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　　摘 要：結(jié)合實(shí)際的工程項(xiàng)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(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。通過實(shí)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 application example of Siemens WinCC configuration software, Profibus-DP fieldbus technology and Industrial Ethernet technology in monitoring system in Shanxi Seamless Steel Pipe Plant. This system achieves pretty good effect in practice.

　　Key words: WinCC; reducing mill; monitoring system

　　0 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(dú)立傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別用12臺(tái)直流電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)控制，它的兩個(gè)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(shí)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(gè)無縫鋼管生產(chǎn)線的運(yùn)行管理水平和自動(dòng)化水平，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，本項(xiàng)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(jì)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WindowsXP，外接打印機(jī)，用于打印報(bào)表。在上位機(jī)運(yùn)行WinCC組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對各工況實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)歸檔和報(bào)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(shí)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(jì)

　　本監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)軟件WinCC，它是一個(gè)實(shí)用且與SIMATIC產(chǎn)品無縫連接的組態(tài)軟件，可靠性高、實(shí)時(shí)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(dòng)程序來方便地完成監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)。WinCC包括幾個(gè)主要的功能編輯器：圖形設(shè)計(jì)編輯器、全局腳本編輯器、變量存檔編輯器、報(bào)警存檔編輯器、報(bào)表設(shè)計(jì)編輯器、用戶管理和項(xiàng)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(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報(bào)表等。該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：WinCC與PLC通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)。

　　2.1 WinCC與PLC通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[2]

　　WinCC提供了1個(gè)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(dòng)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(bào)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(gè)過程通過集成在WinCC項(xiàng)目中的通訊驅(qū)動(dòng)程序來完成。通訊驅(qū)動(dòng)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理器來實(shí)現(xiàn)的。WinCC通訊驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)的步驟如下：

　　（1）創(chuàng)建WinCC站與自動(dòng)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(diǎn)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(xiàng)目中添加適當(dāng)?shù)耐ǖ莉?qū)動(dòng)程序：SIMATIC S7 Protocol Suite。

　　（3）在通道驅(qū)動(dòng)程序適當(dāng)?shù)耐ǖ绬卧≒rofibus）下建立與指定通訊伙伴的連接。

　　（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(jì)

　　為了更形象的反映現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)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(bào)警等不同的狀態(tài)。為了進(jìn)一步方便操作人員隨時(shí)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(tái)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定、轉(zhuǎn)速反饋、勵(lì)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(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)控跟蹤

　　啟動(dòng)WinCC，在其項(xiàng)目管理器中打開圖形編輯器，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)對話框、C動(dòng)作或VBS動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)對象屬性的動(dòng)態(tài)化。當(dāng)減徑機(jī)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí),就可以通過WinCC的圖形編輯器來完成對主傳動(dòng)直流電機(jī)、冷床推進(jìn)鏈電機(jī)和輔助傳動(dòng)輥道電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)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(xiàng)目中選擇過程值歸檔組態(tài)，其目的是當(dāng)減徑機(jī)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)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(shí)，考慮要?dú)w檔的過程變量和存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)步驟如下[3]：

　　（1）在變量記錄管理器中創(chuàng)建一個(gè)新的歸檔，添加要?dú)w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(xiàng)卡中分別輸入趨勢窗口標(biāo)題以及添加趨勢曲線圖。

　　（5）激活變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)。

　　2.2.3 報(bào)警組態(tài)

　　在實(shí)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(shí)，報(bào)警組態(tài)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警信息，此信息會(huì)顯示在報(bào)警記錄表中，此外在減徑機(jī)主操作臺(tái)上還裝有蜂鳴報(bào)警器，一旦有報(bào)警或故障信號(hào)就能在第一時(shí)間通知現(xiàn)場操作人員，并快速做出相應(yīng)的處理。報(bào)警組態(tài)的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

　　（1）在報(bào)警記錄編輯器中選擇報(bào)警消息塊。

　　（2）組態(tài)報(bào)警消息和報(bào)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(bào)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(shí)別出報(bào)警類型和狀態(tài)。

　　（4）組態(tài)報(bào)警事件窗口。在“對象選項(xiàng)板”上選擇報(bào)警控件，并根據(jù)需要對報(bào)警控件的屬性進(jìn)行設(shè)置。

　　（5）激活報(bào)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(gè)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(shí)踐表明，以西門子公司的WinCC軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對減徑機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與管理，具有故障響應(yīng)快，操作簡單，組態(tài)畫面豐富等特點(diǎn)，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了無縫鋼管生產(chǎn)的連續(xù)性，大大提高了生產(chǎn)效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

　　[2] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6.0版[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

　　[3] 王曉遠(yuǎn).工業(yè)組態(tài)軟件WinCC在雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電，2006年第12期：85-87.