IbaPDA在全連續(xù)鑄造機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

吳小淵

（銅陵金威銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244000）

全連續(xù)鑄造機(jī)自國外引進(jìn)，生產(chǎn)無氧銅鑄錠。該設(shè)備采用連續(xù)鑄造工藝，自動(dòng)化程度高。使用大量的傳感器、變頻器、比例閥、PLC等自動(dòng)化元件，以滿足過程自動(dòng)化控制需要?，F(xiàn)場(chǎng)鑄造環(huán)境比較惡劣，粉塵、高溫、水蒸氣、油污、銅屑等，都會(huì)引發(fā)電氣元件出現(xiàn)故障，盡管現(xiàn)場(chǎng)傳感器選用較高防護(hù)等級(jí)，但故障是不可避免的。故障發(fā)生后維護(hù)人員前去檢查，卻經(jīng)常發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象已經(jīng)消失，這類故障稱為軟故障，事后無法查證，只能通過程序分析，將涉及的檢測(cè)元件、執(zhí)行元件及聯(lián)鎖條件逐一排查，處理過程耗時(shí)費(fèi)力，影響鑄錠生產(chǎn)不說，兩臺(tái)爐子保溫功率近300 kW，每次故障處理期間造成的電能浪費(fèi)也是相當(dāng)巨大。筆者通過組建工程師站，應(yīng)用IbaibaPDA軟件，對(duì)關(guān)鍵的過程變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，發(fā)生故障后，用ibaAnalyzer軟件對(duì)數(shù)據(jù)離線分析，很快就能找到故障原因，為故障分析處理提供了必要的技術(shù)平臺(tái)，化解了設(shè)備運(yùn)行中的維護(hù)難題。

1 IbaPDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

ibaPDA是德國Iba公司的一款數(shù)據(jù)采集軟件，在數(shù)據(jù)采集要求較高的冶金行業(yè)應(yīng)用廣泛，如熱連軋、冷軋等高速軋制生產(chǎn)線。PDA是基于PC操作系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用目前流行的C/S架構(gòu)，可應(yīng)用于分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，采樣速率高，可從1 ms～1 000 ms連續(xù)可調(diào)，并且能夠同步處理大量數(shù)據(jù)，支持多種不同的通信方式。在不需要改變?cè)刂葡到y(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，就能與原控制系統(tǒng)連接，因此，使用起來比較方便。主要由四部分組成：數(shù)據(jù)源、通信鏈路、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和客戶端[2]。

數(shù)據(jù)源即為PDA的采集對(duì)象，可以是PLC、變頻器、智能儀表等，信號(hào)既可以是數(shù)字量也可是模擬量。

通信鏈路，是PDA采集對(duì)象與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接，支持 TCP/IP，PROFIBUS-DP，OPC，MODBUS等多種通訊協(xié)議。

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，安裝windows操作系統(tǒng)，用于處理數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，但數(shù)據(jù)的在線顯示不是在服務(wù)器上。

客戶端運(yùn)行ibaPDA采集軟件，不僅可以顯示數(shù)據(jù)，而且可以用于配置服務(wù)器。

客戶端和服務(wù)器通?？梢园惭b在同一個(gè)PC上，也可根據(jù)需要分別置于不同PC上。圖1為PDA服務(wù)器與客戶端的多種連接方式。

ibaAnalyzer分析軟件既可以安裝在客戶端，也可安裝在其他任何PC機(jī)上，能夠處理和分析ibaPDA采集的離線數(shù)據(jù)，為故障分析提供參考。

圖1 客戶端-服務(wù)器拓?fù)鋱D

2 組建PC數(shù)據(jù)采集站

全連續(xù)鑄造機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：S7 315-2PN/DP作為主站控制牽引單元，S7 315-2DP為主站控制其他單元，兩個(gè)主站之間通過DP-Coupler耦合器連接，相互交換數(shù)據(jù)。每個(gè)站的二級(jí)系統(tǒng)采用HMI，其中S7 315-2PN/DP與MP277通過 Ethernet連接，S7 315-2DP與 MP370采用PROFIBUS-DP連接。因此，建立的PC站保持兩種通信方式。

PC數(shù)據(jù)采集站應(yīng)滿足數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和程序診斷功能。

從滿足功能需要出發(fā)，數(shù)據(jù)采集站只配備一臺(tái)PC機(jī)，ibaPDA服務(wù)器與客戶端都安裝在同一PC機(jī)上。

ibaPDA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

PC站硬件配置：采用西門子SIMATICRack PC547B，Core 2 Duo E4300（1，8 GHz，800 MHz FSB，2MB L2 Cache，EM64-T），并增加 TCP/IP網(wǎng)卡和CP5612網(wǎng)卡，分別與兩臺(tái)PLC通訊。

PC站操作系統(tǒng)：Windows XP SP2操作系統(tǒng)及VMare虛擬XP系統(tǒng)。

IbaPDA配置：由于該設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)采集速度要求不是太高，從節(jié)約成本角度出發(fā)，不準(zhǔn)備購買Iba硬件采集卡，直接使用PC機(jī)的以態(tài)網(wǎng)接口和DP接口采集數(shù)據(jù)。采用ibaPDA V6.9.1版軟件，安裝于Windows XPSP2操作系統(tǒng)。

