WinCC在邯鋼酸洗線自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

馬玉賓

（河鋼集團(tuán)邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056015）

WinCC是基于32位技術(shù)的過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)，其多樣化的自動(dòng)化解決方案和通用的應(yīng)用程序可滿足多種復(fù)雜工況下的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，適合所有工業(yè)監(jiān)控的解決方案，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。邯鋼酸洗生產(chǎn)線由寶信公司總設(shè)計(jì)承包，該生產(chǎn)線工藝成熟，技術(shù)先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，采用WinCC自動(dòng)化過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)酸洗生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)軟件的編程調(diào)試全部由寶信公司完成，滿足了酸洗生產(chǎn)線自動(dòng)化控制的需要，其在硬件配套和軟件控制方面體現(xiàn)出良好的適用性，對(duì)其他生產(chǎn)工序的應(yīng)用也有著一定的借鑒作用。

1 邯鋼酸洗生產(chǎn)線WinCC系統(tǒng)簡(jiǎn)介

邯鋼酸洗生產(chǎn)線（PLL）由寶信公司總設(shè)計(jì)承包，整個(gè)生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)軟件的編程調(diào)試全部由該公司完成。其系統(tǒng)通信和自動(dòng)化控制過(guò)程主要由HMI人機(jī)接口系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可用于控制系統(tǒng)各種參數(shù)的設(shè)定，故障顯示和報(bào)警，以及設(shè)備的在線調(diào)試與維護(hù)。酸洗線HMI系統(tǒng)人機(jī)交互界面十分友好，控制界面簡(jiǎn)潔明了，為用戶使用提供了很大便利。WinCC過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)做為HMI的軟件系統(tǒng)，在運(yùn)行時(shí)會(huì)通過(guò)計(jì)算機(jī)和各類(lèi)傳感器對(duì)生產(chǎn)線各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和處理，之后通過(guò)交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳輸至HMI系統(tǒng)，同時(shí)將其以圖形、列表、符號(hào)和具體數(shù)值的形式在HMI畫(huà)面上顯示，從而使設(shè)備操作和維保人員可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的自動(dòng)化監(jiān)控。WinCC過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。

1.1 硬件配置

邯鋼冷軋廠為推拉式酸洗線，工藝布置設(shè)置有1個(gè)入口操作室，1個(gè)出口操作室和一個(gè)PLC控制室。根據(jù)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)布局要求，在入口操作室設(shè)有1臺(tái)8接口3COM邊緣交換機(jī)和2臺(tái)WinCC操作站；出口操作室與入口操作室硬件設(shè)備布置一致；PLC控制室設(shè)置有WinCC服務(wù)器1臺(tái)，24口中心交換機(jī)1臺(tái)，便攜式系統(tǒng)編程器1臺(tái)。酸洗線自動(dòng)化數(shù)據(jù)交換的核心部件為HMI監(jiān)控系統(tǒng)24口中心交換機(jī)，該交換機(jī)在配置時(shí)采用了VLAN技術(shù)，將24口交換機(jī)按端口劃分為PC機(jī)網(wǎng)段和PLC網(wǎng)段，分別連接至WinCC操作站和PLC控制器，其中PC機(jī)網(wǎng)段連接入口HMI和出口HMI；PLC網(wǎng)段連接工藝段PLC和板帶傳輸PLC。

WinCC服務(wù)器的硬件配置為:

(1)CPU：INTEL I7處理器；(2)內(nèi)存：8G內(nèi)存；(3)硬盤(pán)：1TB ；(4)網(wǎng)卡：2x 10/100/1000 Mbit/s Ethernet(RJ45)；(5)光驅(qū)：DVD-ROM；(6)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn))：光電Mouse；(7)顯示器：22"LCD（16：9）。

入口操作室WinCC操作站用于生產(chǎn)線入口段機(jī)組與設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控；出口操作室WinCC操作站用于出口段機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視和控制。

1.2 軟件配置

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用德國(guó)西門(mén)子公司的PCS7系列軟件包，HMI采用WinCC V7.2過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)，PLC可編程邏輯控制器為STEP7 V5.5版本。HMI監(jiān)控系統(tǒng)的操作站和服務(wù)器運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)，經(jīng)管理者授權(quán)可實(shí)現(xiàn)對(duì)HMI系統(tǒng)的在線編程，較為開(kāi)放的編程環(huán)境為適應(yīng)不同生產(chǎn)條件下的過(guò)程監(jiān)控提供了便利。WinCC V7.2具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的功能，可通過(guò)多臺(tái)HMI Client實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換，確保了數(shù)據(jù)上傳的及時(shí)性，提高了監(jiān)控水平，也便于對(duì)生產(chǎn)線工藝數(shù)據(jù)的調(diào)閱。HMI系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的查詢和修改在服務(wù)器控制板面輸入相應(yīng)的控制指令即可實(shí)現(xiàn)，將控制指令輸入系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)光纖以太網(wǎng)將該指令信息再傳輸至工藝段PLC，由PLC按照內(nèi)設(shè)程序控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的在線監(jiān)控與操作。

