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WinCC在冷軋?zhí)幚砭€監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
2008-12-15 14:35:00 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 供稿 摘要：本文主要介紹了WinCC在冷軋硅鋼處理線中的應(yīng)用，分析了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并對(duì)軟件功能進(jìn)行了描述。 關(guān)鍵字：SACL；自動(dòng)化；HMI；WinCC；工業(yè)以太網(wǎng) 0．概述 冷軋電工鋼（硅鋼）連續(xù)退火涂層機(jī)組（SACL）是冷軋?zhí)幚砭€中工藝最復(fù)雜、技術(shù)含量最高的機(jī)組，同時(shí)電工鋼也是冶金工業(yè)采用現(xiàn)代化技術(shù)最多、生產(chǎn)難度最大的品種，全世界只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家可以生產(chǎn)，并實(shí)行技術(shù)壟斷。電工鋼的產(chǎn)量、品種、質(zhì)量水平可視為國家是否有強(qiáng)大冶金工業(yè)的一個(gè)象征。目前國內(nèi)只有武鋼、太鋼、寶鋼能生產(chǎn)，且都是從國外引進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，而鞍鋼冷軋硅鋼廠No.1電工鋼SACL機(jī)組是國內(nèi)第一條全部由國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造及軟件編程調(diào)試的SACL機(jī)組。 鞍鋼SACL機(jī)組是由中冶南方總承包，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)和自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件編程調(diào)試。HMI人機(jī)接口系統(tǒng)作為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)重要組成部分，用于控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)的設(shè)定、顯示、故障報(bào)警，以及相應(yīng)的工藝操作和設(shè)備的在線調(diào)試及維護(hù)等，發(fā)揮越來越重要的作用。SACL機(jī)組的HMI系統(tǒng)信息都以友好界面提供給用戶。自動(dòng)化控制 系統(tǒng)接收過程計(jì)算機(jī)（PCS）和生產(chǎn)操作工通過HMI畫面輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后再將過程數(shù)據(jù)信息、機(jī)組狀態(tài)信息和各種檢測信息以符號(hào)、數(shù)值、棒圖和圖表的形式在HMI畫面上顯示。HMI操作站的設(shè)計(jì)目標(biāo)以最少的設(shè)備數(shù)量提供最大可能的信息幫助操作人員和設(shè)備維護(hù)人員快速準(zhǔn)確的了解機(jī)組當(dāng)前狀態(tài)及其相關(guān)信息。 1. 硬件配置 硅鋼SCAL機(jī)組的工藝布置設(shè)有一個(gè)PLC室和兩個(gè)操作室（一個(gè)入口操作室及一個(gè)出口操作室）。根據(jù)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求，我們?cè)赑LC室設(shè)置了3COM SuperStack3 Switch 4200 24口中心交換機(jī)一臺(tái)，3COM OfficeConnet Switch 8口邊緣交換機(jī)兩臺(tái)，WinCC服務(wù)器一臺(tái)，工程師站一臺(tái)，便攜式編程器一臺(tái)，HP 5100網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)（帶1塊10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡）一臺(tái)。在入口操作室設(shè)有一臺(tái)WinCC操作站和一臺(tái)3COM 8口邊緣交換機(jī)。在出口操作室設(shè)有兩臺(tái)WinCC操作站和一臺(tái)3COM 8口邊緣交換機(jī)。HMI監(jiān)控系統(tǒng)的中心交換機(jī)是SCAL機(jī)組基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1）數(shù)據(jù)交換的核心，我們?cè)谂渲媒粨Q機(jī)時(shí)，采用了VLAN技術(shù)，將24口交換機(jī)按端口劃分，劃分了不同的兩個(gè)網(wǎng)段，分別連接著PLC控制器和WinCC操作站，同時(shí)還和過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（L2）相連，接受L2機(jī)有關(guān)機(jī)組生產(chǎn)工藝的設(shè)定值。兩臺(tái)邊緣交換機(jī)放在PLC室的操作臺(tái)上用于連接PLC網(wǎng)段和PC機(jī)網(wǎng)段。 