專利名稱：：利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法
技術領域：
：本發明涉及一種利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，屬于冷軋機控制
技術領域：
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背景技術：
：在冶金行業，金屬壓力加工裝備冷軋機由多種設備組成，工藝流程也比較復雜，計算機控制水平較高，自動化控制系統在其中占據著重要的作用。冷軋機的自動化控制系統，可分為基礎自動化系統和過程自動化系統。對于基礎自動化系統來說，厚度控制系統是其中關鍵的組成部分，是保障軋制帶材出口厚度精度的關鍵手段。冷軋機厚度控制系統是通過測厚儀對軋制帶材出口厚度進行測量，并根據實測值與給定值進行比較，得到偏差信號，借助于控制回路中控制器的控制程序，計算出最終控制量，發送到液壓壓下裝置中，通過伺服閥改變冷軋機液壓壓下油缸位置，從而將帶材出口厚度控制在允許偏差范圍。一個典型的冷軋機厚度控制系統如圖2所示，在目前的冷軋機厚度控制系統中，測厚儀與控制回路中控制器的反饋連接，都是采用單獨模擬量的連接方式，使用模擬電壓或電流進行測量。這種單獨模擬量連接反饋控制回路的方式，由于模擬電壓或電流受周圍環境的影響較大，周圍環境的電磁場變化容易引起模擬電壓或電流變化，抗干擾能力較弱，發生故障的可能性較高。當模擬通道發生故障時，常常引起控制回路出錯或失效，使得控制系統性能下降甚至停止運行。計算機網絡使用通信線路將分布在不同位置的計算機連接在一起，按照網絡進行通信，實現數據傳輸和資源共享等功能。計算機網絡根據網絡協議的不同，可分成不同類型網絡體系結構。國際標準化組織ISO提出的OSI/RM參考模型，即開放系統互聯基本參考模型，已成為國際標準，其體系結構如圖3所示，由七層標準結構組成，分別為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。目前，最常見的網絡體系結構為TCP/IP體系結構模型，如圖4所示，由四層標準結構組成，可分為網絡接口層、網絡層、傳輸層和應用層。以太網協議是由IEEE802.3標準定義的局域網通信協議，它定義了OSI/RM參考模型中的物理層和數據鏈路層，在共享介質上采用載波監聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)協議實現數據傳輸。
發明內容本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法。本發明的目的通過以下技術方案來實現利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，以出口測厚儀、以太網、控制器和液壓壓下裝置為厚度控制設備，其特征在于包括以下步驟1)出口測厚儀增設以太網通信接口，測厚儀測量帶材出口厚度，同時通過模擬通道和數字通信網絡傳送厚度數據，模擬通道采用模擬電纜連接方式，數字通信網絡采用以太網通信方式傳輸；2)控制器接收兩種傳輸方式的數據，通過以太網通信接口從網絡上接收測厚儀發送的數據，使用模擬量/數字量轉換模塊接收從模擬通道發送的數據；3)在控制器接收數據過程中，如果模擬通道發生故障，不能正常接收數據，則直接使用網絡接口的數據作為反饋值進行計算；如果模擬通道和反饋網絡全部正常收到數據，使用模擬通道數據；如果數字通信網絡發生故障，不能正常接收數據，使用模擬通道數據；4)控制器根據反饋值進行計算，輸出控制量給液壓壓下裝置的伺服閥進行控制，驅動液壓壓下油缸，完成一次控制回路的計算過程；5)出口測厚儀依次發送帶材出口厚度值，控制器依次接收出口測厚儀發送的數據進行計算，如此循環，完成冷軋機的厚度控制過程。