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應(yīng)用設(shè)計

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WinCC在冷軋?zhí)幚砭€監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

WinCC在冷軋?zhí)幚砭€監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2004/11/19 12:44:00
榮獲“2004年度工控及自動化領(lǐng)域優(yōu)秀典型應(yīng)用”有獎評選活動  三等獎
專家點評:
硅鋼(冷軋電工鋼)連續(xù)退火塗層機組(SACL)工藝復(fù)雜是技術(shù)含量高的機組。鞍鋼的SACL機組由武漢院總承包。這是國內(nèi)第一條全部由國內(nèi)設(shè)計、制造及軟件編程調(diào)試的SACL機組。采用Wincc監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)硬件及軟件控制思路上具有一定的先進性,對其他地方有借鑒作用。
概述
冷軋電工鋼(硅鋼)連續(xù)退火涂層機組(SACL)是冷軋?zhí)幚砭€中工藝最復(fù)雜、技術(shù)含量最高的機組,同時電工鋼也是冶金工業(yè)采用現(xiàn)代化技術(shù)最多、生產(chǎn)難度最大的品種,全世界只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家可以生產(chǎn),并實行技術(shù)壟斷。電工鋼的產(chǎn)量、品種、質(zhì)量水平可視為國家是否有強大冶金工業(yè)的一個象征。目前國內(nèi)只有武鋼、太鋼、寶鋼能生產(chǎn),且都是從國外引進的技術(shù)和設(shè)備,而鞍鋼冷軋硅鋼廠NO.1電工鋼SACL機組是國內(nèi)第一條全部由國內(nèi)設(shè)計、制造及軟件編程調(diào)試的SACL機組。
鞍鋼SACL機組是由武漢院總承包,進行工藝設(shè)計、非標(biāo)設(shè)備設(shè)計和自動化系統(tǒng)設(shè)計及軟件編程調(diào)試。HMI人機接口系統(tǒng)作為基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)重要組成部分,用于控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)的設(shè)定、顯示、故障報警,以及相應(yīng)操作和設(shè)備的在線調(diào)試及維護,發(fā)揮越來越重要的作用。SACL機組的HMI系統(tǒng)信息都以友好方式提供給用戶。自動化控制系統(tǒng)接收過程計算機(PCS)和操作工通過HMI輸入的數(shù)據(jù)進行處理,處理后再將過程數(shù)據(jù)信息、機組狀態(tài)信息和各種測量值以符號、數(shù)值、棒圖和圖表的形式在HMI畫面上顯示。HMI操作站的設(shè)計目標(biāo)以最少的設(shè)備數(shù)量提供最大可能的信息幫助操作人員和設(shè)備維護人員快速準(zhǔn)確的了解機組當(dāng)前狀態(tài)及其相關(guān)信息。
1. 硬件配置
硅鋼SACL機組的工藝布置設(shè)有一個PLC室和兩個操作室(一個入口操作室及一個出口操作室)。根據(jù)自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求,我們在PLC室設(shè)置了3COM SuperStack3 Switch 4200 24口中心交換機1臺,3COM OfficeConnet Switch 8口邊緣交換機2臺,WinCC服務(wù)器1臺,工程師站1臺,便攜式編程器1臺,HP 5100網(wǎng)絡(luò)打印機(帶1塊10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡)1臺。在入口操作室設(shè)有1臺WinCC操作站和1臺3COM 8口邊緣交換機。在出口操作室設(shè)有2臺WinCC操作站和1臺3COM 8口邊緣交換機。HMI監(jiān)控系統(tǒng)的中心交換機是SACL機組基礎(chǔ)自動化(L1)數(shù)據(jù)交換的核心,我們在配置交換機時,采用了VLAN技術(shù),將24口交換機按端口劃分,劃分了不同的兩個網(wǎng)段,分別連接著PLC控制器和WinCC操作站,同時還和過程計算機系統(tǒng)(L2)相連,接受L2機有關(guān)工藝的設(shè)定值。2臺邊緣交換機放在PLC室的操作臺上用于連接PLC網(wǎng)段和PC機網(wǎng)段。
WinCC服務(wù)器和操作站的硬件配置為:
· 工業(yè)PC機
· CPU Pentium IV 2.2GHz (Server)
· CPU Pentium IV 2GHz (Client)
