數據分析軟件在低壓垂直鑄造機中的應用

劉忠波，王 征，張林文，田 葦，李宗宏

(云南云鋁澤鑫鋁業有限公司，云南 曲靖 655500)

0 引 言

某公司采用Hycast低壓垂直鑄造機鑄造生產工藝，因現場設備使用較多的傳感器參與PLC自動控制，PLC控制程序復雜，且生產現場環境復雜，當鑄造機設備出現故障時若不能及時捕捉對應的故障信息進行故障的分析及診斷，會給設備檢修工作帶來一定難度。生產高品質鋁合金圓棒工藝復雜，在生產過程中若發生質量問題，需對導致質量問題的相關生產數據進行分析，尋找解決措施，因此生產過程中對各個傳感器數據的保存尤為重要。

1 ibaPDA工程師站

ibaPDA工程師站是利用計算機對PLC數據進行采集的系統，它主要由用于信號采集的硬件(如PLC)、用于通訊連接的光纖或Profibus-DP、Profinet、TCP/IP、UDP通訊方式、驅動軟件、在線記錄軟件和離線分析軟件組成[1]，系統構成如圖1所示。ibaPDA工程師站處理數據量的能力非常強大，它特別適合用于分布式和多樣化自動控制系統，被測量的數據可以在計算機硬盤中保存。

圖1 ibaPDA工程師站系統圖

在建立ibaPDA工程師站時，我們首先需要在已建立的PLC系統上搭建ibaPDA工程師站，然后再將ibaPDA工程師站通過OPC通訊網絡與PLC進行連接，再將PLC系統采集到的過程數據進行讀取，將讀取到的過程數據以一定時間間隔的方式存儲到服務器的數據庫系統中，見圖2，最終利用ibaAnalyzer軟件調取存儲在數據庫中的相關數據進行離線分析[2]，來實現監控實時數據和查詢歷史數據的目的。

圖2 客戶端—服務器數據存儲的關系

2 ibaAnalyzer軟件簡介

ibaAnalyzer軟件是一款通過ibaPDA服務器記錄并分析復雜數據的工具，該軟件可用于編輯使用ibaPDA系統生成的數據文件，它具有全面的分析和判斷功能。

ibaAnalyzer可以采用在線和離線的方式對數據進行分析，它具有直觀的用戶界面，該軟件提供浮動窗口和拖放工具。軟件集成了強大的數學和工藝功能，主要用于處理、計算來自不同測量過程生成的信號，它還具有強大的圖形化數字濾波器編輯器及用于測量信號的多功能標記器(Marker)、保護專門分析方法(know-how)的宏功能。

軟件的使用方法：打開ibaAnalyzer軟件后，按照路徑打開存儲數據文件的文件夾，找到文件格式為.dat的文件。打開數據文件夾后，選擇需要的數據文件，一般都要選擇多個文件同比，分析要先選上Append files multiseect前面的勾，否則文件都是單獨打開的，不能連續顯示。在左側的signals窗口中可以顯示文件目錄，選擇相關曲線就可以對比正常和異常數據。

3 ibaPDA數據采集軟件通訊方式

利用ibaPDA版本為V6.24.6數據采集軟件可以采用UDP通訊方式或TCP/IP方式進行數據采集，采用UDP通訊方式可以采集S7-1500PLC數據，通訊數據需要在PLC程序DB塊內進行設置[3]，UDP通訊方式設置如圖3所示。而TCP/IP方式只能采集西門子S7-300、S7-400PLC數據，TCP/IP通訊方式配置見圖4。