進一步地，上述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，包括以下詳細步驟——1)出口測厚儀和控制器分別進行初始化工作，定義網絡通信所需要的IP地址、套接字等數據；2)出口測厚儀測量冷軋機出口厚度值，通過模擬通道方式傳輸數據，同時使用UDP協議的網絡發送函數，將測量厚度值轉換成數據包，發送到以太網上；3)控制器通過模擬量/數字量轉換模塊接收模擬通道的數據，同時采用UDP協議的網絡接收函數，從以太網上接收數據包，并取出數據包中來源IP地址，比較接收數據包中的來源IP地址與出口測厚儀的IP地址，如果兩者地址相同，則使用數據包中的厚度值，如果兩者地址不同，則拋棄此數據包；4)比較控制器從兩種通道接收的數據，如果控制器從模擬通道接收數據為空，說明此時模擬通道發生故障，使用以太網接口接收的數據；如果控制器從以太網接收數據為空，說明此時以太網通道發生故障，使用模擬通道接收的數據；如果兩種通道接收的數據都為空，說明全部發生故障，此時提示報警信息，轉人工處理；5)根據判斷后取得的數據，作為厚度反饋值進行控制回路的計算，得到控制量，輸出給伺服閥驅動液壓壓下油缸；6)出口測厚儀與控制器分別完成發送和接收數據運算后，判斷當前工作狀態是否正常，如果工作正常則繼續循環運行，如果異常則轉到異常處理程序進行處理。更進一步地，上述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，所述控制器采用可編程控制器PLC或工業控制計算機IPC。更進一步地，上述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，傳輸數據協議的物理層采用以太網的物理層定義，符合IEEE802.3標準規范。傳輸數據協議的數據鏈路層采用CSMA/CD協議，符合IEEE802.3標準規范。傳輸數據協議的網絡層采用IP協議，符合TCP/IP網絡體系結構。傳輸數據協議的傳輸層采用UDP協議，符合TCP/IP網絡體系結構。再進一步地，上述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于以太網通信接口的傳輸速度為10Mb/s或100Mb/s或1Gb/s。以太網通信接口的連接電纜采用屏蔽雙絞線或光纜。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在本發明利用冗余反饋以太網，增加了厚度反饋通道的數量，將反饋通道由單一的模擬量傳輸改變為由模擬量和數字網絡同時傳輸的方式，當模擬傳輸通道發生故障時，使用數字網絡傳輸數據來保障控制回路的正常運行，當數字網絡傳輸發生故障時，使用模擬通道傳輸數據來保障控制回路的正常運行，充分解決了系統由于單獨通道故障而引起的控制回路失效問題，延長了系統的持續運行時間，實現了傳輸通道的故障診斷和處理，從而明顯提高了冷軋機厚度控制系統的性能，經濟效益和社會效應顯著。下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明圖1:冷軋機組成結構示意圖2:現有技術冷軋機厚度控制系統框圖3:OSI/RM參考模型；圖4:TCP/IP網絡體系結構；圖5:本發明冷軋機厚度控制系統框圖；圖6:本發明冷軋機厚度控制系統組成示意圖;圖7:測厚儀軟件流程圖；圖8:控制器軟件流程圖。圖中各附圖標記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具體實施例方式金屬加工裝備冷軋機組成如圖1所示，包括開巻機1、冷軋機2、測厚儀3、板形輥4、剪子5和巻取機6。本發明利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能，以出口測厚儀、以太網、控制器和液壓壓下裝置為厚度控制設備。本發明的厚度控制系統如圖5所示，厚度控制系統組成如圖6所示，包括出口測厚儀3、以太網IO、模擬通道ll、控制器7、伺服閥8和液壓壓下油缸9，控制器7采用可編程控制器PLC或工業控制計算機IPC，以太網通信接口的連接電纜采用屏蔽雙絞線或光纜，以太網通信接口的傳輸速度為10Mb/s或100Mb/s或1Gb/s。在冷軋機生產中，出口測厚儀3安裝在冷軋機2的出口側，當采用模擬通道連接方式時，使用屏蔽電纜直接從出口測厚儀3連接到控制器7;當采用數字以太網連接方式時，使用UDP數據傳輸協議，將測量的帶材出口厚度數據發送到以太網10上，發送數據包的目標IP地址為控制器的IP地址。