浅谈过程数据采集系统（PDA）在本钢棒材线中的设计及应用

崔岚

摘 要：过程数据采集系统（PDA）具有非常快的扫描周期，最快可达1毫秒，拥有完美的准确度。在现场实际的应用中能够出色的完成对过程数据的采集及记录，并能够通过IBA Anayzer数据分析软件对故障进行严密的分析，为处理现场故障提供强而有利的实际依据。

关键词：过程数据；采集系统；数据分析

数据采集是最直观的分析数据的手段，数据采集系统（PDA）是微型计算机应用的一个重要方面。用微机计算机控制的数据采集、记录及分析系统可代替技术人员完成复杂的数据运算、处理和分析工作，而且具有精度高、处理速度快等优点，是对系统中各数据进行采集的有效方式。随着科技技术的不断进步，人类逐渐增加对信息量的获取，数据采集系统已然成为人们得到信息的重要途径，数据采集技术正广泛应用于生活、生产的各个行业。

本钢板材股份有限公司特殊钢厂800轧线轧钢车间大规模技术改造之后，生产设备的自动化程度明显提高，保证设备稳定运行的各种实时参数也非常多。这些重要的参数主要分为模拟量数据、数字量数据，模拟量数据包含：电流、电压、转速、转矩、温度、压力、水位、流量、位移等；数字量数据包含：接近开关信号、热金属检测器信号、压力继电器信号、光栅信号等。生产过程中现场技术人员遇到了非常多的问题，如非工艺问题的堆钢、电压电流瞬时值异常、无规律的自由停车、以及在生产当中轧辊孔型工艺尺寸不和等。过程数据采集系统连续、实时地监视并采集过程中各种参数的运行状态，并辅之以IBA数据分析终端，对解决上述矛盾提供了很大地帮助。

过程数据采集系统（PDA）是基于PC系统的采集系统，采集范围囊括了PLC的I点、传动系统各级参数、仪表控制系统的检测数据和过程控制系统的信号。过程数据采集系统包括三个主要的要素：提供采集功能的硬件设施、数据实时监视采集的软件系统和对现有数据具有分析处理能力的软件。实践证明该系统记录数据真实可靠、精度高，分析手段齐全，是帮助设备人员处理故障和操作人员生产合格产品的重要工具。

1 L2B8/8-F硬件标准及参数设定

数据采集卡包括：L2B1/2-F、L2B2/2-F、L2B4/8-F、L2B8/8-F等不同型号，本钢棒材线采用两块面向SIEMENS SIMATIC S7的L2B8/8-F数据采集卡，其各项参数如下：

1.1 计算机总线标准

L2B8/8-F采用的总线标准是基于国际通用的EISA计算机总线地址，不但可以适时地中断地址跳线的设定，并且能很好地配合总线控制芯片组，兼容性非常优秀。

1.2 工业接口标准

L2B8/8-F数据采集卡的接口标准采用Profibus-DP工业接口，这样的连接方式组态方便、安装简单，且可以保证数据传送的稳定性、可靠性。每块L2B8/8-F数据采集卡都配备了两个Profibus-DP接口，可选一主一从或两主一从组态方式来进行DP地址跳线设定。

1.3 数据通道的常规设置

L2B8/8-F数据采集卡每个Profibus-DP接口内置2个数据采集模块，两个模块分别提供64路地址的16位模拟量和64路地址的数字量采集能力，可配置Mode0、Mode1两种工作方式，分别为四模块方式和双模块方式。

2 PDA软件系统介绍

PDA软件系统是数据过程采集系统的神经中枢，是硬件系统能够触摸PLC的桥梁，包含系统模板组态配置， 数据地址通道设置， 数据标定、误差控制及实时监视窗口设置等功能。PDA软件系统和大部分常规工业软件一样都遵循通用软件标准，同时应用的窗口组件具有简洁、方便、界面智能等优点。

2.1 系统设定

为使PDA软件行使其特有的功能，必须在投入使用前进行一系列系统参数设置，主要包括四大项参数设置：模块中各项参数设置、数据地址通道设置、记录文件的属性设置和实时窗口功能设置。其中模块的中断地址，总线地址等参数是PDA软件正常工作的先决条件，必须根据IBA公司说明书中模块的硬件参数进行相应设置；另外采样周期，记录文件属性，记录文件的大小，各种记录数据的名称命名，记录文件的存储路径等设置项可以使PDA软件系统数据采集的效果显得更加丰富和饱满。

