組態(tài)軟件WinCC在無縫鋼廠減徑機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、組態(tài)軟件WinCC在無縫鋼廠減徑機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用    摘要：結(jié)合實際的工程項目，介紹了在山西無縫鋼管廠減徑機(jī)中利用Siemens公司的WinCC組態(tài)軟件、Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了一個監(jiān)控系統(tǒng)。通過實施獲得了較好的監(jiān)控效果。關(guān)鍵詞：WinCC;減徑機(jī);監(jiān)控系統(tǒng)Abstract:Combinedwiththeactualproject,thispaperintroducesanapplicationexampleofSiemensWinCCconfigurationsoftware,Profibus-DPfieldbu

2、stechnologyandIndustrialEthernettechnologyinmonitoringsyste摘 要：結(jié)合實際的工程項目，介紹了在山西無縫鋼管廠減徑機(jī)中利用Siemens公司的WinCC組態(tài)軟件、Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了一個監(jiān)控系統(tǒng)。通過實施獲得了較好的監(jiān)控效果。關(guān)鍵詞：WinCC;減徑機(jī);監(jiān)控系統(tǒng)Abstract: Combined with the actual project, this paper introduces an&#

3、160;application example of Siemens WinCC configuration software, Profibus-DP fieldbus technology and Industrial Ethernet technology in monitoring system in Shanxi Seamless Steel Pipe Plant.&

4、#160;This system achieves pretty good effect in practice.Key words: WinCC; reducing mill; monitoring system0 引言山西無縫鋼管廠 219機(jī)組生產(chǎn)線選用了12機(jī)架三輥微張力減徑機(jī)， 它采用了三輥式獨立傳動機(jī)構(gòu)，分別用12臺直流電機(jī)進(jìn)行拖動控制，它的兩個主要作用是減徑和改變壁厚，即通過相互緊靠及串列的12機(jī)架序列使鋼管的外徑遞減，同時

5、利用該序列中軋制速度差在鋼管上形成縱向拉應(yīng)力即張力，通過控制張力的大小來使鋼管壁厚按要求值變化。減徑后的鋼管外表面光潔、無劃痕具有一定的真圓度，進(jìn)一步提高了鋼管外表面質(zhì)量。為了提高整個無縫鋼管生產(chǎn)線的運(yùn)行管理水平和自動化水平，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，本項目采用西門子的S7-300系列的PLC為控制器，并以WinCC為組態(tài)監(jiān)控軟件開發(fā)了該廠減徑機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。1 減徑機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，該監(jiān)控系統(tǒng)采用“集中監(jiān)測、分散控制”的設(shè)計思想，采用PC、PLC分布式控制方式，上位機(jī)采用PC作為主機(jī)，其配置為：CPU為P4-2.0;內(nèi)存為512M;硬盤為80G;操作系統(tǒng)為Window

6、sXP，外接打印機(jī)，用于打印報表。在上位機(jī)運(yùn)行WinCC組態(tài)軟件，實現(xiàn)對各工況實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)歸檔和報表打印等功能。下位機(jī)選用S7-300PLC及編程工具STEP7，負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理與對象的控制，將采集的數(shù)據(jù)通過邏輯運(yùn)算、判斷、變換后上傳到PC機(jī)。為滿足配置PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的需要，PC機(jī)配有CP5611通訊卡，負(fù)責(zé)上位PC機(jī)與下位機(jī)PLC之間的通訊1。此外采用了PROFIBUS-DP總線電纜完成潤滑站、液壓站、高壓水除磷站以及輥道電機(jī)變頻器之間的連接，實現(xiàn)從站與主站的數(shù)據(jù)交換。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 減徑機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計本監(jiān)控系統(tǒng)采用

7、組態(tài)軟件WinCC，它是一個實用且與SIMATIC產(chǎn)品無縫連接的組態(tài)軟件，可靠性高、實時性強(qiáng)、適用范圍廣、界面友好、功能強(qiáng)大，不同廠家生產(chǎn)的硬件設(shè)備都可以通過更換不同的驅(qū)動程序來方便地完成監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)。WinCC包括幾個主要的功能編輯器：圖形設(shè)計編輯器、全局腳本編輯器、變量存檔編輯器、報警存檔編輯器、報表設(shè)計編輯器、用戶管理和項目安全編輯器。用戶可以在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，形成所需要的操作畫面、監(jiān)控畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計包括：WinCC與PLC通訊系統(tǒng)的設(shè)計和監(jiān)控畫面的設(shè)計。2.1 WinCC與PLC通訊

8、系統(tǒng)的設(shè)計2WinCC提供了1個支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型的SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅(qū)動程序，通過它的通道單元提供與SIMATIC S7-300PLC的通訊。WinCC所有應(yīng)用程序必須以WinCC變量的形式從變量管理器中請求數(shù)據(jù)。這些WinCC應(yīng)用程序包括圖形運(yùn)行系統(tǒng)、報警記錄運(yùn)行系統(tǒng)、變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)等。WinCC變量管理器的任務(wù)是從過程中取出請求的變量值，這個過程通過集成在WinCC項目中的通訊驅(qū)動程序來完成。通訊驅(qū)動程序利用其通道單元構(gòu)成WinCC與過程處理之間的接口，在許多情況下，到過程處理的基于硬件的連接是利用通訊處

