PDA数据采集系统在热连轧生产线的应用

论文摘要

数据采集是一种直观分析数据的方法,数据采集系统是微型计算机应用的一个重要领域。在工业控制领域,数据采集系统通常位于过程控制L2级,对基础自动化L1级的数据进行采集,为控制系统前期调试以及故障原因查找提供依据,是生产过程监测以及系统参数优化的重要保证,同时也为数据报告的生成以及生产决策系统、ERP、MES等信息集成系统提供数据支撑。本文在对数据采集系统现状、发展以及轧制自动化控制系统功能和热连轧生产工艺过程进行分析和研究的基础上,指出了传统过程数据采集方式存在的不足。通过对PDA数据采集系统整体架构及其特点介绍,对Profibus DP与Ethernet协议的分析,指出了该数据采集系统选用通信方式的依据,同时深入分析了PDA数据采集系统的优越性及其功能的实现,论述了PDA数据采集系统的理论依据及其实现原理。本文以国内某钢厂热连轧生产线的数据采集系统改造项目为背景,提出了采用PDA(Process Data Acquisition)数据采集系统实现高速数据采集的解决方案,实现数据的实时显示与数据连续存储。该钢厂热连轧生产线下位机控制系统采用SIEMENS公司生产的大型控制器,原上位机采用GE Fanuc公司的工业组态软件iFIX,由iFIX组态软件对下位机PLC内部数据进行采集,但由于其无法满足高速数据采集要求,使得系统故障查找、数据分析困难,难以做到根据工艺数据对产品品质的影响来优化系统参数。采用了PDA(Process Data Acquisition)数据采集系统后,数据以.dat格式的数据文件存放于存储器中,通过Profibus DP总线实现了数据采集系统与控制系统之间的通信,完成了以10ms的采样速率对热连轧生产线炉区及精轧区共2000多个PLC内部数据信号的实时采集。同时,该系统提供数据分析工具ibaAnalyzer,它可以运行在任何一台计算机上以完成用户对所采集数据的离线分析,并可以生成数据报告、导出数据,对数据库进行读写等操作,不仅能使工程技术人员通过对工艺过程数据的分析来优化产品品质,也使得系统维护人员可以快速查找系统故障,从而减少故障停机时间。项目实施后,利用ibaAnalyzer的离线分析功能对数据进行分析,工程技术人员依据精轧机轧制力变化的精确曲线,及时对精轧机F4、F5以及F6的轧制力进行调整,不仅提高了热轧带钢的板形精度,而且增强了机架间的平衡,使得系统的稳定性得到提高。尽管本文论述的PDA数据采集系统仅通过Profibus DP总线方式完成了对SIEMENS公司生产的SIMATIC S7系列控制器内部数据的采集,但PDA数据采集系统还可以方便的实现与其他厂家生产的控制器以及在多种通信方式下实现数据采集及分析的功能。本文对该方案的实施作了大量分析论证工作,从理论到实践充分证明了PDA数据采集系统的优越性及可靠性,其方法及思想具有适用性,有一定的理论和实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数据采集系统现状及其功能
• 1.1.1 数据采集系统的现状
• 1.1.2 数据采集系统的功能
• 1.2 数据采集系统研究的必要性及不足
• 1.2.1 研究数据采集的必要性
• 1.2.2 传统数据采集系统存在的不足
• 1.3 课题的背景及意义
• 1.3.1 课题的背景
• 1.3.2 课题的意义
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 轧制自动化简介
• 2.1 轧制技术现状
• 2.2 轧钢生产线自动控制系统功能
• 2.3 热连轧工艺简介
• 2.4 热连轧计算机控制系统基本结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 PDA 数据采集系统体系介绍
• 3.1 PDA 数据采集系统
• 3.1.1 PDA 数据采集系统架构
• 3.1.2 PDA 数据采集系统特点
• 3.1.3 PDA 数据采集系统软件结构
• 3.2 PDA 数据采集系统通信方式简介
• 3.2.1 PDA 数据采集系统通信方式概述
• 3.2.2 Profibus DP 简介
• 3.2.3 Ethernet 简介
• 3.3 本章小结
• 第四章 系统设计
• 4.1 PDA 数据采集系统设计
• 4.1.1 PDA 数据采集系统项目实施背景
• 4.1.2 集控中心数据采集计算机配置
• 4.2 PDA 数据采集系统数据采集功能的实现
• 4.2.1 通信协议的确定
• 4.2.2 PDA 数据采集系统Profibus DP 通信的实现
• 4.2.3 ibaCom-L28-x-8 工作流程
• 4.2.4 ibaCom-L28-x-8 与主站的Profibus DP 的通信过程
• 4.3 本章小结
• 第五章 下位机设计
• 5.1 控制系统网络架构
• 5.1.1 炉区控制系统网络架构
• 5.1.2 精轧区控制系统网络架构
• 5.2 硬件连接
• 5.2.1 与炉区控制系统的连接
• 5.2.2 与精轧区控制系统的连接
• 5.3 通信循环时间分析
• 5.3.1 Profibus DP 信息循环时间概述
• 5.3.2 炉区及精轧区数据循环时间计算
• 5.3.3 以太网帧的速率分析
• 5.4 硬件及网络组态
• 5.4.1 GSD 文件概述
• 5.4.2 组态流程
• 5.5 接口程序设计
• 5.5.1 用户程序基本结构
• 5.5.2 用户程序编制
• 5.6 本章小结
• 第六章 PDA 数据采集系统上位机设计
• 6.1 ibaPDA 软件设置
• 6.1.1 概述
• 6.1.2 ibaCom-L28-x-8 板卡组态
• 6.1.3 信号定义
• 6.1.4 多卡同步设置
• 6.2 数据分析
• 6.2.1 数据分析诊断故障的一般方法
• 6.2.2 PDA 数据采集系统离线分析工具ibaAnalyzer 介绍
• 6.2.3 数据分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 炉区PDA 数据采集系统从站配置列表
• 附录2 精轧区PDA 数据采集系统从站配置列表一
• 附录3 精轧区PDA 数据采集系统从站配置列表二
• 论文中用到的缩写词汇
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文