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使用与维护 第2 9 卷2 0 1 1 年第3 期 总第 1 5 3 期 I B A公司过程数据采集及分析系统在冶金企业中的应用 裴云李雁 志柳妞 武钢股份设备管理部武汉4 3 0 0 8 3 摘要介绍了I B A公司的过程数据采集和分析系统的硬件配置， 应用软件和通讯构成以及在冶金企业的 成功应用。 关键词过程数据采集应 用软件通讯应 用 冶金 系统 中随着西 门子工 业产 品 的大量使 用 ， 德国 I B A公司 的过程数据采集和分析 系统 简 称P D A ， 即P r o g r e s s D a ta A q u i s i t i o n 被广泛使用， 过 程数据分析系统 i b a A n a l y z e r ， 采集的数据有 主 传动直流系统、 新的工艺控制系统T D C 、 顺控系统 P C S 7 以及交流V V V F 传动等的参数， 采集的数据 有数字量， 有模拟量 ， 可同时进行大量数据的采 集、 分析和存档 ， 对采集的数据进行实时显示， 并 且可 以长期保存 。极大地方便 了调试数据分析和 故障诊断 ， 在 日常运行维护中， 用于故障的诊断和 生产参数 的查询 。I B A公 司的过程数据采集和分 析 系统具 有一定优势 ， 受 到技术人员 的喜爱 。现 就 I B A公司的过程数据采集和分析 系统 的硬件配 置 、 软件及应用进行初步分析和介绍。 1 I B A公司的过程数据采集和分析系统硬件 过程数据采集和分析系统是一个基于测量数 据的计算机采集系统 ， 它包 括 ①硬件部件 ， 用于 采样、 处理和传输信号。②P c 机的接口板。③软 件 ， 用于采集 、 在线显示 和在线存档 。④观察和分 析程序， 用于采集数据的进一步处理。 过程数据采集和分析系统概况如图 1 所示 ， 其 中P D A 0 1 和 P D A 0 2进 行数 据 的在线 采 集检 测 ， P D A O 0 对采集的数据进行存档和离线分析。 1 ． 1 P DA0 1 和 P DA 0 2 主机 硬件 P D A 0 1 、 P D A 0 2采 用 i b a R a c k l i n e I n d u s t r y P C 2 4 0 0 1 工控机 。 处理器是P e n t i u m 4 ， 2 ． 4 G Hz 1 2 8 MB Gr Mi k 51 2 MB DDRRAM 7 2 G B S C S I S C A硬盘 主板 5 X P C I ， 1 个用于 S C S I 的P C I ， l X A G P 集成的 1 0 ／ 1 0 0 Mb i t L A N 局域 网 I- - 7 PD PD P 口 显示 器 一 DA02P AHub f P h ll l 丝 l D l⋯ TT[ ll 一 1 ． 2 过程数据采集和分析 系统P DA 0 0 主机硬件 P D A 0 0是 离 线 服 务 器 ， 采 用 I n d u s t ry P C 2 4 0 0 1 工控机 ， 外挂一个多硬盘机架 ， 配置与过程 数据采集和分析系统P D A 0 1 相同， 但是采用 5 x ； 蛉 f I 奇 ＼ 、 e； 、 ； 矗 、 ； 备 ； 靠 ，、 ； { 蠕 矗 ＼ Z D R H 一 2 0 0 0 智能集中润滑系统自投放市场以来 ， 引起愈来愈多 的钢铁企业 的重视 ， 已广泛应用于 钢铁行业设备 如 高炉 、 烧结机 、 轧钢机 、 双边剪 等 润滑系统改造， 并收到显著成效。而我公司顺 应时代的发展， 首次在烧结机采用了更为先进的 Z D R H 一 3 0 0 0 智能集中润滑系统 ， 通过这次干油润 滑系统的成功改造证明， 智能集中润滑 、 网络挂 接 、 实时监控等先进技术给现代润滑领域带来了 一 次新的革命， 值得大力推广应用。 参考文献 [ 1 】 孟少农主编， 机崩0 加工工艺手册， 机械 工业 出版社， 1 9 9 1 【 2 】 郑修本、 冯冠犬合编， 机械制造工艺学， 机械工业出 版 社 ， 1 9 9 2 【 3 】 成大先主编， 机械设计手册， 化学工业出版社2 0 0 2 2 0 1 1 - 0 2 2 2 收稿 一 3 一 第2 9 卷2 0 1 1 年第3 期 总第 1 5 3 期 S 电 s d6观- 8 s 电6姚电 电6姚电6电 6也6观观、 86 、 0G 7 2 G B S C S I S C A硬盘， 对采集数据进行压缩存盘和 分析 。 2 P D A0 1 硬件配置及分析 2 ． 1 P DA0 1 与全局 数 据 管理 TDC的连 接 过程数据采集和分析系统 P D A 0 1 的主机板上 插有一块 F O B T D C板 ， 该板通过光纤 与过程数据 控制全局数据管理器 G D M 进行连接 ， 采集所有 过 程 数据 控 制 装 置 的数 据 ， 如 图 2所示 。