熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)研究及應(yīng)用

1 熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)研究及應(yīng)用 萬光軍 （攀鋼釩熱軋板廠） 摘 要 ： 攀鋼熱軋主軋線在實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，尤其是在故障處理和分析過程中，需要系統(tǒng)具備能夠高速、實時記錄指定信號的功能?；诖艘螅Y(jié)合原有系統(tǒng)的設(shè)備狀況，項目組采用德國司的 統(tǒng)建立了高效適用的數(shù)據(jù)記錄和分析系統(tǒng)。介紹了熱軋板廠 統(tǒng)的特點和組態(tài)，并針對熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)在現(xiàn)場的應(yīng)用效果進行了闡述。 關(guān)鍵詞 ： 熱軋主軋線；數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)； 據(jù)分析；聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用效果 0 引言 熱軋生產(chǎn)工藝過程是一個將 加熱后的板坯變?yōu)榘寰淼倪^程，包括加熱、粗軋、熱卷箱、精軋及卷取機等生產(chǎn)工序，對軋線檢測元件的時序、測量精度、邏輯時序控制等軋制過程數(shù)據(jù)的要求高。但我廠以往對軋制過程數(shù)據(jù)的定量分析和故障分析沒有具體的數(shù)據(jù)記錄，不具備對大量軋制過程數(shù)據(jù)的分析能力，只能片面、孤立地分析，數(shù)據(jù)適時性差。由于現(xiàn)場生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性對過程數(shù)據(jù)的影響無法進行定量適時研究，對逐步優(yōu)化熱軋生產(chǎn)軋制工藝研究造成了困難。 為此，在 2004 年三期技改 統(tǒng)的改造項目中，配置了 1 臺 司生產(chǎn)的單機版 據(jù)采集系統(tǒng)，用于對粗軋軋制生產(chǎn)過程數(shù) 據(jù)的采集與記錄。在實際使用中，顯現(xiàn)出許多優(yōu)點，數(shù)據(jù)采集掃描時間短，可達到 1 以對現(xiàn)場時序邏輯進行精確分析；適時采集的數(shù)據(jù)量大，可對粗軋區(qū)軋線歷史軋制生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行適時定量分析及故障判斷；有強大的歷史數(shù)據(jù)保存功能，可以方便提取歷史數(shù)據(jù)進行分析。 由于 據(jù)采集系統(tǒng)突顯的眾多優(yōu)點，為了對熱軋生產(chǎn)全線的生產(chǎn)軋制數(shù)據(jù)進行采集和分析，定量掌握軋線數(shù)據(jù)（電機電流、輥縫值、速度值及檢測元件檢測信號等）的曲線分布情況，優(yōu)化軋線生產(chǎn)工藝。于2008 年 11 月，分別新增主傳動 統(tǒng)、粗軋 統(tǒng)及精軋 軋 統(tǒng)從 32 個模擬量和 32 個數(shù)字量升級為 64 個模擬量和 64個數(shù)字量。本文詳細介紹了熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、性能特點和實際應(yīng)用情況。 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)包括粗軋制系統(tǒng) 軋 統(tǒng) 傳動 統(tǒng) 集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)存入文件服務(wù)器中，整個系統(tǒng)設(shè)有 3 臺 戶端，可以對采集系統(tǒng)中的任一 集站選擇所需實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。系統(tǒng)配置如圖 1 所示。 2 系統(tǒng)設(shè)計 統(tǒng)是基于 的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運行在通用的 000 或者 P 上。它的信號輸入由專門的 負責(zé)，可以連接多種外部設(shè)備，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ( 過光纖連接）等。這些數(shù)據(jù)采集卡大多由德國 產(chǎn)，市場上絕大多數(shù) 可以直接與它們相連。具有伸縮自如的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)在最小化配置時也能發(fā)揮出全部功能，用于系統(tǒng)安裝、試運轉(zhuǎn)、查找設(shè)備的電氣或者機械故障、記錄現(xiàn)場狀況的情況中使用。 6以在 1 同時采集 2048 個信號（包括模擬和數(shù)字 量），采用據(jù)采集模塊，不管是隨時隨地的移動測量，還是工廠級別的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都可以伸縮自如。為有效提高數(shù)據(jù)采集量，熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)的機架至數(shù)據(jù)采集站之間連接均采用獨立式結(jié)構(gòu)，如圖 2所示。 