WinCC在冷軋?zhí)幚砭€監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

榮獲“2004年度工控及自動化領域優(yōu)秀典型應用”有獎評選活動　　三等獎
	專家點評： 硅鋼（冷軋電工鋼）連續(xù)退火塗層機組（SACL）工藝復雜是技術含量高的機組。鞍鋼的SACL機組由武漢院總承包。這是國內第一條全部由國內設計、制造及軟件編程調試的SACL機組。采用Wincc監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡硬件及軟件控制思路上具有一定的先進性，對其他地方有借鑒作用。

概述
冷軋電工鋼（硅鋼）連續(xù)退火涂層機組（SACL）是冷軋?zhí)幚砭€中工藝最復雜、技術含量最高的機組，同時電工鋼也是冶金工業(yè)采用現(xiàn)代化技術最多、生產難度最大的品種，全世界只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家可以生產，并實行技術壟斷。電工鋼的產量、品種、質量水平可視為國家是否有強大冶金工業(yè)的一個象征。目前國內只有武鋼、太鋼、寶鋼能生產，且都是從國外引進的技術和設備，而鞍鋼冷軋硅鋼廠NO.1電工鋼SACL機組是國內第一條全部由國內設計、制造及軟件編程調試的SACL機組。
鞍鋼SACL機組是由武漢院總承包，進行工藝設計、非標設備設計和自動化系統(tǒng)設計及軟件編程調試。HMI人機接口系統(tǒng)作為基礎自動化系統(tǒng)重要組成部分，用于控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)的設定、顯示、故障報警，以及相應操作和設備的在線調試及維護，發(fā)揮越來越重要的作用。SACL機組的HMI系統(tǒng)信息都以友好方式提供給用戶。自動化控制系統(tǒng)接收過程計算機（PCS）和操作工通過HMI輸入的數(shù)據(jù)進行處理，處理后再將過程數(shù)據(jù)信息、機組狀態(tài)信息和各種測量值以符號、數(shù)值、棒圖和圖表的形式在HMI畫面上顯示。HMI操作站的設計目標以最少的設備數(shù)量提供最大可能的信息幫助操作人員和設備維護人員快速準確的了解機組當前狀態(tài)及其相關信息。
1. 硬件配置
硅鋼SACL機組的工藝布置設有一個PLC室和兩個操作室（一個入口操作室及一個出口操作室）。根據(jù)自動化網(wǎng)絡結構要求，我們在PLC室設置了3COM SuperStack3 Switch 4200 24口中心交換機1臺，3COM OfficeConnet Switch 8口邊緣交換機2臺，WinCC服務器1臺，工程師站1臺，便攜式編程器1臺，HP 5100網(wǎng)絡打印機（帶1塊10/100M自適應以太網(wǎng)卡）1臺。在入口操作室設有1臺WinCC操作站和1臺3COM 8口邊緣交換機。在出口操作室設有2臺WinCC操作站和1臺3COM 8口邊緣交換機。HMI監(jiān)控系統(tǒng)的中心交換機是SACL機組基礎自動化（L1）數(shù)據(jù)交換的核心，我們在配置交換機時，采用了VLAN技術，將24口交換機按端口劃分，劃分了不同的兩個網(wǎng)段，分別連接著PLC控制器和WinCC操作站，同時還和過程計算機系統(tǒng)（L2）相連，接受L2機有關工藝的設定值。2臺邊緣交換機放在PLC室的操作臺上用于連接PLC網(wǎng)段和PC機網(wǎng)段。
WinCC服務器和操作站的硬件配置為：
· 工業(yè)PC機
· CPU Pentium IV 2.2GHz (Server)
· CPU Pentium IV 2GHz (Client)
· 硬盤60G，軟驅1.44MB
· RAM 1G（Server）；RAM 512M(Client)
· CD-RW (Server)
· CD-ROM (Client)
· 64M緩存顯卡
· 17” 液晶顯示器
· Intel 10/100自適應以太網(wǎng)卡
· SIEMENS CP1613 (Server)
· 工業(yè)防水鍵盤，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組運行狀況及設備運行狀況。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組運行狀況和設備運行狀況。
2．網(wǎng)絡拓撲結構
SACL機組的基礎自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)，我們選用的是AVAYA公司的超五類銅纜按568B的標準將4個S7-400 PLC控制器和1個S7-300F急停PLC控制器連到3COM中心交換機的PLC網(wǎng)段。工程師站、便攜編程器和HP網(wǎng)絡打印機也都采用雙絞線按568B的標準連到操作臺上PC機網(wǎng)段的邊緣交換機上。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室與兩個操作室之間通過光纜連接。PLC控制器與PLC控制器、傳動裝置、R I/O站通過PROFIBUS DP現(xiàn)場總線連接。離PLC室較遠的R I/O站采用光纜和OLM光纖模塊連接。SACL機組所有I/O點分布在全線的44個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)絡的可靠性決定了整個監(jiān)控系統(tǒng)可靠運行。
3．軟件配置
