IbaPDA在全连续铸造机故障诊断中的应用

吴小渊

（铜陵金威铜业有限公司，安徽铜陵 244000）

全连续铸造机自国外引进，生产无氧铜铸锭。该设备采用连续铸造工艺，自动化程度高。使用大量的传感器、变频器、比例阀、PLC等自动化元件，以满足过程自动化控制需要。现场铸造环境比较恶劣，粉尘、高温、水蒸气、油污、铜屑等，都会引发电气元件出现故障，尽管现场传感器选用较高防护等级，但故障是不可避免的。故障发生后维护人员前去检查，却经常发现故障现象已经消失，这类故障称为软故障，事后无法查证，只能通过程序分析，将涉及的检测元件、执行元件及联锁条件逐一排查，处理过程耗时费力，影响铸锭生产不说，两台炉子保温功率近300 kW，每次故障处理期间造成的电能浪费也是相当巨大。笔者通过组建工程师站，应用IbaibaPDA软件，对关键的过程变量进行数据采集，发生故障后，用ibaAnalyzer软件对数据离线分析，很快就能找到故障原因，为故障分析处理提供了必要的技术平台，化解了设备运行中的维护难题。

1 IbaPDA数据采集系统

ibaPDA是德国Iba公司的一款数据采集软件，在数据采集要求较高的冶金行业应用广泛，如热连轧、冷轧等高速轧制生产线。PDA是基于PC操作系统下的数据采集系统，采用目前流行的C/S架构，可应用于分布式网络架构中，采样速率高，可从1 ms～1 000 ms连续可调，并且能够同步处理大量数据，支持多种不同的通信方式。在不需要改变原控制系统硬件及网络结构的前提下，就能与原控制系统连接，因此，使用起来比较方便。主要由四部分组成：数据源、通信链路、数据采集服务器和客户端[2]。

数据源即为PDA的采集对象，可以是PLC、变频器、智能仪表等，信号既可以是数字量也可是模拟量。

通信链路，是PDA采集对象与数据采集服务器之间的网络连接，支持 TCP/IP，PROFIBUS-DP，OPC，MODBUS等多种通讯协议。

数据采集服务器，安装windows操作系统，用于处理数据采集和存储，但数据的在线显示不是在服务器上。

客户端运行ibaPDA采集软件，不仅可以显示数据，而且可以用于配置服务器。

客户端和服务器通常可以安装在同一个PC上，也可根据需要分别置于不同PC上。图1为PDA服务器与客户端的多种连接方式。

ibaAnalyzer分析软件既可以安装在客户端，也可安装在其他任何PC机上，能够处理和分析ibaPDA采集的离线数据，为故障分析提供参考。

图1 客户端-服务器拓扑图

2 组建PC数据采集站

全连续铸造机自动化控制系统由两部分构成：S7 315-2PN/DP作为主站控制牵引单元，S7 315-2DP为主站控制其他单元，两个主站之间通过DP-Coupler耦合器连接，相互交换数据。每个站的二级系统采用HMI，其中S7 315-2PN/DP与MP277通过 Ethernet连接，S7 315-2DP与 MP370采用PROFIBUS-DP连接。因此，建立的PC站保持两种通信方式。

PC数据采集站应满足数据采集、数据分析和程序诊断功能。

从满足功能需要出发，数据采集站只配备一台PC机，ibaPDA服务器与客户端都安装在同一PC机上。

ibaPDA网络架构如图2所示。

PC站硬件配置：采用西门子SIMATICRack PC547B，Core 2 Duo E4300（1，8 GHz，800 MHz FSB，2MB L2 Cache，EM64-T），并增加 TCP/IP网卡和CP5612网卡，分别与两台PLC通讯。

PC站操作系统：Windows XP SP2操作系统及VMare虚拟XP系统。

IbaPDA配置：由于该设备对数据采集速度要求不是太高，从节约成本角度出发，不准备购买Iba硬件采集卡，直接使用PC机的以态网接口和DP接口采集数据。采用ibaPDA V6.9.1版软件，安装于Windows XPSP2操作系统。

