生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)軟件在軋機(jī)上的應(yīng)用

賈 濤，安利娟，曹永恒，焦 悅，區(qū)興華

(中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

近年來隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)和家電等行業(yè)的高速發(fā)展，市場對冷軋板需求也急劇上漲，帶動整個(gè)冷軋行業(yè)的飛速發(fā)展，同時(shí)也對冷軋板質(zhì)量提出了更高的要求。冷軋機(jī)組生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)軟件在軋機(jī)生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用，它為軋機(jī)生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、記錄、分析和打印等功能。為產(chǎn)品質(zhì)量控制提供檢測手段，使生產(chǎn)決策者不斷優(yōu)化軋制生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率;同時(shí)也為設(shè)備設(shè)計(jì)者優(yōu)化設(shè)備配置提供數(shù)據(jù)支持。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.1 可行性分析

一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)采集卡來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。這種結(jié)構(gòu)的采集頻率高，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不光采集端需要配置數(shù)據(jù)采集卡，而且被采集端還要加入相應(yīng)的硬件點(diǎn)以適配采集卡;采集的數(shù)據(jù)范圍小，一般只能采集同一類型的幾個(gè)數(shù)據(jù);維護(hù)難;而且成本高。通過HMI數(shù)據(jù)采集方式存在采集速度慢的缺點(diǎn)，最快在250 ms且間隔時(shí)間不確定。

隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，很多自動控制系統(tǒng)硬件產(chǎn)品的制造廠家(如提供PLC、變頻傳動器、直流電機(jī)驅(qū)動器等產(chǎn)品的西門子、AB、三菱等公司)，將以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)化的通訊接口。以太網(wǎng)的通訊特點(diǎn)是速度很高，達(dá)到10M、100M bps，通訊距離單線普遍在100 m左右，且通訊協(xié)議具有面向用戶的開放性。軋機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源包括PLC控制系統(tǒng)和AGC控制系統(tǒng)?；谶@兩種控制系統(tǒng)的硬件配置，使以太網(wǎng)作為通訊手段來采集數(shù)據(jù)成為可能，這種采集方式結(jié)構(gòu)簡單，采集頻率快，使用方便靈活，而且成本低。

2.2 硬件配置

軋機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)的硬件配置簡單，主要包含PC機(jī)(windows操作系統(tǒng)，奔騰4以上處理器、1G以上內(nèi)存)，網(wǎng)卡(10/100M自適應(yīng))、以太網(wǎng)交換機(jī)(8口)。PC機(jī)、PLC系統(tǒng)和AGC系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接到交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的交換。

2.3 軟件結(jié)構(gòu)

采集系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口采用TCP底層協(xié)議連接軋機(jī)控制系統(tǒng);應(yīng)用層采用通訊規(guī)約。數(shù)據(jù)采集應(yīng)用系統(tǒng)采用定時(shí)發(fā)送請求方式，軋機(jī)控制系統(tǒng)響應(yīng)通訊規(guī)約返回?cái)?shù)據(jù)，并存入已配置好的數(shù)據(jù)庫中，完成數(shù)據(jù)的采集。

數(shù)據(jù)的查看應(yīng)用，根據(jù)用戶要求，查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫根據(jù)條件返回所需數(shù)據(jù)供用戶離線查看、分析。

對于AGC控制系統(tǒng)，由于采用的是高級語言編程實(shí)現(xiàn)，所以只要事先規(guī)定好通訊規(guī)約即可完成數(shù)據(jù)的采集。對于PLC控制系統(tǒng)，具有自己的通訊規(guī)約，通過其通訊規(guī)約可以來尋址讀取數(shù)據(jù);還可以在PLC中編程實(shí)現(xiàn)通訊規(guī)約。然而PLC自己的通訊規(guī)約往往是透明的，在生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)時(shí)，通過查閱資料和大量實(shí)驗(yàn)分析后，整理出了西門子PLC的通訊規(guī)約，定義為 S7Connection。通過S7Connection規(guī)約就可以不用在PLC中編程來實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集應(yīng)用分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 軋機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集及分析軟件的實(shí)現(xiàn)

軋機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析軟件分為兩個(gè)子系統(tǒng)，采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng);軟件基于Windows系統(tǒng)下的.net環(huán)境，使用C#高級語言編程實(shí)現(xiàn);數(shù)據(jù)的保存和查詢采用數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)。

圖1 數(shù)據(jù)采集應(yīng)用分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of date acquisition and application analysis system

3.1 數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)的保存和查詢是建立在數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的，所以建立一個(gè)合理有效的數(shù)據(jù)庫是必須的。軟件對軋機(jī)數(shù)據(jù)依據(jù)不同的功能、時(shí)段及其它要求進(jìn)行數(shù)據(jù)類型分類，以便軋機(jī)數(shù)據(jù)分析處理，主要包括以下幾類:來料數(shù)據(jù)，包含一些基本生產(chǎn)信息，如每卷厚度、寬度等;道次工藝數(shù)據(jù)，包含每個(gè)道次基本信息，如壓下量設(shè)定值等;生產(chǎn)時(shí)，每個(gè)道次的生產(chǎn)實(shí)績，即包含每個(gè)道次生產(chǎn)過程中的詳細(xì)工藝、能耗及產(chǎn)能的數(shù)據(jù)。由于各個(gè)道次的生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)量非常的大，所以建立了一個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)表，便于數(shù)據(jù)庫優(yōu)化查詢。

