变频传动装置故障数据连续自动记录方法.doc

变频传动装置故障数据连续自动记录方法 第38卷第5期xx年9月冶金自动化Metallurgical IndustryAutomation V0138No5Sepxx传动与控制doi103969jissn1000-7059xx05011变频传动装置故障数据连续自动记录方法刘东，毛伟，王云波，岳淳(中冶京诚工程技术有限公司电气与自动化工程技术所，北京100176)摘要基于西门子变频传动装置故障数据触发记录模式，采用树莓派单板机作为核心控制器，实现了装置故障数据连续自动记录功能。 利用传动装置内置的自由功能块，采用USS协议最优报文结构实现触发条件的自动配置，实现了高效、可控的连续重复触发机制。 通过以太网FTP服务程序完成了数据的有效、可控传输，并且提供多种数据文件格式以及历史数据合并功能。 该方法为变频器传动装置故障信息分析、定位和排查，提供了更多的数据支持，减少了变频传动装置故障停机导致的减产。 关键词传动装置；故障数据记录；树莓派；重触发机制；USS协议优化文献标志码B10007059 (xx)05-0053-05Continual andautomatic recordingm ethodfor fault data ofvariable-frequency drive sets LIUDong，MAO W ei，W ANGYunbo，YUE Chun(ElectricalAutomation Division，Capital EngineeringResearch IncorporationLimited，Bei jing100176，China)AbstractBased onthe singletriggering modeof tracefunction forSimatic drivesets，we implementcontinual andautomatic recordingof faultdata fromSimatic drivesets byusing Raspberry Pi puter asthe kernelcontrollerWealso implementthe continuousretriggering mechanismin aneff icientand controlledway byusing thebuiltin freefunction blockand theoptimal USStelegram structureto automaticallyconf igurethe triggerconditionThe ef icientand controlledtransmission of data isachieved throughthe etherFTP serviceFunctions suchas multipleformats for fault recordingf ilesand historydata binationare providedThis methodgives lotsofdatasupport forfaultanalysis，location andcheckand thusreduces productionlOSS dueto SimaticdrivesetsfauhKey wordsdriveset；faultdatarecording；Raspberry Pi；retriggering mechanism；USS protocolopti-mization0引言作为冶金自动化、传动领域的重要装置，西门子变频传动装置?一直以来都提供了丰富的接口、强大的功能、良好的性能，深受冶金领域广录功能，现在已经成为工程调试人员的重要调试手段和唯一的参数调整依据，在设备故障定位、分析和处理过程中，也发挥着重要的作用。 故障数据记录基于各种条件的触发记录模式，成为故大客户的欢迎。 特别是装置内置的曲线数据记障复现、数据窥探的唯一模式，在节省存储空间xx-01-21作者简介刘东(1984一)，男，山西大同人，工程师，硕士，主要从事变频传动和轧制自动化控制方面的工作。 冶金自动化第38卷的同时，也方便了客户的故障定位、数据抓取。 西门子传动装置受限于8kB的存储空间，通过故障数据记录功能、根据用户设定的记录数据，自动进行参数检查、内部数据空间分配等工作。 