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Simatic Wincc在攀钢线材厂高速改造中的应用

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本文主要介绍西门子公司的工业组态控制软件Wincc在高速线材改造中应用,分析系统组成、通信结构及特点。攀钢高速线材改造，利用原有工艺设备，在中轧机与精轧机之间增加预精轧1、预精轧2，对原精轧机、夹送辊、吐丝机的传动设备进行数字改造，从而将轧线速度从原来30米/秒提高到55_60米/秒。品种规格从原来的几种扩大到现在的几十种，大大改善生产工艺。

本次设备改造，其控制系统采用Simatic公司的PLCNS7_400完成逻辑控制，操作站和监控站采用Simatic的Wincc4.01控制软件，传动设备采用ABB公司的DCSN500。传动设备和各操作室的操作控制与PLC之间，采用SimaticJProfibusDP通信网进行通信，操作站、监控站与PLC之间采用SimaticNH1工业以太网构成。其系统配置图参见附图一：攀钢线材改造系统配置图。

附图1 攀钢线材改造系统配置图

1、工业以太网（H1）的特点

SimaticJH1总线系统是德国西门子公司开发出来的、符合IEEE802.3－CSMD/CA协议标准的高速工业局域通信网，可构成大型的分布式自动化系统。工业以态网通过第4层进行通信，在该网上可使用不同的协议进行通信，及可同时使用上S7协议、SINECNH1－TF以及PC－LAN协议在不同的站间切换。该网络总线通过收发器或中继器和多路转换器接口，可连接多达1024个站点。

H1的特点如下：

·传输电缆：H1网的传输介质可是光缆、同轴电缆和双绞屏蔽电缆，也可混合使用。在距离较远，工业干扰较严重的场所应使用光缆在工业控制中，通常使用同轴电缆，其抗干扰能力较双绞屏蔽线高近10倍。
·传输速率：10MB/秒
·连接站点数：每段网站可连接100个点。整个网络最多可达1024个。
·通信线路长度：在不使用中继器的情况下可达到500米，使用两个中继器可达1500米，使用远程中继器可达2500米。

2、Wincc的特点及通信方式比较

Wincc(WindowsJControlKCenter)是Windows环境下面向对象的32位工业控制组态软件，它适合任何自动化控制系统。它具有如下特点：

·Wincc 是一个通用的系统

Wincc可用于自动化领域中所有的操作员控制和监控任务。Wincc可将过程或生产过程中的状态以图像、文字、棒图、曲线或报警形式清楚地表达出来。它同时能够将所发生的事件、过程数据记录下来，供历史数据查询使用。你可很方便地组态产生你的报表格式，按时间或事件触发打印。

·Wincc是一个全面开放的系统

Wincc在Windows环境下，通过OLE和ODBC很容易将其他控件集成到你的应用软件中。也可通过DDE方式与其他应用程序进行通信。在Wincc中，嵌套一个标准c语言，在你的工程中，你可随意地发挥你的聪明才智来完成你任务。同时你可访问Wincc的API编程接口来达到某些特殊功能。Wincc的具有开放通信协议，支持多种PLC系统。

·Wincc功能可随任务而增加

Wincc本身提供了一个强有力的标准功能库，用户可通过调用这些功能块来实现控制功能。同时用户也可将你开发好的功能块写进库中供他人使用。Simatic公司，开发许多特殊的功能包，考虑到应用的投资利益，在通常情况下，用户只需购买标准软件包便可，当你工程中，确实需要某些特殊功能时你可单独购买特殊功能包来满足你的需要（如：冗余软件包、服务器软件包、过程控制软件包等）。

·Wincc是一个国际通用软件

在Wincc中提供了五种在线翻译功能。用户可根据需要，做出多种语言界面的应用程序，这为你的工程能够走向世界提供了方便。

Wincc H1网通信方式比较

在攀钢线材高速改造项目中，H1的通信方式如附图一所示，采用分布式，点对点对等通信方式，操作站、监控站、S7－PLC站之间完全平等，不存在主、从，服务器和客户机之分。通常情况下，当在一个系统中存在多个操作站时可采用如图二网络结构进行连接。Wincc服务器可选择一个或两个，当选择两个服务器时，两个服务器相互热备，形成冗余系统。两种通信方式的特点比较如下：

(1) 分布式通信方式的特点

·每一个站点对等，每一个控制站可平等地从过程网中取得自己所需数据，不受服务器的制约。在工业生产中，可保证系统的正常生产。
·风险分散，当一个操作站出现事故时，其它操作站可进行工作。
·网络系统的理解点数不受制约，整个网络可连接1024个站点。

缺点：各站点之间相互联系较困难，各操作站之间相互独立。网络较忙，数据一致性较差。

(2) 客户机/服务器通信方式的特点

·所有的组态数据和过程数据集中放在服务器上，所有的客户机年均可以访问组态数据。
·数据的一致性较好，每个操作员都能看到其它人所进行的操作
·由于数据的传送是分层进行，过程总线较轻松。

缺点：风险较集中。连接的点数较小，当服务器不作操作站时最多可连接16个客户机，当服务器作操作员站时，最多可连接4个客户机。

附图2 Wincc客户机/服务器网络结构

3、攀钢线材高速改造操作站及监控站的功能

攀钢线材高速改造共有A、B两线，采用两个操作员站和一个监控站，其中两个操作站之间采用互为热备的方式，当一台操作站出现故障时，另一台操作站可切换到该线进行生产控制从而保证生产的正常进行。而在监控站上，配置分频卡和分配器，将监控站的主要数据信息传送到100米远5#、6#操作台进行数据实时显示。根据工业要求，在操作员站下实现如下控制功能：

