监控技术在设备改造中的应用 酒店监控设备改造申请

　　摘要：本文主要介绍西门子公司的组态监控软件Wincc的应用，分析系统组成、通信结构及特点。 　　关键词：H1网；Wincc；操作站；监控站 　　中图分类号：TP273 文献标识码：A
　　
　　对钢厂攀钢高速线材设备的改造，利用了原有工艺设备，在中轧机与精轧机之间增加预精轧1、预精轧2，对原精轧机、夹送辊、吐丝机的传动设备进行数字改造，从而将轧线速度从原来30米/秒提高到55-60米/秒。品种规格从原来的几种扩大到现在的几十种，大大改善了生产工艺。
　　
　　1 控制系统构成
　　
　　本次改造，其控制系统采用Simatic公司的PLCS7-300完成逻辑控制，操作站和监控站采用Simatic的Wincc6.0软件，传动设备采用ABB公司的DCSN600。传动设备和各操作室的操作控制与PLC之间，采用SimaticJProfibus DP通信网进行通信，操作站、监控站与PLC之间采用SimaticNH1工业以太网构成。其系统配置图参见图一：攀钢线材改造系统配置图。
　　
　　
　　2 网络特点
　　
　　2.1 工业以太网（H1）的特点
　　西门子公司开发出来的SimaticJH1总线系统，是符合IEEE802.3－CSMD/CA协议标准的高速工业局域通信网，可构成大型的分布式自动化系统。工业以态网通过第4层进行通信，在该网上可使用不同的协议进行通信，及可同时使用上S7协议、SINECNH1－TF以及PC－LAN协议在不同的站间切换。该网络总线通过收发器或中继器和多路转换器接口，可连接多达1024个站点。
　　H1的特点如下：
　　（1）传输电缆：H1网的传输介质可是光缆、同轴电缆和双绞屏蔽电缆，也可混合使用。在距离较远，工业干扰较严重的场所应使用光缆在工业控制中，通常使用同轴电缆，其抗干扰能力较双绞屏蔽线高近10倍。
　　（2）传输速率：10MB/秒。
　　（3）连接站点数：每段网站可连接100个点。整个网络最多可达1024个。
　　（4）通信线路长度：在不使用中继器的情况下可达到500米，使用两个中继器可达1500米，使用远程中继器可达2500米。
　　
　　2.2 Wincc的特点及通信方式比较
　　Wincc是Windows环境下面向对象的32位工业控制组态软件，具有如下特点：
　　（1）Wincc可用于自动化领域中所有的操作员控制和监控任务。可将过程或生产过程中的状态以图像、文字、棒图、曲线或报警形式清楚地表达出来。同时能够将所发生的事件、过程数据记录下来，供历史数据查询使用，很方便地组态产生报表格式，按时间或事件触发打印。
　　（2）Wincc是一个全面开放的系统
　　Wincc在Windows环境下，通过OLE和ODBC很容易将其他控件集成到应用软件中。也可通过DDE方式与其他应用程序进行通信。在Wincc中，嵌套一个标准c语言，在工程中，可随意地发挥来完成任务。同时可访问Wincc的API编程接口来达到某些特殊功能。Wincc的具有开放通信协议，支持多种PLC系统。
　　（3）Wincc功能可随任务而增加
　　Wincc本身提供了一个强有力的标准功能库，可通过调用这些功能块来实现控制功能。同时也可将开发好的功能块写进库中供他人使用。Simatic公司，开发许多特殊的功能包，在通常情况下，只需购买标准软件包便可，当工程中确实需要某些特殊功能时，可单独购买特殊功能包来满足需要（如：冗余软件包、服务器软件包、过程控制软件包等）。
　　（4）Wincc是一个国际通用软件
　　在Wincc中提供了五种在线翻译功能。可根据需要，做出多种语言界面的应用程序，这为工程能够走向世界提供了方便。
　　
　　2.3 WinccH1网通信方式比较
　　在攀钢线材高速改造项目中，H1的通信方式如附图一所示，采用分布式，点对点对等通信方式，操作站、监控站、S7－PLC站之间完全平等，不存在主、从，服务器和客户机之分。通常情况下，当在一个系统中存在多个操作站时可采用如图二网络结构进行连接。Wincc服务器可选择一个或两个，当选择两个服务器时，两个服务器相互热备，形成冗余系统。两种通信方式的特点比较如下：
　　（1）分布式通信方式的特点
　　①每一个站点对等，每一个控制站可平等地从过程网中取得自己所需数据，不受服务器的制约。在工业生产中，可保证系统的正常生产。
　　②风险分散，当一个操作站出现事故时，其它操作站可进行工作
　　③网络系统的理解点数不受制约，整个网络可连接1024个站点。
　　④缺点：各站点之间相互联系较困难，各操作站之间相互独立。网络较忙，数据一致性较差。
　　（2）客户机/服务器通信方式的特点
　　①所有的组态数据和过程数据集中放在服务器上，所有的客户机均可以访问组态数据。
　　②数据的一致性较好，每个操作员都能看到其它人所进行的操作。
　　③由于数据的传送是分层进行，过程总线较轻松。
　　④缺点：风险较集中。连接的点数较小，当服务器不作操作站时最多可连接16个客户机，当服务器作操作员站时，最多可连接4个客户机。
　　
　　
　　3 攀钢线材高速改造操作站及监控站的功能
　　