装置基本采样时间为12ms，最多只能记录06144s的有效数据。 与此同时，单次故障触发记录机制无法实现数据的连续记录。 如此少量的数据信息给用户带来了诸多不便。 为了解决上述问题，基于西门子变频传动装置触发模式的曲线数据记录方式，笔者开发了以树莓派控制器为核心的智能“黑匣子”装置，利用变频传动装置现有的数据资源和高级扩展功能，给出了一种连续自动触发的故障数据记录方法，并采用最优USS报文，实现装置故障状态前后重要信息以多种文件格式永久保存，还可将历史数据分发到网络上的多个工程师站，为将来的故障定位、分析、处理提供良好的数据基础。 该智能“黑匣子”装置已经完成了实验室内部测试，测试效果良好，正在逐步完善和推广。 1装置设计智能“黑匣子”装置以树莓派控制器作为主控制器、以开源Linux操作系统为基础平台。 树莓派(RaspberryPi)控制器是一款简易型单板机，由英国树莓派基金会全力支持。 树莓派以博通公司生产的BCM2835处理器为核心CPU，配备了256MB内存，外部可扩展sD卡存储器，拥有2个USB接口和1个以太网接口。 通过外置sD卡，树莓派控制器可以轻松将硬盘扩展至32GB，用于保存操作系统文件和用户数据，完全可以实现核心重要数据的永久记录。 通过基本的对外接Ll，可以与其他设备共同执行更加复杂的任务，实现更加灵活的工作。 作为一款开源单板计算机，英国树莓派基金会开放了所有硬件原理图和PCB布局，提供了基于ARM架构的Debian、Arch Linux和Fedora等操作系统的下载，并且支持Python、BBC Basic、c和Perl等编程语言。 通过成熟的开源操作系统，树莓派控制器可以实现全部的文件系统读写操作，方便编程人员和用户直接使用已有的资源，对于项目移植也具备良好的接口。 通过预制的触发条件，树莓派控制器自动将触发逻辑转换为参数配置脚本。 利用西门子变频传动装置内嵌的高级自由功能块参数读写功能，将故障触发记录的所有配置参数，通过串口写入到变频器传动装置内部，并且还进行多次参数校验，确保了配置信息的准确。 通过RS232串行接口，树莓派控制器将设定的西门子变频传动装置内部的故障数据记录上传到sD卡中；再利用树莓派操作系统已有的FTP服务器程序，将SD卡上的所有历史数据完整上传到生产线的工程师站，为日后的设备检修、装置维护提供基础运行数据，并且为将来的故障定位提供对比的参数。 2设计实现笔者利用西门子自由功能块，给出了一种新的、高效的连续触发机制实现方法，既保证了数据的可靠读写，又保证了触发条件的快速重新恢复；在详细分析USS协议的基础上，进行报文长度的最优化分析，给出采集不同数量曲线的报文长度最优值，为工程应用提供了良好的理论支持；利用开源树莓派控制器的操作系统，提供多种数据文件记录格式和高级的历史数据合并功能。 21采用连续故障触发机制由于内部存储空间有限，因此西门子变频传动装置采用触发机制实现对内部数据的跟踪记录，这样做虽然避免了大量无效数据的干扰，但同时也带来一个问题现场工程师根据已有的调试经验，预先设定触发条件，当故障发生后需要立即下载记录数据，否则记录的所有宝贵数据将消失得无影无踪。 但是，当变频传动装置记录故障数据的时候，如果现场工程师同时在下载故障数据，就会导致数据读写冲突，进而导致故障数据记录失败。 因此，对于已经正常工作的生产线或者常态化数据采集，变频传动装置原有的数据触发机制早已无法满足日常设备维护和检修工第5期刘东，等变频传动装置故障数据连续自动记录方法57在不断记录各类故障数据信息并保存到本地磁盘的同时，智能“黑匣子”装置还提供数据文件合并功能，可将不同时期的多个故障数据文件合并到同一个文件中，便于对比观察和综合数据分析，使工程人员的精力更多地集中于处理装置故障本身，定位故障信息时刻和故障数据处理。 3故障数据记录流程通过树莓派控制器自身具备的基本串口读写功能，智能“黑匣子”装置上电启动后，无需用户操作和干预，就会自动进入故障数据连续自动记录模式。 如果用户希望启用新的触发模式，则检查当前装置的触发配置参数值和新的触发模式配置文件，对比各个数据的差异后，对有差异的故障触发参数重新进行配置，减少了不必要的参数配置过程，加快了参数配置节奏。 