本文主要介紹西門子公司的工業(yè)組態(tài)控制軟件Wincc在高速線材改造中應(yīng)用,分析系統(tǒng)組成、通信結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。攀鋼高速線材改造，利用原有工藝設(shè)備，在中軋機(jī)與精軋機(jī)之間增加預(yù)精軋1、預(yù)精軋2，對原精軋機(jī)、夾送輥、吐絲機(jī)的傳動設(shè)備進(jìn)行數(shù)字改造，從而將軋線速度從原來30米/秒提高到55_60米/秒。品種規(guī)格從原來的幾種擴(kuò)大到現(xiàn)在的幾十種，大大改善生產(chǎn)工藝。
本次設(shè)備改造，其控制系統(tǒng)采用Simatic公司的PLCNS7_400完成邏輯控制，操作站和監(jiān)控站采用Simatic的Wincc4.01控制軟件，傳動設(shè)備采用ABB公司的DCSN500。傳動設(shè)備和各操作室的操作控制與PLC之間，采用SimaticJProfibusDP通信網(wǎng)進(jìn)行通信，操作站、監(jiān)控站與PLC之間采用SimaticNH1工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成。其系統(tǒng)配置圖參見附圖一：攀鋼線材改造系統(tǒng)配置圖。
附圖1 攀鋼線材改造系統(tǒng)配置圖
1、工業(yè)以太網(wǎng)（H1）的特點(diǎn)
SimaticJH1總線系統(tǒng)是德國西門子公司開發(fā)出來的、符合IEEE802.3－CSMD/CA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的高速工業(yè)局域通信網(wǎng)，可構(gòu)成大型的分布式自動化系統(tǒng)。工業(yè)以態(tài)網(wǎng)通過第4層進(jìn)行通信，在該網(wǎng)上可使用不同的協(xié)議進(jìn)行通信，及可同時使用上S7協(xié)議、SINECNH1－TF以及PC－LAN協(xié)議在不同的站間切換。該網(wǎng)絡(luò)總線通過收發(fā)器或中繼器和多路轉(zhuǎn)換器接口，可連接多達(dá)1024個站點(diǎn)。
H1的特點(diǎn)如下：
·傳輸電纜：H1網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可是光纜、同軸電纜和雙絞屏蔽電纜，也可混合使用。在距離較遠(yuǎn)，工業(yè)干擾較嚴(yán)重的場所應(yīng)使用光纜在工業(yè)控制中，通常使用同軸電纜，其抗干擾能力較雙絞屏蔽線高近10倍。
·傳輸速率：10MB/秒
·連接站點(diǎn)數(shù)：每段網(wǎng)站可連接100個點(diǎn)。整個網(wǎng)絡(luò)最多可達(dá)1024個。
·通信線路長度：在不使用中繼器的情況下可達(dá)到500米，使用兩個中繼器可達(dá)1500米，使用遠(yuǎn)程中繼器可達(dá)2500米。
2、Wincc的特點(diǎn)及通信方式比較
Wincc(WindowsJControlKCenter)是Windows環(huán)境下面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)控制組態(tài)軟件，它適合任何自動化控制系統(tǒng)。它具有如下特點(diǎn)：
·Wincc 是一個通用的系統(tǒng)
Wincc可用于自動化領(lǐng)域中所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)。Wincc可將過程或生產(chǎn)過程中的狀態(tài)以圖像、文字、棒圖、曲線或報警形式清楚地表達(dá)出來。它同時能夠?qū)⑺l(fā)生的事件、過程數(shù)據(jù)記錄下來，供歷史數(shù)據(jù)查詢使用。你可很方便地組態(tài)產(chǎn)生你的報表格式，按時間或事件觸發(fā)打印。
·Wincc是一個全面開放的系統(tǒng)
Wincc在Windows環(huán)境下，通過OLE和ODBC很容易將其他控件集成到你的應(yīng)用軟件中。也可通過DDE方式與其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信。在Wincc中，嵌套一個標(biāo)準(zhǔn)c語言，在你的工程中，你可隨意地發(fā)揮你的聰明才智來完成你任務(wù)。同時你可訪問Wincc的API編程接口來達(dá)到某些特殊功能。Wincc的具有開放通信協(xié)議，支持多種PLC系統(tǒng)。
·Wincc功能可隨任務(wù)而增加
Wincc本身提供了一個強(qiáng)有力的標(biāo)準(zhǔn)功能庫，用戶可通過調(diào)用這些功能塊來實現(xiàn)控制功能。同時用戶也可將你開發(fā)好的功能塊寫進(jìn)庫中供他人使用。Simatic公司，開發(fā)許多特殊的功能包，考慮到應(yīng)用的投資利益，在通常情況下，用戶只需購買標(biāo)準(zhǔn)軟件包便可，當(dāng)你工程中，確實需要某些特殊功能時你可單獨(dú)購買特殊功能包來滿足你的需要（如：冗余軟件包、服務(wù)器軟件包、過程控制軟件包等）。