圖2 ibaPDA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

分析軟件：采用ibaAnalyzer_v5.13.1，用于數(shù)據(jù)的離線分析，安裝于Windows XPSP2操作系統(tǒng)。

其他軟件：西門子step 7軟件兩套，分別用于兩臺(tái)不同通信方式PLC的程序診斷及修改，一套安裝于windowsXP系統(tǒng)中，另一套安裝于VMare虛擬XP系統(tǒng)，兩套step7相互獨(dú)立，在“Set PG/PC”中設(shè)置好相應(yīng)接口分配參數(shù)后，兩臺(tái)PLC都能同時(shí)在線[1]。

按照IbaPDA的組態(tài)方法，分別設(shè)定兩臺(tái)PLC的CPU連接地址后，采集Timebase設(shè)為5 0 ms，然后在每個(gè)通道中添加采集變量。主要建立OS2～OS9中I/O過程變量及循環(huán)周期變量，包括數(shù)字量和摸擬量。在Data store/Trigger Mode設(shè)置中，Maximum file time設(shè)為 2Hour，Start Trigger選“unconditional”。Datastore/Files設(shè)置中，F(xiàn)ile name勾選“Add date and time”，F(xiàn)ile location默認(rèn) C:dat，Subdirectory organization勾選“Day based”。設(shè)置完成后運(yùn)行IbaPDA，C:dat文件夾下，將按照日期為名建立文件夾，每個(gè)文件夾內(nèi)將產(chǎn)生名為“日期日間.dat”的數(shù)據(jù)文件，每2 h生成一個(gè)文件[3]。

3 故障分析處理案例

借助IbaAnalyzer軟件，對(duì)故障時(shí)刻的離線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，成功分析處理多起故障。以下就飛鋸不能在線自動(dòng)鋸切故障為例，對(duì)數(shù)據(jù)展開分析，并成功排除故障。

操作人員反映，鑄錠長度達(dá)到設(shè)值長度后，鋸切裝置沒有工作，鑄造被中斷。打開IbaAnalyzer分析軟件，找到故障發(fā)生時(shí)間段的記錄數(shù)據(jù)。如圖3所示。

圖3中標(biāo)示的數(shù)字1～7，表示各變量的關(guān)建時(shí)刻。原因分析如下：

在鑄錠長度即將達(dá)到6 500 mm的1時(shí)刻，操作人員將鑄造速度由60 mm/min降至40 mm/min，鑄錠向下壓迫絞車的重量隨之減小。絞車向下移動(dòng)速度是按照重量進(jìn)行PID控制，為提高重量值絞車移動(dòng)速度不斷下降，以使重量維持2 000 kg，但從圖3中可以看出，即便絞車速度減小至最低速度，甚至短暫停止，從2時(shí)刻一直到5時(shí)刻重量都低于1600 kg.當(dāng)鑄錠長度達(dá)到設(shè)定值6 500 mm，時(shí)刻4到來，這時(shí)程序?qū)z查絞車重量是否大于1 600 kg，如果滿足這個(gè)要求，6刻cut_cycle=30，啟動(dòng)飛鋸在線鋸切；如果小于1 600 kg將不能滿足條件，程序會(huì)繼續(xù)等待這個(gè)條件。圖中5到7時(shí)間段，重量為900 kg～1 300 kg，所以cut_cycle一直等于25，無法執(zhí)行鋸切指令，直至7時(shí)刻到來，因鋸切等待時(shí)間過長而自動(dòng)停止鑄造。從分析過程得出結(jié)論：不能鋸切的原因是絞車重要沒有達(dá)到1 600 kg.這是由于操作人員處理其他問題時(shí)，將鑄造速度降低得過低，絞車的跟隨速度調(diào)節(jié)不了重量。但是絞車移動(dòng)是重量PID控制，不應(yīng)該出現(xiàn)這種情況。檢查發(fā)現(xiàn)絞車兩邊的鋼絲繩松緊程度發(fā)生偏差，所以無法跟隨調(diào)節(jié)。維修人員對(duì)鋼絲繩機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)處理以后，運(yùn)行至今再也沒有發(fā)生類似故障。

圖3 鋸切故障數(shù)據(jù)分析圖

4 結(jié) 論

I baPDA投入使用以后，有了I baAnalyzer分析手段，維護(hù)人員處理故障得心應(yīng)手，解決了許多疑難雜癥，而且處理速度快捷。相對(duì)之前的故障停機(jī)時(shí)間縮短近3/4，年節(jié)約電能達(dá)150 000 kW·h以上。通過數(shù)據(jù)分析，也發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的一些不足，經(jīng)過不斷探索和研究，對(duì)PLC程序進(jìn)行了局部優(yōu)化。目前，該設(shè)備高效安全運(yùn)行。

［1］瘳常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］魏青軒，張國鈞.PDA工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在無縫管生產(chǎn)線中的應(yīng)用［G］//中國計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2010年會(huì)論文集.北京：冶金自動(dòng)化雜志社，2010:16-18.

［3］上海鼎實(shí)科技有限公司.IbaPDA-V6.0手冊(cè)［M］.上海：2006:90-104.