FDAA 系統在電爐廠的應用

喻建樑

（寶武特種冶金有限公司，上海 201900）

0 引言

上海寶信軟件股份有限公司自主研發的高速數據采集分析軟件FDAA（Fast Data Acquisition and Analysis，高速數據采集分析）是一種過程數據的快速采集、在線檢測、離線分析、故障診斷分析的有效工具，在電爐廠主要被用于故障診斷、運行數據的跟蹤、能源數據的跟蹤分析等，從該軟件產品的特點、配置和組態、軟件的使用方法、在疑難故障診斷上的應用案例等方面進行了詳細的介紹。

1 FDAA 系統介紹

1.1 FDAA 網絡架構（客戶端—服務器—PLC 站）

FDAA 服務器通過工業以太網采集和存儲現場PLC 站數據，再通過標準以太網將數據傳送至客戶端計算機，實現在線監測和離線分析等工作，FDAA 網絡架構如圖1 所示。

圖1 FDAA 網絡架構

1.2 系統特點

采樣周期可調（根據需要），監測信號包括模擬量和數字量（如電壓、電流、溫度、開關、限位等信號），可在線監控和離線分析。

1.3 軟件安裝

（1）FDAA 一鍵安裝過程中，選擇電爐廠FDAA 系統使用的驅動方式：OPC Driver。安裝后在桌面出現“PMS Service Status”和“FDAAOnline”兩個軟件圖標，前者用于數據采集、數據的預處理、數據存儲等任務，后者用于在線監測。

（2）安裝OPC 服務器軟件KEPServerEX，實現與PLC 的通信，完成數據采集。

1.4 以OPC 服務器進行數據采樣

通過KEPServer 軟件，新建需要采集數據的模塊，設置模塊名（可以取現場PLC 名）和IP 地址等信息，已建立的模塊“15#EAF_PLC”的相關信息如圖2 所示。

圖2 KEPServer 軟件的模塊建立

在模塊中逐個添加需要監控的PLC 信號點，輸入信號點的地址、名稱和數據類型等信息，數據類型可以是浮點數、整數、波爾量等，KEPServer 軟件中增加信號點如圖3 所示。

圖3 KEPServer 軟件中增加信號點

1.5 在“PMS Service Status”軟件中進行數據采集設置

打開軟件，在I/O 配置中的OPC 采集接口下添加OPC 模塊，包括模塊名、計算機名、OPC 服務軟件名稱等信息，完成后點擊“批量添加信號”，在PMS 軟件中添加OPC 模塊如圖4 所示，在彈出的“瀏覽OPC 服務器”窗口（圖5）中，找到在KEPServer 軟件中設置的模塊和信號點并完成添加。在PMS 軟件中添加信號點如圖5 所示。

圖4 在PMS 軟件中添加OPC 模塊

圖5 在PMS 軟件中添加信號點

1.6 FDAA 采集服務啟動

通過以上方法可以完成所有需要監控的PLC 站點和I/O 點配置。然后在PMS 常規窗口中按服務狀態監控啟動按鈕和采集狀態監控啟動按鈕（圖6）。點擊左上角的I/O 狀態，在彈出的I/O狀態窗口中可以監控到各信號點的實時數據（圖7），其左側顯示信號樹，右側為采集信號的實時數據。

圖6 FDAA 采集服務啟動

圖7 采集服務實時數據

1.7 FDAA 在線數據監控

打開FDAA Online 軟件，設置服務器地址為FDAA 服務器IP 地址，端口號默認，點擊連接后就可以實時監控在線數據。窗口的左邊為信號樹，拖拽左邊信號點到右邊的記錄儀上，可以實時觀察各信號點的數據變化，FDAA 在線數據監控畫面如圖8所示。

圖8 FDAA 在線數據監控

1.8 離線數據分析軟件ibaAnalyzer 的使用

在任何計算機中只需安裝ibaAnalyzer 軟件，就能進行離線數據的查看和分析，客戶端計算機可以通過網絡訪問FDAA 服務器上共享的數據記錄文件，也可以將數據文件拷貝至任何需要分析的計算機中進行分析。

打開ibaAnalyzer 軟件，點擊軟件上“添加新的數據文件”圖標，選擇需要添加的數據記錄文件，可以是單個數據文件（一個記錄周期數據文件），也可以添加一段時間的多個數據文件。軟件窗口的左側為信號樹，將信號點拖拽至右側畫面上，可以顯示該信號在一段時間內的變化趨勢，通過拖拽不同的信號點，能實現單窗口多信號或多窗口多點信號點趨勢顯示（圖9）。另外，可以將趨勢曲線進行局部放大縮小、顏色調整、Y 軸的上下限值設定等功能，便于觀察和分析。

圖9 ibaAnalyzer 分析軟件

2 電爐廠FDAA 的應用

2.1 電爐廠FDAA 項目背景

特冶電爐廠是以廢鋼作為主要原料，由EAF 爐初煉→LF、VD 爐、AOD 爐精煉→模注澆鑄完成整個生產工藝流程，另外還配置了水處理和除塵等輔助設備，在快節奏的生產過程中，環節中每個設備運行的正常與否，都將直接影響到整個生產。