控制器7也采用兩種傳輸方式接收數據，當采用模擬通道11連接方式時，使用模擬量/數字量轉換模塊直接接收測厚儀產生的模擬數據，然后內部轉換為數字量使用；當采用數字以太網連接方式時，從以太網IO上使用UDP協議進行接收，接收數據包的源地址為出口測厚儀的IP地址，接收的數據直接為數字量形式。在兩種數據傳輸方式中，如果有任何一種方式接收不到數據，說明這種傳輸方式發生故障，采用另一種正常傳輸的數據。例如，當模擬通道ll發生故障時，控制器7不能接收模擬數據，此時在控制器計算過程中采用數字以太網通道接收的數據；當數字網絡通道發生故障時，以太網接口不能接收數據，此時在控制器計算過程中采用模擬通道11接收的數據。如果兩種傳輸方式都可以正常接收數據，使用模擬通道11連接數據。本發明的冗余反饋網絡即配置重復反饋網絡通道，當模擬通道發生問題時，使用配置的反饋網絡提供的數據，從而延長系統持續運行時間，實現傳輸通道的故障診斷和處理，提高冷軋機厚度控制系統的性能。具體步驟首先，出口測厚儀3和控制器7分別進行初始化工作，定義網絡通信所需要的IP地址、套接字等數據；然后，出口測厚儀3測量冷軋機出口厚度值，使用模擬通道方式傳輸數據，同時使用UDP協議的網絡發送函數，將測量厚度值轉換成數據包，發送到以太網10上；繼而，控制器7使用模擬量/數字量轉換模塊接收模擬通道11的數據；同時采用UDP協議的網絡接收函數，從以太網IO上接收數據包，并取出數據包中來源IP地址，比較接收數據包中的來源IP地址與出口測厚儀的IP地址，如果兩者地址相同，則使用數據包中的厚度值，如果兩者地址不同，則拋棄此數據包；比較控制器從兩種通道接收的數據。如果控制器7從模擬通道接收數據為空，說明此時模擬通道發生故障，使用以太網接口接收的數據；如果控制器7從以太網接收數據為空，說明此時以太網通道發生故障，使用模擬通道接收的數據；如果兩種通道接收的數據都為空，說明全部發生故障，此時提示報警信息，轉人工處理；根據上步判斷后取得的數據，作為厚度反饋值進行控制回路的計算，得到控制量，輸出給伺服閥8驅動液壓壓下油缸9;最后，出口測厚儀3與控制器7分別完成發送和接收數據運算后，判斷當前工作狀態是否正常。如果工作正常則繼續循環運行，如果異常則轉到異常處理程序進行處理。網絡傳輸數據協議的物理層采用以太網的物理層定義，符合IEEE802.3標準規范。傳輸數據協議的數據鏈路層采用CSMA/CD協議，符合IEEE802.3標準規范。傳輸數據協議的網絡層采用IP協議，符合TCP/IP網絡體系結構。傳輸數據協議的傳輸層采用UDP協議，符合TCP/IP網絡體系結構。本發明方法作為控制依據的主要程序步驟(a)測厚儀首先進行初始化工作，定義發送數據的套接字描述符，以及控制器的套接字等數據。然后測量軋機帶材出口厚度值，將測量數據發送到模擬通道和以太網通信端口，然后執行其他程序，判斷測厚儀當前工作狀態，如果狀態正常，則接著執行循環，反復測量和發送數據。如果出現異常狀態，則執行異常處理程序進行異常處理。其程序流程如圖7所示。程序中實現為intsock—send;structsockaddrinadrsend;While(run)Measure(gauge);status=sendto(sock—send,gauge,sendnum,0,(structsockaddr*)&adr—send,sizeof(adr一send));Exception()......其中，sock—send為所發送數據的套接字描述符，gauge是所發送數據包的指針，sendnum是所發送數據包的字節長度值，adr—send是發送目標即控制器的套接字。run代表當前測厚儀工作狀態，如果正常則測厚儀持續測量厚度，然后依次發送數據到以太網上，Exception函數為異常處理程序。語句中符號"......"表示省略。(b)控制器首先進行初始化工作，定義接收數據的套接字描述符，以及測厚儀的套接字等數據，其程序流程如圖8所示。程序中實現為intsock—recvjstructsockaddr—inadr—recv;structsockaddrinadrsource;其中，sock一recv為所接收數據的套接字描述符，adr—recv是出口測厚儀的套接字，adr—source是所接收數據包中的來源套接字；語句中符號"......"表示省略。(c)控制器從模擬通道接收數據。