2 P D A 客 戶 端主 傳 動 P D 器S i m a d y n - P A N G A N G P D AT o p o l o g y F O B B 4i S P C F 2F 4F 3室外光纜P D C - V E 3 8 6C s 2 2M M C - V E 3 8 6C s 2 2M M C - V E 3 8 6C s 2 2M M C - V E 3 8 6C s 2 2M M C - V E 3 8 6C s 1 4F 5M M C - V E 3 8 6C s 2 2F 6M M C - V E 3 8 6C s 2 2 跳 線1 P D A C l i e n R 2 上 輥M M C - V E 3 8 6C s 2 2mS i m a d y n - 下 輥F O B - S 9 0 7 0 &A n s a l d 9 0 7 0 # 1光 電 轉(zhuǎn) 換 器光電轉(zhuǎn)換器 C - V E 3 8 6S M 1 2 8 9 0 7 0 # 2 C - V E 3 8 6S M 1 2 8 9 0 7 0 # 3 C - V E 3 8 6S M 1 2 8 VA n s a l d o # 1 C - V E 3 8 6S M 1 2 8 VA n s a l d o # 2 C - V E 3 8 6S M 1 2 8 VA n s a l d o # 3 C - V E 3 8 6S M 1 2 8 B 4i S P C 機G E 9 0 7 0 A M S P D 器 B - 4 i - 跳 線T C S P D 器P D B - 4 i - 轉(zhuǎn) 換 器光 電 轉(zhuǎn) 換 器 光 電 轉(zhuǎn) 換 器光電轉(zhuǎn)換器室外光纜F I L E S E R V E 轉(zhuǎn) 換 器 光 電 轉(zhuǎn) 換 器光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器光 電 轉(zhuǎn) 換 器交 換 機光 電 轉(zhuǎn) 換 器文 件 服 務(wù) 器P D A C l i e n t2P D A C l i e n t3光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器光 電 轉(zhuǎn) 換 器光 電 轉(zhuǎn) 換 器光 電 轉(zhuǎn) 換 器F O B - 4 i - B - 4 i - 跳 線光 纖 跳 線從 站S i m a d y n - 9 0 7 0 R 1 P L C - V E 3 8 6C s 2 2M M C - V E 3 8 6C s 2 2G E 9 0 7 0 R 2 P L 1 2 8S M 1 2 8圖 1 熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)配置 R a n g 8A d d r e s s 1R a n g 8A d d r e s s 1T C S 1 T C S 2圖 2 系統(tǒng)機架至數(shù)據(jù)采集站之間的連接結(jié)構(gòu) 傳動 統(tǒng) 該系統(tǒng)整個設(shè)計是把 8 套 個光纖網(wǎng)絡(luò)，即粗軋的 主傳動和精軋的主傳動組成 1 個光纖網(wǎng)絡(luò)，采用 訊卡，與 行通訊。 塊用于站和從站的連接， 1 塊 個，每個從站使用 塊，可以高達 8 個從站被連接到塊，連接介質(zhì)使用光纖電纜。 這種結(jié)構(gòu)允許 統(tǒng)和所有主站處理器和連接到相同 口模塊的所有從站處理器進行通訊，相當(dāng)于 統(tǒng)。 制系統(tǒng) 系統(tǒng)的整個設(shè)計是將原有的 制系統(tǒng) 務(wù)器更換 1 塊 卡，將原有的 32 個模擬量和 32 個數(shù)字量信號升級為 64 個模擬量和 64 個數(shù)字量信號，并將 集軟件升級至最新版本。大大增加了對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集量，提高了分析數(shù)據(jù)的能力。 軋、精軋 統(tǒng) 系統(tǒng)的整個設(shè)計是在精軋 統(tǒng)架中插入 據(jù)采集卡，部數(shù)據(jù)與板卡通過 線方式傳輸數(shù)據(jù)，再通過光纖與粗軋、精軋 統(tǒng)務(wù)器的 訊卡進行數(shù)據(jù) 3 交換。通過新增 據(jù)采集系統(tǒng)，極大提高了對軋線基礎(chǔ)自 動化系統(tǒng)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)定量分析和處理故障的能力，進一步提升了對軋線歷史數(shù)據(jù)的存儲能力。 軋主軋線 據(jù)采集系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) 新增主傳動 統(tǒng)、新增粗軋及精軋 及升級后粗軋 統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)通過交換機與 件服務(wù)器相連，將采集的軋線生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲在文件服務(wù)器中， 3 臺 戶端通過交換機與上述四個區(qū)域的 統(tǒng)進行通訊，客戶端可對 務(wù)器采集數(shù)據(jù)選擇所需在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控更加方便與快捷。 3 熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)功能 熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、實時數(shù)據(jù)在線監(jiān)控分析、離線數(shù)據(jù)分析及報表的生成。 