图2 ibaPDA网络架构图

分析软件：采用ibaAnalyzer_v5.13.1，用于数据的离线分析，安装于Windows XPSP2操作系统。

其他软件：西门子step 7软件两套，分别用于两台不同通信方式PLC的程序诊断及修改，一套安装于windowsXP系统中，另一套安装于VMare虚拟XP系统，两套step7相互独立，在“Set PG/PC”中设置好相应接口分配参数后，两台PLC都能同时在线[1]。

按照IbaPDA的组态方法，分别设定两台PLC的CPU连接地址后，采集Timebase设为5 0 ms，然后在每个通道中添加采集变量。主要建立OS2～OS9中I/O过程变量及循环周期变量，包括数字量和摸拟量。在Data store/Trigger Mode设置中，Maximum file time设为 2Hour，Start Trigger选“unconditional”。Datastore/Files设置中，File name勾选“Add date and time”，File location默认 C:dat，Subdirectory organization勾选“Day based”。设置完成后运行IbaPDA，C:dat文件夹下，将按照日期为名建立文件夹，每个文件夹内将产生名为“日期日间.dat”的数据文件，每2 h生成一个文件[3]。

3 故障分析处理案例

借助IbaAnalyzer软件，对故障时刻的离线数据进行分析，成功分析处理多起故障。以下就飞锯不能在线自动锯切故障为例，对数据展开分析，并成功排除故障。

操作人员反映，铸锭长度达到设值长度后，锯切装置没有工作，铸造被中断。打开IbaAnalyzer分析软件，找到故障发生时间段的记录数据。如图3所示。

图3中标示的数字1～7，表示各变量的关建时刻。原因分析如下：

在铸锭长度即将达到6 500 mm的1时刻，操作人员将铸造速度由60 mm/min降至40 mm/min，铸锭向下压迫绞车的重量随之减小。绞车向下移动速度是按照重量进行PID控制，为提高重量值绞车移动速度不断下降，以使重量维持2 000 kg，但从图3中可以看出，即便绞车速度减小至最低速度，甚至短暂停止，从2时刻一直到5时刻重量都低于1600 kg.当铸锭长度达到设定值6 500 mm，时刻4到来，这时程序将检查绞车重量是否大于1 600 kg，如果满足这个要求，6刻cut_cycle=30，启动飞锯在线锯切；如果小于1 600 kg将不能满足条件，程序会继续等待这个条件。图中5到7时间段，重量为900 kg～1 300 kg，所以cut_cycle一直等于25，无法执行锯切指令，直至7时刻到来，因锯切等待时间过长而自动停止铸造。从分析过程得出结论：不能锯切的原因是绞车重要没有达到1 600 kg.这是由于操作人员处理其他问题时，将铸造速度降低得过低，绞车的跟随速度调节不了重量。但是绞车移动是重量PID控制，不应该出现这种情况。检查发现绞车两边的钢丝绳松紧程度发生偏差，所以无法跟随调节。维修人员对钢丝绳机构调节处理以后，运行至今再也没有发生类似故障。

图3 锯切故障数据分析图

4 结 论

I baPDA投入使用以后，有了I baAnalyzer分析手段，维护人员处理故障得心应手，解决了许多疑难杂症，而且处理速度快捷。相对之前的故障停机时间缩短近3/4，年节约电能达150 000 kW·h以上。通过数据分析，也发现了设计中的一些不足，经过不断探索和研究，对PLC程序进行了局部优化。目前，该设备高效安全运行。

［1］瘳常初.S7-300/400PLC应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］魏青轩，张国钧.PDA工业数据采集系统在无缝管生产线中的应用［G］//中国计量协会冶金分会2010年会论文集.北京：冶金自动化杂志社，2010:16-18.

［3］上海鼎实科技有限公司.IbaPDA-V6.0手册［M］.上海：2006:90-104.