热轧主轧线数据自动采集系统研究及应用

1 热轧主轧线数据自动采集系统研究及应用 万光军 （攀钢钒热轧板厂） 摘 要 ： 攀钢热轧主轧线在实际生产应用过程中，尤其是在故障处理和分析过程中，需要系统具备能够高速、实时记录指定信号的功能。基于此要求，结合原有系统的设备状况，项目组采用德国司的 统建立了高效适用的数据记录和分析系统。介绍了热轧板厂 统的特点和组态，并针对热轧主轧线数据自动化采集系统在现场的应用效果进行了阐述。 关键词 ： 热轧主轧线；数据自动化采集系统； 据分析；联网；应用效果 0 引言 热轧生产工艺过程是一个将 加热后的板坯变为板卷的过程，包括加热、粗轧、热卷箱、精轧及卷取机等生产工序，对轧线检测元件的时序、测量精度、逻辑时序控制等轧制过程数据的要求高。但我厂以往对轧制过程数据的定量分析和故障分析没有具体的数据记录，不具备对大量轧制过程数据的分析能力，只能片面、孤立地分析，数据适时性差。由于现场生产工艺的复杂性对过程数据的影响无法进行定量适时研究，对逐步优化热轧生产轧制工艺研究造成了困难。 为此，在 2004 年三期技改 统的改造项目中，配置了 1 台 司生产的单机版 据采集系统，用于对粗轧轧制生产过程数 据的采集与记录。在实际使用中，显现出许多优点，数据采集扫描时间短，可达到 1 以对现场时序逻辑进行精确分析；适时采集的数据量大，可对粗轧区轧线历史轧制生产数据进行适时定量分析及故障判断；有强大的历史数据保存功能，可以方便提取历史数据进行分析。 由于 据采集系统突显的众多优点，为了对热轧生产全线的生产轧制数据进行采集和分析，定量掌握轧线数据（电机电流、辊缝值、速度值及检测元件检测信号等）的曲线分布情况，优化轧线生产工艺。于2008 年 11 月，分别新增主传动 统、粗轧 统及精轧 轧 统从 32 个模拟量和 32 个数字量升级为 64 个模拟量和 64个数字量。本文详细介绍了热轧主轧线数据自动化采集系统的结构原理、性能特点和实际应用情况。 1 系统结构组成 热轧主轧线数据自动采集系统包括粗轧制系统 轧 统 传动 统 集的数据通过以太网存入文件服务器中，整个系统设有 3 台 户端，可以对采集系统中的任一 集站选择所需实时数据进行监控。系统配置如图 1 所示。 2 系统设计 统是基于 的高性能数据采集系统，运行在通用的 000 或者 P 上。它的信号输入由专门的 负责，可以连接多种外部设备，如模数转换器 ( 过光纤连接）等。这些数据采集卡大多由德国 产，市场上绝大多数 可以直接与它们相连。具有伸缩自如的系统结构，整个系统在最小化配置时也能发挥出全部功能，用于系统安装、试运转、查找设备的电气或者机械故障、记录现场状况的情况中使用。 6以在 1 同时采集 2048 个信号（包括模拟和数字 量），采用据采集模块，不管是随时随地的移动测量，还是工厂级别的数据采集系统都可以伸缩自如。为有效提高数据采集量，热轧主轧线数据自动化采集系统的机架至数据采集站之间连接均采用独立式结构，如图 2所示。 2 P D A 客 户 端主 传 动 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室外光缆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 线1 P D A C l i e n R 2 上 辊M M C - V E 3 8 6C s 2 2mS i m a d y n - 下 辊F O B - S 9 0 7 0 &A n s a l d 9 0 7 0 # 1光 电 转 换 器光电转换器 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 机G E 9 0 7 0 A M S P D 器 B - 4 i - 跳 线T C S P D 器P D B - 4 i - 转 换 器光 电 转 换 器 光 电 转 换 器光电转换器室外光缆F I L E S E R V E 转 换 器 光 电 转 换 器光电转换器光电转换器光 电 转 换 器交 换 机光 电 转 换 器文 件 服 务 器P D A C l i e n t2P D A C l i e n t3光电转换器光电转换器光 电 转 换 器光 电 转 换 器光 电 转 换 器F O B - 4 i - B - 4 i - 跳 线光 纤 跳 线从 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图 1 热轧主轧线数据自动采集系统配置 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图 2 系统机架至数据采集站之间的连接结构 传动 统 该系统整个设计是把 8 套 个光纤网络，即粗轧的 主传动和精轧的主传动组成 1 个光纤网络，采用 讯卡，与 行通讯。 