WinCC在溫軋實驗機中的應用*

甄立東　李建平　牛文勇　孫　濤

(軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室　沈陽　110819)

?

WinCC在溫軋實驗機中的應用*

甄立東李建平牛文勇孫濤

(軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室沈陽110819)

摘要溫軋實驗軋機是一種新型實驗裝備，可以對金屬板帶施加張力并進行在線加熱的溫軋工藝實驗。WinCC是西門子的監控軟件，WinCC通過與基礎自動化PLC和過程機通訊，完成數據采集、數據記錄和實驗操作。

關鍵詞溫軋實驗機; WinCC軟件; 實時監控; HMI; PLC

Class NumberTG335.5

1引言

溫軋實驗軋機是一種新型實驗裝備，主要針對短軋件(單片)金屬材料進行冷軋和溫軋實驗研究。單張直拉式冷(溫)軋模擬實驗機主要用于汽車板、電工鋼、高強鋼、精沖鋼以及鈦、鎂及其合金等難變形材料的溫加工和冷加工[9]。溫軋實驗機采用液壓自動夾持鎖緊裝置，采用電阻加熱的方法在線對單片帶鋼進行快速加熱及恒溫控制，同時溫軋機具備全液壓壓下功能，保證單道次大壓下和薄規格帶材的軋制工藝的實驗研究[3]。目前該實驗機已在寶鋼研究院、河北鋼鐵技術研究總院中試基地、武鋼研究院及重慶科學技術研究院得到廣泛應用[1]，并取得了良好的應用效果。

溫軋實驗軋機可以對金屬板帶施加張力并進行在線加熱的溫軋工藝實驗，如圖1所示。以西門子監控軟件WinCC為基礎的人機界面系統在該溫軋實驗機中起著舉足輕重的作用，在整個溫軋實驗機的控制系統中，它是用戶與過程計算機、過程計算機與基礎自動化等交流的平臺，是整個控制系統的樞紐。本文以WinCC為平臺，詳細介紹了WinCC在整個溫軋實驗機人機界面系統中的應用，現場應用表明，該系統具有運行穩定，操作靈活方便，人機界面豐富友好，監視功能齊全，為溫軋實驗機的大幅應用和推廣起到了巨大的推進作用[4]。

圖1　直拉式冷/溫軋實驗機

2自動化控制系統配置

溫軋實驗機自動化控制系統由兩級組成：過程計算機級和基礎自動化級。基礎自動化系統采用西門子產品，完成整個實驗過程的狀態監測、顯示控制以及軋制自動控制。過程計算機為HP服務器，過程機采用東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室執行研制開發的軟件包，主要實現軋制規程設定計算、模型優化和數據處理等功能[7]。

溫軋實驗機基礎自動化系統采用德國SIEMENS公司S7-400 PLC+FM458的雙CPU并行工作結構，S7-400的CPU與FM458通過機架背板總線(P總線)進行快速數據通訊。FM458主要完成AGC液壓缸液壓伺服、張力液壓缸伺服控制系統以及相關參數的檢測和標定計算，CPU414-3PN/DP完成軋線設備的順序控制和輔助設備的運行控制。CPU414-3PN/DP通過工業以太網與過程計算機、HNI系統和軋制過程數據采集進行快速數據交換，PLC系統與傳統系統通過PROFIBUS-DP現場總線網連接，PLC與遠程I/O站之間通過PROFINET通信。AGC/ATC液壓站的運行控制由一臺S7-300 PLC系統控制，主要控制液壓站泵的運行和閥門動作邏輯，S7-300 PLC與S7-400 PLC和其他計算機通過工業以太網交換數據。

HMI服務器采用西門子WinCC監控軟件實現對溫軋實驗機工藝過程數據采集、數據監視和實施操作[5]。

該控制系統中，數據采集計算機的操作系統采用WINDOWS7，PLC系統軟件采用德國SIEMENS公司的STEP7編程軟件，人機界面采用德國SIEMENS公司的WinCC圖形軟件，過程控制系統采用VC 6.0編程。

