數(shù)據(jù)分析軟件在低壓垂直鑄造機中的應用

劉忠波，王 征，張林文，田 葦，李宗宏

(云南云鋁澤鑫鋁業(yè)有限公司，云南 曲靖 655500)

0 引 言

某公司采用Hycast低壓垂直鑄造機鑄造生產(chǎn)工藝，因現(xiàn)場設備使用較多的傳感器參與PLC自動控制，PLC控制程序復雜，且生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境復雜，當鑄造機設備出現(xiàn)故障時若不能及時捕捉對應的故障信息進行故障的分析及診斷，會給設備檢修工作帶來一定難度。生產(chǎn)高品質(zhì)鋁合金圓棒工藝復雜，在生產(chǎn)過程中若發(fā)生質(zhì)量問題，需對導致質(zhì)量問題的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，尋找解決措施，因此生產(chǎn)過程中對各個傳感器數(shù)據(jù)的保存尤為重要。

1 ibaPDA工程師站

ibaPDA工程師站是利用計算機對PLC數(shù)據(jù)進行采集的系統(tǒng)，它主要由用于信號采集的硬件(如PLC)、用于通訊連接的光纖或Profibus-DP、Profinet、TCP/IP、UDP通訊方式、驅(qū)動軟件、在線記錄軟件和離線分析軟件組成[1]，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。ibaPDA工程師站處理數(shù)據(jù)量的能力非常強大，它特別適合用于分布式和多樣化自動控制系統(tǒng)，被測量的數(shù)據(jù)可以在計算機硬盤中保存。

圖1 ibaPDA工程師站系統(tǒng)圖

在建立ibaPDA工程師站時，我們首先需要在已建立的PLC系統(tǒng)上搭建ibaPDA工程師站，然后再將ibaPDA工程師站通過OPC通訊網(wǎng)絡與PLC進行連接，再將PLC系統(tǒng)采集到的過程數(shù)據(jù)進行讀取，將讀取到的過程數(shù)據(jù)以一定時間間隔的方式存儲到服務器的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，見圖2，最終利用ibaAnalyzer軟件調(diào)取存儲在數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行離線分析[2]，來實現(xiàn)監(jiān)控實時數(shù)據(jù)和查詢歷史數(shù)據(jù)的目的。

圖2 客戶端—服務器數(shù)據(jù)存儲的關(guān)系

2 ibaAnalyzer軟件簡介

ibaAnalyzer軟件是一款通過ibaPDA服務器記錄并分析復雜數(shù)據(jù)的工具，該軟件可用于編輯使用ibaPDA系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)文件，它具有全面的分析和判斷功能。

ibaAnalyzer可以采用在線和離線的方式對數(shù)據(jù)進行分析，它具有直觀的用戶界面，該軟件提供浮動窗口和拖放工具。軟件集成了強大的數(shù)學和工藝功能，主要用于處理、計算來自不同測量過程生成的信號，它還具有強大的圖形化數(shù)字濾波器編輯器及用于測量信號的多功能標記器(Marker)、保護專門分析方法(know-how)的宏功能。

軟件的使用方法：打開ibaAnalyzer軟件后，按照路徑打開存儲數(shù)據(jù)文件的文件夾，找到文件格式為.dat的文件。打開數(shù)據(jù)文件夾后，選擇需要的數(shù)據(jù)文件，一般都要選擇多個文件同比，分析要先選上Append files multiseect前面的勾，否則文件都是單獨打開的，不能連續(xù)顯示。在左側(cè)的signals窗口中可以顯示文件目錄，選擇相關(guān)曲線就可以對比正常和異常數(shù)據(jù)。

3 ibaPDA數(shù)據(jù)采集軟件通訊方式

利用ibaPDA版本為V6.24.6數(shù)據(jù)采集軟件可以采用UDP通訊方式或TCP/IP方式進行數(shù)據(jù)采集，采用UDP通訊方式可以采集S7-1500PLC數(shù)據(jù)，通訊數(shù)據(jù)需要在PLC程序DB塊內(nèi)進行設置[3]，UDP通訊方式設置如圖3所示。而TCP/IP方式只能采集西門子S7-300、S7-400PLC數(shù)據(jù)，TCP/IP通訊方式配置見圖4。