9、理器來實現(xiàn)的。WinCC通訊驅(qū)動程序使用通訊處理器來向PLC發(fā)送請求消息。然后，通訊處理器將回答相應(yīng)消息請求的過程值發(fā)回WinCC。WinCC與PLC通訊結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 WinCC與PLC通訊結(jié)構(gòu)圖該通訊具體實現(xiàn)的步驟如下：（1）創(chuàng)建WinCC站與自動化系統(tǒng)間的物理連接：在控制面板中打開“PG/PC”對話框，設(shè)置參數(shù)完成訪問點和通信處理器之間的分配以及為WinCC中相應(yīng)的外部變量賦地址。（2）在WinCC項目中添加適當(dāng)?shù)耐ǖ莉?qū)動程序：SIMATIC S7 Protocol Suite。（3）在通道驅(qū)動程序適當(dāng)?shù)耐ǖ绬卧≒rofibus）下建立與指

10、定通訊伙伴的連接。（4）在連接下建立變量，包括內(nèi)部變量和外部變量。2.2 監(jiān)控畫面的設(shè)計為了更形象的反映現(xiàn)場設(shè)備的實際運(yùn)行狀況，將相應(yīng)的設(shè)備以圖形的方式顯示在主畫面中;以顏色、閃爍、樣式等不同的對象屬性作為區(qū)別設(shè)備的運(yùn)行、故障、報警等不同的狀態(tài)。為了進(jìn)一步方便操作人員隨時查看系統(tǒng)的狀態(tài)，在減徑機(jī)監(jiān)控主畫面中設(shè)置了12臺主電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定、轉(zhuǎn)速反饋、勵磁電流反饋和電樞電流反饋，以及冷床區(qū)推進(jìn)鏈電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定和輔助傳動輥道電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定。該監(jiān)控主畫面如下圖3所示：圖3 監(jiān)控主畫面2.2.1 對減徑機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)控跟蹤啟動WinCC，在其項目管理器中打開圖形編輯器，根據(jù)

11、實際設(shè)計要求在WinCC的標(biāo)準(zhǔn)對象、智能對象和Windows對象的下拉列表框中選擇需要的靜態(tài)文本、輸入輸出域、應(yīng)用和畫面窗口以及功能按鈕等。然后對選擇的對象進(jìn)行更名、復(fù)制、粘貼、定位和旋轉(zhuǎn)等基本靜態(tài)操作，以及通過動態(tài)對話框、C動作或VBS動作來實現(xiàn)對象屬性的動態(tài)化。當(dāng)減徑機(jī)系統(tǒng)開始運(yùn)行時,就可以通過WinCC的圖形編輯器來完成對主傳動直流電機(jī)、冷床推進(jìn)鏈電機(jī)和輔助傳動輥道電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流進(jìn)行實時的監(jiān)控，并對其他一些重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)顯示。2.2.2 過程值歸檔組態(tài)在歸檔的組態(tài)中，分為過程值歸檔和壓縮歸檔兩種類型，本項目中選擇過程值歸檔組態(tài)，其目的是當(dāng)

12、減徑機(jī)系統(tǒng)開始運(yùn)行時來采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場的過程數(shù)據(jù)。獲得的這些過程數(shù)據(jù)以趨勢曲線和表格的方式顯示出來作為現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在組態(tài)過程值歸檔時，考慮要歸檔的過程變量和存儲位置以及是否設(shè)定歸檔備份和歸檔備份的目標(biāo)路徑。具體實現(xiàn)步驟如下3：（1）在變量記錄管理器中創(chuàng)建一個新的歸檔，添加要歸檔的變量。（2）設(shè)置歸檔的屬性。包括歸檔的常規(guī)信息和歸檔參數(shù)。（3）設(shè)置歸檔變量的屬性。包括歸檔變量的名稱、變量類型、采集類型等屬性。（4）創(chuàng)建和設(shè)置趨勢圖。選擇WinCC在線趨勢控件，并設(shè)置其屬性，在“常規(guī)” 和“曲線”選項卡中分別輸入趨勢窗口標(biāo)題以及添加趨勢曲線圖。（5）激活變量

13、記錄運(yùn)行系統(tǒng)。2.2.3 報警組態(tài)在實際生產(chǎn)現(xiàn)場，安全性是非常重要的，當(dāng)在生產(chǎn)過程發(fā)生意外故障時，報警組態(tài)系統(tǒng)就會自動觸發(fā)相應(yīng)的報警信息，此信息會顯示在報警記錄表中，此外在減徑機(jī)主操作臺上還裝有蜂鳴報警器，一旦有報警或故障信號就能在第一時間通知現(xiàn)場操作人員，并快速做出相應(yīng)的處理。報警組態(tài)的具體實現(xiàn)步驟為：（1）在報警記錄編輯器中選擇報警消息塊。（2）組態(tài)報警消息和報警消息文本。包括設(shè)置消息類別、消息變量、消息位、狀態(tài)位等屬性。（3）組態(tài)報警消息的顏色。在監(jiān)控畫面中，不同類型消息的不同狀態(tài)用不同的顏色表示，以便操作人員快速的識別出報警類型和狀態(tài)。（4）組態(tài)報警事件窗口。在“對象選項板”上選擇報警控件，并根據(jù)需要對報警控件的屬性進(jìn)行設(shè)置。（5）激活報警記錄運(yùn)行系統(tǒng)。2.2.4 用戶權(quán)限管理WinCC本身具有一個先進(jìn)的、強(qiáng)有力的、人性化的用戶安全管理系統(tǒng)，為了解決好授權(quán)與安全性問題，需要通過WinCC的用戶管理器對用戶的使用權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，在本系統(tǒng)中將用戶權(quán)限分為3種：瀏覽用戶、管理員用戶、程序員用戶，這樣既能使不同類型的用戶共同使用該系統(tǒng)，又能保證系統(tǒng)的安全管理。3 結(jié)束語該無縫鋼管生產(chǎn)線于2009年4月21日正式投產(chǎn)，生產(chǎn)實踐表明，以西門子公司的WinCC軟件平臺為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對減徑機(jī)系統(tǒng)的實時控制與管理，具有故