现场总线技术在轧钢在线测试系统的应用

1、引言 　　

    钢材轧制前对钢坯出炉温度进行检测是保证轧钢质量的一项重要措施。传统的人工测试难以保证产品质量，生产效率较低，实现轧钢在线的温度和支数自动测量具有重要意义。由于轧钢线距离远，采用现场总线网络结构可有效降低系统造价。

    现场总线是一种应用于工业控制的计算机网络，完备的网络系统支持7层协议，如lonworks和profibus，这种网络可以通过网关和INTERNET/INTRANET相连，组成较大系统。简化3层协议以其结构简单、产品品种全、使用方便，在小型自动化系统中仍被广泛应用，如CAN，RS-485等网络。本系统采用RS-485标准总线技术，集数据的采集、处理及网络通讯为一体，实现了钢坯出炉的温度采集和实时监测。利用两个辐射测温仪判断钢坯行走方向，并实现钢坯支数计数。 

2、系统组成及工作原理 　　
    
    一个RS-485总线结构的钢坯在线测试网络。网络的五个节点分布在现场的不同位置，对应的智能单元分别为两个分光比色辐射温度测试仪、两个温度显示报警仪表和一个大屏幕显示器。调度计算机经COMl通讯口通过RS232C到RS485转换器ADAM4520向网络的各节点发布命令，协调与各智能单元之间49数据通讯。　　
    
    分光比色辐射温度测试仪由本单位研制，该仪表采集两路不同波长的光强经过内置单片机系统的数据处理后，以RS485总线标准输出测试钢坯的温度峰值、温度谷值、温度均值和温度即值等多种数据。图1中的两个测温辐射测温仪功能相同，一块称作主测仪，另一块称作辅测仪。主测仪负责采集钢坯均值温度和峰值温度；辅测仪配合主测仪判断钢坯行进方向，并对支数进行加1或减l计数。大屏幕LED显示器显示当前日期、时间、钢坏温度均值和钢坏支数等信息。两个温度显示表分别安装在两个操作间内，通过RS-485总线接收主机数据，显示钢坏温度均值并给出报警信号。微型打印机以串行方式与主机的COM2通讯口连接，在线纪录超限报警信息。 

3、系统软件设计 　　

    系统的软件设计分为五大功能模块：温度采集、网络通讯、温度报警、文件管理及钢坯计数等。系统程序在window98系统下VB6.0软件开发，界面由四部分组成。第一部分是菜单命令窗口；第二部分是数据显示窗口，以滚屏方式显示数据；第三部分是状态窗口，位于屏幕底端，用于显示当前的设置参数、系统运行状态及超限报警信息；第四部分专门用于显示当前日期和时间。通过菜单操作可实现运行、打印、参数设置、暂停、退出及帮助等多项功能。　　

    根据不同任务的工作特点，软件采用前台和后台并行运行的连续工作方式。前台一般采用菜单命令的直接操作方式，例如：历史数据打印和当前数据打印、温度超限值设定和钢坯支数的修改操作等。而后台则是系统实时进行的网络通讯、钢坯计数、数据存盘、温度超限报警等。 　　

3.1网络通讯协议及程序实现　　

    网络工作方式采用主机调度按优先级分时联络的工作方式，通讯波特率为9600bps，字符格式为1个起始位，8个数据位，1个停止位，元奇偶校验的标准异步格式。总线上的设备均为本单位研制的产品，通讯协议兼容研华ADAM4000系列。

    命令语法中，第一个字符（如：#、>和@）表示命令的定界符；AA表示指定设备的十六进制地址码，例如：本系统主测仪表的地址为0BH、辅测仪表为0CH；N为温度类别，0为即值，1为峰值，2为谷值，3为均值；每个命令以回车字符结束。如果总线设备检测到通讯错或指定的地址不存在时，则不应答，程序设计时给出故障信息并作处理；如果正确，则执行相应操作，并返回数据或信息。由于Visual Basic能够快速创建Windows应用程序，功能强大，容易学习和掌握，维护方便，因此，VB编写工业控制软件较为普遍。 Visual Basic的MsComm控件为应用程序提供完善的串行通讯功能，能够满足系统通讯软件的编程要求。下面程序段完成了命令发送。 　　

    
    系统与各节点的通讯时，如果响应信息超时或出现故障，将导致采集数据丢失甚至造成系统故障，所以通讯过程使用了两个定时器控件，一个用于发送命令，实例为timComm_Timer，定时器的触发间隔为100ms。另一个定时器控件实例timCom-mErr_Timer用于检测通讯系统的异常，即当每次通讯超过70ms没有响应时，该定时器进行错误处理并转向下一个单元的命令发送。TimComm_Timer事件发生时，还使用一个定时器定时10s，更新大屏幕的日期和时间等四组数据。　　

    在OnComm事件发生时，根据任务完成数据处理。接收数据的通讯程序段如下：     

    当MSComm控件的CommEvent属性的值变化时，就产生OnComm事件。本系统的OnComm事件主要用来捕获来自系统的数据并进行处理。数据处理主要包括四项任务：钢坯计数、滚屏显示、数据存盘及文件管理、温度超限报警。OnComm事件发生时，关闭检测通讯错误定时器timComm_Timer，表示本次通讯成功。 　

3.2钢坯支数计量方法　　

    本系统是在钢坯出炉时测试钢坯温度并记录钢坯支数。轧制时可能由于轧滚故障，造成轧线停滞，由此造成刚出炉的钢坯停滞或回炉。因此，支数计量需要判断钢坯的行进方向，出炉时，支数加1，因炉时支数减1。系统中采用两个辐射测温仪根据钢坯进入视区的先后次序判断钢坯行进方向，并根据方向对钢坯支数进行加1或减1计数。正常情况下，出炉钢坯在1100℃左右，设定有钢坯通过的阕值温度为900℃。安装时，两个测温仪测温点间距2m，钢坯长度4m左右，钢坯通过时，两个测温仪能同时测到有钢通过。钢坯在温度测试点上有正向通过、反向通过、停滞→段时间、前后移动等多种情况。testBillet过程是在OnComm事件处理程序中调用的，由状态变量State Var指示锢坯通过测温仪时各种状态。没有钢坯通过State Var=0，此时，程序读取两个测温仪数据，当主测温仪大于900℃，辅测温仪小于900℃，钢坯正向进入视区，置State Var=1，进入正向过程钢坯测试；当辅测温仪大于900℃，主测温仪小于900℃，钢坯反向进入视区，置State Var=2，进入反向过程钢坯测试。正向过程钢坯测试，判断是否正向结束，如果正向结束，支数加1，并计算均值和峰值；否则，钢坯在测试点回炉，程序返回。反向过程钢坯测试，则判断钢坯是否反向结束，如果反向结束，支数减1；否则是测试点的钢坏移动，支数不变。 

4、结束语 　　

    采用RS-485总线技术，简化了现场布线，降低了系统成本。软件设计采用windows98下VB6.0设计，充分利用了可视化编程语言提供的强大功能，界面友好，编程简单，维护方便。采用双测温仪进行温度测量和判断钢坏行进方向，完成对复杂钢坏运行情况下钢坏支数的计数功能。该系统经过济南钢铁公司的近一年的现场运行，证明系统功能完善，性能稳定，测温精度高，使用方便。 产品配置: 辐射测温仪适用领域及情况： 钢材轧制领域 。