FDAA 系統(tǒng)在電爐廠的應(yīng)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(fā)的高速數(shù)據(jù)采集分析軟件FDAA（Fast Data Acquisition and Analysis，高速數(shù)據(jù)采集分析）是一種過程數(shù)據(jù)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(yùn)行數(shù)據(jù)的跟蹤、能源數(shù)據(jù)的跟蹤分析等，從該軟件產(chǎn)品的特點(diǎn)、配置和組態(tài)、軟件的使用方法、在疑難故障診斷上的應(yīng)用案例等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

1 FDAA 系統(tǒng)介紹

1.1 FDAA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（客戶端—服務(wù)器—PLC 站）

FDAA 服務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)采集和存儲現(xiàn)場PLC 站數(shù)據(jù)，再通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至客戶端計算機(jī)，實現(xiàn)在線監(jiān)測和離線分析等工作，F(xiàn)DAA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 FDAA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

采樣周期可調(diào)（根據(jù)需要），監(jiān)測信號包括模擬量和數(shù)字量（如電壓、電流、溫度、開關(guān)、限位等信號），可在線監(jiān)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(tǒng)使用的驅(qū)動方式：OPC Driver。安裝后在桌面出現(xiàn)“PMS Service Status”和“FDAAOnline”兩個軟件圖標(biāo)，前者用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲等任務(wù)，后者用于在線監(jiān)測。

（2）安裝OPC 服務(wù)器軟件KEPServerEX，實現(xiàn)與PLC 的通信，完成數(shù)據(jù)采集。

1.4 以O(shè)PC 服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣

通過KEPServer 軟件，新建需要采集數(shù)據(jù)的模塊，設(shè)置模塊名（可以取現(xiàn)場PLC 名）和IP 地址等信息，已建立的模塊“15#EAF_PLC”的相關(guān)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(jiān)控的PLC 信號點(diǎn)，輸入信號點(diǎn)的地址、名稱和數(shù)據(jù)類型等信息，數(shù)據(jù)類型可以是浮點(diǎn)數(shù)、整數(shù)、波爾量等，KEPServer 軟件中增加信號點(diǎn)如圖3 所示。

圖3 KEPServer 軟件中增加信號點(diǎn)

1.5 在“PMS Service Status”軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集設(shè)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(jī)名、OPC 服務(wù)軟件名稱等信息，完成后點(diǎn)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(wù)器”窗口（圖5）中，找到在KEPServer 軟件中設(shè)置的模塊和信號點(diǎn)并完成添加。在PMS 軟件中添加信號點(diǎn)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(diǎn)

1.6 FDAA 采集服務(wù)啟動

通過以上方法可以完成所有需要監(jiān)控的PLC 站點(diǎn)和I/O 點(diǎn)配置。然后在PMS 常規(guī)窗口中按服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控啟動按鈕和采集狀態(tài)監(jiān)控啟動按鈕（圖6）。點(diǎn)擊左上角的I/O 狀態(tài)，在彈出的I/O狀態(tài)窗口中可以監(jiān)控到各信號點(diǎn)的實時數(shù)據(jù)（圖7），其左側(cè)顯示信號樹，右側(cè)為采集信號的實時數(shù)據(jù)。

圖6 FDAA 采集服務(wù)啟動

圖7 采集服務(wù)實時數(shù)據(jù)

1.7 FDAA 在線數(shù)據(jù)監(jiān)控

打開FDAA Online 軟件，設(shè)置服務(wù)器地址為FDAA 服務(wù)器IP 地址，端口號默認(rèn)，點(diǎn)擊連接后就可以實時監(jiān)控在線數(shù)據(jù)。窗口的左邊為信號樹，拖拽左邊信號點(diǎn)到右邊的記錄儀上，可以實時觀察各信號點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化，F(xiàn)DAA 在線數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面如圖8所示。

圖8 FDAA 在線數(shù)據(jù)監(jiān)控

1.8 離線數(shù)據(jù)分析軟件ibaAnalyzer 的使用

在任何計算機(jī)中只需安裝ibaAnalyzer 軟件，就能進(jìn)行離線數(shù)據(jù)的查看和分析，客戶端計算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問FDAA 服務(wù)器上共享的數(shù)據(jù)記錄文件，也可以將數(shù)據(jù)文件拷貝至任何需要分析的計算機(jī)中進(jìn)行分析。

打開ibaAnalyzer 軟件，點(diǎn)擊軟件上“添加新的數(shù)據(jù)文件”圖標(biāo)，選擇需要添加的數(shù)據(jù)記錄文件，可以是單個數(shù)據(jù)文件（一個記錄周期數(shù)據(jù)文件），也可以添加一段時間的多個數(shù)據(jù)文件。軟件窗口的左側(cè)為信號樹，將信號點(diǎn)拖拽至右側(cè)畫面上，可以顯示該信號在一段時間內(nèi)的變化趨勢，通過拖拽不同的信號點(diǎn)，能實現(xiàn)單窗口多信號或多窗口多點(diǎn)信號點(diǎn)趨勢顯示（圖9）。另外，可以將趨勢曲線進(jìn)行局部放大縮小、顏色調(diào)整、Y 軸的上下限值設(shè)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(yīng)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(chǎn)工藝流程，另外還配置了水處理和除塵等輔助設(shè)備，在快節(jié)奏的生產(chǎn)過程中，環(huán)節(jié)中每個設(shè)備運(yùn)行的正常與否，都將直接影響到整個生產(chǎn)。

