专利名称：一种热轧过程控制中间件系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金工业自动化控制领域，具体涉及一种热轧过程控制中间件系统。
背景技术：
过程控制是热轧自动化控制系统的重要环节，其主要任务是根据热轧生产工艺及 相关数学模型对生产线的轧机和设备进行优化设定，以获得优良的带钢表面质量和产品性 能。热轧带钢生产过程中，基础自动化以毫秒级的周期将轧线设备采集的实测数据发送到 过程自动化系统，同时过程控制计算机将设定数据在准确的时序发送给基础自动化系统。 大量的实时实测数据和设定数据给工业以太网通讯和过程控制计算机造成了巨大的压力， 过程控制系统故障引起的生产事故和设备事故时有发生，严重影响了热轧过程控制系统的 工作效率。
实用新型内容为了提高现有的热轧过程控制系统数据通讯的可靠性和效率，本实用新型利用消 息传递机制和排队论的原理，提出一种热轧过程控制中间件系统。本实用新型提出的热轧过程控制中间件系统，包括接收单元和缓存单元；所述接 收单元，用于从基础自动化系统接收实测数据电文，并将该实测数据电文发送至所述缓存 单元；所述缓存单元，用于缓存相应的实测数据电文并通知过程控制系统接收，直至接收成 功；所述接收单元，还用于从过程控制系统接收设定数据电文，并将该设定数据电文发送至 所述缓存单元；所述缓存单元，还用于提取相应的设定数据电文并向所述基础自动化系统 发送，直至发送成功。所述缓存单元设置有应用程序接口供外部程序调用，并维护电文消息队列，按照 先入先出的顺序缓存实测数据电文或设定数据电文。所述缓存单元根据用户定义的电文长度和缓冲电文数量，建立电文发送队列和电 文接收队列，用于缓存设定数据电文和实测数据电文。所述缓存单元，还用于在过程控制系统读取实测数据电文成功后，删除所存储的 相应的实测数据电文。所述缓存单元，还用于向基础自动化系统发送设定数据电文成功后，删除所存储 的相应的设定数据电文。所述缓存单元，如果遇到网络阻塞向基础自动化系统发送设定数据电文不成功， 则根据用户设定的重试间隔时间和重试次数来延时重发，直至发送成功。所述接收单元，还用于当缓存单元的接收消息队列为空时，阻塞并挂起用户进程； 所述接收单元，还用于当接收到新的实测电文数据时，将该实测电文数据存储于所述缓存 单元中，通知并激活用户进程读取实测电文数据。所述接收单元，还用于当多个轧线服务器应用程序同时调用该单元发送设定数据电文时，控制最先调用的应用程序取得电文队列的尾指针，并进入临界资源区进行保护，阻 塞其它电文发送进程；当添加完设定电文数据并修改了电文队列尾指针后，控制该最先调 用的应用程序退出临界资源区，激活其它电文发送进程。所述缓存单元，还用于当队列满时进行报警操作，提醒用户没有应用程序接收该 电文。本热轧过程控制中间件系统设置于热轧过程控制计算机上。本实用新型有效的屏蔽了 TCP/IP底层网络通讯的复杂性，缓解了工业以太网的 通讯压力，保证了过程控制自动化和基础自动化之间的数据通讯的可靠性，避免了过程控 制系统故障引起的生产事故和设备事故的发生，同时极大的提高了热轧自动化控制的工程 师的开发效率。
图1为本实用新型所属热轧过程控制系统的结构图；图2为本实用新型一种热轧过程控制中间件系统实施例的通讯电文接收原理图；图3为本实用新型一种热轧过程控制中间件系统实施例的通讯电文发送原理图。图中1-加热炉数据库服务器，2-加热炉应用程序服务器，3-轧线过程控制计算机， 4-轧线历史数据服务器，5-HMI服务器，6-加热炉区PLC/TDC，7-粗轧区PLC/TDC，8-精轧区 PLC/TDC，9-层流冷却+卷取PLC/TDC，10-HMI客户端，11-HMI客户端，12-传动设备，13-远 程1/0，14-信息队列。