3WinCC的主要監控功能

在對溫軋實驗機進行自動化設備調試的過程中，WinCC在其中起到了很重要的作用。下面就WinCC在設備調試過程中的應用進行詳細的介紹。

3.1工藝過程

實驗過程工藝流程根據冷軋生產過程的工藝特點確定。常規實驗過程如下：

選定并排序待軋單片帶鋼試樣(熱軋或退火定尺實驗料)→表面處理(酸洗或拋丸)→選擇冷軋或溫軋等工藝方式→設定或調用軋制規程→手動夾持試樣→設定原始零位→加熱(溫軋時)[2]→手動/自動軋制→觀察工藝數據(此時已自動記錄)→試樣手動標識→試樣選取和數據整理。

3.2WinCC監控作用的實現

3.2.1試樣數據采集與管理

在試樣數據采集及管理方面，操作人員只需要在界面上輸入試樣的ID號，鋼種，試樣長度，試樣寬度及試樣的厚度，并點擊一下界面上的PDI錄入按鈕，便可將該塊試樣的數據存入一個數據包，然后操作人員可以繼續輸入下一塊的PDI數據，當需要對所輸入的其中的一塊試樣進行當前的實驗時，只需輸入該試樣的ID號，點擊一下PDI調用按鈕即可在界面上顯示該塊試樣的全部PDI信息，便于操作人員對試樣的原始數據信息進行集中化管理和操作。

3.2.2HMI系統主要功能

1) 顯示和記錄軋制過程中的各種工藝參數和系統、設備的狀態信息；

2) 對于軋制過程中出現的故障和報警信息進行歸檔記錄；

3) 接收操作人員輸入的數據并將數據傳送給PLC和過程計算機；

4) 接收操作人員發出的命令，遠程控制軋線輔助設備的運行；

5) 數據采集與報表系統：實驗坯料數據錄入、修改、保存，記錄實驗過程中采集的實際數據、歷史數據查詢及數據報表打印等。

3.2.3WinCC畫面操作

溫軋機的軋制過程需要操作員在安裝有WinCC軟件的HMI畫面中操作，溫軋機的主畫面如圖2所示。

自動軋制方式：軋制過程由計算機自動控制完成，針對典型鋼種，由操作員在HMI的主畫面輸入待軋試樣PDI數據，計算機系統將根據操作員輸入的PDI數據自動生成(參考軋制規程，操作員可對規程進行修正)或由操作員調用保存在計算機中的規程數據或在HMI上直接輸入軋制規程。

軋件加熱：如果進行溫軋，需要開啟軋件加熱功能，并在HMI主畫面設定每道次的加熱溫度，在軋件溫度達到或接近溫度設定值后，再進行軋制。

操作工穿帶并操作前后液壓夾鉗將試樣，夾持完畢后，啟動軋制過程，軋機在自動控制方式下根據預設規程完成整個軋制過程[6]。WinCC在每一部分中都起到了至關重要的作用[10]。

3.3歷史數據的獲取

WinCC在該設備調試過程中的另一個作用是利用其自身集成的VBS腳本，在實驗完成后，可以根據實驗完成的時間，隨時調用出這一期間WinCC存儲在數據庫中的每一個過程值，將數據導入到Excel中，并生成相應的曲線，可以進行數據的分析及比對。利用VBS腳本實現這一功能的前提是，必須利用WinCC軟件將用戶事先需要保存到數據庫的過程值進行變量的長期或短期歸檔并保存[8]。圖3是VBS腳本編程的程序流程圖。

圖2　溫軋實驗機主畫面

圖3　VBS腳本的程序流程圖

4結論

溫軋實驗機的人機界面系統以WinCC軟件為平臺，是整個控制系統的操作界面。WinCC監控軟件以其特有的監控和數據采集、報警記錄及變量記錄等功能，存儲歷史數據并支持歷史數據查詢，為溫軋實驗的過程監控提供了有力的保障。

參 考 文 獻

[1] 張浩,矯志杰,劉翠紅,等.唐鋼冷連軋機過程控制系統[J].東北大學學報(自然科學版),2007,28(10):1381-1384.

