西門子WINCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用

1、丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊Ex traEditi on 2009冶金設備METALLURGICAL EQUIPMENT西門子W INCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用丁國峰 劉任棟（承德建龍鋼鐵有限公司河北承德067000）摘要 介紹了 WINCC冗余系統(tǒng)在軋鋼廠生產(chǎn)線的實際應用 ，詳細說明了系統(tǒng)的網(wǎng)絡組態(tài)、 參數(shù)設置、調 試步驟和簡單維護，并且以實際應用證明了 W INCC冗余系統(tǒng)在自動化控制系統(tǒng)里的優(yōu)勢。關鍵詞 WinCC服務器冗余客戶機Applicationof Siem ens Sim atic W inCC R edundancy ControlS

2、ystemin Rolled Steel L ineDin g Guofe ng L iu Re ndong(ChengdeJianlong Iron& SteelCo., L td., H ebei 067000)AB STRACT Application of SIMAT C W nCC redundancy control system rolled steel line is introduced the confguration of this control systm, preferences and debug strategy and maintenance in s

3、impleness ared iscussed This d isquisition proves that predominance of S MAT IC W nCC redundancy control systm in roboticized control sys tem.K EYW ORDS W inCC Server Redundancy C lient丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊作者簡介：丁國峰，男，1979年出生，工程師，畢業(yè)于沈陽農(nóng)業(yè)干部管理學院賈 1 號 94-剖1 I

4、 匸 hin；! cin i c J jam a 1 Electron iic Puhlishing House. All rigliLh restncc. I t1 Lp:. cnk . nd1項目簡介承德建龍鋼 鐵公司軋鋼廠大規(guī)格棒材生產(chǎn)線,是以 西門子 S7- 300 PLCS7- 400 PLC, WinCC作為基礎自動 化控制核心器件。其中 生產(chǎn)線主程序和上位系統(tǒng)就非常 有代表性。軋鋼廠生產(chǎn)線于 2006年投產(chǎn)，目標是建成年產(chǎn)棒材 80萬噸,工藝設備水平一流、產(chǎn)品質量一流的生產(chǎn) 線。全 線可以分為加熱爐區(qū)、主軋區(qū)、冷床區(qū)和精整區(qū)四大部分 及原料、成品供應運輸輔助系統(tǒng)組成。W inCC

5、冗余系統(tǒng) 負責為主軋區(qū)、冷床區(qū)、精整區(qū)提供PLC數(shù)據(jù)服務，是典 型的自動化集中控制。主軋區(qū)由粗 軋機 組、中軋機組、精軋機組、三套飛剪 系統(tǒng)和其他 輔助設備構成，完成熱鋼坯的軋制作業(yè)。主 軋區(qū)軋制范圍是 25mm 110mmo該部分是全線的核 心，可以說加熱爐區(qū)的所有設備都是為了保證主軋區(qū)平 穩(wěn)、順利的運行。冷床區(qū)由裙板、冷床、冷剪系統(tǒng)和其他輔助設備構 成,完成棒材的降溫、定尺。精整區(qū)由收集 鏈、打捆、稱重和部分天車組成,完成 棒材的成品質量檢查、包裝和存放。2 PLC控制程序系統(tǒng)的構成整個軋線控制 程序系統(tǒng)可以分為精整、軋線主輔和 飛剪三個子系統(tǒng)。采用西門子的STEP7編程軟件進行編程。人機

6、界面（HM I - Him an Machine Interface）是在 WinCCV5 1平臺上開發(fā)的，采用了 Server- Client（服務 器-客戶機）模式，為了提高系統(tǒng) 的可靠性降低停機時間 使用了冗余功能。PLC框架、W inCC Servers/Clients及具有以太網(wǎng) 功能 的單體設備 之間采用10M /100M /100CM以太網(wǎng)連接,根 據(jù)設備間的距離遠近分 別采用光 纜、雙絞線連接，形成環(huán) 網(wǎng)模式,具備冗余功能。該系統(tǒng)的最大 特點就是設備點多、面廣,工藝復雜, 需要大量的參數(shù)設定、狀態(tài)監(jiān)控、設備操作。如果 采用傳 統(tǒng)的硬件操 作臺點進行控制則很不直觀，而且也需要非