2.2 控制数据标定的误差

PDA在设备通电运行时采集的数据是PLC中运行的数据，其类型包括：二进制、整数型和实数型。L2B8/8-F数据采集模块接口的数据类型为：二进制数、有符号的整数和实数，而且这些数据必须进行数据类型转换、标定和还原才能进行传输和使用。这个复杂的过程第一步由可编程逻辑控制器完成，PLC首先通过自带的功能模块设置数据的放大倍数，将实数按设定的倍数放大，这里引入放大的作用是为了减小数据的计算误差；然后将放大后的结果转换为整数发送到PDA的Profibus-DP接口，该功能由标准接口功能块FB1600、FB1601实现。第二步的主要过程是在PDA软件中设置标定值，将放大后的整数还原为实数。

2.3 IBA分析软件及多分析终端结构

IBA Anayzer软件是专用的针对记录数据的分析软件，不仅具有种类繁多、千变万化的分析手段，并且能够基于网络技术构建特殊的分析终端。IBA Anayzer分析软件的优点有：棒图显示数字量清晰可靠，模拟量曲线或曲面可以实时地反映数据的波动、偏倚，所有图形的横轴都是时间，各模拟量曲线Y轴相对独立，可自动或手动设定数据标尺，有多曲线、曲面同栏或多曲线、曲面多栏等显示方式，可任意放大或缩小选定区域，基于横轴可设定双游标，数据显示栏内可以显示游标设定点、当前数据、时基、数据值及差值等信息。综上所述，可以看出IBA Anayzer软件使分析操作更加简便，数据显示更加直观。

3 PDA的实际应用

3.1 本钢棒线PLC控制系统简介endprint

本钢棒材线机组轧线控制系统使用的是西门子控制系统，是典型的多控制主站、多级网络、客户端/服务器模式的控制系统。该控制系统采用九块6ES7416CPU模板组成控制核心，CPU模板之间通过光纤以太网相连，进行数据的相互传输。各个CPU通过树型扩展的光纤、Profibus-DP网路总线与现场的ET200M操作台、站、箱等分布式终端进行通讯。西门子控制系统利用一台上位机服务器为各操作台工控机提供数据终端服务，子工控机与服务器之间依靠传输速度高、抗干扰能力强的光纤以太网连接。该PLC控制系统的硬件组态、软件编程平台为西门子一直极力推广的过程控制系统PCS7，过程控制系统PCS7预装了规模庞大的标准模块库和线棒材控制模块库，并采用面向对象的模块化技术，全面实现图形化编程。

3.2 应用范例：大棒线中轧机组跳闸故障

大棒轧机在最初调试时，棒材经过粗轧机组时并无异常，但当物料咬入中轧机组9V轧机以后，9V、10H、11V、12Ha轧机立即出现停车堆钢现象，堆钢处理时间长达四个小时以上，严重影响调试的进度。经多方分析排查，电气人员排除了逆变装置、电磁干扰、电机特性引发故障的可能性；工艺人员也多次修改工艺参数，故障依然没有消除。

通过仔细研究PDA所记录下来的转速、电压、电流波形图，电气人员发现每次故障发生时，RECT2整流装置直流输出电压波形都从940伏落降到760伏，而且从9V轧机开始到12Ha轧机的传动系统都是由RECT2整流装置驱动，所以初步判定RECT2整流装置为问题所在。电气人员认真检查了该整流装置的设置参数，发现整流装置输出电流参数P160设置为20，因为该参数的设置限制了直流电流的输出，使整流单元输出电流不够，下端所带负载增加后，母线电压下降，所以造成中轧机组各轧机逆变单元因母线电压不够而跳闸。调试人员将该参数改成120，9V轧机电机运行正常，棒材开始顺利生产。

综上所述，过程数据采集系统采集及记录的数据真实、可靠及稳定，分析处理手段安全、多样及科学，对解决和处理棒材生产中的疑难故障具有很大的帮助和较高的实用价值。数据采集系统是轧制设备稳定运行的重要环节，在保证原控制系统逻辑程序的基础上，如何提高数据采集的频率，减少设备电气热停时间，并且最终提高机组设备开动率和棒材成材率，是一个值得我们大家思考和研究的课题。

参考文献

[1]Programming with Step7 V5.0 C79000-G7076-C562-02.

[2]Configuring Hardware Communication Connections Step7 V5.0 C79000-G7076-C561-02.

[3]CFC for S7 Continuous Funtion Chart C79000-G7076-C750-01.

[4]Ladder Logic for S7-300 and S7-400 C79000-G7076-C564-01.endprint