WinCC在冷轧处理线监控系统中的应用

荣获“2004年度工控及自动化领域优秀典型应用”有奖评选活动　　三等奖
	专家点评： 硅钢（冷轧电工钢）连续退火塗层机组（SACL）工艺复杂是技术含量高的机组。鞍钢的SACL机组由武汉院总承包。这是国内第一条全部由国内设计、制造及软件编程调试的SACL机组。采用Wincc监控系统在网络硬件及软件控制思路上具有一定的先进性，对其他地方有借鉴作用。

概述
冷轧电工钢（硅钢）连续退火涂层机组（SACL）是冷轧处理线中工艺最复杂、技术含量最高的机组，同时电工钢也是冶金工业采用现代化技术最多、生产难度最大的品种，全世界只有少数工业发达国家可以生产，并实行技术垄断。电工钢的产量、品种、质量水平可视为国家是否有强大冶金工业的一个象征。目前国内只有武钢、太钢、宝钢能生产，且都是从国外引进的技术和设备，而鞍钢冷轧硅钢厂NO.1电工钢SACL机组是国内第一条全部由国内设计、制造及软件编程调试的SACL机组。
鞍钢SACL机组是由武汉院总承包，进行工艺设计、非标设备设计和自动化系统设计及软件编程调试。HMI人机接口系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。SACL机组的HMI系统信息都以友好方式提供给用户。自动化控制系统接收过程计算机（PCS）和操作工通过HMI输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、机组状态信息和各种测量值以符号、数值、棒图和图表的形式在HMI画面上显示。HMI操作站的设计目标以最少的设备数量提供最大可能的信息帮助操作人员和设备维护人员快速准确的了解机组当前状态及其相关信息。
1. 硬件配置
硅钢SACL机组的工艺布置设有一个PLC室和两个操作室（一个入口操作室及一个出口操作室）。根据自动化网络结构要求，我们在PLC室设置了3COM SuperStack3 Switch 4200 24口中心交换机1台，3COM OfficeConnet Switch 8口边缘交换机2台，WinCC服务器1台，工程师站1台，便携式编程器1台，HP 5100网络打印机（带1块10/100M自适应以太网卡）1台。在入口操作室设有1台WinCC操作站和1台3COM 8口边缘交换机。在出口操作室设有2台WinCC操作站和1台3COM 8口边缘交换机。HMI监控系统的中心交换机是SACL机组基础自动化（L1）数据交换的核心，我们在配置交换机时，采用了VLAN技术，将24口交换机按端口划分，划分了不同的两个网段，分别连接着PLC控制器和WinCC操作站，同时还和过程计算机系统（L2）相连，接受L2机有关工艺的设定值。2台边缘交换机放在PLC室的操作台上用于连接PLC网段和PC机网段。
WinCC服务器和操作站的硬件配置为：
· 工业PC机
· CPU Pentium IV 2.2GHz (Server)
· CPU Pentium IV 2GHz (Client)
· 硬盘60G，软驱1.44MB
· RAM 1G（Server）；RAM 512M(Client)
· CD-RW (Server)
· CD-ROM (Client)
· 64M缓存显卡
· 17” 液晶显示器
· Intel 10/100自适应以太网卡
· SIEMENS CP1613 (Server)
· 工业防水键盘，轨迹球
入口操作室WinCC操作站，用于监视和控制入口段的机组运行状况及设备运行状况。出口操作室WinCC操作站，用于监视和控制工艺段和出口段的机组运行状况和设备运行状况。
2．网络拓扑结构
SACL机组的基础自动化网络系统，我们选用的是AVAYA公司的超五类铜缆按568B的标准将4个S7-400 PLC控制器和1个S7-300F急停PLC控制器连到3COM中心交换机的PLC网段。工程师站、便携编程器和HP网络打印机也都采用双绞线按568B的标准连到操作台上PC机网段的边缘交换机上。PLC控制器与WinCC Server之间采用SIMATIC工业以太网ISO协议通讯，WinCC Server与WinCC Client之间采用TCP/IP协议通讯。PLC室与两个操作室之间通过光缆连接。PLC控制器与PLC控制器、传动装置、R I/O站通过PROFIBUS DP现场总线连接。离PLC室较远的R I/O站采用光缆和OLM光纤模块连接。SACL机组所有I/O点分布在全线的44个R I/O站里，通过PROFIBUS-DP网与PLC室的PLC控制器连接，故通讯网络的可靠性决定了整个监控系统可靠运行。
3．软件配置