據(jù)采集 據(jù)采集功能是將熱軋生產(chǎn)線所需采集的過程數(shù)據(jù)，通過 卡送入 數(shù)據(jù)適時進行數(shù)據(jù)采集，采樣時間最小可達 1一個通道最大可采集 64 個模擬量和 64 個數(shù)字量信號，通過 I/采集信號進行信號標(biāo)識、量程變換及激活勾連配置，可對所需信號進行適時數(shù)據(jù)采集。通過將信號拖入數(shù)據(jù)顯示區(qū)，可對采集信號進行實時監(jiān)控，同時可對實時采集的信號進行放大和縮小，而 不影響數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。 據(jù)存儲 數(shù)據(jù)存儲方式分為信號觸發(fā)和無條件觸發(fā)兩種，信號觸發(fā)可根據(jù)采集的數(shù)據(jù)來觸發(fā)數(shù)據(jù)的存儲，這種方式可大大縮小存儲空間；無條件觸發(fā)是對所有配置的數(shù)據(jù)進行無條件觸發(fā)，監(jiān)控的數(shù)據(jù)量大，占用存儲空間大，為保證軋線數(shù)據(jù)的完整性，我廠采用無條件觸發(fā)方式。 數(shù)據(jù)的存儲位置可以選擇在本機或?qū)ｉT的文件服務(wù)器中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況我廠將數(shù)據(jù)集中存放在專門的文件服務(wù)器中，這種方式使過程數(shù)據(jù)的管理更加方便，便于數(shù)據(jù)的集中管理。 線數(shù)據(jù)分析 離線數(shù)據(jù)分析功能是采用 據(jù)采集系統(tǒng)配合使用，該軟件可以分析和編輯由錄的多種數(shù)據(jù)， 集的實時性決定了采集來的數(shù)據(jù)是未經(jīng)處理的 “扁平化 ”的海量數(shù)據(jù)， 過特定算法壓縮后存儲于*件中。 解壓功能可以讓維護人員方便地離線訪問 錄。采集數(shù)據(jù)進行離線分析，主要包括：波形分析、數(shù)據(jù)標(biāo)識、自動曲線顏色分配、數(shù)據(jù)最大值、最小值及平均值計算、函數(shù)計算功能等分析功能。 利用采集后的數(shù)據(jù)，調(diào)用所需數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)曲線，進行光標(biāo)定位讀取幅值、雙光標(biāo)讀取曲線在不同時間段的時間 及幅值差值，進行邏輯控制分析、數(shù)據(jù)大小分析，并能通過采集的多個數(shù)據(jù)進行函數(shù)變換形成新的函數(shù)信號，以求對信號進行綜合分析。 表生成 利用自動化采集系統(tǒng)已有數(shù)據(jù)，結(jié)合主軋線設(shè)備當(dāng)前狀況以及數(shù)據(jù)分析情況，利用件 式生成所需報表。管理及技術(shù)人員可通過系統(tǒng)生成的報表分析數(shù)據(jù)狀況及故障產(chǎn)生的原因，指導(dǎo)現(xiàn)場實際生產(chǎn)，掌握設(shè)備工作狀況。報表主要實現(xiàn)形式：曲線顯示、文本說明及生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表等。 4 系統(tǒng)應(yīng)用效果 熱軋主軋線數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)經(jīng)過半年多的運行，共分析故障 50 余次， 確認現(xiàn)場設(shè)備缺陷 70 多次。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對故障進行定量分析，找出了引起故障產(chǎn)生的原因，并根據(jù)產(chǎn)生的原因進行優(yōu)化改進，避免了設(shè)備重復(fù)故障的發(fā)生。同時根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備缺陷的相關(guān)數(shù)據(jù)，及時利用停軋檢修時間對相應(yīng)設(shè)備進行處理，減少了事故的發(fā)生。針對系統(tǒng)反映的設(shè)備狀態(tài)，對不受控的設(shè)備進行重點監(jiān)控，使設(shè)備檢修工作做到有的放矢，降低點檢技術(shù)人員的工作量，提高設(shè)備管理的工作效率。 4 （ 1） 解決故障處理過程中數(shù)據(jù)支撐薄弱的問題 以往在故障處理過程中，往往針對故障現(xiàn)象、故障信息以及時序邏輯關(guān)系等即時數(shù)據(jù)不能存儲，進行故障分析時，說 服能力差、故障點判斷準(zhǔn)確性弱，造成處理措施不當(dāng)，極易發(fā)生重復(fù)故障。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很好地解決了故障處理過程中的這些問題，為故障的分析和判斷提供了大量的實時數(shù)據(jù)支撐，使故障分析有理有據(jù)，而且經(jīng)過多個信號的綜合判斷，能準(zhǔn)確的找出故障產(chǎn)生的部位，并對工藝及設(shè)備進行優(yōu)化，避免重復(fù)故障的發(fā)生，有效降低了故障發(fā)生率。 （ 2） 提高設(shè)備管理效率 通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)，設(shè)備管理人員依靠對采集的實時數(shù)據(jù)進行分析，并結(jié)合傳統(tǒng)點檢方式，量化出設(shè)備的實際工作狀況，判斷出性能劣化設(shè)備，便于有效實施預(yù)防措施，大大提高了設(shè)