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

1 引言

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 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

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。

3 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的應(yīng)用分析

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。

4 結(jié)束語

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。