PDA數據采集系統在厚板軋線的應用

張麗，呂霞，王鵬

（萊鋼集團有限公司 ， 山東萊蕪 271104）

0 引言

隨著工業過程自動化水平的提高，以及工廠級信息集成的要求，需要高速、高精度的采集和處理大量過程數據的數據采集系統。PDA 數據采集系統的數據采集速率在1～1 000 ms 連續可調，不但能滿足對數據采集系統高速性能的要求，同時提供方便且功能強大的數據分析功能。近幾年在我國過程自動化數據采集中的應用越來越廣泛。本文以寬厚板為例，分析探討PDA數據采集系統的具體應用。

1 PDA 數據采集系統架構

PDA 數據采集系統是基于PC 的數據采集系統，由于其可以以統一及同步的方式處理大量數據，并且對不同數據格式及通信方式都提供很好的解決方案，因此非常適用于分布式多系統的數據采集。系統組成大致可分為數據源、通信和應用程序3部分，如圖1 所示。

圖1 PDA 數據采集系統結構圖

(1) 數據源為PDA 數據采集系統提供數據，可以是智能設備中存儲區的數據，PLC、變頻器、儀表等數據；也可以是控制流程中的模擬與數字信號，如按鈕、指示燈狀態，變送器的輸出等；也可以是通過OPC 方式所獲取的數據。

(2) 通信鏈路是指數據源與數據采集應用程序之間的數據交換，即將數據源以某種通信協議通過VME、PCI、PCI Express 或PCMCIA 等總線接入計算機。PDA 數據采集系統支持TCP/IP、OPC、Profibus DP，Modbus等多種通訊協議，根據不同的通訊協議，可以有多種鏈接方式接入計算機。

(3) PDA 數據采集服務器，用于運行數據采集服務器端應用程序ibaPDA，可以對采集信號在線顯示，并完成對數據采集設備參數配置，同時將生成的*.dat 數據文件存儲于存儲器中。如果加入了與數據庫的接口，還可以將數據存放于數據庫中。

2 PDA數據采集系統的通訊及組態

2.1 通訊協議的確定

對于寬厚板軋線來說，需要進行采集的模擬量和數字量信號總數較大，包括加熱爐區，粗精軋區等，每個區域需要進行采集的信號總數大概有一兩千個，每套PDA 數據采集系統的網絡數據吞吐量較大。而Profibus DP采用的令牌控制適用于重通信負荷的應用環境。

再者，寬厚板控制系統在L1 基礎自動化級與現場級之間大量采用Profibus DP 現場總線連接，若采用Profibus DP 方式進行數據采集，幾乎不需要對硬件進行改動，只需要在主站中完成網絡組態和通信接口的編程，因此，我們決定采用Profibus DP 的通信方式連接控制器和PDA 數據采集系統。

2.2 PDA數據采集系統Profibus DP通訊的實現

PDA 數據采集系統通過Profibus DP 總線進行數據采集，其主要工作原理是在不改變原PLC 控制系統結構的前提下，加入第三方Profibus DP 從站設備，通過對主站進行PLC 編程，將PLC 變量地址內的數據，也就是需要被采集的信號發送至該從站，實現數據采集；或者加入第三方Profibus DP 總線監聽設備，監聽Profibus DP 總線上的數據，只要用戶知道被采集信號的地址，就可以對該信號進行數據采集。在該PDA 數據采集系統中，應用了型號為ibaL2B _S7 Direct Access 的通信卡。ibaL2B 通信卡是標準的PCI 接口板卡，通過PCI 總線來連接數據采集計算機和Profibus DP 主站設備，其系統連接拓撲結構如圖2所示。

圖2 ibaL2B 通信拓撲結構

ibaL2B 板卡相當于Profibus DP 的標準從站，通過在Profibus DP 網絡中組態，可以讓Profibus DP 主站將需要采集的數據發送至該板卡所代表的從站中，從而實現數據采集功能。