ZHANG Hao, JIAO Zhijie, LIU Cuihong, et al. Process Control System for Tandem Cold Mill in Tangsteel[J]. Joural of Northeastern University(Natural Science),2007,28(10):1381-1384.

[2] 楊軍,答嘉曦,余調琴,等.基于PLC和WinCC的溫度控制系統設計[J].計算機與數字工程,2006,34(6)：135-137.

YANG Jun, DA Jiaxi, YU Tiaoqin, et al. Design of Temperature Control Systems Based on PLC and WinCC[J]. Engineer of Computer and Data,2006,34(6)：135-137.

[3] 日本鋼鐵協會.板帶軋制理論與實踐[M].王國棟，吳國良,畢玉偉，等譯.北京：中國鐵道出版社，1990:195-196.

Institute of Iron and Steel in Japan. Theory and practice of steel rolling[M]. Translated by Wang GD, Wu GL, Bi YW, et al. Beijing: Chinese Railway Press,1990:195-196.

[4] 邊軍,劉相華,王國棟,等.WinCC在熱浸鍍模擬實驗機中的應用[J].微計算機信息,2004,24(10)：20-21.

BIAN Jun, LIU Xianghua, WANG Guodong, et al. Application of Software WinCC in Hot-dip Galvanizing Simulator[J]. Message of Micro-computer,2004,24(10)：20-21.

[5] 王文樂,李建平,甄立東,等.WinCC在CAS-300光亮連續退火模擬實驗機中的應用[J].控制工程,2009,16(1)：100-102.

WANG Wenle, LI Jianping, ZHEN Lidong, et al. Application of WinCC in Experimental Machine of CAS-300 Simulated Continuous Annealing[J]. Control Engineering of China,2009,16(1):100-102.

[6] 孫濤,王貴橋,吳巖,等.直拉式可逆冷軋實驗軋機張力控制技術[J].東北大學學報(自然科學版)，2012,33(4)：528-532.

SUN Tao, WANG Guiqiao, WU Yan, et al. Tension Control Technique for Hydraulic-Tension Reversible Experimental Cold Mill[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science),2012,33(4)：528-532.

[7] 矯志杰,李建平,張福波,等.新型冷軋實驗軋機的工藝設計[J].軋鋼，2007,42(9)：53-55.

JIAO Zhijie, LI Jianping, ZHANG Fubo, et al. Technological Design of New Type Pilot Cold Rolling Mill[J]. Iron and Steel,2007,42(9)：53-55.

[8] 甄立東,魏瑾,牛文勇,等.WinCC V6歸檔數據處理[J].微計算機信息，2005,21(10)：54-56.

ZHEN Lidong, WEI Jin, NIU Wenyong, et al. Archiving data processing of WinCC V6[J]. Message of Micro-Computer,2005,21(10):54-56.

[9] 何建峰.冷軋板連續退火技術及其應用[J].上海金屬，2004,26(4)：50-53.

HE Jianfeng. Continuous annealing for cold rolling strip and the application[J]. Shanghai Metals,2004,26(4):50-53.

[10] 潘庭龍,紀志成.基于WinCC6.0的食品烘烤生產線監控系統設計[J].控制工程，2008,15(5)：523-525.

PAN Tinglong, JI Zhicheng. Supervision control system of food backing industry based on WinCC6.0[J]. Control Engineering of China,2008,15(5):523-525.

收稿日期:2016年1月7日,修回日期:2016年2月16日

基金項目:中央高校基本科研業務費項目(編號:N120407005)資助。

作者簡介:甄立東，女，碩士，高級工程師，研究方向：材料加工工程。

中圖分類號TG335.5

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.07.039

Application of WinCC in Experimental Warm Rolling Mill

ZHEN LidongLI JianpingNIU WenyongSUN Tao

(The State Key Laboratory of Rolling Technology and Automation, Shenyang110819)

AbstractThe experimental warm rolling mill was a new type of experimental equipment. The workpiece could be rolled with tensions exerted at its two ends, and be heated online. As siemens WinCC monitoring software, WinCC can complete data acquisition, data logging and experimental operation by automation PLC and process computer communication.

Key Wordsexperimental warm rolling mill, WinCC, real time monitoring function, HMI, PLC