淺談過程數據采集系統（PDA）在本鋼棒材線中的設計及應用

崔嵐

摘 要：過程數據采集系統（PDA）具有非常快的掃描周期，最快可達1毫秒，擁有完美的準確度。在現場實際的應用中能夠出色的完成對過程數據的采集及記錄，并能夠通過IBA Anayzer數據分析軟件對故障進行嚴密的分析，為處理現場故障提供強而有利的實際依據。

關鍵詞：過程數據；采集系統；數據分析

數據采集是最直觀的分析數據的手段，數據采集系統（PDA）是微型計算機應用的一個重要方面。用微機計算機控制的數據采集、記錄及分析系統可代替技術人員完成復雜的數據運算、處理和分析工作，而且具有精度高、處理速度快等優點，是對系統中各數據進行采集的有效方式。隨著科技技術的不斷進步，人類逐漸增加對信息量的獲取，數據采集系統已然成為人們得到信息的重要途徑，數據采集技術正廣泛應用于生活、生產的各個行業。

本鋼板材股份有限公司特殊鋼廠800軋線軋鋼車間大規模技術改造之后，生產設備的自動化程度明顯提高，保證設備穩定運行的各種實時參數也非常多。這些重要的參數主要分為模擬量數據、數字量數據，模擬量數據包含：電流、電壓、轉速、轉矩、溫度、壓力、水位、流量、位移等；數字量數據包含：接近開關信號、熱金屬檢測器信號、壓力繼電器信號、光柵信號等。生產過程中現場技術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、無規律的自由停車、以及在生產當中軋輥孔型工藝尺寸不和等。過程數據采集系統連續、實時地監視并采集過程中各種參數的運行狀態，并輔之以IBA數據分析終端，對解決上述矛盾提供了很大地幫助。

過程數據采集系統（PDA）是基于PC系統的采集系統，采集范圍囊括了PLC的I點、傳動系統各級參數、儀表控制系統的檢測數據和過程控制系統的信號。過程數據采集系統包括三個主要的要素：提供采集功能的硬件設施、數據實時監視采集的軟件系統和對現有數據具有分析處理能力的軟件。實踐證明該系統記錄數據真實可靠、精度高，分析手段齊全，是幫助設備人員處理故障和操作人員生產合格產品的重要工具。

1 L2B8/8-F硬件標準及參數設定

數據采集卡包括：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數據采集卡，其各項參數如下：

1.1 計算機總線標準

L2B8/8-F采用的總線標準是基于國際通用的EISA計算機總線地址，不但可以適時地中斷地址跳線的設定，并且能很好地配合總線控制芯片組，兼容性非常優秀。

1.2 工業接口標準

L2B8/8-F數據采集卡的接口標準采用Profibus-DP工業接口，這樣的連接方式組態方便、安裝簡單，且可以保證數據傳送的穩定性、可靠性。每塊L2B8/8-F數據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方式來進行DP地址跳線設定。

1.3 數據通道的常規設置

L2B8/8-F數據采集卡每個Profibus-DP接口內置2個數據采集模塊，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軟件系統介紹

PDA軟件系統是數據過程采集系統的神經中樞，是硬件系統能夠觸摸PLC的橋梁，包含系統模板組態配置， 數據地址通道設置， 數據標定、誤差控制及實時監視窗口設置等功能。PDA軟件系統和大部分常規工業軟件一樣都遵循通用軟件標準，同時應用的窗口組件具有簡潔、方便、界面智能等優點。

2.1 系統設定

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

2.2 控制數據標定的誤差

PDA在設備通電運行時采集的數據是PLC中運行的數據，其類型包括：二進制、整數型和實數型。L2B8/8-F數據采集模塊接口的數據類型為：二進制數、有符號的整數和實數，而且這些數據必須進行數據類型轉換、標定和還原才能進行傳輸和使用。這個復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置數據的放大倍數，將實數按設定的倍數放大，這里引入放大的作用是為了減小數據的計算誤差；然后將放大后的結果轉換為整數發送到PDA的Profibus-DP接口，該功能由標準接口功能塊FB1600、FB1601實現。第二步的主要過程是在PDA軟件中設置標定值，將放大后的整數還原為實數。

2.3 IBA分析軟件及多分析終端結構

IBA Anayzer軟件是專用的針對記錄數據的分析軟件，不僅具有種類繁多、千變萬化的分析手段，并且能夠基于網絡技術構建特殊的分析終端。IBA Anayzer分析軟件的優點有：棒圖顯示數字量清晰可靠，模擬量曲線或曲面可以實時地反映數據的波動、偏倚，所有圖形的橫軸都是時間，各模擬量曲線Y軸相對獨立，可自動或手動設定數據標尺，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域，基于橫軸可設定雙游標，數據顯示欄內可以顯示游標設定點、當前數據、時基、數據值及差值等信息。綜上所述，可以看出IBA Anayzer軟件使分析操作更加簡便，數據顯示更加直觀。

3 PDA的實際應用

3.1 本鋼棒線PLC控制系統簡介endprint

本鋼棒材線機組軋線控制系統使用的是西門子控制系統，是典型的多控制主站、多級網絡、客戶端/服務器模式的控制系統。該控制系統采用九塊6ES7416CPU模板組成控制核心，CPU模板之間通過光纖以太網相連，進行數據的相互傳輸。各個CPU通過樹型擴展的光纖、Profibus-DP網路總線與現場的ET200M操作臺、站、箱等分布式終端進行通訊。西門子控制系統利用一臺上位機服務器為各操作臺工控機提供數據終端服務，子工控機與服務器之間依靠傳輸速度高、抗干擾能力強的光纖以太網連接。該PLC控制系統的硬件組態、軟件編程平臺為西門子一直極力推廣的過程控制系統PCS7，過程控制系統PCS7預裝了規模龐大的標準模塊庫和線棒材控制模塊庫，并采用面向對象的模塊化技術，全面實現圖形化編程。

3.2 應用范例：大棒線中軋機組跳閘故障

大棒軋機在最初調試時，棒材經過粗軋機組時并無異常，但當物料咬入中軋機組9V軋機以后，9V、10H、11V、12Ha軋機立即出現停車堆鋼現象，堆鋼處理時間長達四個小時以上，嚴重影響調試的進度。經多方分析排查，電氣人員排除了逆變裝置、電磁干擾、電機特性引發故障的可能性；工藝人員也多次修改工藝參數，故障依然沒有消除。

通過仔細研究PDA所記錄下來的轉速、電壓、電流波形圖，電氣人員發現每次故障發生時，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軋機開始到12Ha軋機的傳動系統都是由RECT2整流裝置驅動，所以初步判定RECT2整流裝置為問題所在。電氣人員認真檢查了該整流裝置的設置參數，發現整流裝置輸出電流參數P160設置為20，因為該參數的設置限制了直流電流的輸出，使整流單元輸出電流不夠，下端所帶負載增加后，母線電壓下降，所以造成中軋機組各軋機逆變單元因母線電壓不夠而跳閘。調試人員將該參數改成120，9V軋機電機運行正常，棒材開始順利生產。

綜上所述，過程數據采集系統采集及記錄的數據真實、可靠及穩定，分析處理手段安全、多樣及科學，對解決和處理棒材生產中的疑難故障具有很大的幫助和較高的實用價值。數據采集系統是軋制設備穩定運行的重要環節，在保證原控制系統邏輯程序的基礎上，如何提高數據采集的頻率，減少設備電氣熱停時間，并且最終提高機組設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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