WinCC服務(wù)器和操作站的硬件配置為： 工業(yè)PC機(jī) CPU Pentium IV 2.2GHz （Server） CPU Pentium IV 2GHz （Client） 硬盤60G，軟驅(qū)1.44MB RAM 1G（Server）；RAM 512M（Client） CD-R/W （Server） CD-ROM （Client） 64M緩存顯卡 17" 液晶顯示器 Intel 10/100自適應(yīng)以太網(wǎng)卡（Client） SIEMENS CP1613以太網(wǎng)卡 （Server） 工業(yè)防水鍵盤和軌跡球 入口操作室WinCC操作站，用于監(jiān)視和控制入口段的機(jī)組運(yùn)行狀況及設(shè)備運(yùn)行狀況。出口操作室WinCC操作站，用于監(jiān)視和控制工藝段和出口段的機(jī)組運(yùn)行狀況和設(shè)備運(yùn)行狀況。 2．網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) SACL機(jī)組的基礎(chǔ)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)見上圖，我們選用的是AVAYA公司的超五類銅纜按568B的標(biāo)準(zhǔn)將4個(gè)S7-400 PLC控制器和1個(gè)S7-300F急停PLC控制器連到3COM中心交換機(jī)的PLC網(wǎng)段。工程師站、便攜編程器和HP網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)也都采用雙絞線按568B的標(biāo)準(zhǔn)連到操作臺(tái)上PC機(jī)網(wǎng)段的邊緣交換機(jī)上。PLC控制器與WinCC Server之間采用SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)ISO協(xié)議通訊，WinCC Server與WinCC Client之間采用TCP/IP協(xié)議通訊。PLC室與兩個(gè)操作室之間通過光纜連接。PLC控制器與PLC控制器、傳動(dòng)裝置、R I/O站通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線連接。離PLC室較遠(yuǎn)的R I/O站采用光纜和OLM光纖模塊連接。SCAL機(jī)組所有I/O點(diǎn)分布在機(jī)組全線的44個(gè)R I/O站里，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與PLC室的PLC控制器連接，故通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性決定了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
3．軟件配置 自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件采用SIEMENS 公司的PCS7 V5.2軟件包，PLC控制系統(tǒng)軟件采用STEP 7 V5.2版本編程，HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCC V5.1版本編程。HMI服務(wù)器和操作站都是采用西文Windows 2000操作系統(tǒng)，具有開放的編程環(huán)境。WinCC V5.1中 Sybase SQL Anywhere 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行于服務(wù)器上，存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以通過多臺(tái)HMI Client實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。作為Client/Server結(jié)構(gòu)，HMI上監(jiān)控的數(shù)據(jù)全部通過服務(wù)器提交查詢、修改等指令，通過光纖以太網(wǎng)再傳送至PLC，完成對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的在線監(jiān)控與操作。 WinCC作為 HMI軟件系統(tǒng)，它將工廠控制軟件真正集成進(jìn)自動(dòng)化過程中。WinCC用戶友好組件允許新的或已存在的應(yīng)用程序的無錯(cuò)誤集成。WinCC，一個(gè)過程可視化應(yīng)用程序能夠使用戶方便地觀察自動(dòng)控制過程的全部特征。WinCC將Windows應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和便于使用的圖形設(shè)計(jì)程序結(jié)合起來。 WinCC包括用于解決過程監(jiān)控和控制任務(wù)的所有元素： WinCC項(xiàng)目工程環(huán)境： 圖形 - 設(shè)計(jì)工廠現(xiàn)場 歸檔 - 將帶時(shí)間標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)/事件存儲(chǔ)到SQL數(shù)據(jù)庫 報(bào)表編輯器 - 為要求的數(shù)據(jù)產(chǎn)生報(bào)表 數(shù) 據(jù)管理器 - 定義并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù) WinCC運(yùn)行系統(tǒng)： 允許在工廠現(xiàn)場或控制室的操作員與機(jī)械應(yīng)用相互作用。 