程序中實現為-Read(channel,ana—gauge);其中，channel為所接收數據的模擬通道號，ana—gauge是模擬通道所接收的數據值；語句中符號"......"表示省略。(d)控制器從以太網接收數據。控制器從以太網通信端口接收數據，如果數據包的源地址是出口測厚儀的IP地址，則此數據包數據為出口測厚儀發送的測量厚度值；如果數據包的源地址不是出口測厚儀的IP地址，則丟棄此數據包。程序中實現為status=recvfrom(sock—recv,gauge,recvnum,0,(structsockaddr*)&adr—source,&recvlength);if(adr—source.sin—addr.s—addr=adr—recv.sin—addr.s—addr)Getgauge(eth一gauge);其中，sock—recv為所接收數據的套接字描述符，gauge是所接收數據包的指針，recvnum是所接收數據包的字節長度值，adr一source是所接收數據包中的來源套接字，adr—recv是測厚儀的套接字。adr—source.sin—addr.s—addr與adr_recv.sin—addr.s—addr進行比較，用于判斷接收數據包中來源IP地址與出口測厚儀IP地址是否相同，eth—gauge是以太網接口接收的測量厚度值；語句中符號"......"表示省略。(e)控制器判斷接收的數據狀態。如果模擬通道的數據為空，說明模擬通道發生故障，此時使用以太網通道傳輸的數據，否則使用模擬通道的數據，如果兩個通道數據都為空，此時提示報警進行處理。程序中實現為if(ana—gauge==NULL&&eth—gauge!=NULL)output—guage=eth—gauge;elseif(ana—gauge!=NULL)output—gauge=ana—gauge;elsereport(warning);其中，ana—gauge是模擬通道所接收的數據值，eth—gauge是以太網接口接收的測量厚度值，output—gauge是控制器最終計算采用的厚度值；語句中符號"......"表示省略。(f)控制器執行計算，將接收厚度值與給定厚度基準值進行比較，獲得偏差信號，進行控制回路的計算，并將計算出的控制量發送給伺服閥，從而驅動液壓壓下油缸，改變帶材出口厚度。程序中實現為error=ref_gauge-output—gauge;Controlloop(output—value,error);其中，ref—gauge是給定厚度基準值，output—gauge是控制器最終采用的厚度值，error是計算出的厚度偏差，output—value是控制器根據偏差信號最終計算出的控制量；語句中符號"......"表示省略。(g)控制器循環計算。最后，判斷控制器當前工作狀態，如果狀態正常，則接著執行循環，反復接收數據和進行控制回路的計算。如果出現異常狀態，則執行異常處理程序進行異常處理。程序中實現為While(run){……......Exception()其中，nm為當前控制器工作狀態，如果正常則控制器持續接收厚度值，然后進行判斷和計算，將控制量發送給伺服閥，驅動液壓壓下油缸；Exception函數為異常處理程序。語句中符號"......"表示省略。綜上所述，本發明利用冗余反饋以太網，將反饋通道由單獨的模擬量傳輸改變為由模擬量和數字網絡同時傳輸的方式，有效延長了系統的持續運行時間，實現了傳輸通道的故障診斷和處理，顯著提高了冷軋機厚度控制系統的性能，值得廣泛推廣應用。以上僅是本發明的具體應用范例，對本發明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍之內。權利要求1.利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于包括以下步驟——1)出口測厚儀增設以太網通信接口，測厚儀測量帶材出口厚度，同時通過模擬通道和數字通信網絡傳送厚度數據，模擬通道采用模擬電纜連接方式，數字通信網絡采用以太網通信方式傳輸；2)控制器接收兩種傳輸方式的數據，通過以太網通信接口從網絡上接收測厚儀發送的數據，使用模擬量/數字量轉換模塊接收從模擬通道發送的數據；3)在控制器接收數據過程中，如果模擬通道發生故障，不能正常接收數據，則直接使用網絡接口的數據作為反饋值進行計算；如果模擬通道和反饋網絡全部正常收到數據，使用模擬通道數據；如果數字通信網絡發生故障，不能正常接收數據，使用模擬通道數據；4)控制器根據反饋值進行計算，輸出控制量給液壓壓下裝置的伺服閥進行控制，驅動液壓壓下油缸，完成一次控制回路的計算過程；5)出口測厚儀依次發送帶材出口厚度值，控制器依次接收出口測厚儀發送的數據進行計算，如此循環，完成冷軋機的厚度控制過程。