G D M T D C的 C P 5 2 I O访 问 G D M的 存 储 器 板 C P 5 2 M O， FOB _T D C 与G D M T D C的C P 5 2 I O的一个空余接口 相连 ， 其他 8 台过程数据控制装置的 C P 5 2 A O板分 别 与 G D M T D C的 C P 5 2 I O的各通讯 口进行光纤连 接 1 ● GDM TDC ln 。 L 寸L _ 0 In 山 l口 l 0 U U 0 N V、 Mn ； 凸一 U U 一一 ’ l I n 3 一一 U 0 ’ l U v 、 U 0 0 _ 山 S i ma t i c TDC／ ．．． S i ma t i c TDC／ CO IT t lT t o n F u n c t i o n S t a n d 5 图2 P D A 0 1 与全局数据管理T DC的连接 2 ． 2 F OB- TDC板 的特 点 过程数据采集和分析系统 P D A 0 1 与全局数据 管理过程 数据控 制的连接通 过 F O B T D C接 口板 实现 特点如下 1 双向光纤连接 ， 速率 6 4 0 Mb i t ／ s 。 2 过程数据采集绝对抗噪声干扰。 3 与处理器板 F O B S D完全兼容 。 4 每个P C 机可以安装4 个F O T D C 卡。 F O B T D C要求 的 P C机硬件至少有一个 空闲 的P C I 兼容的插槽 ； 软件要求操作系统Wi n d o w s N T Wo r k s t a t i o n 4 ． 0 T M； P D A 4 ． 3 3版 本 或 更 高 ； i b a L o g i c V 3 ． 7 3 或更高。 一4一 使用与维护 2 - 3 过程数据控制中通道及信号设置 过 程数据控制 的所有 采集信号有 2 8 个 通道 即模板 ， 每个通道可定义3 2 个模拟量以及 3 2 个 数 字 量 。例 如 1 号模 板 是 过程 数 据 控制 “ S t a n d 1 ” ， 定义的采集信号有伺服 阀电流和压力实际值 等 3 2 个模拟量通道 ， 以及打开 、 闭合 、 跳闸 、 启动等 3 2 个数字量 3 P DA 0 2与控制装置的连接 3 ． 1 P DA0 2与 P L C的连接 P L C 可编 程控 制器 控 制装 置采用 S 7 4 0 0 ／ U R 2 ， 它与过程数据 采集和分析 系统 P D A 0 2的连 接 是通过 D P M6 4 进 行的 。D P M6 4是一种 P r o fi b u s D P 网监控装置， 用于P r o fi b u s D P 网上高速的数据 采集 ， 速度可达 1 2 Mb a u d 。D P M6 4 类似 于 P r o fi b u s D P 的从站 ， 可以进行模拟量和数字量的输入输出， 其特点 1 可以监控 6 4 个模拟量和数字量 ， 模拟量可 以是整型或者浮点型。 2 在 1 m s 问 ， 6 46 4 D P总线 数据 在装 置和 P L C 或其他连接的设备 问进行数据传递。 3 网监控装置 D P M6 4需要设置 1 个 地址是 奇数 或者 2 个 地址是耦数 D P 地址。 4 通过选取适 当的接 口， D P M6 4 可以连接到 P C s 、 P L C、 V ME总线等。 5 网监控装 置 D P M6 4 与连接 的设备 间的距 离可达 5 0 0 m。 6 通过前面板上 的D P 地址拨码容易进行配 置 ， 地址必须是 1 6 进制 。 7 3 个开关的意义见表 l 。 表 1 DP M6 4 开关的设置 开关 名称 描述 s 1 模式开关0 2 X 3 2 整型数 2 3 2 开关量 1 2 X 3 2 浮点数 2 3 2 开关量 2 2 2 8 s 7 浮点数 2 3 2 开关量 s 2 、 s 3 地址开关 偶地址该装置占用2 个相邻地址 奇地址该装置只占用 1 个地址， 第2 个从地 址不用 例 如 S 1 ／ 2 ／ 3 设置 为 3 ／ A ／ 0表示 D P M6 4采用 模式3 ， 地址是A 1 6 进制 ， 只使用了一个地址， 后 一 个地址 B没有激活 。 3 ． 2 P DA 0 2 与顺 控 系统 P CS 7 的连 接 s 7 4 0 0 ／ U R1 通过 D P M 6 4 模 块与 过程 数据采 使用与维护 集和分析系统P D A 0 2 进行耦合。各可编程控制器 P L C在过程数据采集和分析系统 中定义 0 到 2 7 个 模拟量和 3 2 个数字量 ， 分别 占用一个通道 。 3 ． 3 P DA 1 2与主传 动 的连接 主传 动通过 P a d u 8 模块与过程数据采集和分 析系统 P D A 0 2 进行耦合 ， 采集 了每个速度和电流 等 3 1 个模拟量以及接触器断开 、 闭合 和急停等 3 2 个数字量。 