块用于站和从站的连接， 1 块 个，每个从站使用 块，可以高达 8 个从站被连接到块，连接介质使用光纤电缆。 这种结构允许 统和所有主站处理器和连接到相同 口模块的所有从站处理器进行通讯，相当于 统。 制系统 系统的整个设计是将原有的 制系统 务器更换 1 块 卡，将原有的 32 个模拟量和 32 个数字量信号升级为 64 个模拟量和 64 个数字量信号，并将 集软件升级至最新版本。大大增加了对现场生产数据的采集量，提高了分析数据的能力。 轧、精轧 统 系统的整个设计是在精轧 统架中插入 据采集卡，部数据与板卡通过 线方式传输数据，再通过光纤与粗轧、精轧 统务器的 讯卡进行数据 3 交换。通过新增 据采集系统，极大提高了对轧线基础自 动化系统生产过程数据定量分析和处理故障的能力，进一步提升了对轧线历史数据的存储能力。 轧主轧线 据采集系统联网 新增主传动 统、新增粗轧及精轧 及升级后粗轧 统的光纤网络通过交换机与 件服务器相连，将采集的轧线生产数据存储在文件服务器中， 3 台 户端通过交换机与上述四个区域的 统进行通讯，客户端可对 务器采集数据选择所需在线监控数据，使数据采集及监控更加方便与快捷。 3 热轧主轧线数据自动采集系统功能 热轧主轧线数据自动采集系统功能主要包括数据采集、数据存储、实时数据在线监控分析、离线数据分析及报表的生成。 据采集 据采集功能是将热轧生产线所需采集的过程数据，通过 卡送入 数据适时进行数据采集，采样时间最小可达 1一个通道最大可采集 64 个模拟量和 64 个数字量信号，通过 I/采集信号进行信号标识、量程变换及激活勾连配置，可对所需信号进行适时数据采集。通过将信号拖入数据显示区，可对采集信号进行实时监控，同时可对实时采集的信号进行放大和缩小，而 不影响数据采集的连续性。 据存储 数据存储方式分为信号触发和无条件触发两种，信号触发可根据采集的数据来触发数据的存储，这种方式可大大缩小存储空间；无条件触发是对所有配置的数据进行无条件触发，监控的数据量大，占用存储空间大，为保证轧线数据的完整性，我厂采用无条件触发方式。 数据的存储位置可以选择在本机或专门的文件服务器中，根据现场实际情况我厂将数据集中存放在专门的文件服务器中，这种方式使过程数据的管理更加方便，便于数据的集中管理。 线数据分析 离线数据分析功能是采用 据采集系统配合使用，该软件可以分析和编辑由录的多种数据， 集的实时性决定了采集来的数据是未经处理的 “扁平化 ”的海量数据， 过特定算法压缩后存储于*件中。 解压功能可以让维护人员方便地离线访问 录。采集数据进行离线分析，主要包括：波形分析、数据标识、自动曲线颜色分配、数据最大值、最小值及平均值计算、函数计算功能等分析功能。 利用采集后的数据，调用所需数据形成数据曲线，进行光标定位读取幅值、双光标读取曲线在不同时间段的时间 及幅值差值，进行逻辑控制分析、数据大小分析，并能通过采集的多个数据进行函数变换形成新的函数信号，以求对信号进行综合分析。 表生成 利用自动化采集系统已有数据，结合主轧线设备当前状况以及数据分析情况，利用件 式生成所需报表。管理及技术人员可通过系统生成的报表分析数据状况及故障产生的原因，指导现场实际生产，掌握设备工作状况。报表主要实现形式：曲线显示、文本说明及生成相应的数据报表等。 4 系统应用效果 热轧主轧线数据自动化采集系统经过半年多的运行，共分析故障 50 余次， 确认现场设备缺陷 70 多次。通过数据采集系统对故障进行定量分析，找出了引起故障产生的原因，并根据产生的原因进行优化改进，避免了设备重复故障的发生。同时根据现场设备缺陷的相关数据，及时利用停轧检修时间对相应设备进行处理，减少了事故的发生。针对系统反映的设备状态，对不受控的设备进行重点监控，使设备检修工作做到有的放矢，降低点检技术人员的工作量，提高设备管理的工作效率。 4 （ 1） 解决故障处理过程中数据支撑薄弱的问题 以往在故障处理过程中，往往针对故障现象、故障信息以及时序逻辑关系等即时数据不能存储，进行故障分析时，说 服能力差、故障点判断准确性弱，造成处理措施不当，极易发生重复故障。数据采集系统很好地解决了故障处理过程中的这些问题，为故障的分析和判断提供了大量的实时数据支撑，使故障分析有理有据，而且经过多个信号的综合判断，能准确的找出故障产生的部位，并对工艺及设备进行优化，避免重复故障的发生，有效降低了故障发生率。 （ 2） 提高设备管理效率 通过数据采集系统的检测数据，设备管理人员依靠对采集的实时数据进行分析，并结合传统点检方式，量化出设备的实际工作状况，判断出性能劣化设备，便于有效实施预防措施，大大提高了设