当检测到有效的故障触发数据后，智能“黑匣子”装置首先判断故障数据信息是否完整，等待数据完整后，选择需要读取的数据曲线，根据数据长度切换数据区域，读取有效的记录数据，并将故障信息数据完整地记录在本地磁盘中，具体流程如图4所示。 在读取所有故障数据后，为了实现故障记录数据的消息触发机制，智能“黑匣子”装置将标记“本次故障记录数据保存结束”，并且标记“当前装置有新的故障信息到达”，然后推送相关的消息给工程师站，将该记录文件置位为有效，同时还为其他授权客户端提供FTP文件下载功能。 本次故障信息保存记录完毕后，智能“黑匣子”装置通过USS协议自动使能下一次故障触发条件，以等待下一次故障触发。 4总结针对西门子变频传动装置的曲线数据记录功能局限性，本文给出了一种连续自动记录方法，利用USS协议最优报文传输模式，将变频传动装置内部的记录数据源源不断地采集到智能“黑匣子”装置中，并使原始数据被永久保存，同时提供兼容西门子DriveMonitor调试软件和iba Analyzer数据分析软件的文件格式，还提供历史、塑r-一读取触发条件脚本l=二=I设置触发参数J雨选择下一条曲线二二Es-选择数据区域J兰竺Y图4“黑匣子”系统状态流程图Fig4Flow chart ofstates forblack boxsystem数据合并功能将所有关键数据集中、对比展示，便于故障信息分析、定位和排查。 通过完整地分析USS协议，本文给出了网络通信最优报文数据，使得智能“黑匣子”装置一直运行在网络最优状态下，为自动连续触发提供了最快的恢复时间。 基于内嵌的以太网接口，智能“黑匣子”装置可以通过FTP服务为授权的工程师站、其他客户端提供更加详尽的历史记录数据，实现了零级设备的物联网基础平台构建。 西门子变频传动装置内置两个串行接口，智能“黑匣子”装置采用独立于DriveMonitor调试软件的接EI，保证了数据的有效读写和分配，但与此同时，也为工程应用带来了很多工作量，使得装置和软件的友好性、兼容性有所欠缺。 因此，如何更好地兼容已有装置和系统是本文下一步工作的重点。 (下转第72页)圃72冶金自动化第38卷2O1O0Q一1O一20叠1鲫(轧制道次xx0Q一1O一20盘蔫焘意曛123r一5I轧制道次(a)优化前(b)优化后图5优化前后带钢中部轧制力D对比Fig5Comparison ofstr ipmiddle DPbefore andafter optimization32带钢纵向厚度超差长度对比以3m为评价指标，根据存储的实际厚度数据统计轧制力优化前33卷带钢和优化后20卷带钢的轧制产品头部(头部50m)、尾部(尾部30in)和中部(除去头部和尾部的中间部分)的厚度超差长度平均值，各值均明显减小，其中头部由1923Ill减小到1073m，中部由552m减小至0081m，尾部由824m减J、至0414m。 因止匕可以将这次优化试验的参数直接应用于二级系统进行2O辊森基米尔轧机生产。 优化结果投入L2系统以来，S12钢种的轧制力偏差一直保持在6以内。 4结束语通过对本次试验对比分析结果可知，优化后带钢的轧制力精度得到提高，带钢的厚度超差长度有效减小，将试验优化参数投入现场系统以来，轧制力偏差至今保持在6以内，因此通过该优化方法能够达到提高带钢厚度控制精度和成材率的目的。 对于其他的钢种和冷轧带钢生产线，可以采用相同的办法进行优化。 该优化方法主要根据人工经验对轧制力偏差进行调整，简单方便，便于操作。 (上接第57页)参考文献1西门子服务团队SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全EBOL(xx1129)adsiemenseomdownloaddocMessageaspx ID6900&loginlD=&srno=&sendtime=参考文献1潘纯久二十辊轧机及高精度冷轧带钢生产M北京冶金工业出版社，xx2孙一康，童朝南，彭开香冷轧生产自动化技术M北京冶金工业出版社，xx3丁修垄，张殿华，王贞祥，等高精度板带钢厚度控制的理论与实践M北京冶金工业出版社，xx4刘相华，胡贤磊，杜林秀轧制参数计算模型及其应用M北京化学工业出版社，xx5杨节轧制过程数学模型M北京冶金工业出版社，19936孙一康冷热轧板带轧机的模型与控制M北京冶金工业出版社，xx7王飞，刘顺心冷轧变形抗力模型研究J冶金自动化，xx，38 (1)60-628王生朝，欧玲冷轧铝板摩擦系数模型建立J金属材料与冶金工程，xx，35 (11)3