淺談過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDA）在本鋼棒材線中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

崔嵐

摘 要：過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDA）具有非?？斓膾呙柚芷?，最快可達(dá)1毫秒，擁有完美的準(zhǔn)確度。在現(xiàn)場實(shí)際的應(yīng)用中能夠出色的完成對過程數(shù)據(jù)的采集及記錄，并能夠通過IBA Anayzer數(shù)據(jù)分析軟件對故障進(jìn)行嚴(yán)密的分析，為處理現(xiàn)場故障提供強(qiáng)而有利的實(shí)際依據(jù)。

關(guān)鍵詞：過程數(shù)據(jù)；采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采集是最直觀的分析數(shù)據(jù)的手段，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDA）是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個重要方面。用微機(jī)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集、記錄及分析系統(tǒng)可代替技術(shù)人員完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理和分析工作，而且具有精度高、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，是對系統(tǒng)中各數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的有效方式。隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類逐漸增加對信息量的獲取，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已然成為人們得到信息的重要途徑，數(shù)據(jù)采集技術(shù)正廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)的各個行業(yè)。

本鋼板材股份有限公司特殊鋼廠800軋線軋鋼車間大規(guī)模技術(shù)改造之后，生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度明顯提高，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的各種實(shí)時參數(shù)也非常多。這些重要的參數(shù)主要分為模擬量數(shù)據(jù)、數(shù)字量數(shù)據(jù)，模擬量數(shù)據(jù)包含：電流、電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度、壓力、水位、流量、位移等；數(shù)字量數(shù)據(jù)包含：接近開關(guān)信號、熱金屬檢測器信號、壓力繼電器信號、光柵信號等。生產(chǎn)過程中現(xiàn)場技術(shù)人員遇到了非常多的問題，如非工藝問題的堆鋼、電壓電流瞬時值異常、無規(guī)律的自由停車、以及在生產(chǎn)當(dāng)中軋輥孔型工藝尺寸不和等。過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連續(xù)、實(shí)時地監(jiān)視并采集過程中各種參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)，并輔之以IBA數(shù)據(jù)分析終端，對解決上述矛盾提供了很大地幫助。

過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDA）是基于PC系統(tǒng)的采集系統(tǒng)，采集范圍囊括了PLC的I點(diǎn)、傳動系統(tǒng)各級參數(shù)、儀表控制系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)和過程控制系統(tǒng)的信號。過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括三個主要的要素：提供采集功能的硬件設(shè)施、數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)視采集的軟件系統(tǒng)和對現(xiàn)有數(shù)據(jù)具有分析處理能力的軟件。實(shí)踐證明該系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、精度高，分析手段齊全，是幫助設(shè)備人員處理故障和操作人員生產(chǎn)合格產(chǎn)品的重要工具。

1 L2B8/8-F硬件標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)設(shè)定

數(shù)據(jù)采集卡包括：L2B1/2-F、L2B2/2-F、L2B4/8-F、L2B8/8-F等不同型號，本鋼棒材線采用兩塊面向SIEMENS SIMATIC S7的L2B8/8-F數(shù)據(jù)采集卡，其各項(xiàng)參數(shù)如下：

1.1 計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)

L2B8/8-F采用的總線標(biāo)準(zhǔn)是基于國際通用的EISA計(jì)算機(jī)總線地址，不但可以適時地中斷地址跳線的設(shè)定，并且能很好地配合總線控制芯片組，兼容性非常優(yōu)秀。

1.2 工業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)

L2B8/8-F數(shù)據(jù)采集卡的接口標(biāo)準(zhǔn)采用Profibus-DP工業(yè)接口，這樣的連接方式組態(tài)方便、安裝簡單，且可以保證數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性、可靠性。每塊L2B8/8-F數(shù)據(jù)采集卡都配備了兩個Profibus-DP接口，可選一主一從或兩主一從組態(tài)方式來進(jìn)行DP地址跳線設(shè)定。