為有效掌控設(shè)備狀態(tài)，使設(shè)備狀態(tài)管理更上一臺階，新上FDAA 系統(tǒng)項目，共完成25 個PLC 站點(diǎn)的監(jiān)控（包括S7-300 站7 個、S7-400 站18 個），監(jiān)控數(shù)據(jù)共計1841 點(diǎn)（包括模擬量897點(diǎn)、數(shù)字量944 點(diǎn)），服務(wù)器能存儲3 年以上的數(shù)據(jù)量。

FDAA 系統(tǒng)上線后，類似于給整個電爐廠設(shè)備安裝了一個飛機(jī)的黑匣子，默默記錄著運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況，能幫助跟蹤和分析事件發(fā)生的過程和原因。

2.2 在疑難故障診斷上的應(yīng)用

在很多情況下設(shè)備故障原因很難分析，對正常生產(chǎn)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(fā)事件、隱瞞的人為因素、設(shè)備老化造成的異常等。而FDAA 系統(tǒng)能長期記錄數(shù)據(jù)，又配置功能強(qiáng)大的離線分析軟件，能還原事故發(fā)生的整個過程，為判斷事故原因提供有力依據(jù)。

案例：查找13#爐除塵主風(fēng)機(jī)電機(jī)調(diào)速故障原因

事故處理經(jīng)過：事故當(dāng)天13:26，運(yùn)行在6 kV 高壓I 段的13#爐除塵主風(fēng)機(jī)高壓電機(jī)，突然由調(diào)速狀態(tài)的860 r/min 轉(zhuǎn)至995 r/min 的全速運(yùn)行，并有調(diào)速故障報警，故障復(fù)位后一切正常，再次進(jìn)行調(diào)速后能正常運(yùn)行，檢查設(shè)備也未發(fā)現(xiàn)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(jī)運(yùn)行的電流和轉(zhuǎn)速波形（圖10），發(fā)現(xiàn)在13:26 時電機(jī)電流突然飆升，轉(zhuǎn)速升至全速狀態(tài)，因此判斷為過電流造成的調(diào)速故障。

圖10 故障時間點(diǎn)除塵主風(fēng)機(jī)運(yùn)行趨勢

再并列查看運(yùn)行在高壓II 段的16#爐和74#爐除塵主風(fēng)機(jī)高壓電機(jī)的電流波形，13:26 也出現(xiàn)了電流異常波動現(xiàn)象。與上級供電部門聯(lián)系后得到確認(rèn)：當(dāng)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(wǎng)波動造成。與上級供電部門協(xié)調(diào)后，在上級將將除塵高壓I 段和II 段進(jìn)線電源恢復(fù)至兩路分別供電狀態(tài)。第二天早上再次對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析發(fā)現(xiàn)，晚上運(yùn)行在高壓I 段的13#爐除塵電機(jī)正常，而運(yùn)行在高壓II 段的16#和74#爐主風(fēng)機(jī)電機(jī)又出現(xiàn)一次電流異常波動。后續(xù)，供電部門通過技術(shù)手段，最終確認(rèn)電網(wǎng)系統(tǒng)中存在電纜單相接地故障，處理后，電機(jī)調(diào)速恢復(fù)正常。

事故原因分析：

（1）上級電網(wǎng)中電纜損壞，存在偶發(fā)性電弧放電單相接地引起的過電壓。

（2）電網(wǎng)過電壓造成調(diào)速系統(tǒng)控制異常，引起電流異常波動及調(diào)速失敗故障。

2.3 在監(jiān)控操作，優(yōu)化生產(chǎn)工藝上的應(yīng)用

不合理的生產(chǎn)操作工藝有時會引起能源的浪費(fèi)以及加速設(shè)備的損壞等負(fù)面影響。通過FDAA 跟蹤分析生產(chǎn)過程中相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的值，可以有效還原生產(chǎn)的操作工藝，及時發(fā)現(xiàn)問題并提出優(yōu)化建議。

案例：13#爐的生產(chǎn)操作跟蹤及優(yōu)化建議

交流電弧爐煉鋼是靠三相電極與爐料間放電產(chǎn)生電弧，使電能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜岵⑷刍癄t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(nèi)，從而達(dá)到控制弧流（電弧電流）的目的；改變冶煉變壓器調(diào)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(xì)，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(guān)的變壓器擋位設(shè)定見表1。

表1 13#爐變壓器調(diào)壓擋位

（2）在HMI 上對弧流的設(shè)定：8～32 kA。

（3）圖11 為隨機(jī)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(guān)的變壓器擋位幾乎不設(shè)定；弧流設(shè)定無規(guī)律可尋，這樣的操作對降低電能消耗和防止?fàn)t襯耐材損壞極為不利。

圖11 13#爐冶煉操作趨勢記錄

根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合電弧爐煉鋼相關(guān)知識，對生產(chǎn)方提出了操作建議（表2），改進(jìn)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(jié)束語

FDAA 系統(tǒng)上線后，給設(shè)備狀態(tài)診斷、操作優(yōu)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，F(xiàn)DAA 在開停機(jī)管理上起了很大作用（通過監(jiān)控相關(guān)信號點(diǎn)，分析開停爐過程中的主要耗能設(shè)備，是否存在早開機(jī)或晚停機(jī)等違規(guī)浪費(fèi)能源的現(xiàn)象，形成開停機(jī)報表反饋至相關(guān)管理部門，即：有效監(jiān)督開、停機(jī)制度的執(zhí)行力，為考核整改提供依據(jù)），為電爐廠的節(jié)能降耗作出了很大貢獻(xiàn)。總之，充分利用手中資源，用好FDAA 系統(tǒng)，希望在將來的工作中發(fā)揮更大的作用。