· 硬盤60G,軟驅(qū)1.44MB
· RAM 1G(Server);RAM 512M(Client)
· CD-RW (Server)
· CD-ROM (Client)
· 64M緩存顯卡
· 17” 液晶顯示器
· Intel 10/100自適應(yīng)以太網(wǎng)卡
· SIEMENS CP1613 (Server)
· 工業(yè)防水鍵盤,軌跡球
入口操作室WinCC操作站,用于監(jiān)視和控制入口段的機組運行狀況及設(shè)備運行狀況。出口操作室WinCC操作站,用于監(jiān)視和控制工藝段和出口段的機組運行狀況和設(shè)備運行狀況。
2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
SACL機組的基礎(chǔ)自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),我們選用的是AVAYA公司的超五類銅纜按568B的標(biāo)準(zhǔn)將4個S7-400 PLC控制器和1個S7-300F急停PLC控制器連到3COM中心交換機的PLC網(wǎng)段。工程師站、便攜編程器和HP網(wǎng)絡(luò)打印機也都采用雙絞線按568B的標(biāo)準(zhǔn)連到操作臺上PC機網(wǎng)段的邊緣交換機上。PLC控制器與WinCC Server之間采用SIMATIC工業(yè)以太網(wǎng)ISO協(xié)議通訊,WinCC Server與WinCC Client之間采用TCP/IP協(xié)議通訊。PLC室與兩個操作室之間通過光纜連接。PLC控制器與PLC控制器、傳動裝置、R I/O站通過PROFIBUS DP現(xiàn)場總線連接。離PLC室較遠(yuǎn)的R I/O站采用光纜和OLM光纖模塊連接。SACL機組所有I/O點分布在全線的44個R I/O站里,通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與PLC室的PLC控制器連接,故通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性決定了整個監(jiān)控系統(tǒng)可靠運行。
3.軟件配置
自動化控制系統(tǒng)軟件采用SIEMENS 公司的PCS7 V5.2軟件包,PLC控制器采用STEP 7 V5.2,HMI監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCC V5.1版本。HMI服務(wù)器和操作站都是采用西文Windows 2000操作系統(tǒng),具有開放的編程環(huán)境。WinCC V5.1中 Sybase SQL Anywhere 數(shù)據(jù)庫運行于服務(wù)器上,存儲在實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),可以通過多臺HMI Client實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時交換。作為Client/Server結(jié)構(gòu),HMI上監(jiān)控的數(shù)據(jù)全部通過服務(wù)器提交查詢、修改等指令,通過光纖以太網(wǎng)再傳送至PLC,完成對現(xiàn)場設(shè)備的在線監(jiān)控與操作。
WinCC作為 HMI軟件系統(tǒng),它將工廠控制軟件真正集成進自動化過程中。 WinCC用戶友好組件允許新的或已存在的應(yīng)用程序的無錯誤集成。WinCC,一個過程可視化應(yīng)用程序能夠使用戶方便地觀察自動控制過程的全部特征。WinCC將Windows應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和便于使用的圖形設(shè)計程序結(jié)合起來。 WinCC包括用于解決過程監(jiān)控和控制任務(wù)的所有元素:
WinCC項目工程環(huán)境:
· 圖形 - 設(shè)計工廠現(xiàn)場
· 歸檔 - 將帶時間標(biāo)識的數(shù)據(jù)/事件存儲到SQL數(shù)據(jù)庫
· 報表編輯器 - 為要求的數(shù)據(jù)產(chǎn)生報表
· 數(shù)據(jù)管理器 - 定義并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)
WinCC運行系統(tǒng):
允許在工廠現(xiàn)場或控制室的操作員與機械應(yīng)用相互作用。
HMI的編程工具WinCC具有可擴充性、開放性:
· 基于客戶機/服務(wù)器模式
· 從簡單到復(fù)雜的任務(wù)擴充
· 集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫
· 強大的標(biāo)準(zhǔn)接口(如OPC、OLE、ActiveX)
· 通用的腳本語言ANSI C
· 針對所有主要PLC廠商的通訊接口