7、常大的硬件投入。所以采用HM I（人機界面）操作為主,操作臺操作為輔的方式，即只有線路起停控制在操作臺 上,幾乎所有其他操作、狀態(tài)顯示、故障診斷、事件記錄、過 程數(shù)據(jù)歸檔等都在 HM I上實現(xiàn)。這樣既節(jié)省了大量的硬 件投入，同時也提高了系統(tǒng) 的直觀易用性，隨著硬件線路 的減少相應的故障率、維護量也可以大幅度的降低。但是由此也 帶來了一個問題,那就是整個生產(chǎn)線的 控制非常依賴于 HM I系統(tǒng)，即W INCC服務器系統(tǒng)。3 W inCC冗余系統(tǒng)的設置與實現(xiàn)軋鋼廠軋線上位采用WinCC服務器，下設客戶端的 形式進行生產(chǎn) 控制。它一方 面和PLC直接通訊采集、設 定數(shù)據(jù)，另一方面和客戶機通訊發(fā)布畫面和

8、數(shù)據(jù)。而客 戶機上的畫面是本機的，其中的所有數(shù)據(jù) 全部來自服務 器。軋鋼廠投 產(chǎn)初期只使用一臺服務器，這樣的優(yōu)勢是 做系統(tǒng)開發(fā)時只需要在服務器開發(fā)一套系統(tǒng)，就可以發(fā) 布給所有的客戶機共享，而且數(shù)據(jù)管理和 維護更合理和 方便，可以把管 理級和過程級清晰的分開。但 是缺點也 是很明顯的，那就是一旦服 務器發(fā)生故障，則整個控制級 就無法正常 工作，整個生產(chǎn)線就要停產(chǎn)。為解 決這一問 題，服務器采用一臺在線、一臺備用形式，但沒有形成冗 余。一旦在線服務器岀 現(xiàn)問題必須由人為將網(wǎng)線換到備 用服務器上，并且客戶機WinCC畫面需要 重新激活才能 正常使用。這種方式不 但維護不便而且會對生產(chǎn)造成極 大影響。

9、如圖1所示，如果兩臺服務器做成冗余，使他們互為 熱備。運行期間，兩臺服務 器相互監(jiān)控，可以及 時的發(fā)現(xiàn) 對方是否進入故障狀 態(tài)，如果主服務器發(fā)生故障，則所有 的客戶機自動切換到仍然正常的從服務器，從而保證所 有客戶機總可以進行對自動化系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。W nCC就提供了這樣的解決方案即 W irCC冗余系統(tǒng)腦務器2療作方式圖1冗余系統(tǒng)組態(tài)在主服務器 發(fā)生故障期間，正常的從服務器繼續(xù)完 成系統(tǒng)內的信息、過程數(shù)據(jù) 歸檔和記錄；當修復故障的主 服務器正常投入后，故障期間的歸檔記錄會自動復制到 恢復后的主服務器，從而保證了服務器數(shù)據(jù)的完整和連 續(xù)。這一過程也稱作 恢復后同步。同 時在服務 器進行維 護

10、的時候，不必停止生產(chǎn)。即在 不影響生產(chǎn)的情況下就 可以進行主服務器的正常維護和維修。4冗余系統(tǒng)的基本需求1）服務器需要 安裝 Windows 2000 Server版，WinCC 項目配置為多用戶模式（Multi- user）2）系統(tǒng)要求工作在時鐘同 步方式下。最好整個系統(tǒng) 包括過程級和控制級都進行時鐘同步,最少要在過程級 進行時鐘同 步。如果 控制級也要進行時鐘同步,則需要 安裝 W inCC的 ! T me synchronization?選項。3）從PLC來的報警信息必須包含時間幀信息,在 PLC程序內用報警 塊觸發(fā)信息就包含時間幀信息。4）兩個服務 器必須分別連接到PLC這樣下級的過