·Wincc是一個國際通用軟件
在Wincc中提供了五種在線翻譯功能。用戶可根據(jù)需要，做出多種語言界面的應(yīng)用程序，這為你的工程能夠走向世界提供了方便。
Wincc H1網(wǎng)通信方式比較
在攀鋼線材高速改造項目中，H1的通信方式如附圖一所示，采用分布式，點(diǎn)對點(diǎn)對等通信方式，操作站、監(jiān)控站、S7－PLC站之間完全平等，不存在主、從，服務(wù)器和客戶機(jī)之分。通常情況下，當(dāng)在一個系統(tǒng)中存在多個操作站時可采用如圖二網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。Wincc服務(wù)器可選擇一個或兩個，當(dāng)選擇兩個服務(wù)器時，兩個服務(wù)器相互熱備，形成冗余系統(tǒng)。兩種通信方式的特點(diǎn)比較如下：
(1) 分布式通信方式的特點(diǎn)
·每一個站點(diǎn)對等，每一個控制站可平等地從過程網(wǎng)中取得自己所需數(shù)據(jù)，不受服務(wù)器的制約。在工業(yè)生產(chǎn)中，可保證系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。
·風(fēng)險分散，當(dāng)一個操作站出現(xiàn)事故時，其它操作站可進(jìn)行工作。
·網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的理解點(diǎn)數(shù)不受制約，整個網(wǎng)絡(luò)可連接1024個站點(diǎn)。
缺點(diǎn)：各站點(diǎn)之間相互聯(lián)系較困難，各操作站之間相互獨(dú)立。網(wǎng)絡(luò)較忙，數(shù)據(jù)一致性較差。
(2) 客戶機(jī)/服務(wù)器通信方式的特點(diǎn)
·所有的組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)集中放在服務(wù)器上，所有的客戶機(jī) 年均可以訪問組態(tài)數(shù)據(jù)。
·數(shù)據(jù)的一致性較好，每個操作員都能看到其它人所進(jìn)行的操作
·由于數(shù)據(jù)的傳送是分層進(jìn)行，過程總線較輕松。
缺點(diǎn)：風(fēng)險較集中。連接的點(diǎn)數(shù)較小，當(dāng)服務(wù)器不作操作站時最多可連接16個客戶機(jī)，當(dāng)服務(wù)器作操作員站時，最多可連接4個客戶機(jī)。
附圖2 Wincc客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
3、攀鋼線材高速改造操作站及監(jiān)控站的功能
攀鋼線材高速改造共有A、B兩線，采用兩個操作員站和一個監(jiān)控站，其中兩個操作站之間采用互為熱備的方式，當(dāng)一臺操作站出現(xiàn)故障時，另一臺操作站可切換到該線進(jìn)行生產(chǎn)控制從而保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。而在監(jiān)控站上，配置分頻卡和分配器，將監(jiān)控站的主要數(shù)據(jù)信息傳送到100米遠(yuǎn)5#、6#操作臺進(jìn)行數(shù)據(jù)實時顯示。根據(jù)工業(yè)要求，在操作員站下實現(xiàn)如下控制功能：
(1) 軋制速度分配
在操作站上，操作人員輸入相關(guān)的工藝參數(shù)，計算機(jī)根據(jù)金屬秒流量相等的原則，計算出各機(jī)組的是設(shè)定轉(zhuǎn)速。首先根據(jù)不同的軋制孔型計算出其工作輥徑，根據(jù)金屬秒流量相等的原則，計算出各機(jī)組的線速度。然后將線速度轉(zhuǎn)換成電機(jī)的轉(zhuǎn)速，下送到PLCW完成其控制功能。金屬秒流量相等原則：
Sn-1：n-1機(jī)架軋件的橫截面積
Vn-1：n-1機(jī)架的線速度
Sn：n機(jī)架軋件的橫截面積
Vn：n機(jī)架的線速度
K= Sn / Sn-1：為延伸系數(shù)。
N電：m機(jī)架電機(jī)轉(zhuǎn)速
Dm：m機(jī)架的工作輥徑
Vm：m機(jī)架的線速度
Im =N電/N軋Im：轉(zhuǎn)動比，N電：電機(jī)轉(zhuǎn)速，N軋：軋輥轉(zhuǎn)速
其中Dm根據(jù)其孔型按下列公式計算：
對橢圓孔型工作輥徑Dm為：
D：軋輥輥環(huán)直徑
Z：為軋槽最大深度，h：為孔型高度，s：為輥縫
對圓孔型工作輥徑Dm為：
D：軋輥輥環(huán)直徑
Z：為軋槽最大深度，h：為軋件高度 s：為輥縫
根據(jù)上述公式，我們知道中軋機(jī)組的轉(zhuǎn)速為恒值，從而可推出各機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速。在wincc中，對上述這種復(fù)雜的推算，你可很方便地采用ANSI C編寫而實現(xiàn)。
(2) 過程數(shù)據(jù)的顯示、操作、記錄