圖3 UDP通訊方式配置

圖4 TCP/IP通訊方式配置

4 利用ibaAnalyzer軟件進行故障分析

4.1 案例一：低壓垂直鑄造機速度轉(zhuǎn)移過程中油缸不下降

低壓垂直鑄造機在生產(chǎn)過程中由于工序復雜，鋁棒產(chǎn)品質(zhì)量成品判斷信息較多，設備出現(xiàn)故障時分析困難，通過對產(chǎn)品的ibaPDA歷史文件數(shù)據(jù)分析就顯得十分必要，如在鋁合金圓棒鑄造過程中，低壓垂直鑄造機速度需要由鑄盤上升速度轉(zhuǎn)移一部分速度給鑄造油缸，當鑄盤上升到105 mm時，鑄造油缸應該以95 mm速度下降，結(jié)果油缸不動作，整個液壓系統(tǒng)傳感器及電磁閥有30多個，分析油缸不下降的原因只能借助傳感器及電磁閥歷史數(shù)據(jù)，當打開ibaPDA歷史文件數(shù)據(jù)后，找到對應的傳感器及電磁閥信號曲線，需要移動2條標尺(紅色虛線)定位曲線上的點，這樣也便于查看，可以單擊窗口下邊的“marker”選項，這時可以看到曲線的各種信息，如2條標尺之間的時間差、標尺所在曲線上點的值等，在曲線上可以明顯看出油缸下降時，下降油管壓力傳感器壓力值達不到液控單向閥最低開啟壓力，導致鑄造油缸在速度轉(zhuǎn)移過程中不動作[4]。因此通過ibaAnalyzer軟件對設備和生產(chǎn)故障數(shù)據(jù)分析，很快就能找到設備和生產(chǎn)故障，見圖5。

圖5 鑄造油缸不動作故障分析曲線

4.2 案例二：低壓垂直鑄造機鑄盤分配單元液位超出限值故障

低壓垂直鑄造機在鑄造過程中，鋁液在填充鑄盤時，上位機畫面上出現(xiàn)分配單元液位超出限值故障，導致停機，分配單元液位超出限值高液位報警值為45 mm，停機值為55 mm，利用ibaPDA歷史文件數(shù)據(jù)可以很快找到報警時液位超出限值時的液位值為58 mm，數(shù)據(jù)如圖4所示：在曲線上可以看出，分配單元4壓力值與其他幾個單元明顯不同[5]，最終分析導致液位超出限值的原因是鑄盤4單元漏氣導致負壓值降低。見圖6。

圖6 分配單元4漏氣故障分析曲線

4.3 案例三：低壓垂直鑄造機鑄盤分配單元溫度異常故障

低壓垂直鑄造機在鑄造過程中，鋁液在填充鑄盤時，需要根據(jù)檢測到的溫度作為通風的條件，鑄造開始(每個鑄造單元上分配盤中的熱電偶能夠檢測模具何時填充完成)。在澆注完成之前需要滿足3個條件：澆注時間>50 s，分配盤中的金屬液位>75 mm，每個鑄造部分的熱電偶必須≥250℃。當檢測到5個單元的鋁液溫度都為250℃時，通風電磁閥才會打開，通風電磁閥打開時間越短，鋁合金圓棒冷端約短，鑄造過程中5根熱電偶的長度及好壞直接影響鋁合金圓棒產(chǎn)品質(zhì)量，通過ibaPDA歷史文件數(shù)據(jù)可以看出冷端較長是由于4單元熱電偶溫度異常導致的[6]。見圖7。

圖7 分配單元5漏氣故障分析曲線

5 ibaAnalyzer數(shù)據(jù)分析軟件的優(yōu)點

(1)可以將新生成的iba數(shù)據(jù)文件導出；同一信號帶上，多個信號各有自己的刻度，也可以通過縮放使信號具有同一Y軸；2個標尺顯示統(tǒng)計值的X/Y軸數(shù)值；具備合并、計算處理的強大數(shù)學功能。

(2)自動或手動選擇曲線的顏色，在Navigator(導航)窗口縮放和移動所選的信號帶。

(3)數(shù)據(jù)分析記錄軟件支持多種啟動和停止模式，包括常見的觸發(fā)記錄、延時停止等。它還具有多重變量檢查功能，可以減少錯誤變量的輸入以及豐富的標注功能：開關(guān)量的快速時間標注、點標注、文本標注、時段標注等。不管是錄波還是離線情況下，Y軸都可以進行全局最優(yōu)或者局部自適應，方便波形的查看，它還具有PLC工程師喜歡的邊沿搜索功能、導出功能，除了常規(guī)的圖片復制、數(shù)據(jù)文件導出、局部數(shù)據(jù)導出等功能，還有一個長圖復制的功能，能夠?qū)⒊鲲@示范圍的曲線圖片也一起復制出來，不需要截圖后再進行拼接。

(4)利用數(shù)據(jù)分析軟件可以監(jiān)測設備在任何時刻發(fā)生的異常故障，同時還可以監(jiān)測操作人員在誤操作設備按鈕時觸發(fā)信號，可以方便數(shù)據(jù)快速追源。

6 結(jié) 語

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，設備自動化的程度越來越高，先進的數(shù)據(jù)記錄和分析軟件在自動控制的應用中需求不斷提高，因此熟練掌握數(shù)據(jù)記錄軟件及分析軟件的應用，可提高自動控制技術(shù)人員及現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)分析人員分析問題、解決問題的能力。

通過組建ibaPDA數(shù)據(jù)采集工程師站，應用ibaPDA軟件進行設備傳感器過程變量數(shù)據(jù)采集，再利用ibaAnalyzer對影響產(chǎn)品質(zhì)量、設備故障的各個傳感器歷史數(shù)據(jù)進行分析，查找導致質(zhì)量缺陷或故障的原因，在生產(chǎn)實際過程中不僅降低了故障處理的難度，還縮短了故障處理時間，在應用推廣方面值得其他生產(chǎn)工序復雜的場所借鑒。