摘 要：結合實(shí)際的工程項目，介紹了在山西無(wú)縫鋼管廠(chǎng)減徑機中利用Siemens公司的WinCC組態(tài)軟件、Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)設計實(shí)現了一個(gè)監控系統。通過(guò)實(shí)施獲得了較好的監控效果。

　　關(guān)鍵詞：WinCC;減徑機;監控系統

　　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(wú)縫鋼管廠(chǎng) 219機組生產(chǎn)線(xiàn)選用了12機架三輥微張力減徑機， 它采用了三輥式獨立傳動(dòng)機構，分別用12臺直流電機進(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(guò)相互緊靠及串列的12機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力即張力，通過(guò)控制張力的大小來(lái)使鋼管壁厚按要求值變化。減徑后的鋼管外表面光潔、無(wú)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(wú)縫鋼管生產(chǎn)線(xiàn)的運行管理水平和自動(dòng)化水平，進(jìn)一步提高經(jīng)濟效益，本項目采用西門(mén)子的S7-300系列的PLC為控制器，并以WinCC為組態(tài)監控軟件開(kāi)發(fā)了該廠(chǎng)減徑機的監控系統。

　　1 減徑機監控系統構成

　　為了提高控制系統的可靠性，該監控系統采用“集中監測、分散控制”的設計思想，采用PC、PLC分布式控制方式，上位機采用PC作為主機，其配置為：CPU為P4-2.0;內存為512M;硬盤(pán)為80G;操作系統為WindowsXP，外接打印機，用于打印報表。在上位機運行WinCC組態(tài)軟件，實(shí)現對各工況實(shí)時(shí)監控、數據歸檔和報表打印等功能。下位機選用S7-300PLC及編程工具STEP7，負責現場(chǎng)數據的采集、處理與對象的控制，將采集的數據通過(guò)邏輯運算、判斷、變換后上傳到PC機。為滿(mǎn)足配置PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )的需要，PC機配有CP5611通訊卡，負責上位PC機與下位機PLC之間的通訊[1]。此外采用了PROFIBUS-DP總線(xiàn)電纜完成潤滑站、液壓站、高壓水除磷站以及輥道電機變頻器之間的連接，實(shí)現從站與主站的數據交換。監控系統結構如圖1所示。

圖1 減徑機控制系統結構圖

　　2 監控系統的設計

　　本監控系統采用組態(tài)軟件WinCC，它是一個(gè)實(shí)用且與SIMATIC產(chǎn)品無(wú)縫連接的組態(tài)軟件，可靠性高、實(shí)時(shí)性強、適用范圍廣、界面友好、功能強大，不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的硬件設備都可以通過(guò)更換不同的驅動(dòng)程序來(lái)方便地完成監控系統的組態(tài)。WinCC包括幾個(gè)主要的功能編輯器：圖形設計編輯器、全局腳本編輯器、變量存檔編輯器、報警存檔編輯器、報表設計編輯器、用戶(hù)管理和項目安全編輯器。用戶(hù)可以在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數據管理，形成所需要的操作畫(huà)面、監控畫(huà)面、控制畫(huà)面、報警畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)、歷史趨勢曲線(xiàn)和打印報表等。該監控系統的設計包括：WinCC與PLC通訊系統的設計和監控畫(huà)面的設計。

　　2.1 WinCC與PLC通訊系統的設計[2]

　　WinCC提供了1個(gè)支持多種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和類(lèi)型的SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅動(dòng)程序，通過(guò)它的通道單元提供與SIMATIC S7-300PLC的通訊。WinCC所有應用程序必須以WinCC變量的形式從變量管理器中請求數據。這些WinCC應用程序包括圖形運行系統、報警記錄運行系統、變量記錄運行系統等。WinCC變量管理器的任務(wù)是從過(guò)程中取出請求的變量值，這個(gè)過(guò)程通過(guò)集成在WinCC項目中的通訊驅動(dòng)程序來(lái)完成。通訊驅動(dòng)程序利用其通道單元構成WinCC與過(guò)程處理之間的接口，在許多情況下，到過(guò)程處理的基于硬件的連接是利用通訊處理器來(lái)實(shí)現的。WinCC通訊驅動(dòng)程序使用通訊處理器來(lái)向PLC發(fā)送請求消息。然后，通訊處理器將回答相應消息請求的過(guò)程值發(fā)回WinCC。WinCC與PLC通訊結構如圖2所示。

圖2 WinCC與PLC通訊結構圖

　　該通訊具體實(shí)現的步驟如下：

　?。?）創(chuàng )建WinCC站與自動(dòng)化系統間的物理連接：在控制面板中打開(kāi)“PG/PC”對話(huà)框，設置參數完成訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)和通信處理器之間的分配以及為WinCC中相應的外部變量賦地址。

　?。?）在WinCC項目中添加適當的通道驅動(dòng)程序：SIMATIC S7 Protocol Suite。

　?。?）在通道驅動(dòng)程序適當的通道單元（Profibus）下建立與指定通訊伙伴的連接。

　?。?）在連接下建立變量，包括內部變量和外部變量。

　　2.2 監控畫(huà)面的設計

　　為了更形象的反映現場(chǎng)設備的實(shí)際運行狀況，將相應的設備以圖形的方式顯示在主畫(huà)面中;以顏色、閃爍、樣式等不同的對象屬性作為區別設備的運行、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(shí)查看系統的狀態(tài)，在減徑機監控主畫(huà)面中設置了12臺主電機的轉速設定、轉速反饋、勵磁電流反饋和電樞電流反饋，以及冷床區推進(jìn)鏈電機的轉速設定和輔助傳動(dòng)輥道電機的轉速設定。該監控主畫(huà)面如下圖3所示：