11、程數(shù)據(jù)和信息可以并行的傳送到服務器。5）兩個服務器都 需要安裝 W inCC ! Redundancy （冗 余）選項。6）兩個服務器在功能的配置上需要完全相同。7）每一個用戶歸檔都要指定 唯一的字段用來保存最 后變化的時間。5冗余系統(tǒng)的安裝按照安裝光盤 的安裝步驟進行安裝,只是在選擇組 建服務時增加！冗余？等系列選項，安裝完成后進行授權 安裝即可。6冗余系統(tǒng)的組態(tài)冗余系統(tǒng)的前期開發(fā) 和多用戶系統(tǒng)的開發(fā)是完全一 樣的,只是在系 統(tǒng)投入運行時要進行適當?shù)慕M態(tài)。具體的設置過程如下：1）如圖2所示，右擊WinCC資源 管理器的冗余（Re dundancy）選項點擊打開，打開冗余組態(tài) 界面,激活冗余配

12、 置，進行相關設 置,而后點擊確定退岀。圖2冗余選項設置打開冗余（R edundancy）配置環(huán)境時，在！服務（server）: ?的輸入框內系統(tǒng) 會自動輸入當前計算機名，此時除 !冗余伙伴服務器？外其他都不可以操作。激活！冗余伙 伴服務器？選擇框，其他選項才可以操作,根據(jù)自己項目 的實際使用要求和情況進行相關的設置即可。如圖3所 示,激活同步 用戶歸檔。即！全部用戶歸檔的同步？項設 置為激活。而后點擊確定退岀。2）如圖4所示,生成服務器數(shù)據(jù)。右擊！服務器數(shù) 據(jù)？選項點擊創(chuàng)建，WinCC自動生成以服 務器計算機名稱 為名字的服務器數(shù)據(jù)。右擊該服務器數(shù)據(jù)選項點擊屬 性,設置！符號計算機名稱、物理

13、計算機？為本機，系統(tǒng)會丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊160丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊自動生成冗余計算機名稱。而后點擊確定退岀務器也是主服務器丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊圈3用戶歸檔設5）如圖6所示，組態(tài)標準服務器。右擊客戶機資源 管理器的！服務器數(shù)據(jù)？選項，點擊！標準服務器？為客戶 機進行標準服務器組態(tài)設置。丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)

14、線的應用2009年增刊I_|另劌芹才”VLiiX HAMAAiS捋嘲月01硯吒知t鼻曙上ttSrtn圖4腫務器數(shù)據(jù)生成3）為客戶機指定首選 服務器。配 置好主服務器計算 機和冗余功能，產(chǎn)生了服務器數(shù)據(jù)后,在客戶機資源管理 器中右擊！服務器數(shù)據(jù)？然后點擊第一項！裝載？,找到主 服務器共享項目中的 服務器數(shù)據(jù)信息，擴展名是! . PCK?。 指定需要裝載的服務 器信息，點擊打開,客戶機自動加載 服務器數(shù)據(jù)。生成服務后點擊 ！確定？退岀。為客戶機裝載服務 器數(shù)據(jù)是確定客戶機在服務器上 使用的數(shù)據(jù)。使服務器上的服務數(shù)據(jù)完全受客戶機共 享。4）如圖5所示，配置客戶機的服務器組態(tài)。右擊客 戶機資源管理器

15、的!服務器數(shù)據(jù)？選項，點擊！組態(tài)？為客 戶機指定首選服務器。對!物理的、冗余的和首選服務 器？選項進行填寫設置。丐蘇: '' Ilk£1ElZi圖5客戶機服務器選項設置為客戶端指定首選 服務器是為了更好的平衡服務器 的負擔，指定了首選服務器的客戶端會自動的優(yōu)先連接 到指定的服務器，沒有指定的則始終連接到主服務器上。 一般的，客戶機上設置的物 理服務器是主服務器，首選服圖6客戶機參數(shù)設置為了降低客戶機的 使用負荷，達到資源的快速共享。 除畫面、文本庫以外的所有組建都設置為服務器。這樣， 可以在服務器上進行各種信息收集，統(tǒng)一處理后由客戶 機共享使用，不過同時也加大了服務器