圖3 UDP通訊方式配置

圖4 TCP/IP通訊方式配置

4 利用ibaAnalyzer軟件進行故障分析

4.1 案例一：低壓垂直鑄造機速度轉移過程中油缸不下降

低壓垂直鑄造機在生產過程中由于工序復雜，鋁棒產品質量成品判斷信息較多，設備出現故障時分析困難，通過對產品的ibaPDA歷史文件數據分析就顯得十分必要，如在鋁合金圓棒鑄造過程中，低壓垂直鑄造機速度需要由鑄盤上升速度轉移一部分速度給鑄造油缸，當鑄盤上升到105 mm時，鑄造油缸應該以95 mm速度下降，結果油缸不動作，整個液壓系統傳感器及電磁閥有30多個，分析油缸不下降的原因只能借助傳感器及電磁閥歷史數據，當打開ibaPDA歷史文件數據后，找到對應的傳感器及電磁閥信號曲線，需要移動2條標尺(紅色虛線)定位曲線上的點，這樣也便于查看，可以單擊窗口下邊的“marker”選項，這時可以看到曲線的各種信息，如2條標尺之間的時間差、標尺所在曲線上點的值等，在曲線上可以明顯看出油缸下降時，下降油管壓力傳感器壓力值達不到液控單向閥最低開啟壓力，導致鑄造油缸在速度轉移過程中不動作[4]。因此通過ibaAnalyzer軟件對設備和生產故障數據分析，很快就能找到設備和生產故障，見圖5。

圖5 鑄造油缸不動作故障分析曲線

4.2 案例二：低壓垂直鑄造機鑄盤分配單元液位超出限值故障

低壓垂直鑄造機在鑄造過程中，鋁液在填充鑄盤時，上位機畫面上出現分配單元液位超出限值故障，導致停機，分配單元液位超出限值高液位報警值為45 mm，停機值為55 mm，利用ibaPDA歷史文件數據可以很快找到報警時液位超出限值時的液位值為58 mm，數據如圖4所示：在曲線上可以看出，分配單元4壓力值與其他幾個單元明顯不同[5]，最終分析導致液位超出限值的原因是鑄盤4單元漏氣導致負壓值降低。見圖6。

圖6 分配單元4漏氣故障分析曲線

4.3 案例三：低壓垂直鑄造機鑄盤分配單元溫度異常故障

低壓垂直鑄造機在鑄造過程中，鋁液在填充鑄盤時，需要根據檢測到的溫度作為通風的條件，鑄造開始(每個鑄造單元上分配盤中的熱電偶能夠檢測模具何時填充完成)。在澆注完成之前需要滿足3個條件：澆注時間>50 s，分配盤中的金屬液位>75 mm，每個鑄造部分的熱電偶必須≥250℃。當檢測到5個單元的鋁液溫度都為250℃時，通風電磁閥才會打開，通風電磁閥打開時間越短，鋁合金圓棒冷端約短，鑄造過程中5根熱電偶的長度及好壞直接影響鋁合金圓棒產品質量，通過ibaPDA歷史文件數據可以看出冷端較長是由于4單元熱電偶溫度異常導致的[6]。見圖7。

圖7 分配單元5漏氣故障分析曲線

5 ibaAnalyzer數據分析軟件的優點

(1)可以將新生成的iba數據文件導出；同一信號帶上，多個信號各有自己的刻度，也可以通過縮放使信號具有同一Y軸；2個標尺顯示統計值的X/Y軸數值；具備合并、計算處理的強大數學功能。

(2)自動或手動選擇曲線的顏色，在Navigator(導航)窗口縮放和移動所選的信號帶。

(3)數據分析記錄軟件支持多種啟動和停止模式，包括常見的觸發記錄、延時停止等。它還具有多重變量檢查功能，可以減少錯誤變量的輸入以及豐富的標注功能：開關量的快速時間標注、點標注、文本標注、時段標注等。不管是錄波還是離線情況下，Y軸都可以進行全局最優或者局部自適應，方便波形的查看，它還具有PLC工程師喜歡的邊沿搜索功能、導出功能，除了常規的圖片復制、數據文件導出、局部數據導出等功能，還有一個長圖復制的功能，能夠將超出顯示范圍的曲線圖片也一起復制出來，不需要截圖后再進行拼接。

(4)利用數據分析軟件可以監測設備在任何時刻發生的異常故障，同時還可以監測操作人員在誤操作設備按鈕時觸發信號，可以方便數據快速追源。

6 結 語

隨著我國工業的快速發展，設備自動化的程度越來越高，先進的數據記錄和分析軟件在自動控制的應用中需求不斷提高，因此熟練掌握數據記錄軟件及分析軟件的應用，可提高自動控制技術人員及現場工藝數據分析人員分析問題、解決問題的能力。

通過組建ibaPDA數據采集工程師站，應用ibaPDA軟件進行設備傳感器過程變量數據采集，再利用ibaAnalyzer對影響產品質量、設備故障的各個傳感器歷史數據進行分析，查找導致質量缺陷或故障的原因，在生產實際過程中不僅降低了故障處理的難度，還縮短了故障處理時間，在應用推廣方面值得其他生產工序復雜的場所借鑒。