络化、分布式的物理结构。
数据采集系统由1台信号调理器、1台数据采集工作站、1台数据管理工作站和1个Hub组成。
系统结构如图1所示。
生产现场的2台过程机分别动态生成钢卷数据和轧辊数据。
数据管理工作站上安装2块网卡。
利用其中1块网卡与数据采集工作站组成数据采集局域网,现场钢卷数据计算机和轧辊数据计算机通过Hub接图1 数据采集系统总体结构入本局域网;利用另一块网卡接采集系统入主干网。
数据管理工作站的功能是:接收数据采集工作站传过来的电压数据,对数据进行判断分析、存储、处理,转化为所需的格式并进行数据提交;对采集系统自身进行硬件设备诊断、对系统误差进行辨识和管理。
数据采集工作站通过网卡接入数据采集局域网。
内部安装NI公司PCI-6071E64通道A/D转换卡2块,每通道转换速率为1915K,用来采集信号调理箱输出的104路模拟信号;安装NI公司PCI-DIO-32HS数字量I/O 卡1块,用来采集信号调理箱输出的32路数字信号;安装NI公司PCI-6111E多功能卡1块,其中的A0、A1和D0～D7口输出系统功能切换和控制信号,CH0,CH1口实现模拟信号的高速采集。
数据采集工作站的功能是:采集调理箱输出的电压信号,并传送给数据管理工作站。
系统的工作过程如下:现场信号通过信号调理器形成共地电压信号,数据采集工作站采集这些电压信号,并通过Hub送至数据管理工作站。
数据管理工作站接收电压数据,同时从现场过程机中接收对应时刻的钢卷数据和轧辊数据,然后进行数据处理并生成最终的钢卷轧制过程数据文件,最后通过主干网将其送至轧制动态仿真系统。
2 系统功能结构及实现根据动态仿真系统和数据采集系统自身的需要,将现场数据采集系统分为6个功能模块:信号调理系统、数据采集系统、高速数据采集系统、设备自诊断系统、采集通道误差曲线辨识系统和数据管理系统。
系统功能结构如图2所示。
各个功能模块的功能及实现如下:①信号调理系统由104路模拟信号和32路数字信号的调理通道组成。
它的功能是隔离现场设备,并图2 数据采集系统功能结构图将现场模拟和数字信号进行调理和电平变换使之符合A/D卡对信号的幅值和极性要求。
该系统利用电源隔离芯片和信号光电隔离芯片将现场信号与现场数据采集系统进行隔离,使二者间没有直接的电气联系从而保障现场设备的正常运转。
②数据采集系统的功能是根据采集条件,以10ms为周期对冷连轧机组轧制过程中的104路输入/输出模拟量信号和32路数字量信号进行连续采集和存储。
通常的采集方法每分钟将产生2M字节的数据量,系统采用采集过程存储特殊的二进制流格式,需要时再转化为普通数据的方法来降低数据存储负荷。
同,采集系统采用RDA(re2 m ote device access)模式实现数据采集。
数据采集工作站上运行RDA服务器等待远端客户的连接,数据管理工作站运行远端采集卡配置程序,该程序通过TCP/IP 协议查找远方采集卡,从而在本机上生成虚拟数据采集卡。
数据采集程序运行在数据管理工作站上,只与本机的虚拟数据采集卡联系,而不需要知道真正采集卡的物理地址。
这样的采集方式能明显地降低数据管理工作站的系统负荷,并且系统的稳定性也显著增强。
图3 RDA采集模式数据采集工作站利用RTSI(real2time system integra2 tion)技术将多块采集卡连接起来,通过在各采集卡间共享时钟信号实现多卡、多通道信号的同步采集。
③高速数据采集可以选择性地对104路模拟量信号中的任意两路进行高速采集和存储,采样速率最高5M/s。
在这种采集方式下,现场轧制信号不经过信号调理器而直接与采集卡相连,从而可以保证真实地再现轧制信号,便于对正常的采集数据进行比较分析。
④设备自诊断系统。
系统共有104路模拟量通道和32路数字量通道及对应的硬件接口和线路,要完成如此多的线路测试工作手工很难做到。
该系统的功能就是自动地完成诊断任务,并将结果显示出来。
实现策略是:系统首先切换到自诊断状态,然后通过采集卡发出系列的电压信号,信号通过调理通道回到采集卡,系统采集这些数据并进行比较分析,然后得出诊断结果并显示出来,从而实现信号调理设备的自诊断功能。