HMI的編程工具WinCC具有可擴(kuò)充性、開放性： 基于客戶機(jī)/服務(wù)器模式 從簡單到復(fù)雜的任務(wù)擴(kuò)充 集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫 強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)接口（如OPC、OLE、ActiveX） 通用的腳本語言ANSI C 針對(duì)所有主要PLC廠商的通訊接口 4．功能描述 在SACL機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)中，下位機(jī)系統(tǒng)使用SIEMENS S7-400 PLC完成現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理；上位機(jī)系統(tǒng)采用SIEMENS WinCC V5.1平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化的監(jiān)控。該系統(tǒng)上位機(jī)采用了客戶機(jī)/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，WinCC服務(wù)器負(fù)責(zé)從下位機(jī)采集、處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；客戶機(jī)從服務(wù)器上共享/訪問數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的組態(tài)和運(yùn)行監(jiān)控，通過通信網(wǎng)絡(luò)將PLC控制器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，在上位機(jī)的顯示器畫面上顯示。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)操作工從HMI、控制開關(guān)、按鈕的指令信號(hào)，進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備控制。位于操作室和PLC室的WinCC操作站和WinCC服務(wù)器用于工藝控制，它們之間的通訊將通過開放、交換式的快速以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。來自現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的信號(hào)被采集到相關(guān)的R I/O站，通過開放的PROFIBUS－DP網(wǎng)送至PLC控制系統(tǒng)。幾乎所有的操作都通過WinCC操作站的顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤來實(shí)現(xiàn)。 SACL機(jī)組的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)可以完成以下管理功能： 輸入原料鋼卷數(shù)據(jù)包括鋼卷號(hào)、鋼種、鋼卷尺寸等； 設(shè)定值和實(shí)際值的顯示（包括機(jī)組的入口段/工藝段/出口段速度、張 力的顯示）； 原料鋼卷數(shù)據(jù)的顯示和修改； 系統(tǒng)故障診斷顯示、記錄、報(bào)警及其故障報(bào)表； 用戶的權(quán)限管理。 SACL機(jī)組的WinCC軟件設(shè)計(jì)遵循以下原則： 畫面操作都使用鼠標(biāo)和鍵盤完成； 從安全角度考慮，設(shè)備出現(xiàn)故障（設(shè)備為紅色）后必須在畫面上點(diǎn)擊 確認(rèn)按鈕（設(shè)備為灰色）即故障確認(rèn)后才能再次操作該設(shè)備； 從安全角度考慮，對(duì)于MCC設(shè)備在畫面都是分兩步來操作。第一步 選擇操作模式（運(yùn)行、備用、停止），第二步選擇啟動(dòng)或停止； 從安全角度考慮，對(duì)于采用VC或VVVF變頻設(shè)備在操作前必須先對(duì) 接觸器合閘后再對(duì)該設(shè)備操作； 畫面中設(shè)備的顏色標(biāo)準(zhǔn)化，每一種顏色代不同的含義： On： 深綠 Off and ready for switching： 深灰 Off and not ready for switching： 藍(lán) Warming： 黃 Alarm： 紅 Actual value： 青 Computer setpoint： 藍(lán)綠 Operator setpoint： 洋紅 Calculated value： 橙 Operation mode： 深洋紅 <1> WinCC畫面說明 所有畫面分成以下三個(gè)區(qū)域： 三個(gè)區(qū)域 頂部標(biāo)題區(qū)域顯示以下內(nèi)容：
