带钢WINCC服务器的开发与应用

2010-10-17吴涛

科技传播 2010年9期

关键词：分站以太网通讯

吴涛

莱芜钢铁集团板带厂，山东莱芜 271126

带钢WINCC服务器的开发与应用

吴涛

莱芜钢铁集团板带厂，山东莱芜 271126

随着计算机和网络技术的迅速发展，新的网络产品不断涌现，根据带钢设备实际情况，研究开发了带钢WINCC服务器系统，实现多用户资源共享，使技术管理人员及时掌握设备情况、控制设备，为安全生产提供可靠的技术保障。

PLC监控系统；多用户资源共享；WINCC服务器系统

1 技术方案的确定与研究

带钢现采用一般的计算机控制带钢设备PLC监控系统，计算机系统信号的采集、控制涉及主轧区的所有主要设备的各个控制回路，各类信号包括开关量、模拟量、脉冲量，点多面广，而且随着设备的更新改造，需要采集的信号越来越多，采用WINCC操作系统，单台计算机已经无法满足实时数据的采集、查询和参数的修改，不能及时记录设备故障，延误了生产。况且现在的普通计算机只允许少量的用户访问，无法通过系统实现多用户资源共享，不能使本车间技术管理人员及时掌握设备情况、控制设备、设备信息不能及时反馈，延误处理时间。

2 技术方案

2.1 总体技术思路

建立可靠、先进的计算机服务器控制PLC监控系统，在主控室设立一台服务器，在精轧区、粗轧区分别设立两台HMI工控计算机作为分站，负责对整个网络进行管理。服务器响应分站请求，并为分站提供应用服务，信息的流动方向是：分站--服务器，服务器——分站。分站和服务器典型的调用如图1所示。

图1

主控服务器可用于显示不同画面（内容），两台HMI系统均配以WINCC 6.2工业组态软件，可以实现对整个轧线的在线监控，工艺生产参数设定、各种历史数据的存储分析，并形成各种历史趋势记录曲线，为设备故障、质量生产事故分析提供依据。对轧机等设备进行必要的操作控制、参数设定修正，动态的显示图画图表，同时具备故障报警、显示、存储及打印等功能。根据需要，可采用模型理论计算与系统自学习统计修正相结合的方法，形成各种规格的轧制工艺参数表，并能方便地进行人工修改，主从站通讯网络采用工业以太网形式组建。

2.2 技术方案

整个系统分三级，第一级包括1台服务器，3台HMI工控计算机，第二级过程控制级为S7-400、S7-300 PLC，其余为第三级；前两级负责数据的最终处理和系统管理，第三级负责数据的采集，网络负责数据的传送。通讯网络采用工业通讯网络。

2.2.1 过程自动化系统组成

过程自动化系统有3台HMI、1台服务器组成。可以实现对整个轧线的在线监控，工艺生产参数设定、各种历史数据的存储分析，并形成各种历史趋势记录曲线，为设备故障、质量生产事故分析提供依据；对轧机等设备进行必要的操作控制、参数设定修正，动态的显示图画图表，同时具备故障报警、显示、存储及打印等功能。根据需要，可采用模型理论计算与系统自学习统计修正相结合的方法，形成各种规格的轧制工艺参数表，并能方便地进行人工修改。

2.2.2 自动化系统的连接 -工业通讯网络

以太网作为连接操作员站、工程师站和自动化系统站的系统总线。实现基础自动化系统与过程自动化系统之间及基础自动化系统各PLC之间的数据通讯，以太网在物理层上采用高防护等级的通讯线缆或光纤传输，为工业用户提供高水平的通讯方案。以太网通讯速率100M/s，采用了全双工并行(FDX)通讯模式。在主控室、精轧区、粗轧区设网络交换机组成交换式快速以太网络，提高网络效率与网络带宽。

2.3 过程自动化系统功能

HMI设备是安装在各个操作室和计算机室的PC机。CRT画面分成显示画面和输入画面两种类型。操作人员通过显示画面了解过程控制的有关信息。操作人员通过输入画面和键盘向计算机输入必要的数据和命令。轧机的人机接口（HMI）通过以太网相互之间连接，并与基础自动化系统连接，采用标准的图形化界面。热连轧系统的运行方式以全自动方式为主，在特殊情况下，系统接收HMI的设定数据进行半自动轧钢。

2.3.1 参数设定

主要包括各机架速度、机架间张力、活套角度、辊径等。所有的设定值，在设定计算完了后，立即传递给L1，具体执行控制的时序由L1决定。

2.3.2 状态变量显示。

轧件动态实时跟踪显示，历史变量纪录（示波器功能），显示系统工作状态，所有设备的工作方式、状态，来自现场监测元件的设备位置、状态等信号，电压、电流、速度、转矩、温度、位置等连续变量显示。

2.3.3 事故报警

将故障、事故分为3大类，即报警、故障、重故障，根据设备问题发生可能造成的影响的严重性及轻重缓急，确定事故分类，同时引入故障动态智能变级，如稀油压力或流量瞬时低于设定系统报警，持续一定时间转为故障（根据轧机是否含钢判断是否停轧），超过一定时间升为重故障，要立即停轧。

2.3.4 故障诊断

通过故障诊断功能系统为用户提供了迅速找到是故障点，最大限度降低故障时间的手段。故障报警信号、重要状态信号（发生、消失时间）记录、存储，有单行状态提示和完整窗口查询。提供重要工艺、设备运行变量趋势分析，历史数据追忆。配有系统配置模拟图和操作台、箱模拟图，所有I/O信号、操作元件均可在任一MMI上作形象直观检查判断。

2.3.5 趋势分析

以趋势图、柱状图等方式，实时（或追忆）显示速度、电压、电流、轧件温度等工艺及设备运行参数（模拟量），并记录存储，供分析打印。电机温度、轴承温度的动态趋势显示、记录和追忆功能，报警、故障点数值的设定、显示、报警。可选择窗口显示曲线的数量、类型、单位、坐标等方便不同信号件的对比分析，有利于故障诊断和工艺优化。

2.3.6 操作冗余

在轧线主操作室冗余度选件能使二个冗余的WINCC 6.0站同时运行，以保证连续的过程和操作员控制。如果两个站中的一个发生故障，另一个就接替报表传送和过程值的归档。当故障站恢复运行后，在该站不工作时所采集的全部过程值档案和报文都复制到现在恢复运行的站上。从而再一次可同时运行二个相同的WINCC站。用这种概念来配置冗余管理下的所有过程值档案和报文，从而保证了数据完整性。在客户机/ 服务器方式，客户机自动地从故障的服务器切换到冗余的配合站。在短暂的切换周期后，所有运行的站又继续工作。为了简化配置，可使用项目复制器，它将所有配置数据复制到配合站，并相应地加以匹配。