(1) 轧制速度分配

在操作站上，操作人员输入相关的工艺参数，计算机根据金属秒流量相等的原则，计算出各机组的是设定转速。首先根据不同的轧制孔型计算出其工作辊径，根据金属秒流量相等的原则，计算出各机组的线速度。然后将线速度转换成电机的转速，下送到PLCW完成其控制功能。金属秒流量相等原则：

Sn-1：n-1机架轧件的横截面积
Vn-1：n-1机架的线速度
Sn：n机架轧件的横截面积
Vn：n机架的线速度
K= Sn / Sn-1：为延伸系数。

N电：m机架电机转速
Dm：m机架的工作辊径
Vm：m机架的线速度
Im =N电/N轧Im：转动比，N电：电机转速，N轧：轧辊转速

其中Dm根据其孔型按下列公式计算：

对椭圆孔型工作辊径Dm为：

D：轧辊辊环直径
Z：为轧槽最大深度，h：为孔型高度，s：为辊缝

对圆孔型工作辊径Dm为：

D：轧辊辊环直径
Z：为轧槽最大深度，h：为轧件高度 s：为辊缝

根据上述公式，我们知道中轧机组的转速为恒值，从而可推出各机组的电机转速。在wincc中，对上述这种复杂的推算，你可很方便地采用ANSI C编写而实现。

(2) 过程数据的显示、操作、记录

在操作站上，操作人员需要知道有关轧线状态，操作事件、过程数据的曲线显示和记录。在WINCC我们以各种非常丰富的图形、棒图、指示表等多种形式来实行轧线状态的显示。在WINCC这种环境中，很方便地实现。在WINCC的曲线跟踪功能中，它既可以显示实时数据，也可查询历史数据。WINCC的曲线跟踪有如下特殊功能：

1) X轴时间显示范围可调整

进口在WINCC的曲线跟踪功能中，可改变时间范围，当点击其功能按钮时，用户可指定当前曲线区显示的时间范围为：500毫秒，1秒，1小时，1天五个时间段，曲线可以这五个时间段进行数据查询。同时用户也可指定特定的时间段进行数据查询。

2) 用户也可对曲线进行局部放大查询，方便用户对数据的分析使用，有利于对故障的查找。对大可将图像放大到满屏时时间范围为500ms。

3) 可以显示鼠标处的实际值，其值跟随鼠标变化。

4) 缺点：数据采集周期太长，其最小时间为500ms，对于高速线材系统，一个周期时间内将轧制30米左右的线材。这样的时间间隔太大，不利于精确分析故障。

(3) 分屏功能

在我们的改造项目中，由于在A、B两线的成品操作室未设计操作站，操作人员不能了解轧线各机组设备的运行情况。为了解决这一问题，我们利用监控站采用方屏技术，将轧线各机组的主要参数转送到5#、6#操作台进行显示。5#、6#操作台所显示的数据为一固定画面，监控站的画面可操作变化。分屏的功能将屏幕放大，如原显示器的分辨率800X600，使用2屏分屏卡，你可以得到一个1600X600显示范围。你也可以的得到其他组合的显示。

我们利用分屏卡，得到一个2048X768的显示范围。在WINCC中对屏幕进行如下分区便可实现我们所需的功能。

其中区域1显示在主显示器上，区域2显示在远端显示上，利用区域1中功就能切换键，可改变区域1中的显示画面。在WINCC要实现这一功能，有两种年方法可以实现，一是购买专门的软件包，你可很方便地实现上述功能。二是每用户自己开发，也很方便。我们就是利用基本软件包，来完成上述功能。

4、WINCC使用过程中的体会

年本人由于工作性质需要，使用过多个工控软件，如：FIX，INTOUCH等。本人的感受是，从系统的灵活性、通用性来看，WINCC应该是比前两个略强。因为在WINCC系统中嵌套的ANSIKC语言，给系统提供了最大的灵活性。其标签点的定义比其它工控软件不同，在WINCC中，其模拟量点为一个点一个标签，对数字量点，在WINCC中，可以以8位，16位，32位为一个标签，从最大限度地节约标签数来说，对数字量点来说，可以以一模板为一个标签点计算，但根据我们使用的经验看，最好使用8位为一个标签，在计算机处理更方便。WINCC的报警管理、报表管理功能比其它工控软件好。根据我们的使用经验，有如下两点体会仅供参考：

(1) WINCC对于过程数据的记录，数据采集周期太长，其最小时间为周期为500ms，对于高速线材系统，一个周期时间内将轧制30米左右的线材。这样的时间间隔太大，不利于精确分析故障。

(2) 在WINCC中，当我们需要在一个操作站中控制多个同样的设备时，需要作许多重复工作，因为它不也许标签点同名或者是使用逻辑名。

(3) 我们在使用过程中，遇到这样一个现象令人难解，借此机会，向西门子的专家请教。我编辑两个项目脚本程序（CAL_SPEED－A，CAL－SPEED－B）用于分别实现不同轧线的速度计算，每一个程序绝对无任何问题，任何一个都能正确完成任务。但当这两个脚本同时存在时，总有一个脚本，在WINCC执行时不能认识，WINCC提示为"外部函数不存在"。在我们编程时，确实不能解决该问题，只有将两个函数合并在一起利用不同的状态来进行两流的参数计算。望各位专家指教。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/26/2006)


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