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SIMATIC WinCC在攀钢线材厂高速改造中的应用

供稿:西门子(中国)有限公司 2005/12/20 14:53:00

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摘要: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。 关键词:H1网、Wincc、操作站、监控站。 序: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。 一.控制系统构成 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。



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。
1.2 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



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: 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。



各机架电机的转速与线速的转换关系为:
- 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。
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。
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

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