热轧平整机组PDA数据采集系统的设计及应用

2015-02-07梅山钢铁公司朱文华

电子世界 2015年15期

梅山钢铁公司朱文华

梅山钢铁公司朱文华

本文主要介绍在西门子S7-400及TDC组建的控制系统下，PDA数据采集系统的设计方案、软硬件配置、系统组态以及数据分析软件的应用等。PDA系统的设计及应用，解决了热轧平整机组在生产过程中重要数据采集及存储的问题,为故障分析及产品质量的改善提供了数据依据。

PDA；数据分析；数据采集

1 引言

梅钢新建的1780热轧平整机组是由中冶赛迪负责技术总成的一条生产线，其自动化控制系统采用了西门子公司的硬件和软件，传动系统采用ABB公司的ACS800系列的多传动设备，原设计方案中没有PDA数据采集系统，由于西门子控制器不具备数据采集及存储功能，设备故障发生后，只能采用事后数据进行分析，增加了故障处理难度，延长故障处理时间，鉴于此种原因，在机组建设初期，对平整机组的设计方案进行了优化，在原有的基础上增加了PDA数据采集系统的设计，方便日后生产重要数据的采集及存储,为故障分析及产品质量的改善提供了帮助。

2 系统设计方案

2.1 平整机组控制器结构

平整机组的控制系统由一套西门子S7-400和一套TDC可编程控制器组成。其中，S7-400主要工作为：全线辅助设备顺序、逻辑控制等；TDC主要工作为：全线主干速度控制、张力控制、以及平整机的位置、压力、弯辊控制等。其中，可编程控制器、传动设备、远程I/O设备之间的通讯由Profibus DP网络建立，过程控制机（L2）、HMI人机画面、喷印机则通过Ethernet网建立连接，设备之间进行快速可靠的数据通讯。

2.2 PDA系统需求

（1）数据采集的目标为西门子的一套S7-400和一套TDC可编程控制器（具有DP通讯接口）；

（2）PDA采样周期可达1毫秒，受S7和TDC系统程序扫描周期以及DP网络传输速率的影响，采样周期约为20毫秒；

（3）PDA基于PC机 1024数字通道和模拟通道数据采集和数据存储系统，与控制器采用Profibus DP连接的通讯方式。

2.3 PDA系统结构

根据平整机组的网络结构，为了不影响原控制系统的结构，S7-400和TDC通过PROFIBUS电缆分别接到ibaPDA-PC服务器的DP网络数据采集卡L2B8/8 PCI上。L2B8/8 PCI由德国iba公司生产。它支持Profibus多主板链接方式，每一链接可连4个主板。从站支持标准Profibus32浮点、整数和每一从站的32二进制信号和Simatic S7 28个浮点数和32个二进制信号的格式，支持S7-Direct-Access软件。

进行数据通讯时，PDA通过采集卡向控制器发出请求，控制器收到请求后，检查信号列表的正确性并把相应的数据发给PDA，这样PDA系统就可以采集到控制器中的变量。L2B8/8 PCI卡具有两个PROFIBUS接口，一块采集卡相当于8个DP从站，每个从站拥有一个PROFIBUS地址并且可以同时传输32个数字量和32个模拟量，一块采集卡可以实现256个模拟量和256个数字量的采集。PDA系统PDA连接示意图如图1所示。

图1 平整机组PDA连接示意图

2.4 系统配置

PDA数据采集系统的软件为PDA-V6-1024，它的主要性能有：客户端/服务器架构，支持多客户端功能；自动检测连接的iba硬件（即插即用），采集的信号数量为1024点，可选择手动触发和自动条件触发，采样速度灵活可调（从1ms-1000ms）；数据源类型丰富，OPC接口；支持数字量报警信号输出，数据存储配置灵活；对记录的文件可采用多种方式命名，具有功能强大的系统诊断功能。搭建平整机组PDA系统所需的硬件和软件配置如表1所示。

图2 平整机压力反馈PDA分析图

表1

2.5 硬件连接

进行硬件连接时，需要考虑以下两方面的问题：连接Profibus电缆时，如ibaPDA-PC主机和S7 PLC置于Profibus网络终端，则Profibus接头终端电阻需拨到ON（否则视情况而定）；需要考虑PROFIBUS电缆长度，比特率＜187.5Kbps为1000米；500Kbps400米；1.5Mbps200米；3-12Mbps100米。

2.6 PDA组态

平整机组控制系统采用的编程组态软件是西门子的STEP 7，利用STEP 7来完成对Profibus DP网络的硬件组态和相关的程序编制工作。首先，需要在系统硬件组态中加入PDA数据采集系统对应的Profibus DP从站，装入iba提供的GSD文件iba-0F01.GSD，将对应的从站拖入硬件组态窗口，挂接到总线上。然后进行编译，下装到控制器中，完成网络组态,利用PDA软件对ibaPDA进行网络通讯连接状态诊断，检查组态是否成功。

3 数据分析系统的应用分析

PDA数据分析系统选用ibaAnalyzer软件，可对iba*. dat文件在线和离线分析，对已记录的数据进行回放和编辑，易学易用统一的接口和控制语句。它具有以下特性：软件界面清晰，操作简单，海量的信号处理能力；分析DOS格式和压缩的PDA数据文件，X-Y轴向可步进放大和缩小，可用内置公式编辑器进行计算，功能强大的输入和输出过滤器，功能强大的3D分析功能等。

设备故障出现后，通过PDA数据分析系统的强大功能，对设备故障时的波形图进行对比分析，可快速确定设备故障点，减少故障处理时间。图2所示为平整机工作时的压力反馈波形图，根据图2中数据分析，平整机在没有压力给定时，WS、DS侧压力偏差反馈为零，但在图中红线标记处，WS、DS两侧压力偏差瞬间达到800KN,此时平整机因为压力偏差超过范围，辊缝快速打开，平整机无法正常工作，经过现场确认，是由于现场的电磁干扰导致了压力反馈瞬间出现超差，我们针对这一情况，对平整机压力反馈偏差信号增加延时滤波，消除了瞬间电磁干扰对平整机正常工作的影响，从而避免此类平整机故障再次发生。