自动化控制系统软件采用SIEMENS 公司的PCS7 V5.2软件包，PLC控制器采用STEP 7 V5.2，HMI监控系统采用WinCC V5.1版本。HMI服务器和操作站都是采用西文Windows 2000操作系统,具有开放的编程环境。WinCC V5.1中 Sybase SQL Anywhere 数据库运行于服务器上，存储在实时数据库中的数据，可以通过多台HMI Client实现数据实时交换。作为Client/Server结构，HMI上监控的数据全部通过服务器提交查询、修改等指令，通过光纤以太网再传送至PLC，完成对现场设备的在线监控与操作。
WinCC作为 HMI软件系统，它将工厂控制软件真正集成进自动化过程中。 WinCC用户友好组件允许新的或已存在的应用程序的无错误集成。WinCC，一个过程可视化应用程序能够使用户方便地观察自动控制过程的全部特征。WinCC将Windows应用程序的体系结构和便于使用的图形设计程序结合起来。 WinCC包括用于解决过程监控和控制任务的所有元素：
WinCC项目工程环境：
· 图形 - 设计工厂现场
· 归档 - 将带时间标识的数据/事件存储到SQL数据库
· 报表编辑器 - 为要求的数据产生报表
· 数据管理器 - 定义并采集现场数据
WinCC运行系统：
允许在工厂现场或控制室的操作员与机械应用相互作用。
HMI的编程工具WinCC具有可扩充性、开放性：
· 基于客户机/服务器模式
· 从简单到复杂的任务扩充
· 集成ODBC/SQL数据库
· 强大的标准接口（如OPC、OLE、ActiveX）
· 通用的脚本语言ANSI C
· 针对所有主要PLC厂商的通讯接口
4．功能描述
在SACL机组的监控系统中，下位机系统使用SIEMENS S7-400 PLC完成现场监测、数据处理；上位机系统采用SIEMENS WinCC V5.1平台实现对现场数据可视化的监控。该系统上位机采用了客户机/服务器的体系结构，WinCC服务器负责从下位机采集、处理和存储数据；客户端从服务器上共享/访问数据库，并进行数据的组态和运行监控，通过通信网络将PLC控制器实时采集的数据进行各种处理，在上位机的显示器画面上显示。PLC控制系统根据操作工从HMI、控制开关、按钮的指令信号，进行现场设备控制。位于操作室和PLC室的WinCC操作站和WinCC服务器用于工艺控制，它们之间的通讯将通过开放、交换式的快速以太网实现。来自现场的执行机构和传感器的信号被采集到相关的R I/O站，通过开放的PROFIBUS-DP网送至PLC系统。几乎所有的操作都通过WinCC操作站显示器、鼠标和键盘来实现。
SACL机组的WinCC监控系统可以完成以下管理功能：
· 输入原料数据包括钢卷号、钢种、钢卷尺寸等；
· 设定值和实际值的显示（包括机组的入口段/工艺段/出口段速度、张
力的显示）；
· 原料数据的显示和修改；
· 系统故障诊断显示、记录、报警及其故障报表；
· 用户的权限管理。
SACL机组的WinCC软件设计遵循以下原则：
· 画面操作都使用鼠标和键盘完成；
· 从安全角度考虑，设备出现故障（设备为红色）后必须在画面上点击
确认按钮（设备为灰色）即故障确认后才能再次操作该设备；
· 从安全角度考虑，对于MCC设备在画面都是分两步来操作。第一步
选择操作模式（运行、备用、停止），第二步选择启动或停止；
· 从安全角度考虑，对于采用VC或VVVF变频设备在操作前必须先对
接触器合闸后再对该设备操作；
画面中设备的颜色标准化，每一种颜色代不同的含义：
深绿： On
深灰： Off and ready for switching
蓝： Off and not ready for switching
黄： Warming
红： Alarm
青： Actual value
蓝绿： Computer setpoint
洋红： Operator setpoint
橙： Calculated value
深洋红：Operation mode
<1> WinCC画面说明
所有画面分成以下三个区域： 标题区、工艺画面区、功能按钮区。
顶部标题区域显示以下内容：
显示公司标识
显示工艺画面名称
显示当前日期和时间
显示当前计算机名和登录用户名
显示HMI和PLC之间连接状态
中间工艺画面区域显示以下内容：
显示机组全线带钢跟踪信息
显示入/出口钢卷跟踪信息
显示各种介质系统信息
显示电机合闸信息
显示电机的电流和转速信息
显示急停信息
显示传动设备诊断信息
显示CPC/EPC状态信息
显示报警信息
底部功能按纽区域显示以下内容：
该区域共有6个主菜单，它们是TRACKING、TECHNO、CSCD、DIAG、MISC、SYSTEM。
TRACKING包括6个子菜单共6幅画面，它们是焊缝跟踪系统、入口段带钢跟踪系统、工艺段带钢跟踪系统、出口段带钢跟踪系统