杨建学，李恩红，魏涛
摘要：本文根据安钢高线机组过程数据监控分析系统PDA（ProcessDataAccess）的应用情况，描述了过程数据监控分析系统的软硬件结构及基本功能，并以具体的故障实例分析了过程数据监控分析系统在高速线材生产实际中的应用情况与必要性。
关键词：过程数据监控分析系统；PDA
中图分类号：TP273文献标识码：B
高速线材生产线自动化程度高，生产现场设备及检测信号分散且数量多。生产实践中有很多疑难问题如不明原因的堆钢、不规律的自由停车等。过程数据监控分析系统连续监视记录过程运行信息，配合IBA数据分析终端使用，很大程度上解决了上述矛盾。
一、系统简介
1．系统组成
过程数据监控分析系统PDA由L2B8/8-F数据采集卡、PDA数据采集记录监视软件和IBAAnayzer数据分析软件三大部分组成。L2B8/8-F系列数据采集卡是面向SIEMENSSIMATICS7系列的产品，包括L2B1/2-F、L2B2/2-F、L2B4/8-F、L2B8/8-F等不同型号。PDA软件是数据采集记录的核心，并且包含系统摸板和数据通道设置、数据标定及误差控制实时监视窗日设置等功能，是PDA系统的重要组成部分。该软件遵循通用软件标准，采用标准应用窗口组件，实用界面友好。I-BAAnalyaer记录专用分析软件可显示数字量棒图、模拟量曲线。所有图形基于时序横轴；各模拟量曲线y轴独立，可分别自动或手动设定；标尺有多曲线同栏、多曲线多栏等显示方式，并可任意选定区域放大缩小；基于横轴可设定双游标，数据显示栏内显示游标设定点、当前数据、时基、数据值及差值等，信息分析操作简便、直观。
2．安钢高线电气自动化控制系统配置图
如图1所示，安钢高线机组轧线采用西门子控制系统，是典型的多控制主站、多级网络、客户端／服务器模式的控制系统。该系统采用八块S7400-416DP-2模板组成控制核心，分别控制加热炉入口区、轧线主传动区、飞剪区、轧线控制区、吐丝机区、斯泰尔摩集卷区、介质区和物料跟踪区，其中轧线主传动区、飞剪区，轧线控制区、吐丝机区，斯泰尔摩集卷区、物料跟踪区两两以同一机架的双CPU模式构成一个控制主站。CPU模板之间通过光纤以太网相连，进行数据传输，各区域控制CPU通过树型扩展的光纤Profibis-DP总线与现场ET200M操作台、站、箱等分布式终端相连。系统采用一台上位机操作员站服务器，提供四台操作员站的数据服务，操作员站与服务器之间是高速TCP/IP以太网，一台二级服务器实现轧制程序、物料跟踪功能。
该控制系统的组态、编程平台为西门子过程控制系统PCS7，预装标准模块库和线棒材控制模块库。过程控制系统PCS7采用面向对象的模块化技术，全面实现图形化编程。该平台功能强大，整合过程控制和顺序控制，是工控领域的典范之作。
二、应用范例
自2002年2月始，安阳高线机组多次出现无任何报警信息的精轧机（简称NTM）自动停车，每次事故都导致全线堆钢，处理时间长达1h，严重影响正常生产。故障现象非常奇怪，NTM在正常轧制过程中，实际转速突然直降为零，给定下降滞后于转速下降，NTM的速度下降引起上游机架的级联速调动作，最终轧线失控、全线堆钢。但除因堆钢引发的报警外，系统无任何有价值的报警信息。按正常逻辑，给定下降滞后于转速的下降，通常可确认故障原因为电机和装置失速。但经多方分析排查，排除了电机和传动装置引发故障的可能J吐。为找到故障原因，决定采用通过对过程数据监控分析系统PDA改造的方案达到全方位监控精轧机的目的。PDA的改造主要是增加32路位型数据通道和16路模拟量数据通道，针对精轧机信号采集的种类和数量作最大量扩展，对所有NTM运行条件信号进行监控。改造后的监控系统在2002年5月21日捕捉到NTM自由停车记录，清晰显示了事故发生的过程。见图1及其局部放大图图2。
图2
图3
图1、2中所示曲线2、3分别为NTM速度给定曲线和实际转速曲线。棒图由下至上分别为1-7。棒图1-5为NTM-MDV五个运行条件，为与关系，成为棒图6代表的NTM-MDV综合运行条件。棒图7为NTM-SDV综合运行条件。NTM-MDV功能块是PLC同NTM传动装置标准接口模块，实现传动装置控制字的传输状态字的读取及保护功能。NTM-SDV是NTM的运行方式控制功能块，负责处理运行方式本地远程切换、运行条件管理、报警信息显示等功能。NTM-MDV和NTM-SDV功能块都有各自的运行条件，并且都是常闭信号与关系，但NTM-SDV功能块的运行条件范围更广，并且具有运行条件丢失报警功能。NTM-MDV功能块响应事故级别最高运行条件，如油膜轴承高温、堆钢钓鱼线信号等，但没有运行条件丢失报警功能。
据两图可知，在游标1和2时间段内NTM-MDV第四运行条件丢失，时间间隔为70ms，NTM-MDV综合运行条件随之丢失，其运行条件丢失保护动作，NTM-MDV功能块给定封锁，传动装置响应，实际转速呈大幅下降趋势，导致NTM自动停车。NTM-MDV速度给定取自NTM-REF功能块，NTM实际转速来自传动装置，由NTM-MDV功能块反馈。NTM-REF功能块运行受NTM-SDV控制，NTM-SDV无保护动作，NTM-REF功能块便不取消速度给定。即出现如两图示实际转速下降，速度给定保持。两图示分析同现场实际情况十分吻合。
两图中NTM运行条件四为油膜轴承高温报警信号，常闭接点来自于摩根温控系统，继电器干接点同西门子轧线控制PLC交接但检查摩根温控系统记录并无此信号发出。经分析为电接点的耦合干扰信号。改造为中间隔离信号交接，至今再未发生类似事故。NTM-SDV功能块运行在OBI中，扫描周期270ms左右，NTM-MDV运行在OB37中，扫描周期60ms。运行条件四闪烁间隔70ms，扫描周期短，响应此信号，自动停车。NTM-SDV功能块所在OBI块扫描周期长没有捕获此信号，无报警显示，分析结果同监控信息相一致。
三、总结
综上所述，过程监控分析系统PDA提供过程运行数据可靠稳定，分析手段齐全，对解决疑难问题有较大帮助，具有较高的实用推广价值。