梅山鋼鐵公司 朱文華
熱軋平整機(jī)組PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
梅山鋼鐵公司 朱文華
本文主要介紹在西門子S7-400及TDC組建的控制系統(tǒng)下,PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、軟硬件配置、系統(tǒng)組態(tài)以及數(shù)據(jù)分析軟件的應(yīng)用等。PDA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用,解決了熱軋平整機(jī)組在生產(chǎn)過程中重要數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)的問題,為故障分析及產(chǎn)品質(zhì)量的改善提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
PDA;數(shù)據(jù)分析;數(shù)據(jù)采集
梅鋼新建的1780熱軋平整機(jī)組是由中冶賽迪負(fù)責(zé)技術(shù)總成的一條生產(chǎn)線,其自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用了西門子公司的硬件和軟件,傳動(dòng)系統(tǒng)采用ABB公司的ACS800系列的多傳動(dòng)設(shè)備,原設(shè)計(jì)方案中沒有PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),由于西門子控制器不具備數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)功能,設(shè)備故障發(fā)生后,只能采用事后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,增加了故障處理難度,延長故障處理時(shí)間,鑒于此種原因,在機(jī)組建設(shè)初期,對平整機(jī)組的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化,在原有的基礎(chǔ)上增加了PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì),方便日后生產(chǎn)重要數(shù)據(jù)的采集及存儲(chǔ),為故障分析及產(chǎn)品質(zhì)量的改善提供了幫助。
2.1 平整機(jī)組控制器結(jié)構(gòu)
平整機(jī)組的控制系統(tǒng)由一套西門子S7-400和一套TDC可編程控制器組成。其中,S7-400主要工作為:全線輔助設(shè)備順序、邏輯控制等;TDC主要工作為:全線主干速度控制、張力控制、以及平整機(jī)的位置、壓力、彎輥控制等。其中,可編程控制器、傳動(dòng)設(shè)備、遠(yuǎn)程I/O設(shè)備之間的通訊由Profibus DP網(wǎng)絡(luò)建立,過程控制機(jī)(L2)、HMI人機(jī)畫面、噴印機(jī)則通過Ethernet網(wǎng)建立連接,設(shè)備之間進(jìn)行快速可靠的數(shù)據(jù)通訊。
2.2 PDA系統(tǒng)需求
(1)數(shù)據(jù)采集的目標(biāo)為西門子的一套S7-400和一套TDC可編程控制器(具有DP通訊接口);
(2)PDA采樣周期可達(dá)1毫秒,受S7和TDC系統(tǒng)程序掃描周期以及DP網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的影響,采樣周期約為20毫秒;
(3)PDA基于PC機(jī) 1024數(shù)字通道和模擬通道數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng),與控制器采用Profibus DP連接的通訊方式。
2.3 PDA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)平整機(jī)組的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),為了不影響原控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),S7-400和TDC通過PROFIBUS電纜分別接到ibaPDA-PC服務(wù)器的DP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡L2B8/8 PCI上。L2B8/8 PCI由德國iba公司生產(chǎn)。它支持Profibus多主板鏈接方式,每一鏈接可連4個(gè)主板。從站支持標(biāo)準(zhǔn)Profibus32浮點(diǎn)、整數(shù)和每一從站的32二進(jìn)制信號和Simatic S7 28個(gè)浮點(diǎn)數(shù)和32個(gè)二進(jìn)制信號的格式,支持S7-Direct-Access軟件。
進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí),PDA通過采集卡向控制器發(fā)出請求,控制器收到請求后,檢查信號列表的正確性并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)給PDA,這樣PDA系統(tǒng)就可以采集到控制器中的變量。L2B8/8 PCI卡具有兩個(gè)PROFIBUS接口,一塊采集卡相當(dāng)于8個(gè)DP從站,每個(gè)從站擁有一個(gè)PROFIBUS地址并且可以同時(shí)傳輸32個(gè)數(shù)字量和32個(gè)模擬量,一塊采集卡可以實(shí)現(xiàn)256個(gè)模擬量和256個(gè)數(shù)字量的采集。PDA系統(tǒng)PDA連接示意圖如圖1所示。