4.功能描述
在SACL機組的監(jiān)控系統(tǒng)中,下位機系統(tǒng)使用SIEMENS S7-400 PLC完成現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理;上位機系統(tǒng)采用SIEMENS WinCC V5.1平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化的監(jiān)控。該系統(tǒng)上位機采用了客戶機/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu),WinCC服務(wù)器負(fù)責(zé)從下位機采集、處理和存儲數(shù)據(jù);客戶端從服務(wù)器上共享/訪問數(shù)據(jù)庫,并進行數(shù)據(jù)的組態(tài)和運行監(jiān)控,通過通信網(wǎng)絡(luò)將PLC控制器實時采集的數(shù)據(jù)進行各種處理,在上位機的顯示器畫面上顯示。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)操作工從HMI、控制開關(guān)、按鈕的指令信號,進行現(xiàn)場設(shè)備控制。位于操作室和PLC室的WinCC操作站和WinCC服務(wù)器用于工藝控制,它們之間的通訊將通過開放、交換式的快速以太網(wǎng)實現(xiàn)。來自現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)和傳感器的信號被采集到相關(guān)的R I/O站,通過開放的PROFIBUS-DP網(wǎng)送至PLC系統(tǒng)。幾乎所有的操作都通過WinCC操作站顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤來實現(xiàn)。
SACL機組的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)可以完成以下管理功能:
· 輸入原料數(shù)據(jù)包括鋼卷號、鋼種、鋼卷尺寸等;
· 設(shè)定值和實際值的顯示(包括機組的入口段/工藝段/出口段速度、張
力的顯示);
· 原料數(shù)據(jù)的顯示和修改;
· 系統(tǒng)故障診斷顯示、記錄、報警及其故障報表;
· 用戶的權(quán)限管理。
SACL機組的WinCC軟件設(shè)計遵循以下原則:
· 畫面操作都使用鼠標(biāo)和鍵盤完成;
· 從安全角度考慮,設(shè)備出現(xiàn)故障(設(shè)備為紅色)后必須在畫面上點擊
確認(rèn)按鈕(設(shè)備為灰色)即故障確認(rèn)后才能再次操作該設(shè)備;
· 從安全角度考慮,對于MCC設(shè)備在畫面都是分兩步來操作。第一步
選擇操作模式(運行、備用、停止),第二步選擇啟動或停止;
· 從安全角度考慮,對于采用VC或VVVF變頻設(shè)備在操作前必須先對
接觸器合閘后再對該設(shè)備操作;
畫面中設(shè)備的顏色標(biāo)準(zhǔn)化,每一種顏色代不同的含義:
深綠: On
深灰: Off and ready for switching
藍(lán): Off and not ready for switching
黃: Warming
紅: Alarm
青: Actual value
藍(lán)綠: Computer setpoint
洋紅: Operator setpoint
橙: Calculated value
深洋紅:Operation mode
<1> WinCC畫面說明
所有畫面分成以下三個區(qū)域: 標(biāo)題區(qū)、工藝畫面區(qū)、功能按鈕區(qū)。
頂部標(biāo)題區(qū)域顯示以下內(nèi)容:
顯示公司標(biāo)識
顯示工藝畫面名稱
顯示當(dāng)前日期和時間
顯示當(dāng)前計算機名和登錄用戶名
顯示HMI和PLC之間連接狀態(tài)
中間工藝畫面區(qū)域顯示以下內(nèi)容:
顯示機組全線帶鋼跟蹤信息
顯示入/出口鋼卷跟蹤信息
顯示各種介質(zhì)系統(tǒng)信息
顯示電機合閘信息
顯示電機的電流和轉(zhuǎn)速信息
顯示急停信息
顯示傳動設(shè)備診斷信息
顯示CPC/EPC狀態(tài)信息
顯示報警信息
底部功能按紐區(qū)域顯示以下內(nèi)容:
該區(qū)域共有6個主菜單,它們是TRACKING、TECHNO、CSCD、DIAG、MISC、SYSTEM。
TRACKING包括6個子菜單共6幅畫面,它們是焊縫跟蹤系統(tǒng)、入口段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、工藝段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、出口段帶鋼跟蹤系統(tǒng)
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