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述。本实用新型所属热轧过程控制系统的结构图如图1所示。其中，LevelO为传动级， Level 1为基础自动化级，Level 2为过程控制级。其中，Level2设置有加热炉数据库服务 器1、加热炉应用程序服务器2、轧线过程控制计算机3和轧线历史数据服务器4。Level 1 设置有HMI服务器5、加热炉区PLC/TDC6、粗轧区PLC/TDC7、精轧区PLC/TDC8、层流冷却+卷 取PLC/TDC9、HMI客户端10、HMI客户端11。Level 0则对应于加热炉区、粗轧区、精轧区、 层流冷却及卷取区分别设置有传动设备12和远程1/013。过程控制计算机与基础自动化的PLC或TDC通过工业以太网进行通讯，为了保证 通讯的稳定性和数据的可靠性和完整性，采用TCP/IP协议传输数据。过程控制计算机使用 套接字(Socket)对象建立连接并实现通讯电文的收发。当接收实测数据电文时，中间件系 统建立消息队列14来缓存从基础自动化接收到的数据，避免了过程控制应用程序因处理 不及时导致的通讯电文丢失，并提供接口函数供其它应用程序从消息队列读取电文数据。 当发送设定数据电文时，中间件系统建立消息队列14缓存要发送的电文数据，发送成功后 从消息队列中删除该数据，如果遇到网络阻塞而发送不成功则延时重发，直至发送成功为 止，并提供接口函数向消息队列存储数据。在热轧自动化生产线上，粗轧区、精轧区、层流冷却区以及卷取区的基础自动化控 制设备PLC(TDC)通过工业以太网连接轧线过程控制计算机。基础自动化以毫秒级的周期将轧线设备采集的实测数据发送到过程自动化系统，同时过程控制计算机将设定数据在准 确的时序发送给基础自动化系统。过程控制中间件系统部署在热轧过程控制计算机上，并提供应用程序接口(API) 和各热轧数学模型程序交互，通过电文发送队列和电文接收队列缓存收发电文，并按照先 进先出的顺序读取和发送电文通讯数据。热轧过程控制中间件系统负责维护电文队列，执 行添加、删除、发送、接收，以及当队列满时的报警操作。为了有效维护通讯电文队列，通讯电文的电文头必须按照中间件系统提供的标准 数据结构进行定义。通讯电文长度和电文内容由用户自定义，电文长度应大于等于电文头 长度。由于基础自动化控制设备寻址方式和数据类型的限制，通讯电文的数据类型必须限 定为计算机高级语言的简单数据类型，占固定的字节数，包含char类型1个字节，integer 类型4个字节，float类型4个字节，double类型8个字节，short int类型2个字节。实 际通讯电文可以是这些简单数据类型的组合。用户根据热轧生产线的实际情况定义电文发送的重试次数、重试间隔时间以及接 收电文数据缓冲区大小，当工业以太网通讯故障时，热轧过程控制中间件系统根据用户配 置重试发送通讯电文，或者根据用户配置从缓冲区读取指定长度的电文数据，分包存入电 文队列中。中间件在轧线服务器运行的过程中，会建立多个服务器套接字(Socket)，并绑定 约定的端口等待基础自动化的TDC、PLC等设备的连接。粗轧、精轧、卷取的TDC等设备将通 讯数据用TCP协议传输给服务器套接字。中间件接收到这些数据后，按照消息队列尾指针 的位置和先入先出的顺序，将数据保存到消息队列中。当应用程序从消息队列读取数据时， 首先得到消息队列首指针，当队列不为空时，调用中间件API函数RecvDateO，按照先入先 出的顺序处理接收的数据，其电文接收原理图如图2所示。首先，根据用户定义电文大小和缓冲电文数量，建立操作系统内核对象-内存映 射文件，用于产生电文的循环队列。然后，调用套接字函数RecvO接收电文，并将接收到的 电文插入电文队列尾。