1.3 數(shù)據(jù)通道的常規(guī)設(shè)置

L2B8/8-F數(shù)據(jù)采集卡每個Profibus-DP接口內(nèi)置2個數(shù)據(jù)采集模塊，兩個模塊分別提供64路地址的16位模擬量和64路地址的數(shù)字量采集能力，可配置Mode0、Mode1兩種工作方式，分別為四模塊方式和雙模塊方式。

2 PDA軟件系統(tǒng)介紹

PDA軟件系統(tǒng)是數(shù)據(jù)過程采集系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，是硬件系統(tǒng)能夠觸摸PLC的橋梁，包含系統(tǒng)模板組態(tài)配置， 數(shù)據(jù)地址通道設(shè)置， 數(shù)據(jù)標(biāo)定、誤差控制及實(shí)時監(jiān)視窗口設(shè)置等功能。PDA軟件系統(tǒng)和大部分常規(guī)工業(yè)軟件一樣都遵循通用軟件標(biāo)準(zhǔn)，同時應(yīng)用的窗口組件具有簡潔、方便、界面智能等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 系統(tǒng)設(shè)定

為使PDA軟件行使其特有的功能，必須在投入使用前進(jìn)行一系列系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，主要包括四大項(xiàng)參數(shù)設(shè)置：模塊中各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)地址通道設(shè)置、記錄文件的屬性設(shè)置和實(shí)時窗口功能設(shè)置。其中模塊的中斷地址，總線地址等參數(shù)是PDA軟件正常工作的先決條件，必須根據(jù)IBA公司說明書中模塊的硬件參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置；另外采樣周期，記錄文件屬性，記錄文件的大小，各種記錄數(shù)據(jù)的名稱命名，記錄文件的存儲路徑等設(shè)置項(xiàng)可以使PDA軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的效果顯得更加豐富和飽滿。

2.2 控制數(shù)據(jù)標(biāo)定的誤差

PDA在設(shè)備通電運(yùn)行時采集的數(shù)據(jù)是PLC中運(yùn)行的數(shù)據(jù)，其類型包括：二進(jìn)制、整數(shù)型和實(shí)數(shù)型。L2B8/8-F數(shù)據(jù)采集模塊接口的數(shù)據(jù)類型為：二進(jìn)制數(shù)、有符號的整數(shù)和實(shí)數(shù)，而且這些數(shù)據(jù)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、標(biāo)定和還原才能進(jìn)行傳輸和使用。這個復(fù)雜的過程第一步由可編程邏輯控制器完成，PLC首先通過自帶的功能模塊設(shè)置數(shù)據(jù)的放大倍數(shù)，將實(shí)數(shù)按設(shè)定的倍數(shù)放大，這里引入放大的作用是為了減小數(shù)據(jù)的計(jì)算誤差；然后將放大后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為整數(shù)發(fā)送到PDA的Profibus-DP接口，該功能由標(biāo)準(zhǔn)接口功能塊FB1600、FB1601實(shí)現(xiàn)。第二步的主要過程是在PDA軟件中設(shè)置標(biāo)定值，將放大后的整數(shù)還原為實(shí)數(shù)。

2.3 IBA分析軟件及多分析終端結(jié)構(gòu)

IBA Anayzer軟件是專用的針對記錄數(shù)據(jù)的分析軟件，不僅具有種類繁多、千變?nèi)f化的分析手段，并且能夠基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建特殊的分析終端。IBA Anayzer分析軟件的優(yōu)點(diǎn)有：棒圖顯示數(shù)字量清晰可靠，模擬量曲線或曲面可以實(shí)時地反映數(shù)據(jù)的波動、偏倚，所有圖形的橫軸都是時間，各模擬量曲線Y軸相對獨(dú)立，可自動或手動設(shè)定數(shù)據(jù)標(biāo)尺，有多曲線、曲面同欄或多曲線、曲面多欄等顯示方式，可任意放大或縮小選定區(qū)域，基于橫軸可設(shè)定雙游標(biāo)，數(shù)據(jù)顯示欄內(nèi)可以顯示游標(biāo)設(shè)定點(diǎn)、當(dāng)前數(shù)據(jù)、時基、數(shù)據(jù)值及差值等信息。綜上所述，可以看出IBA Anayzer軟件使分析操作更加簡便，數(shù)據(jù)顯示更加直觀。