2.3 PDA數據采集系統的硬件及網絡組態

寬厚板控制系統采用的編程組態軟件是西門子的PCS7，我們利用PCS7 來完成對Profibus DP 網絡的硬件組態和相關程序編制工作。首先，需要在系統硬件組態中加入PDA 數據采集系統對應的Profibus DP 從站，組態的全部工作在PCS7中的對應HW config（Hardware configuration）窗口中完成。

裝入iba 提供的 ibaL2B _S7 Direct Access 對應的GSD文件IBA_0F05.GSD，將對應ibaL2B _S7 Direct Access 從站拖入硬件組態窗口，掛接到 Profibus DP 總線上。以切頭剪區域為例，由于采集信號數量較多，且考慮到采集的信號類型，在切頭剪區中 Profibus DP 總線網絡上組態4個IBA_0F05.GSD 從站，其 Profibus DP 總線PDA硬件組態畫面如圖3所示，網絡組態畫面如圖4所示。

圖3 切頭剪 PDA 數據采集系統Profibus DP 硬件組態畫面

圖4 切頭剪 Profibus DP 總線PDA 數據采集系統網絡組態畫面

3 利用PDA數據采集系統離線分析工具ibaAnalyzer 進行數據分析

PDA 數據采集系統具有功能強大的離線分析能力，其離線分析功能獨立于數據采集功能，利用由ibaPDA 數據采集軟件所生成的數據文件，可以在任何一臺計算機上用離線分析軟件ibaAnalyzer 來打開，對數據離線分析以及完成生成報表、打印輸出等功能。由PDA 數據采集系統生成的數據文件后綴名為.dat，數據文件中集成了不同信號的數據測量值，每個采樣點的數據都加蓋時間戳記。對于調試及故障分析，可以以從L1 級基礎自動化獲得的過程數據為依據進行分析，同時，也可以以L2 級過程自動化或L3 生產自動化級獲得的產品品質數據為依據進行分析，從而定量的分析影響其品質的因素，為改進或優化生產加工工藝提供一個簡單易行的量化參考工具。

對于故障分析，通常用時序因果分析法對多個相互關聯的信號進行分析，可以快速確定故障原因，減少故障持續時間。以某次粗軋機軋制第二道次時不擺位為例，分析故障原因。圖5是粗軋PDA 數據采集系統中截取的軋機擺位的相關信號曲線，其中從上往下信號依次為：

Actual Step RM Roll:粗軋程序實際進程

RM AGC:FrRef（AGC）（tons）：粗軋 AGC軋制力設定值（噸）

RM AGC:FrAct（tons）：粗軋AGC軋制力實際值（噸）

RM Actual Counter（For Setpoints）：粗軋機實際道次計數

RM Next Counter（For Setpoints）：粗軋機下一個道次計數

RM Preset Request to L2：粗軋向二級預請求信號

Preset L2 RM Receive：二級接收信號

分析IBA，如圖Actual Step RM Roll曲線可以看出，鋼板在第二道次軋制時，軋制力出現異常波動，如RM AGC:FrRef（AGC）（tons）所示，導致模型認為此道次軋制力為600多噸，同時造成粗軋機道次計數沒有變化如圖 RM Actual Counter（For Setpoints）和RM Next Counter（For Setpoints）曲線所示，認為第二道次沒有軋制完成二級設定值無法下發。因此軋機第二道次不擺位。再由圖RM Preset Request to L2可看出，操作人員手動請求二級設定值，但因為此時道次計數仍保持為第二道次，二級認為此申請無效，如 Preset L2 RM Receive 所示，因此仍不擺位。操作工手動軋制幾道次后，道次計數正常，軋制恢復正常。

圖5 粗軋PDA軋機擺位的相關信號曲線

4 結論

PDA 數據采集系統能通過多種通信方式與控制系統連接，擴展性好，而且數據采集速率高，能滿足數據分析對數據采集系統高速性能的要求，目前已在寬厚板軋線上成功應用，同時PDA 數據采集系統離線數據分析功能強大，為控制系統前期調試以及故障原因查找提供依據，同時也為數據報告的生成以及生產決策系統提供數據支撐。該系統具有廣泛的應用前景。

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