16、的服務負荷，要求 較高硬件配置。6）如圖7所示，配置好客戶機后，在主服務器上退出 W inCC管理器，點擊！開始？、！ SMATIC?、！ W inCC?、 ！ TOOLS?下的! Project Duplicator?復制出冗余 項目到冗余 服務器。用！項目復制器（Project Dup licator）?復制冗余項 目的好處是可以自動的完 成另外一臺服務器的冗余配置 同時生產(chǎn)完全相同的項目。圖7復制冗余服務器數(shù)據(jù)至此W inCC冗余項目已經(jīng)基本設置生成完畢，加上 其他聯(lián)網(wǎng)輔助設置就可以投入運行了。7冗余系統(tǒng)的工作過程當服務器都正常時整個系統(tǒng)的運行拓撲如圖8所示， 每臺客戶機PC都連接到自己

17、的首選服務器。此時服務器A是主機；B為從機;客戶機12連接到服務器A,客戶機3 連接到服務器 B客戶機1物理服務器 設置為A,冗余服 務器設置為B首選服務器設置為A。客戶機2物理服務 器設置為A,冗余服務器設置為B,首選服務器沒有設置。 客戶機3物理服務器設置為A,冗余服務器沒有設置，首選 服務器沒有設置。服務器 A和服務器B在歷史數(shù)據(jù)、用戶 歸檔、報警變量等設置上都會同時更新數(shù)據(jù)。當其中一臺服務 器（如服務器A ）發(fā)生故障時,所有 的客戶機PC都自動切換到另一臺服務器（如服務器B）丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線

18、的應用2009年增刊I Chinj Acjdtinic Journal F idrcniic Publishing；ll rights reservtc. hw 161 .nkim.l丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊丁國峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應用2009年增刊上工作，HM I系統(tǒng)可以正常的運行，數(shù)據(jù)能夠連續(xù)，而不影響使用。切換完的運行拓撲 如圖9所示。需戶機1 rpW»3KBi宵霉戶機3圖X系統(tǒng)正常運行時的拓撲團K務UA 故障戟憲碎戶機1dr選魁爵器團9主服務器故障時的系統(tǒng)運行拓撲圖當服務器A維修完成在線后，客戶機1自動連接回

19、服務器A,客戶機2、3仍然連接到服務器 B。服務器B把 更新的數(shù)據(jù)參數(shù)同 時傳送給服務器A。從這里也能看岀 為客戶機指定首選服務器的作用。8服務器的維修和維護因為服務器 采用冗余形式對軋線進行數(shù)據(jù)的收集、整理、分配和傳 輸。所以當進行系統(tǒng)改造和生產(chǎn)工藝調整的時候，充分顯示岀冗余的優(yōu)勢，但同時也增加了維修、維護的精力1）服務器硬件保養(yǎng)、維護。當服務器硬件運行一段 時間后，會出現(xiàn)灰塵積累、內存使用不足、文件碎片過多 等一系列軟硬件問題。處理這些問題時，首先要檢查主服務器和備用冗余服務器的運行情況。在主服務器運行 正常的情況下，關閉冗余服務器項目后，進行冗余服務器 的保養(yǎng)和維護。冗余服務器整理完成后激活服務器項 目，在冗余服務器正常工作的情況下進行主服務器的項 目關閉，關閉完成后冗余服務器自動完成替換工作。而 后進行對主服務器的保 養(yǎng)和維護。整理完主服務器后進 行服務器項目激活，客戶機檢查到首選服務器運行后，自 動切換和主服務器進行數(shù)據(jù)交換。2）服務器常見故障的處理。當主服務器發(fā)生數(shù)據(jù)時間錯誤時，客戶機會和服務器失去數(shù)據(jù)