P a d u 8 是 8 个模拟量和 8 个数字量输入采集模 块 ， 数据 分 析单 元 P a d u是 P a r a l l e l A n a l o g D i g i t a l U n i t s 的简写 ， 即并行模拟量／ 数字量单元 ， P a d u 有 4种不 同类型 P a d u 8 、 P a d u l 6、 P a d u 3 2 、 P a d u 3 2 R ， 用 于 数 据 的 采 集 以及 控 制 功 能 ， 采 样 频 率 是 l k H z 。P a d u 特别适于下列应用 过程数据采集 、 调 试 、 故障诊断 、 错误检测和移动检测 。所有 P a d u 通 过光纤电缆连接 L i n k ， 每个连接最多可以连接6 4 个模拟量加 6 4 位数字量 即2 P a d u 3 2 ， 8 P a d u 8 。 每个装置有 88 个检测通道 ， 每个装置的站 地址 在 l ～ 8 之间 是唯一的 ， 如果光纤链上 2 个装 置 的地址一样 ， 则后一个装置将把另一个装置的 内容覆盖。 3 ． 4 P D A0 2 与 交流 变频 传 动的连 接 西 门 子 矢 量 变 频 装 置 驱 动 ， S L B S i m o l i n k b o a r d 板用于将传动设备和过程数据控制连接 ， 并 且组成 S i mo l i n k ， 每个 S L B板都 是 S i m o l i n k 上 的一 个节点， 节点数限制到 ；4 个。S i m o li n k 传动连接用 于快速传递不同传动间的数据， 所有节点在物理 上构成一个 闭环 。每个节点间的数据通过光纤电 缆传递。S L B 板需要2 4 V 外部电源， 这样即使整流 器／ 逆变 器失 电情 况下 ， 也能保证 S i m o l i n k的数据 传输。交流变频在P D A的每个通道上设置3 2 个模 拟量进行数据采集。 4 过程数据控制的系统软件 以及通道设置 4 ． 1 过程 数据 控 制 的 系统 软件 数据采集系统安装的系统软件主要是过程数 据控制 以及 i b a A n a l y z e r 。过程数据控制软件是 以 3 2 位模式编译的， 在线显示／ 采集只能在Wi n d o w s N T 4 ． 0 T M环境下运行 ， 它包括 1 P D A ． e x e P D A核心程序 。 2 P D A ．s v s 一各硬件的驱动软件。 3 P D A． i n i 一初始化及配置文件。 4 P D A． k e y 一软件配置文件。 过程数据采集和分析系统P D A在线软件的3 第 2 9 卷 2 0 1 1 年第 3 期 总第 1 5 3 期 个主要功能 ①数据采集的多个可能接 口的组 织。②进行无纸化图形记录， 最多可以支持4 8 个 屏幕的曲线显示。③将采集的数据进行磁盘存档。 为了进行 离线的数据分析 以及处理 ， 还安装 了i b a A n a l y z e r V 3 ． 3 2 软件 ， 该程序提供 了统计和数 学 的分析工具用 于数据分析 ， 功能包括图形化的 信号选择接 口、 图形化分析选择 以及 内置分析宏 能力。 4 ． 2过程 数据控 制 系统 的 通道 以及信 号设 置 I B A公司的器件 可以测量工业应用中的几乎 所有信号， 电压从 V到交直流4 0 0 V， 电流从m A 到6 0 A， 热电耦 、 R T D和S S I 等都可以作为输入信号 接入。可 以连接信号的数量和模块的数量与采用 的软件有关 见表 2 。 表2 系统软件及通道设置 软件 模拟信号 数字信号的数量 模块的数量 根据所需 要的 F O B卡数量和信号的数量 ， 最 多可占用4 个 P C I 插槽。各 P L C 可编程控制器 在 过程数据控制 中分别 占用一个通道 ， 每个通 道可 以定义 0 到 2 7 个模拟量和 3 2 个数字量 ； 而新 的工 艺控制系统 T D C装置 占用 3 1 个通道 ， 每个通道可 以定义 3 2 个模拟量和 3 2 个数字量。 5结论 I B A公司的过 程数据采集和分析系统在武钢 进行 了成功的应用。在热轧线上 ， 应用该软件速 度波形的实际值与反馈值的波形异常和尖峰波 的 出现， 准确地判断出现场编码器的故障， 提高了故 障处理的速度。在炼钢厂， 通过对操作台开关量 计 录时问的长 短 ， 准确地判断 出操作工是否按标 准操作， 为事故的定性分析提供了数据， 极大地方 便 了事故分析 和 日常运行维护 ， 同时在生产过程 中可进行大量数据的实时采集、 分析和存档， 对采 集的数据进行实时显示 ， 并且可以长期保存 ， 为系统 优化提供数据支撑。该系统具有广泛的应用前景。 2 0 1 1 - 3 -1 1 收稿 一 5 一