用户调用应用程序接口函数RecvDataO读取电文，当电文队列为空 时，使用操作系统内核对象_事件对象，阻塞用户进程；当电文队列非空时，操作系统内核 对象-事件对象激活阻塞的用户进程，读取通讯电文。由于维护电文队列需要更改电文队 列的首尾指针，因此将电文队列首尾指针放入临界资源区进行保护，即修改电文队列首尾 指针前锁定临界区，修改完毕后退出临界区。为了给基础自动化TDC、PLC等控制设备发送数据，中间件在轧线服务器运行的过 程中，会建立多个客户端套接字(Client Socket)，每个套接字都定义了远程设备的IP地 址和端口号。应用程序首先取得消息队列的尾指针(Rear Pointer)，调用中间件API函数 SendDateO，把要发送的数据依次写入队列末尾。当消息队列不为空时，触发消息中间件发 送数据函数Send ()，该函数通过客户端套接字，将过程控制数学模型应用程序的设定数据 发送给基础自动化控制设备，其电文发送原理图如图3所示。发送数据前，根据用户定义电文大小和缓冲电文数量，建立操作系统内核对 象-内存映射文件，用于产生电文的循环队列。由于用户添加新的通讯电文需要修改电文 队列的首尾指针，因此提供应用程序接口函数SendDataO供用户添加新发送的电文数据， 并在临界区保护，添加完毕后，退出临界资源区。当发送队列不为空，则调用操作系统套接字函数SendO发送通讯电文，并删除该条通讯数据。如果网络通讯故障，则不删除未发送 成功的通讯电文，根据用户配置延时重试。本实用新型有效的屏蔽了 TCP/IP底层网络通讯的复杂性，缓解了工业以太网的 通讯压力，保证了过程控制自动化和基础自动化之间的数据通讯的可靠性，避免了过程控 制系统故障引起的生产事故和设备事故的发生，同时极大的提高了热轧自动化控制的工程 师的开发效率。以上所述，仅为本实用新型的一部分具体实施方式
，本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型实施例的保护范围应 该以权利要求的保护范围为准。
权利要求一种热轧过程控制中间件系统，其特征在于包括接收单元和缓存单元；所述接收单元，用于从基础自动化系统接收实测数据电文，并将该实测数据电文发送至所述缓存单元；所述缓存单元，用于缓存相应的实测数据电文并通知过程控制系统接收，直至接收成功；所述接收单元，还用于从过程控制系统接收设定数据电文，并将该设定数据电文发送至所述缓存单元；所述缓存单元，还用于提取相应的设定数据电文并向所述基础自动化系统发送，直至发送成功；所述缓存单元设置有应用程序接口供外部程序调用，并维护电文消息队列，按照先入先出的顺序缓存实测数据电文或设定数据电文。
专利摘要本实用新型提出一种热轧过程控制中间件系统，包括接收单元和缓存单元；所述接收单元，用于从基础自动化系统接收实测数据电文，并将该实测数据电文发送至所述缓存单元；所述缓存单元，用于缓存相应的实测数据电文并通知过程控制系统接收，直至接收成功；所述接收单元，还用于从过程控制系统接收设定数据电文，并将该设定数据电文发送至所述缓存单元；所述缓存单元，还用于提取相应的设定数据电文并向所述基础自动化系统发送，直至发送成功。本实用新型有效的屏蔽了TCP/IP底层网络通讯的复杂性，缓解了工业以太网的通讯压力，保证了过程控制自动化和基础自动化之间的数据通讯的可靠性，避免了过程控制系统故障引起的生产事故和设备事故的发生。
文档编号B21B37/00GK201596678SQ20092022971
公开日2010年10月6日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者周方, 廖家财, 张凯, 彭维纲, 徐伟, 王越平, 王靓, 肖颖, 郑小根, 陈翔 申请人:武汉钢铁(集团)公司