摘  要  在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，對(duì)各區(qū)域生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控集中管理，利用現(xiàn)有以太網(wǎng)傳輸信號(hào)，調(diào)取模擬量，數(shù)字量數(shù)據(jù)，調(diào)取內(nèi)部程序，采用集中數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)的使得，為后期維護(hù)和故障的查找更方便快捷。通過一系列的整改消除了故障誤判和診斷時(shí)間，為棒材生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)減少了由于故障停機(jī)造成的動(dòng)力能源浪費(fèi)及產(chǎn)生的人工費(fèi)用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞  網(wǎng)絡(luò)通訊  PC  PLC 數(shù)據(jù)跟蹤

1  前言

安寧公司本部棒線廠設(shè)備區(qū)域的加熱爐、軋機(jī)區(qū)、冷床區(qū)、精整區(qū)等控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用GENIUS BUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個(gè)工藝線上的設(shè)備由4臺(tái)監(jiān)控站（HMI）進(jìn)行，在最近幾年生產(chǎn)過程中，原有的監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)不能及時(shí)反映出設(shè)備運(yùn)行情況和故障報(bào)警的準(zhǔn)確性，出現(xiàn)誤報(bào)的情況，現(xiàn)有人員設(shè)置，對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備無法快速甄別故障源，導(dǎo)致處理時(shí)間過長(zhǎng)，極大影響了整個(gè)棒材線正常的生產(chǎn)。

2  軋線設(shè)備自控系統(tǒng)及人機(jī)以太網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.1 棒材軋線自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

棒材軋線控制系統(tǒng)是自動(dòng)化控制系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，按GE公司對(duì)軋機(jī)設(shè)備采用90-70作為軋線PLC系統(tǒng)的主站。主要由操作室監(jiān)控站、軋機(jī)傳動(dòng)裝置、本地I/O站，遠(yuǎn)程I/O站等。其余各站點(diǎn)采用90-30PLC系統(tǒng)作主站，控制各區(qū)域相關(guān)的變頻器、本地I/O站，遠(yuǎn)程I/O站，各PLC站通過各級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)及與電氣傳動(dòng)控制、實(shí)現(xiàn)各區(qū)域設(shè)備運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的交換。

2.2 GE FanucPLC的構(gòu)成

2.2.1 主軋區(qū)PLC系統(tǒng)

1）主軋區(qū)PLC2A系統(tǒng)由GE Fanuc提供的系列90-70 PLC構(gòu)成主站，主要設(shè)置： 基于Intel的CPU處理器，電源模塊和機(jī)架，I/O模塊、模擬量I/O模塊 、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)接口單元、本地I/O等構(gòu)成。

2）其它區(qū)域PLC系統(tǒng)由GE Fanuc提供系列90-30 PLC構(gòu)成主站，主要設(shè)置：  CPU374處理器、電源模塊、I/O模塊、分布式I/O通信模塊、本地I/O等構(gòu)成。用于在生產(chǎn)過程設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、處理與控制，還用于各區(qū)域DV300、變頻器、液壓站等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3）本地I/O和遠(yuǎn)程I/O站主要設(shè)置：GE Fanuc開發(fā)的VersaMax PLC CPUNIU、電源及電源輔助底座，通訊模塊、I/O模塊（包括數(shù)字輸入，數(shù)字輸出）、I/O底座 。

2.2.2 棒材線軋線監(jiān)控站（HMI）系統(tǒng)

軋線監(jiān)控系統(tǒng)由4臺(tái)監(jiān)控站（HMI）構(gòu)成，其中2臺(tái)設(shè)在主軋線CS4操作室用于監(jiān)控軋機(jī)區(qū)設(shè)備運(yùn)行狀況，2臺(tái)分別設(shè)在CS5 、CS6操作室分別用于監(jiān)控冷床區(qū)和精整區(qū)設(shè)備運(yùn)行狀況。

—— 監(jiān)控站計(jì)算機(jī)配置：

監(jiān)控站主機(jī)采用工控機(jī)，配置表如表1所示。

表1  監(jiān)控站主機(jī)配置

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)及通訊

整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置三層通信：以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP、GENIUS BUS，主要通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為以太網(wǎng)交換機(jī)和總線通訊模塊。

1）各區(qū)域遠(yuǎn)程I/O站通過GENIUS BUS進(jìn)行通信。

2）各區(qū)域PLC主站和傳動(dòng)裝置、變頻器、各區(qū)域遠(yuǎn)程I/O站通過現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP  進(jìn)行通信

3）各站操作室監(jiān)控HMI和PLC之之間采用以太網(wǎng)通信。

棒材線生產(chǎn)各區(qū)域由主站GE90-30CPU、I/O遠(yuǎn)程站、傳動(dòng)裝置、變頻器組成。其中以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  80萬噸棒材線PLC以太網(wǎng)系統(tǒng)圖