顯示公司標(biāo)識(shí) 顯示工藝畫面名稱 顯示當(dāng)前日期和時(shí)間 顯示當(dāng)前計(jì)算機(jī)名和登錄用戶名 顯示HMI和PLC之間連接狀態(tài) 中間工藝畫面區(qū)域顯示以下內(nèi)容： 顯示機(jī)組全線帶鋼跟蹤信息 顯示入/出口鋼卷跟蹤信息 顯示各種介質(zhì)系統(tǒng)信息 顯示電機(jī)合閘信息 顯示電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速信息 顯示急停信息 顯示傳動(dòng)設(shè)備診斷信息 顯示CPC/EPC設(shè)備狀態(tài)信息 顯示報(bào)警信息 底部功能按紐區(qū)域顯示以下內(nèi)容： 該區(qū)域共有6個(gè)主菜單，它們是TRACKING、TECHNO、CSCD、DIAG、MISC、SYSTEM。 TRACKING包括6個(gè)子菜單共6幅畫面，它們是焊縫跟蹤系統(tǒng)、入口段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、工藝段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、出口段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、入口段鋼卷跟蹤系統(tǒng)、工藝段鋼卷跟蹤系統(tǒng)、出口段鋼卷跟蹤系統(tǒng)； TECHNO包括9個(gè)子菜單共42幅畫面，它們是堿液系統(tǒng)、涂層系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、水淬和熱風(fēng)干燥系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、線傳動(dòng)電流和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)、爐輥電流和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)、CPC/EPC系統(tǒng)； CSCD包括6個(gè)子菜單共25幅畫面，它們是急停系統(tǒng)、線傳動(dòng)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、爐輥轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、維護(hù)模式系統(tǒng)； DIAG包括2個(gè)子菜單共9幅畫面，它們是分區(qū)診斷系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)； MISC包括5個(gè)子菜單共5幅畫面，它們是顏色說明、1～4圖 例符號(hào)說明表； SYSTEM包括3個(gè)子菜單共2幅子畫面，它們是系統(tǒng)登錄；系統(tǒng)退出；打印功能。 SACL機(jī)組的監(jiān)視畫面如下： 工藝段帶鋼跟蹤畫面 出口段帶鋼跟蹤畫面 <2> 信息系統(tǒng)
在報(bào)警記錄里將所有的事件都集中歸檔，如系統(tǒng)信息、機(jī)組運(yùn)行信息（包括張力建立信息、斷帶信息）、設(shè)備狀態(tài)信息、設(shè)備操作信息等。這些事件以消息的形式按時(shí)間順序直觀顯示出來，并可打印輸出。 在每一幅畫面最下面一行是信息欄，該欄始終顯示在畫面前端，可以幫助操作人員和設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)快速地了解機(jī)組及相關(guān)設(shè)備情況。為了獲得機(jī)組情況的完整概貌，可以調(diào)用消息畫面。它顯示歸檔中的全部消息。 信息系統(tǒng)畫面 <3> 權(quán)限管理
SACL機(jī)組WinCC系統(tǒng)設(shè)置了各層管理權(quán)限，操作人員或系統(tǒng)管理人員進(jìn)入WinCC 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)必須先登錄，通過不同身份用戶的安全級(jí)別進(jìn)行權(quán)限控制。從而保證系統(tǒng)的正常操作，防止越權(quán)操作。 一旦進(jìn)入WinCC 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)后，實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面是在滿屏方式下運(yùn)行，非管理員身份的用戶按鍵盤上任何鍵是無法退出WinCC實(shí)時(shí)運(yùn)行畫面或切換到其它窗口，只有管理員身份的用戶才有權(quán)限退出WinCC 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
5．結(jié)束語 綜上所述，鞍鋼SACL機(jī)組WinCC監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件控制思想方面都有一定的先進(jìn)性，對(duì)其它冷軋?zhí)幚砭€都有值得借鑒和學(xué)習(xí)地方。通過對(duì)硅鋼處理線自動(dòng)化系統(tǒng)的集成降低了整個(gè)生產(chǎn)線操作故障率與操作工地勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。由于該機(jī)組自動(dòng)化水平較高，使得整個(gè)生產(chǎn)線只有5個(gè)操作工負(fù)責(zé)操作和生產(chǎn)。目前該系統(tǒng)已于2004年8月調(diào)試完成，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。 |
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