2.根據權利要求1所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于包括以下詳細步驟——1)出口測厚儀和控制器分別進行初始化工作，定義網絡通信所需要的IP地址、套接字數據；2)出口測厚儀測量冷軋機出口厚度值，通過模擬通道方式傳輸數據，同時使用UDP協議的網絡發送函數，將測量厚度值轉換成數據包，發送到以太網上；3)控制器通過模擬量/數字量轉換模塊接收模擬通道的數據，同時采用UDP協議的網絡接收函數，從以太網上接收數據包，并取出數據包中來源IP地址，比較接收數據包中的來源IP地址與出口測厚儀的IP地址，如果兩者地址相同，則使用數據包中的厚度值，如果兩者地址不同，則拋棄此數據包；4)比較控制器從兩種通道接收的數據，如果控制器從模擬通道接收數據為空，說明此時模擬通道發生故障，使用以太網接口接收的數據；如果控制器從以太網接收數據為空，說明此時以太網通道發生故障，使用模擬通道接收的數據；如果兩種通道接收的數據都為空，說明全部發生故障，此時提示報警信息，轉人工處理；5)根據判斷后取得的數據，作為厚度反饋值進行控制回路的計算，得到控制量，輸出給伺服閥驅動液壓壓下油缸；6)出口測厚儀與控制器分別完成發送和接收數據運算后，判斷當前工作狀態是否正常，如果工作正常則繼續循環運行，如果異常則轉到異常處理程序進行處理。3.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于所述控制器采用可編程控制器PLC或工業控制計算機IPC。4.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于網絡傳輸數據協議的物理層采用以太網的物理層定義，符合IEEE802.3標準規范。5.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于網絡傳輸數據協議的數據鏈路層采用CSMA/CD協議，符合IEEE802.3標準規范。6.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于網絡傳輸數據協議的網絡層采用IP協議，符合TCP/IP網絡體系結構。7.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于網絡傳輸數據協議的傳輸層采用UDP協議，符合TCP/IP網絡體系結構。8.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于以太網通信接口的傳輸速度為10Mb/s或100Mb/s或1Gb/s。9.根據權利要求1或2所述的利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，其特征在于以太網通信接口的連接電纜釆用屏蔽雙絞線或光纜。全文摘要本發明提供一種利用反饋網絡提高冷軋機厚度控制性能的方法，以出口測厚儀、以太網、控制器和液壓壓下裝置為厚度控制設備。出口測厚儀增設以太網通信接口，同時通過模擬通道和數字通信網絡傳送厚度數據；控制器接收兩種傳輸方式的數據，如果模擬通道發生故障，則使用網絡接口的數據作為反饋值；控制器根據反饋值進行計算，輸出控制量給液壓壓下裝置的伺服閥進行控制，完成控制回路的計算過程。本發明利用冗余反饋以太網，將反饋通道由單獨的模擬量傳輸改變為由模擬量和數字網絡同時傳輸的方式，延長了系統的持續運行時間，實現了傳輸通道的故障診斷和處理，提高了冷軋機厚度控制系統的性能。文檔編號B21B37/16GK101176886SQ20071019173公開日2008年5月14日申請日期2007年12月14日優先權日2007年12月14日發明者李坤杰申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司