圖3 監控主畫(huà)面

　　2.2.1 對減徑機運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監控跟蹤

　　啟動(dòng)WinCC，在其項目管理器中打開(kāi)圖形編輯器，根據實(shí)際設計要求在WinCC的標準對象、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、應用和畫(huà)面窗口以及功能按鈕等。然后對選擇的對象進(jìn)行更名、復制、粘貼、定位和旋轉等基本靜態(tài)操作，以及通過(guò)動(dòng)態(tài)對話(huà)框、C動(dòng)作或VBS動(dòng)作來(lái)實(shí)現對象屬性的動(dòng)態(tài)化。當減徑機系統開(kāi)始運行時(shí),就可以通過(guò)WinCC的圖形編輯器來(lái)完成對主傳動(dòng)直流電機、冷床推進(jìn)鏈電機和輔助傳動(dòng)輥道電機的實(shí)際轉速、電樞電流、勵磁電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，并對其他一些重要的生產(chǎn)數據以及生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

　　2.2.2 過(guò)程值歸檔組態(tài)

　　在歸檔的組態(tài)中，分為過(guò)程值歸檔和壓縮歸檔兩種類(lèi)型，本項目中選擇過(guò)程值歸檔組態(tài)，其目的是當減徑機系統開(kāi)始運行時(shí)來(lái)采集、處理和歸檔工業(yè)現場(chǎng)的過(guò)程數據。獲得的這些過(guò)程數據以趨勢曲線(xiàn)和表格的方式顯示出來(lái)作為現場(chǎng)設備運行狀態(tài)的管理和技術(shù)標準。在組態(tài)過(guò)程值歸檔時(shí)，考慮要歸檔的過(guò)程變量和存儲位置以及是否設定歸檔備份和歸檔備份的目標路徑。具體實(shí)現步驟如下[3]：

　?。?）在變量記錄管理器中創(chuàng )建一個(gè)新的歸檔，添加要歸檔的變量。

　?。?）設置歸檔的屬性。包括歸檔的常規信息和歸檔參數。

　?。?）設置歸檔變量的屬性。包括歸檔變量的名稱(chēng)、變量類(lèi)型、采集類(lèi)型等屬性。

　?。?）創(chuàng )建和設置趨勢圖。選擇WinCC在線(xiàn)趨勢控件，并設置其屬性，在“常規” 和“曲線(xiàn)”選項卡中分別輸入趨勢窗口標題以及添加趨勢曲線(xiàn)圖。

　?。?）激活變量記錄運行系統。

　　2.2.3 報警組態(tài)

　　在實(shí)際生產(chǎn)現場(chǎng)，安全性是非常重要的，當在生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生意外故障時(shí)，報警組態(tài)系統就會(huì )自動(dòng)觸發(fā)相應的報警信息，此信息會(huì )顯示在報警記錄表中，此外在減徑機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(shí)間通知現場(chǎng)操作人員，并快速做出相應的處理。報警組態(tài)的具體實(shí)現步驟為：

　?。?）在報警記錄編輯器中選擇報警消息塊。

　?。?）組態(tài)報警消息和報警消息文本。包括設置消息類(lèi)別、消息變量、消息位、狀態(tài)位等屬性。

　?。?）組態(tài)報警消息的顏色。在監控畫(huà)面中，不同類(lèi)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(lèi)型和狀態(tài)。

　?。?）組態(tài)報警事件窗口。在“對象選項板”上選擇報警控件，并根據需要對報警控件的屬性進(jìn)行設置。

　?。?）激活報警記錄運行系統。

　　2.2.4 用戶(hù)權限管理

　　WinCC本身具有一個(gè)先進(jìn)的、強有力的、人性化的用戶(hù)安全管理系統，為了解決好授權與安全性問(wèn)題，需要通過(guò)WinCC的用戶(hù)管理器對用戶(hù)的使用權限進(jìn)行相應的設置，在本系統中將用戶(hù)權限分為3種：瀏覽用戶(hù)、管理員用戶(hù)、程序員用戶(hù)，這樣既能使不同類(lèi)型的用戶(hù)共同使用該系統，又能保證系統的安全管理。

　　3 結束語(yǔ)

　　該無(wú)縫鋼管生產(chǎn)線(xiàn)于2009年4月21日正式投產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)踐表明，以西門(mén)子公司的WinCC軟件平臺為基礎的監控系統實(shí)現了對減徑機系統的實(shí)時(shí)控制與管理，具有故障響應快，操作簡(jiǎn)單，組態(tài)畫(huà)面豐富等特點(diǎn)，減少了工人的勞動(dòng)強度，保證了無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的連續性，大大提高了生產(chǎn)效率。

　　參考文獻：

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

　　[2] 蘇昆哲.深入淺出西門(mén)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.工業(yè)組態(tài)軟件WinCC在雨水泵站監控系統中的應用[J].中國農村水利水電，2006年第12期：85-87.