在操作站上，操作人員需要知道有關(guān)軋線狀態(tài)，操作事件、過程數(shù)據(jù)的曲線顯示和記錄。在WINCC我們以各種非常豐富的圖形、棒圖、指示表等多種形式來實行軋線狀態(tài)的顯示。在WINCC這種環(huán)境中，很方便地實現(xiàn)。在WINCC的曲線跟蹤功能中，它既可以顯示實時數(shù)據(jù)，也可查詢歷史數(shù)據(jù)。WINCC的曲線跟蹤有如下特殊功能：
1) X軸時間顯示范圍可調(diào)整
進(jìn)口在WINCC的曲線跟蹤功能中，可改變時間范圍，當(dāng)點(diǎn)擊其功能按鈕時，用戶可指定當(dāng)前曲線區(qū)顯示的時間范圍為：500毫秒，1秒，1小時，1天五個時間段，曲線可以這五個時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。同時用戶也可指定特定的時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。
2) 用戶也可對曲線進(jìn)行局部放大查詢，方便用戶對數(shù)據(jù)的分析使用，有利于對故障的查找。對大可將圖像放大到滿屏?xí)r時間范圍為500ms。
3) 可以顯示鼠標(biāo)處的實際值，其值跟隨鼠標(biāo)變化。
4) 缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集周期太長，其最小時間為500ms，對于高速線材系統(tǒng)，一個周期時間內(nèi)將軋制30米左右的線材。這樣的時間間隔太大，不利于精確分析故障。
(3) 分屏功能
在我們的改造項目中，由于在A、B兩線的成品操作室未設(shè)計操作站，操作人員不能了解軋線各機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行情況。為了解決這一問題，我們利用監(jiān)控站采用方屏技術(shù)，將軋線各機(jī)組的主要參數(shù)轉(zhuǎn)送到5#、6#操作臺進(jìn)行顯示。5#、6#操作臺所顯示的數(shù)據(jù)為一固定畫面，監(jiān)控站的畫面可操作變化。分屏的功能將屏幕放大，如原顯示器的分辨率800x600，使用2屏分屏卡，你可以得到一個1600x600顯示范圍。你也可以的得到其他組合的顯示。
我們利用分屏卡，得到一個2048X768的顯示范圍。在WINCC中對屏幕進(jìn)行如下分區(qū)便可實現(xiàn)我們所需的功能。
其中區(qū)域1顯示在主顯示器上，區(qū)域2顯示在遠(yuǎn)端顯示上，利用區(qū)域1中功 就能切換鍵，可改變區(qū)域1中的顯示畫面。在WINCC要實現(xiàn)這一功能，有兩種年方法可以實現(xiàn)，一是購買專門的軟件包，你可很方便地實現(xiàn)上述功能。二是每用戶自己開發(fā)，也很方便。我們就是利用基本軟件包，來完成上述功能。
4、WINCC使用過程中的體會
年本人由于工作性質(zhì)需要，使用過多個工控軟件，如：FIX，INTOUCH等。 本人的感受是，從系統(tǒng)的靈活性、通用性來看，WINCC應(yīng)該是比前兩個略強(qiáng)。因為在WINCC系統(tǒng)中嵌套的ANSIKC語言，給系統(tǒng)提供了最大的靈活性。其標(biāo)簽點(diǎn)的定義比其它工控軟件不同，在WINCC中，其模擬量點(diǎn)為一個點(diǎn)一個標(biāo)簽，對數(shù)字量點(diǎn)，在WINCC中，可以以8位，16位，32位為一個標(biāo)簽，從最大限度地節(jié)約標(biāo)簽數(shù)來說，對數(shù)字量點(diǎn)來說，可以以一模板為一個標(biāo)簽點(diǎn)計算，但根據(jù)我們使用的經(jīng)驗看，最好使用8位為一個標(biāo)簽，在計算機(jī)處理更方便。WINCC的報警管理、報表管理功能比其它工控軟件好。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗，有如下兩點(diǎn)體會僅供參考：
(1) WINCC對于過程數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)采集周期太長，其最小時間為周期為500ms，對于高速線材系統(tǒng)，一個周期時間內(nèi)將軋制30米左右的線材。這樣的時間間隔太大，不利于精確分析故障。
(2) 在WINCC中，當(dāng)我們需要在一個操作站中控制多個同樣的設(shè)備時，需要作許多重復(fù)工作，因為它不也許標(biāo)簽點(diǎn)同名或者是使用邏輯名。
(3) 我們在使用過程中，遇到這樣一個現(xiàn)象令人難解，借此機(jī)會，向西門子的專家請教。我編輯兩個項目腳本程序（CAL_SPEED－A，CAL－SPEED－B）用于分別實現(xiàn)不同軋線的速度計算，每一個程序絕對無任何問題，任何一個都能正確完成任務(wù)。但當(dāng)這兩個腳本同時存在時，總有一個腳本，在WINCC執(zhí)行時不能認(rèn)識，WINCC提示為"外部函數(shù)不存在"。在我們編程時，確實不能解決該問題，只有將兩個函數(shù)合并在一起利用不同的狀態(tài)來進(jìn)行兩流的參數(shù)計算。望各位專家指教。