　　攀钢线材高速改造共有A、B两线，采用两个操作员站和一个监控站，其中两个操作站之间采用互为热备的方式，当一台操作站出现故障时，另一台操作站可切换到该线进行生产控制从而保证生产的正常进行。而在监控站上，配置分频卡和分配器，将监控站的主要数据信息传送到100米远5#、6#操作台进行数据实时显示。根据工业要求，在操作员站下实现如下控制功能：
　　
　　（1）轧制速度分配
　　在操作站上，操作人员输入相关的工艺参数，计算机根据金属秒流量相等的原则，计算出各机组的是设定转速。首先根据不同的轧制孔型计算出其工作辊径，根据金属秒流量相等的原则，计算出各机组的线速度。然后将线速度转换成电机的转速，下送到PLCW完成其控制功能。金属秒流量相等原则：
　　Sn-1Vn-1=SnVn
　　Sn-1n-1机架轧件的横截面积；Vn-1n-1机架的线速度；Snn机架轧件的横截面积；
　　Vnn机架的线速度；K=Sn/Sn-1为延伸系数。
　　N电=(60*1m*1000Vm)/(π*Dm)
　　各机架电机的转速与线速的转换关系为：
　　N电m机架电机转速；Dmm机架的工作辊径；Vmm机架的线速度；Im=N电/N轧转动比，N电电机转速，N轧轧辊转速；其中Dm根据其孔型按下列公式计算：
　　对椭圆孔型工作辊径Dm为：
　　Dm=（D-1.33Z）*1.01
　　Z=（h-s）/2
　　D轧辊辊环直径；Z为轧槽最大深度；h为孔型高度s为辊缝；对圆孔型工作辊径Dm为：
　　Dm=D-1.56Z
　　Z=（h-s）/2
　　D轧辊辊环直径；Z为轧槽最大深度；h为轧件高度；s为辊缝；
　　根据上述公式，可知中轧机组的转速为恒值，从而可推出各机组的电机转速。
　　在wincc中，对上述这种复杂的推算，可很方便地采用ANSIC编写而实现。
　　
　　（2）过程数据的显示、操作、记录
　　在操作站上，操作人员需要知道有关轧线状态，操作事件、过程数据的曲线显示和记录。WINCC以各种非常丰富的图形、棒图、指示表等多种形式来实行轧线状态的显示。WINCC的曲线跟踪功能中，既可显示实时数据，也可查询历史数据。WINCC的曲线跟踪有如下特殊功能：
　　①X轴时间显示范围可调整
　　可改变时间范围，当点击其功能按钮时，可指定当前曲线区显示的时间范围为：500毫秒，1秒，1小时，1天五个时间段，曲线可以这五个时间段进行数据查询。同时也可指定特定的时间段进行数据查询。
　　②可对曲线进行局部放大查询，方便对数据的分析使用，有利于对故障的查找。对大可将图像放大到满屏时时间范围为500ms。
　　③可以显示鼠标处的实际值，其值跟随鼠标变化。
　　④缺点：数据采集周期太长，其最小时间为500ms，对于高速线材系统，一个周期时间内将轧制30米左右的线材。这样的时间间隔太大，不利于精确分析故障。
　　
　　（3）分屏功能
　　在改造中，由于在A、B两线的成品操作室未设计操作站，操作人员不能了解轧线各机组设备的运行情况。为了解决这一问题，利用监控站采用方屏技术，将轧线各机组的主要参数转送到5#、6#操作台进行显示。5#、6#操作台所显示的数据为一固定画面，监控站的画面可操作变化。分屏的功能将屏幕放大，如原显示器的分辨率800×600，使用2屏分屏卡，可得到一个1600×600显示范围，也可以的得到其他组合的显示。利用分屏卡，得到一个2048X768的显示范围。在WINCC中对屏幕进行如下分区便可实现所需的功能。
　　
　　其中区域1显示在主显示器上，区域2显示在远端显示上，利用区域1中功能切换键，可改变区域1中的显示画面。在WINCC要实现这一功能，有两种方法实现，一是购买专门的软件包，可很方便地实现上述功能。二是自己开发，也很方便。
　　
　　4 使用WINCC的体会
　　
　　（1）从系统的灵活性、通用性来看，WINCC应该是比-FIX，INTOUCH略强。因为在WINCC系统中嵌套的ANSIK C语言，给系统提供了最大的灵活性。
　　（2）标签点的定义比其它工控软件不同，WINCC中，其模拟量点为一个点一个标签，对数字量点，在WINCC中，可以以8位，16位，32位为一个标签，从最大限度地节约标签数来说，对数字量点来说，可以一模板为一个标签点计算，但根据使用的经验看，最好使用8位为一个标签，在计算机处理更方便。
　　（3）WINCC的报警管理、报表管理功能比其它工控软件好。
　　（4）WINCC对于过程数据的记录，数据采集周期太长，其最小时间为周期为500ms，对于高速线材系统，一个周期时间内将轧制30米左右的线材。这样的时间间隔太大，不利于精确分析故障。
　　（5）WINCC中，当需要在一个操作站中控制多个同样的设备时，需要作许多重复工作，因为它不也许标签点同名或者是使用逻辑名。
　　
　　参考文献
　　[1]北京西门子公司.SIMATIC NET 用于工业通讯[Z]，2006-02-06.
　　[2]北京西门子公司.SIMATIC WINCC 通迅手册[Z]，2006-03-04.

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