3  增加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)原因及過程

在最近幾年生產(chǎn)過程中，原有的監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)不能及時(shí)反映出，設(shè)備運(yùn)行情況和故障報(bào)警的準(zhǔn)確性，出現(xiàn)誤報(bào)的情況，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)故障出現(xiàn)的時(shí)候，當(dāng)班的電氣維護(hù)人員因?yàn)檎`報(bào) ，增加了查找和排除故障時(shí)間，大大的降低了生產(chǎn)率。

由于在80萬噸調(diào)試期間原有的監(jiān)控系統(tǒng)沒有增加實(shí)時(shí)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，在故障發(fā)生時(shí)不能對(duì)相應(yīng)的設(shè)備點(diǎn)，調(diào)取相關(guān)歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，只能憑經(jīng)驗(yàn)和人為判斷來處理，導(dǎo)致查找不準(zhǔn)確，處理時(shí)間長(zhǎng)，特別是一些偶發(fā)間斷性故障，因?yàn)闊o歷史數(shù)據(jù)的充采集，無法對(duì)事故進(jìn)行預(yù)判和預(yù)防處理，導(dǎo)致一些事故擴(kuò)大，造成停機(jī)。

圖2  現(xiàn)使用的監(jiān)控畫面

增加一套實(shí)時(shí)的跟蹤系統(tǒng)勢(shì)在必行，現(xiàn)場(chǎng)勘察后，決定在ER2電氣值班室里增加軋線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置1臺(tái)監(jiān)控站（HMI），八芯以太網(wǎng)線20米，水晶頭兩個(gè)。

—— 新增HMI監(jiān)控計(jì)算機(jī)技術(shù)規(guī)格：

新監(jiān)控站主機(jī)采用工控機(jī)如表2所示。

表2  新增工控機(jī)配置

現(xiàn)場(chǎng)增加一根以太網(wǎng)線網(wǎng)線與PLC2A的SWTGCH相連，從PLC2A拓?fù)渚W(wǎng)中調(diào)取需要的數(shù)據(jù)。

在解決了硬件問題后，通過對(duì)比，選擇了ibaAnalyzer、kEPServerExV4.0、SIMATIC WINCC Explorer，三個(gè)軟件組建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)，采集軋機(jī)區(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)，飛剪系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)，以及冷床精整區(qū)域運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，運(yùn)用WINCC 對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行過程監(jiān)控。

3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)的組建

3.1.1 ibaAnalyzer軟件的安裝運(yùn)用

ibaAnalyzer是一款通過ibaPDA服務(wù)器記錄并分析復(fù)雜數(shù)據(jù)的功能強(qiáng)大的工具，生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)記錄在服務(wù)器中，通過調(diào)取記錄的數(shù)據(jù)，就可以分析設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，如出現(xiàn)設(shè)備故障、生產(chǎn)事故等情況時(shí)，調(diào)取相關(guān)歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，就能發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出想要的結(jié)論。

打開ibaAnalyzer后界面如圖3。

圖3  ibaAnalyzer開機(jī)運(yùn)行界面

3.1.2  KEPServerEX V4.0軟件的安裝運(yùn)用

KEPServerEX V4.0是kepware通信技術(shù)的產(chǎn)品，歷經(jīng)了多年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)和功能上都得到了增強(qiáng)。KEPServerEX V4.0 是市場(chǎng)上先進(jìn)的通信技術(shù)和OPC服務(wù)器，KEPServerEXv4.0 Communications and OPC Server SoftwareKEPServerEX V4.0具有以下功能特點(diǎn)：能夠自動(dòng)降級(jí)功能、能夠自動(dòng)生成數(shù)據(jù)庫獲取標(biāo)簽、能使用以太網(wǎng)封裝、對(duì)調(diào)制解調(diào)器支持應(yīng)用程序連接、OPC Quick Client。KepServer安裝完成后，打開KEPServerEX  Configuration運(yùn)行程序點(diǎn)擊菜單欄New Channel，填寫通道名稱，下一步，在Device driver中選擇Siemens TCP/IP Ethernet，此選項(xiàng)是針對(duì)西門子PLC型號(hào)，KEPSERVER4.0最大支持到S7-1200，若產(chǎn)品使用的是其他公司的PLC，可選擇對(duì)應(yīng)的PLC型號(hào)即可。之后一直點(diǎn)擊 下一步，通道創(chuàng)建成功。

1）添加設(shè)備Device。

2）打開Click to add a device，輸入設(shè)備名稱，進(jìn)行下一步操作。

3）選擇對(duì)應(yīng)的PLC型號(hào)，點(diǎn)擊下一步，填入PLC對(duì)應(yīng)的IP地址，一直點(diǎn)擊下一步。

4）添加通信變量。

5）最后就是創(chuàng)建需要的通信變量，打開Click to add a static tag。

6)輸入每個(gè)變量的名稱、 通信地址、 描述、 數(shù)據(jù)類型等。
變量為INT類型，Data Type一般選擇WORD，打開KepServer界面如圖4所示。

