ibaPDA 在焊機集中監控項目中的應用

孟祥順，付友昌

（首鋼京唐鋼鐵聯合責任有限公司冷軋作業部，河北唐山 063000）

0 引言

隨著經濟的快速發展，由于產能過剩、需求疲軟、人力成本上升等客觀因素，傳統行業面臨嚴峻挑戰。如何利用新技術提高生產效率和降低生產成本、提升管理水平是傳統行業最迫切需要解決的問題。焊機設備在運行、維護過程中經常遇到以下問題：

（1）焊機設備分布在不同的區域，發生問題時需要技術人員到現場查看上位機。技術人員為了處理問題要橫跨廠區，大大增加時間成本，讓技術人員疲于奔命。

（2）十幾臺不同的焊機設備來自于不同的自動化廠家，通信協議不統一，由于沒有相同的數據格式，技術人員需要投入大量時間做統計工作。

（3）發生問題時沒有數據記錄，需要等待問題再一次發生，才能查清問題發生的原因，很多時候需要技術人員長時間蹲守，極大的增加了工作時間。

為了解決上述問題，引進來自德國的ibaPDA 數據采集和分析軟件，根據對焊機多年的技術積累，通過創新驅動的方式，實現對多種焊機設備進行集中監控，實施科學化、規范化的集中管理。

1 焊機ibaPDA 數據采集系統介紹

1.1 焊機ibaPDA 數據采集系統整體架構

某公司共有12 套連續生產線焊機，由于焊機本身不具備數據采集系統，當問題出現時，無法進行故障狀態追溯。焊機分布在各條連續生產線上，每臺焊機都分別安裝數據采集的高成本非常高且效率低下。為了解決這個問題，通過建立數據采集工作站，建立數據傳輸網絡，將分布在各條生產線的焊機實時生產數據通過數據傳輸網絡發送到數據采集工作站保存。

為了滿足遠距離鋪設的要求，焊機PLC 系統通過Profibus-DP總線和以太網總線連接到焊機控制新增加的光纖盒。通過鋪設單模光纜到數據采集站，為數據采集、存儲和分析提供基礎的物理連接，數據采集網絡拓撲圖如圖1 所示。依托光纖網絡很好的實時性能，借助ibaPDA 軟件在線監測功能，焊機的技術人員可以看到現場各種參數實時曲線，對于事故的分析不需要趕赴現場，只要借助數據分析工具可以解決問題，大大節省了時間。

圖1 數據采集網絡拓撲圖

1.2 焊機ibaPDA 數據采集系統通信協議

目前焊機設備主要分為兩種：一種設備制造商是米巴赫公司，采用S7-300 系列PLC 作為控制設備，支持以太網協議通信；另一種設備制造商是Tmeic 公司、采用三菱Q 系列PLC 作為控制設備，支持Profibus-DP 現場總線通信。這兩種完全不同的PLC 需要由ibaPDA 集中數據采集系統收集數據。采用三菱Q 系列PLC 作為控制設備的系統，ibaPDA 數據采集系統通過增加第三方Profibus-DP 從站模塊，然后對主站的PLC 進行編程，將PLC 中的變量地址的數據發送到Profibus-DP 從站，只要知道被采集信號的地址就可以進行信號數據采集[1]。

同時ibaPDA 數據采集軟件可以通過以太網協議采集Siemens 系列PLC 的數據。當然在選擇通信協議的時候還需要綜合考慮各種方式的優缺點。

隨著技術的發展，以太網在速度、確定性和優先規則方面取得很大進步，基本滿足工業應用各方面的需要[2]。由于以太網CSMA/CD 的訪問控制方法，以太網通信具有以下特點：訪問控制算法簡單、易實現。用戶訪問總線時間不確定的隨機競爭總線，廣泛應用于不是嚴格的實時數據傳輸應用程序環境，在網絡通信負載較低時，顯示較好的數據吞吐量和延遲特性。然而，當兩個數據發送到物理層，并全部或部分數據重疊時會發生沖突。發生沖突時，物理網段上的數據不再有效。沖突是影響以太網的性能的主要因素，由于沖突使得以太網在超過40%的負載時，效率將會大大降低[2]。

Profibus-DP 現場總線與以太網的CSMA/CD 相比，Profibus-DP 采用的令牌控制具有以下特點：在網絡通信重負荷時的吞吐率與延遲特性表現非常好，因而適用于重通信負荷的應用環境；但是造價較高。這是Profibus-DP 的不足之處[2]。