圖1 平整機(jī)組PDA連接示意圖
2.4 系統(tǒng)配置
PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件為PDA-V6-1024,它的主要性能有:客戶端/服務(wù)器架構(gòu),支持多客戶端功能;自動(dòng)檢測連接的iba硬件(即插即用),采集的信號數(shù)量為1024點(diǎn),可選擇手動(dòng)觸發(fā)和自動(dòng)條件觸發(fā),采樣速度靈活可調(diào)(從1ms-1000ms);數(shù)據(jù)源類型豐富,OPC接口;支持?jǐn)?shù)字量報(bào)警信號輸出,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)配置靈活;對記錄的文件可采用多種方式命名,具有功能強(qiáng)大的系統(tǒng)診斷功能。搭建平整機(jī)組PDA系統(tǒng)所需的硬件和軟件配置如表1所示。
圖2 平整機(jī)壓力反饋PDA分析圖
表1
2.5 硬件連接
進(jìn)行硬件連接時(shí),需要考慮以下兩方面的問題:連接Profibus電纜時(shí),如ibaPDA-PC主機(jī)和S7 PLC置于Profibus網(wǎng)絡(luò)終端,則Profibus接頭終端電阻需撥到ON(否則視情況而定);需要考慮PROFIBUS電纜長度,比特率<187.5Kbps為1000米;500Kbps400米;1.5Mbps200米;3-12Mbps100米。
2.6 PDA組態(tài)
平整機(jī)組控制系統(tǒng)采用的編程組態(tài)軟件是西門子的STEP 7,利用STEP 7來完成對Profibus DP網(wǎng)絡(luò)的硬件組態(tài)和相關(guān)的程序編制工作。首先,需要在系統(tǒng)硬件組態(tài)中加入PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對應(yīng)的Profibus DP從站,裝入iba提供的GSD文件iba-0F01.GSD,將對應(yīng)的從站拖入硬件組態(tài)窗口,掛接到總線上。然后進(jìn)行編譯,下裝到控制器中,完成網(wǎng)絡(luò)組態(tài),利用PDA軟件對ibaPDA進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊連接狀態(tài)診斷,檢查組態(tài)是否成功。
PDA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)選用ibaAnalyzer軟件,可對iba*. dat文件在線和離線分析,對已記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放和編輯,易學(xué)易用統(tǒng)一的接口和控制語句。它具有以下特性:軟件界面清晰,操作簡單,海量的信號處理能力;分析DOS格式和壓縮的PDA數(shù)據(jù)文件,X-Y軸向可步進(jìn)放大和縮小,可用內(nèi)置公式編輯器進(jìn)行計(jì)算,功能強(qiáng)大的輸入和輸出過濾器,功能強(qiáng)大的3D分析功能等。
設(shè)備故障出現(xiàn)后,通過PDA數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的強(qiáng)大功能,對設(shè)備故障時(shí)的波形圖進(jìn)行對比分析,可快速確定設(shè)備故障點(diǎn),減少故障處理時(shí)間。圖2所示為平整機(jī)工作時(shí)的壓力反饋波形圖,根據(jù)圖2中數(shù)據(jù)分析,平整機(jī)在沒有壓力給定時(shí),WS、DS側(cè)壓力偏差反饋為零,但在圖中紅線標(biāo)記處,WS、DS兩側(cè)壓力偏差瞬間達(dá)到800KN,此時(shí)平整機(jī)因?yàn)閴毫ζ畛^范圍,輥縫快速打開,平整機(jī)無法正常工作,經(jīng)過現(xiàn)場確認(rèn),是由于現(xiàn)場的電磁干擾導(dǎo)致了壓力反饋瞬間出現(xiàn)超差,我們針對這一情況,對平整機(jī)壓力反饋偏差信號增加延時(shí)濾波,消除了瞬間電磁干擾對平整機(jī)正常工作的影響,從而避免此類平整機(jī)故障再次發(fā)生。
采用了PDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后,切實(shí)有效的解決了在平整機(jī)組工作中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,快速存儲(chǔ),及時(shí)動(dòng)態(tài)分析等一系列難題,為分析設(shè)備和工藝控制狀況提供了技術(shù)保障。可以通過根據(jù)PDA記錄的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可快速判斷出設(shè)備故障點(diǎn),同時(shí)依據(jù)PDA的數(shù)據(jù)來調(diào)整工藝參數(shù),對改善產(chǎn)品質(zhì)量起到很大的幫助。
[1]羅福發(fā).PDA系統(tǒng)及其在卷取機(jī)上的應(yīng)用[J].冶金叢刊,2007,167(1):29-31.
[2]王琳,商周,王學(xué)偉.?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].電測與儀表,2008,41(464):3-7.
[3]劉艷云.具有PCI和并行接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(6):16-18.
朱文華(1981-),湖南常德人,大學(xué)本科,現(xiàn)供職于梅山鋼鐵公司工作。