3 PDA的實(shí)際應(yīng)用

3.1 本鋼棒線PLC控制系統(tǒng)簡介endprint

本鋼棒材線機(jī)組軋線控制系統(tǒng)使用的是西門子控制系統(tǒng)，是典型的多控制主站、多級網(wǎng)絡(luò)、客戶端/服務(wù)器模式的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用九塊6ES7416CPU模板組成控制核心，CPU模板之間通過光纖以太網(wǎng)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸。各個CPU通過樹型擴(kuò)展的光纖、Profibus-DP網(wǎng)路總線與現(xiàn)場的ET200M操作臺、站、箱等分布式終端進(jìn)行通訊。西門子控制系統(tǒng)利用一臺上位機(jī)服務(wù)器為各操作臺工控機(jī)提供數(shù)據(jù)終端服務(wù)，子工控機(jī)與服務(wù)器之間依靠傳輸速度高、抗干擾能力強(qiáng)的光纖以太網(wǎng)連接。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)、軟件編程平臺為西門子一直極力推廣的過程控制系統(tǒng)PCS7，過程控制系統(tǒng)PCS7預(yù)裝了規(guī)模龐大的標(biāo)準(zhǔn)模塊庫和線棒材控制模塊庫，并采用面向?qū)ο蟮哪K化技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)圖形化編程。

3.2 應(yīng)用范例：大棒線中軋機(jī)組跳閘故障

大棒軋機(jī)在最初調(diào)試時，棒材經(jīng)過粗軋機(jī)組時并無異常，但當(dāng)物料咬入中軋機(jī)組9V軋機(jī)以后，9V、10H、11V、12Ha軋機(jī)立即出現(xiàn)停車堆鋼現(xiàn)象，堆鋼處理時間長達(dá)四個小時以上，嚴(yán)重影響調(diào)試的進(jìn)度。經(jīng)多方分析排查，電氣人員排除了逆變裝置、電磁干擾、電機(jī)特性引發(fā)故障的可能性；工藝人員也多次修改工藝參數(shù)，故障依然沒有消除。

通過仔細(xì)研究PDA所記錄下來的轉(zhuǎn)速、電壓、電流波形圖，電氣人員發(fā)現(xiàn)每次故障發(fā)生時，RECT2整流裝置直流輸出電壓波形都從940伏落降到760伏，而且從9V軋機(jī)開始到12Ha軋機(jī)的傳動系統(tǒng)都是由RECT2整流裝置驅(qū)動，所以初步判定RECT2整流裝置為問題所在。電氣人員認(rèn)真檢查了該整流裝置的設(shè)置參數(shù)，發(fā)現(xiàn)整流裝置輸出電流參數(shù)P160設(shè)置為20，因?yàn)樵搮?shù)的設(shè)置限制了直流電流的輸出，使整流單元輸出電流不夠，下端所帶負(fù)載增加后，母線電壓下降，所以造成中軋機(jī)組各軋機(jī)逆變單元因母線電壓不夠而跳閘。調(diào)試人員將該參數(shù)改成120，9V軋機(jī)電機(jī)運(yùn)行正常，棒材開始順利生產(chǎn)。

綜上所述，過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集及記錄的數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠及穩(wěn)定，分析處理手段安全、多樣及科學(xué)，對解決和處理棒材生產(chǎn)中的疑難故障具有很大的幫助和較高的實(shí)用價值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是軋制設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，在保證原控制系統(tǒng)邏輯程序的基礎(chǔ)上，如何提高數(shù)據(jù)采集的頻率，減少設(shè)備電氣熱停時間，并且最終提高機(jī)組設(shè)備開動率和棒材成材率，是一個值得我們大家思考和研究的課題。

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