3.2 通訊規(guī)約

根據(jù)軋機(jī)數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)源的不同建立通用、有效的通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。通訊規(guī)約定義相同的格式，包括電文頭和電文內(nèi)容。電文頭描述本電文的長度、類型、發(fā)送者和接收者;電文內(nèi)容是根據(jù)電文類型而定，可能是一組數(shù)據(jù)，也可能為空。通訊者雙方根據(jù)通訊規(guī)約來處理接收的電文，根據(jù)電文的內(nèi)容做出相應(yīng)的回應(yīng)。

3.3 采集程序

采集程序完成數(shù)據(jù)的采集和存儲。它建立兩個(gè)TCP連接;根據(jù)軋機(jī)生產(chǎn)的狀態(tài)，使用高優(yōu)先級多線程定時(shí)觸發(fā)，使用通訊規(guī)約的采集數(shù)據(jù)過程。對于AGC系統(tǒng)使用已定義的通訊規(guī)約，接收返回的數(shù)據(jù);對于PLC系統(tǒng)使用S7Connection通訊規(guī)約讀取所需數(shù)據(jù)，或者使用已定義的通訊規(guī)約。采集程序把接收到的數(shù)據(jù)按通訊規(guī)約分析出來，然后按相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式存入數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的表中。數(shù)據(jù)按其在數(shù)據(jù)庫中的分類存儲，包括生產(chǎn)信息、來料信息、成品信息、設(shè)置信息、能耗信息、生產(chǎn)過程實(shí)績(所有的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流，帶材厚度等)等。

多線程的定時(shí)設(shè)置根據(jù)采集數(shù)據(jù)對象的不同設(shè)置為多個(gè)頻率范圍，完成不同類型數(shù)據(jù)的采集。經(jīng)過測試，最快穩(wěn)定采集頻率設(shè)置為20 ms，滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析要求。

3.4 分析程序

分析程序用于離線查詢、分析軋機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報(bào)表的打印，根據(jù)條件查詢數(shù)據(jù)庫返回所需數(shù)據(jù)。查詢功能分為生產(chǎn)計(jì)劃的查詢及報(bào)表打印、鋼卷軋制數(shù)據(jù)的查詢及報(bào)表打印、鋼卷軋制過程中詳細(xì)數(shù)據(jù)的查看(分PLC、AGC兩種)。通過這個(gè)功能，用戶可以查看生產(chǎn)計(jì)劃，及生產(chǎn)的狀態(tài)信息，具體到每一個(gè)道次的詳細(xì)數(shù)據(jù)。如圖2所示。

圖2 查詢及打印頁面Fig.2 Inquiring interface and data printing

數(shù)據(jù)分析共分為兩個(gè)方面，一個(gè)是厚度偏差統(tǒng)計(jì)，另一個(gè)是生產(chǎn)數(shù)據(jù)的曲線分析。用戶可以按條件查詢所需生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以每道次的數(shù)據(jù)來顯示和分析。厚度偏差統(tǒng)計(jì)功能為產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)支持，判別產(chǎn)品品質(zhì)。統(tǒng)計(jì)每一道次的厚度數(shù)據(jù)，計(jì)算出厚度分布統(tǒng)計(jì)值，以棒狀圖和曲線的方式直觀顯示出來，并且提供厚度偏差統(tǒng)計(jì)的報(bào)表打印功能，給產(chǎn)品質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。

數(shù)據(jù)曲線分析功能具有數(shù)據(jù)查詢功能，方便用戶查詢所需數(shù)據(jù);而且可添加多條曲線，編輯曲線效果。數(shù)據(jù)曲線的顯示采用專業(yè)的圖表繪制控件，支持上百種2D和3D圖表風(fēng)格，并提供40多個(gè)數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)函數(shù)、無限制的軸;還集成打印預(yù)覽，圖表可導(dǎo)出到 JPEG，EPS，PDF，PNG，PCX，GIF，Bitmap和Metafile文件。對于曲線顯示，還具有多種操作功能方便用戶查看，如放大、縮小、平移、改變顏色等。

4 結(jié)論

軋機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)軟件已經(jīng)在多套軋機(jī)安裝使用，能夠很好的完成生產(chǎn)過程中工藝、能耗等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄與采集，同時(shí)通過應(yīng)用軟件對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，自動生成各種圖表，對生產(chǎn)過程管理，管理分析決策提供了有力保障，有效的提高了設(shè)備生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益受到了用戶的好評。生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)軟件具有很好的兼容性和可擴(kuò)展性，操作界面簡潔使用方便不僅可在軋機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，同時(shí)可以在其它生產(chǎn)線使用。

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