圖4  KepServer運(yùn)行界面

3.1.3  SIMATIC WINCC Explorer軟件的安裝運(yùn)用

西門子WINCC是基于西門子SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控調(diào)度）軟件開發(fā)的類似于DCS系統(tǒng)的組態(tài)軟件。SIMATIC WinCC是第一個(gè)使用最新技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，它具有良好的開放性和靈活性。

SIMATIC WINCC Explorer安裝后，雙擊桌面SIMATIC WINCC Explorer圖標(biāo)打開軟件，依次按下列步驟進(jìn)行：

1)新建一個(gè)多用戶項(xiàng)目，

2)建立畫面右鍵點(diǎn)擊圖形編輯器然后點(diǎn)新建畫面，

3)連接PLC，右鍵點(diǎn)擊變量管理選擇添加新的驅(qū)動(dòng)程序在彈出的窗口中選擇SIMATIC S7 protocol suite 項(xiàng)，然后點(diǎn)打開即可，選擇連接方式，右鍵點(diǎn)擊TCP/IP選項(xiàng)，

4)點(diǎn)擊新驅(qū)動(dòng)程序的連接，輸入需要連接的PLC地址，

5)在剛剛所新建的連接中建立變量，變量鏈接完畢后，可以運(yùn)行看未優(yōu)化前系統(tǒng)和優(yōu)化運(yùn)用后的系統(tǒng)界面。新軋線實(shí)時(shí)人機(jī)監(jiān)控畫面如圖5所示，原有軋線監(jiān)控報(bào)警畫面如圖6所示，新軋線監(jiān)控報(bào)警畫面如圖7所示，新軋線增報(bào)警代碼查詢表如圖8所示。

圖5  新軋線實(shí)時(shí)人機(jī)監(jiān)控畫面

圖6  原有軋線監(jiān)控報(bào)警畫面

圖7  新軋線監(jiān)控報(bào)警畫面

圖8  新增軋線報(bào)警代碼查詢表

4  應(yīng)用效果

4.1 達(dá)到的目標(biāo)

通過一段時(shí)間對(duì)軋機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)控的運(yùn)用，大大的提高了故障分析的時(shí)間和準(zhǔn)確性，節(jié)約了處理故障所需的時(shí)間，為棒材線連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)提高了軋機(jī)機(jī)時(shí)產(chǎn)量，增加了總產(chǎn)量、節(jié)約了煤氣和電能的消耗，降低了生產(chǎn)成本。

4.2 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

每月處理設(shè)備故障時(shí)間，按節(jié)約40分鐘估算，在此期間因?yàn)楣收嫌绊懺斐砂艟€生產(chǎn)停機(jī)、電、煤氣及人工均在消耗。按照云南2020年5月棒線每噸利潤(rùn)計(jì)算，可以產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為: 按故障停機(jī)時(shí)間，所影響的軋機(jī)總產(chǎn)量來計(jì)算。優(yōu)化前后月和年停機(jī)時(shí)間對(duì)比如表3所示。

表3  優(yōu)化前后停機(jī)時(shí)間示意

軋機(jī)每小時(shí)機(jī)時(shí)為產(chǎn)量=75（條）×2（噸） =150噸

每年增加生產(chǎn)時(shí)間為=40×12/60=8小時(shí)

每年累計(jì)產(chǎn)生150×8×150元（噸鋼利潤(rùn)）=18萬元的經(jīng)濟(jì)效益

5  結(jié)束語

新增監(jiān)控系統(tǒng)后，通過調(diào)取記錄的數(shù)據(jù)，就可以分析設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，如出現(xiàn)設(shè)備故障、生產(chǎn)事故等情況時(shí)，調(diào)取相關(guān)歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析運(yùn)行狀況，就可以很快得出結(jié)論，效果十分顯著，及時(shí)保證了設(shè)備故障的快速處理。新增監(jiān)控系統(tǒng)利用了80萬噸原有的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)實(shí)際情況采用新軟件避免了一些技術(shù)上的問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，只增加了一臺(tái)工業(yè)工控機(jī)，八芯以太網(wǎng)線20米，水晶頭兩個(gè)，以最低的成本，取得了明顯的效果。使用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配合軋機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)控創(chuàng)新，大大地提高整個(gè)設(shè)備的可控性，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析對(duì)可能產(chǎn)生的隱患，進(jìn)行及時(shí)的處理,杜絕了事故的發(fā)生，防范于未來，為以后快速查找故障點(diǎn)、減少處理時(shí)間以及為設(shè)備隱患的發(fā)現(xiàn)提供了可靠依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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