WinCC具有高度的集成性，做為HMI的軟件系統(tǒng)，可將工廠各類(lèi)控制軟件完全無(wú)錯(cuò)誤地集成進(jìn)自動(dòng)化過(guò)程中，包括了用于解決過(guò)程監(jiān)控和控制任務(wù)的所有元素，既實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制的無(wú)間斷運(yùn)行，同時(shí)便于用戶自動(dòng)化控制過(guò)程和全部特征觀察。

1.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性決定了自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。酸洗線自動(dòng)化控制通信網(wǎng)絡(luò)采用亞美亞公司的超五類(lèi)銅線纜，按照568B標(biāo)準(zhǔn)將3COM中心交換機(jī)PLC網(wǎng)段與2個(gè)PLC控制器相連接。網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、便攜式編程器、工程師站也同樣按照上述標(biāo)準(zhǔn)采用雙絞線連接至交換機(jī)PC網(wǎng)段。WinCC與PLC控制之間的采用工業(yè)控制常用的工業(yè)以太網(wǎng)ISO通信協(xié)議，各操作室之間通過(guò)光纖連接；PLC控制器與現(xiàn)場(chǎng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接。酸洗線全線共有11個(gè)RI/O站，其中包括了所有的I/O點(diǎn)，各I/O點(diǎn)與PLC控制器之間通過(guò)DP網(wǎng)相連接。

2 WinCC在邯鋼酸洗線自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

2.1 酸洗WinCC自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)

酸洗線自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和處理；上位機(jī)系統(tǒng)采用西門(mén)子WinCC V7.2平臺(tái)，通過(guò)PLC控制器負(fù)責(zé)從下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的組態(tài)和運(yùn)行監(jiān)控，并將處理后的數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)顯示屏上，人員通過(guò)上位機(jī)顯示器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)酸洗線各現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)化、可視化監(jiān)控。

自動(dòng)化控制的數(shù)據(jù)通信都是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)首先被采集到相關(guān)的RI/O站，再通過(guò)開(kāi)放的DP網(wǎng)傳輸至PLC系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)內(nèi)置程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。利用WinCC系統(tǒng)，操作人員一方面可根據(jù)上位機(jī)顯示屏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控；另一方面，還可通過(guò)HMI、控制開(kāi)關(guān)等對(duì)PLC系統(tǒng)輸入相關(guān)控制指令和給定值，并由PLC系統(tǒng)完成對(duì)工藝參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。自動(dòng)化控制中，大部分的操作指令都可通過(guò)WinCC操作站的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等來(lái)完成，人員不用親臨現(xiàn)場(chǎng)，只需在操作室內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行情況的全過(guò)程監(jiān)控，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝數(shù)據(jù)的自動(dòng)化、精確化調(diào)節(jié)，從而使各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)始終符合生產(chǎn)工藝要求。

2.2 WinCC自動(dòng)控制系統(tǒng)在酸洗生產(chǎn)線的功能應(yīng)用

酸洗生產(chǎn)WinCC系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用的主要功能，一是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)控，包括對(duì)酸洗段、漂洗段以及冷凝水系統(tǒng)、排廢氣系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、電機(jī)運(yùn)行情況的監(jiān)控；二是對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，包括輥徑設(shè)置、切頭刀數(shù)及長(zhǎng)度設(shè)置、圓盤(pán)剪寬度及GAP、LAP設(shè)置、矯直機(jī)壓下量設(shè)置、對(duì)中設(shè)置、廢酸交換參數(shù)設(shè)置、全線絕對(duì)值碼盤(pán)數(shù)值顯示及設(shè)置等；三是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和提取，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)信息，例如生產(chǎn)參數(shù)信息、設(shè)備狀態(tài)信息、報(bào)警故障信息等，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，并集中歸檔。

操作人員除了可以實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)閱和打印歷史數(shù)據(jù)，并以曲線和具體數(shù)值的形式直觀反映。四是權(quán)限管理，酸洗線WinCC系統(tǒng)設(shè)置了不同級(jí)別的管理權(quán)限，可對(duì)操作人員身份和安全級(jí)別進(jìn)行權(quán)限控制。WinCC系統(tǒng)的登錄、參數(shù)設(shè)置、退出等操作都必須有相應(yīng)的權(quán)限身份才能進(jìn)行，防止了越權(quán)操作行為，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。