對于S7-300，ibaPDA 軟件可以通過以太網連接S7-300 采集數據，通信協議是西門子的以太網通信協議。ibaPDA 服務器和S7-300 的PLC 在一個網段上，就可以進行通信采集數據。

對于三菱Q 系列PLC，采用的Profibus-DP 通信方案，ibaPDA 軟件通過安裝在數據采集工作站的光纖接收卡和ibaBM-DP 采集模塊的方式，通過Profibus-DP 總線協議與三菱PLC 通信，在三菱的PLC 上增加三菱的DP 主站通信模塊，型號為QJ71PB92V。PLC 中的數據通過新增加的三菱DP 主站發送給iba BM-DP 數據采集模塊，然后通過光纖進入ibaPDA 服務器，經過ibaPDA 軟件處理，顯示為實時的曲線[3]。

雖然以太網方式有比較明顯的缺點，但是成本低連接方便，對于一般的數據采集完全能夠滿足要求。綜合各種因素，為了達到最快的數據采集速率，減少無效數據，減少施工時間，方便后期系統維護，決定采用Profibus-DP 和以太網相結合的通信方式連接控制器和ibaPDA 數據采集系統。

2 焊機ibaPDA 數據采集系統的應用

2.1 集中監控的應用

焊機ibaPDA 數據采集系統通過對所有焊機的實時集中監控，實現對分布全廠的焊機運行狀態的掌握。每臺焊機所需要監控的數據，都采用通過Profibus-DP 或者以太網協議轉換成光信號，通過已經鋪設的光纖網絡實時向數據采集服務器發送，這些數據以動態趨勢圖的方式在屏幕上顯示。對每臺焊機也進行了監控，對主要功能部分進行了劃分，2230 酸軋激光焊機如圖2所示，1700_1#鍍鋅窄搭接焊機入口設備畫面如圖3 所示。進入相關的設備可以查看實時的曲線，隨時掌握設備狀態。

圖2 2230 酸軋激光焊機畫面

圖3 1700_1#鍍鋅窄搭接焊機入口設備畫面

2.2 實施科學規范化的管理方法

通過焊機ibaPDA 數據采集系統的使用，可以實現緊急故障排查。突然出現的故障是維護人員要及時應對的問題，根據現場的經驗和PLC 的報警，ibaPDA 數據采集系統設置很多報警，當這些報警發生時，系統會給予提示，這時需要迅速進入報警焊機的主控畫面，觀察報警記錄（圖4）。

圖4 報警畫面

和一般的人機界面相比，使用ibaPDA 報警快速定位技術，快速定位故障的故障信息，并顯示相應的故障曲線，幫助技術人員快速找到問題，一般問題不需要去現場就得以解決，大大降低了停機時間。如果需要到現場解決問題，也可以及時制訂計劃，準備工具，可以更有效的解決故障錯誤[4]。

與一般的故障相比，偶發故障的診斷帶來更多困難。由于偶然的外部環境因素影響造成的意外故障，很難捕捉且發生的時間不確定性，很難處理[5]。技術人員可以根據焊機ibaPDA 數據采集系統提供開發功能，量化意外故障的相關因素，設置報警。然后通過存儲數據和趨勢圖，分析偶發問題的原因并進行整改，通過數據系統的數據或趨勢圖表比較分析并解決錯誤[6]。

通過焊機ibaPDA 數據的積累，數據采集系統相當于掌握了每臺焊機所有運行時間的運行情況，通過離線ibaAnalyzer 的分析統計功能，可以對焊機運行情況統計分析。IbaAnalyzer 提供相應的分析公式，可以量化離線數據統計計算。為了減少設備故障的概率或功能退化，根據統計，按照標準規定的預定的時間間隔或標準進行預防性維護。

最后，技術人員通過觀察運行曲線，對比相關參數，可以通過不斷提高對焊機工藝的理解，之前的經驗都是存在工程師的大腦里，全憑經驗沒有數據支撐，同時也無法傳承下去。而現在完全是根據ibaPDA 數據采集系統自動采集數據，對每臺焊機、每個品種、每條焊縫均有數據追溯。為焊機攻關組下一步開拓創新，提高工藝和維護水平，提供了強有力的數據支撐。

3 結束語

主要介紹焊機ibaPDA 數據采集系統整體架構及其特點，對 Profibus -DP 與以太網通信協議方式的分析，以及對焊機ibaPDA 數據采集系統的優越性、如何實現對多種焊機進行科學化、規范化的管理等方面做出論述。要重視大數據帶來的變革，深入利用現有資源，實現數據追溯、數據挖掘、工藝改進，提高生產技術水平和效率。