為有效掌控設備狀態，使設備狀態管理更上一臺階，新上FDAA 系統項目，共完成25 個PLC 站點的監控（包括S7-300 站7 個、S7-400 站18 個），監控數據共計1841 點（包括模擬量897點、數字量944 點），服務器能存儲3 年以上的數據量。

FDAA 系統上線后，類似于給整個電爐廠設備安裝了一個飛機的黑匣子，默默記錄著運行數據，當設備出現故障或異常情況，能幫助跟蹤和分析事件發生的過程和原因。

2.2 在疑難故障診斷上的應用

在很多情況下設備故障原因很難分析，對正常生產造成威脅，因此有些故障被稱為幽靈故障，如外界干擾的偶發事件、隱瞞的人為因素、設備老化造成的異常等。而FDAA 系統能長期記錄數據，又配置功能強大的離線分析軟件，能還原事故發生的整個過程，為判斷事故原因提供有力依據。

案例：查找13#爐除塵主風機電機調速故障原因

事故處理經過：事故當天13:26，運行在6 kV 高壓I 段的13#爐除塵主風機高壓電機，突然由調速狀態的860 r/min 轉至995 r/min 的全速運行，并有調速故障報警，故障復位后一切正常，再次進行調速后能正常運行，檢查設備也未發現異常。

為了尋找故障原因，通過FDAA 離線分析軟件，查看事故時電機運行的電流和轉速波形（圖10），發現在13:26 時電機電流突然飆升，轉速升至全速狀態，因此判斷為過電流造成的調速故障。

圖10 故障時間點除塵主風機運行趨勢

再并列查看運行在高壓II 段的16#爐和74#爐除塵主風機高壓電機的電流波形，13:26 也出現了電流異常波動現象。與上級供電部門聯系后得到確認：當天除塵I 段和II 段上級電源為同一段電源。

綜上分析后，判斷故障原因為電網波動造成。與上級供電部門協調后，在上級將將除塵高壓I 段和II 段進線電源恢復至兩路分別供電狀態。第二天早上再次對運行數據進行離線分析發現，晚上運行在高壓I 段的13#爐除塵電機正常，而運行在高壓II 段的16#和74#爐主風機電機又出現一次電流異常波動。后續，供電部門通過技術手段，最終確認電網系統中存在電纜單相接地故障，處理后，電機調速恢復正常。

事故原因分析：

（1）上級電網中電纜損壞，存在偶發性電弧放電單相接地引起的過電壓。

（2）電網過電壓造成調速系統控制異常，引起電流異常波動及調速失敗故障。

2.3 在監控操作，優化生產工藝上的應用

不合理的生產操作工藝有時會引起能源的浪費以及加速設備的損壞等負面影響。通過FDAA 跟蹤分析生產過程中相關運行參數的值，可以有效還原生產的操作工藝，及時發現問題并提出優化建議。

案例：13#爐的生產操作跟蹤及優化建議

交流電弧爐煉鋼是靠三相電極與爐料間放電產生電弧，使電能在弧光中轉變為熱能，加熱并熔化爐料。冶煉過程中通過控制電極升降，將電極與爐料控制在一定距離內，從而達到控制弧流（電弧電流）的目的；改變冶煉變壓器調壓擋位可以改變弧壓（電弧電壓）大小。在冶煉各階段合理控制弧流、弧壓（即：電弧的長短粗細，合理的冶煉功率），對降低電能的消耗和防止電弧輻射對爐襯耐材的損壞非常重要。

跟蹤分析如下：

（1）弧壓相關的變壓器擋位設定見表1。

表1 13#爐變壓器調壓擋位

（2）在HMI 上對弧流的設定：8～32 kA。

（3）圖11 為隨機抽取某天24 h 操作趨勢記錄，從中可以看出，每一爐鋼的冶煉過程中弧壓相關的變壓器擋位幾乎不設定；弧流設定無規律可尋，這樣的操作對降低電能消耗和防止爐襯耐材損壞極為不利。

圖11 13#爐冶煉操作趨勢記錄

根據以上發現的問題，結合電弧爐煉鋼相關知識，對生產方提出了操作建議（表2），改進操作后對降低耐材的損壞和降低電能消耗有很大作用。

3 結束語

FDAA 系統上線后，給設備狀態診斷、操作優化等帶來很大幫助，文中例舉的案例僅為冰山一角。另外值得一提的是，FDAA 在開停機管理上起了很大作用（通過監控相關信號點，分析開停爐過程中的主要耗能設備，是否存在早開機或晚停機等違規浪費能源的現象，形成開停機報表反饋至相關管理部門，即：有效監督開、停機制度的執行力，為考核整改提供依據），為電爐廠的節能降耗作出了很大貢獻。總之，充分利用手中資源，用好FDAA 系統，希望在將來的工作中發揮更大的作用。