自動化控制系統(tǒng)軟件采用SIEMENS 公司的PCS7 V5.2軟件包，PLC控制器采用STEP 7 V5.2，HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCC V5.1版本。HMI服務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)庫運行于服務器上，存儲在實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以通過多臺HMI Client實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時交換。作為Client/Server結構，HMI上監(jiān)控的數(shù)據(jù)全部通過服務器提交查詢、修改等指令，通過光纖以太網(wǎng)再傳送至PLC，完成對現(xiàn)場設備的在線監(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自動化過程中。 WinCC用戶友好組件允許新的或已存在的應用程序的無錯誤集成。WinCC，一個過程可視化應用程序能夠使用戶方便地觀察自動控制過程的全部特征。WinCC將Windows應用程序的體系結構和便于使用的圖形設計程序結合起來。 WinCC包括用于解決過程監(jiān)控和控制任務的所有元素：
WinCC項目工程環(huán)境：
· 圖形 - 設計工廠現(xiàn)場
· 歸檔 - 將帶時間標識的數(shù)據(jù)/事件存儲到SQL數(shù)據(jù)庫
· 報表編輯器 - 為要求的數(shù)據(jù)產生報表
· 數(shù)據(jù)管理器 - 定義并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)
WinCC運行系統(tǒng)：
允許在工廠現(xiàn)場或控制室的操作員與機械應用相互作用。
HMI的編程工具WinCC具有可擴充性、開放性：
· 基于客戶機/服務器模式
· 從簡單到復雜的任務擴充
· 集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫
· 強大的標準接口（如OPC、OLE、ActiveX）
· 通用的腳本語言ANSI C
· 針對所有主要PLC廠商的通訊接口
4．功能描述
在SACL機組的監(jiān)控系統(tǒng)中，下位機系統(tǒng)使用SIEMENS S7-400 PLC完成現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理；上位機系統(tǒng)采用SIEMENS WinCC V5.1平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化的監(jiān)控。該系統(tǒng)上位機采用了客戶機/服務器的體系結構，WinCC服務器負責從下位機采集、處理和存儲數(shù)據(jù)；客戶端從服務器上共享/訪問數(shù)據(jù)庫，并進行數(shù)據(jù)的組態(tài)和運行監(jiān)控，通過通信網(wǎng)絡將PLC控制器實時采集的數(shù)據(jù)進行各種處理，在上位機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、按鈕的指令信號，進行現(xiàn)場設備控制。位于操作室和PLC室的WinCC操作站和WinCC服務器用于工藝控制，它們之間的通訊將通過開放、交換式的快速以太網(wǎng)實現(xiàn)。來自現(xiàn)場的執(zhí)行機構和傳感器的信號被采集到相關的R I/O站，通過開放的PROFIBUS-DP網(wǎng)送至PLC系統(tǒng)。幾乎所有的操作都通過WinCC操作站顯示器、鼠標和鍵盤來實現(xiàn)。
SACL機組的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)可以完成以下管理功能：
· 輸入原料數(shù)據(jù)包括鋼卷號、鋼種、鋼卷尺寸等；
· 設定值和實際值的顯示（包括機組的入口段/工藝段/出口段速度、張
力的顯示）；
· 原料數(shù)據(jù)的顯示和修改；
· 系統(tǒng)故障診斷顯示、記錄、報警及其故障報表；
· 用戶的權限管理。
SACL機組的WinCC軟件設計遵循以下原則：
· 畫面操作都使用鼠標和鍵盤完成；
· 從安全角度考慮，設備出現(xiàn)故障（設備為紅色）后必須在畫面上點擊
確認按鈕（設備為灰色）即故障確認后才能再次操作該設備；
· 從安全角度考慮，對于MCC設備在畫面都是分兩步來操作。第一步
選擇操作模式（運行、備用、停止），第二步選擇啟動或停止；
· 從安全角度考慮，對于采用VC或VVVF變頻設備在操作前必須先對
接觸器合閘后再對該設備操作；
畫面中設備的顏色標準化，每一種顏色代不同的含義：
深綠： On
深灰： Off and ready for switching
藍： Off and not ready for switching
黃： Warming
紅： Alarm
青： Actual value
藍綠： Computer setpoint
洋紅： Operator setpoint
橙： Calculated value
深洋紅：Operation mode
<1> WinCC畫面說明
所有畫面分成以下三個區(qū)域： 標題區(qū)、工藝畫面區(qū)、功能按鈕區(qū)。
頂部標題區(qū)域顯示以下內容：
顯示公司標識
顯示工藝畫面名稱
顯示當前日期和時間
顯示當前計算機名和登錄用戶名
顯示HMI和PLC之間連接狀態(tài)
中間工藝畫面區(qū)域顯示以下內容：
顯示機組全線帶鋼跟蹤信息
顯示入/出口鋼卷跟蹤信息
顯示各種介質系統(tǒng)信息
顯示電機合閘信息
顯示電機的電流和轉速信息
顯示急停信息
顯示傳動設備診斷信息
顯示CPC/EPC狀態(tài)信息
顯示報警信息
底部功能按紐區(qū)域顯示以下內容：
該區(qū)域共有6個主菜單，它們是TRACKING、TECHNO、CSCD、DIAG、MISC、SYSTEM。
TRACKING包括6個子菜單共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)