Simatic Wincc在攀钢线材厂高速改造中的应用

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本文主要介绍西门子公司的工业组态控制软件Wincc在高速线材改造中应用,分析系统组成、通信结构及特点。攀钢高速线材改造，利用原有工艺设备，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，大大改善生产工艺。

本次设备改造，其控制系统采用Simatic公司的PLCNS7_400完成逻辑控制，操作站和监控站采用Simatic的Wincc4.01控制软件，传动设备采用ABB公司的DCSN500。传动设备和各操作室的操作控制与PLC之间，采用SimaticJProfibusDP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。其系统配置图参见附图一：攀钢线材改造系统配置图。

附图1 攀钢线材改造系统配置图
1、工业以太网（H1）的特点

SimaticJH1总线系统是德国西门子公司开发出来的、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：

·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。
·传输速率：10MB/秒
·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。
·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、Wincc的特点及通信方式比较

Wincc(WindowsJControlKCenter)是Windows环境下面向对象的32位工业控制组态软件，它适合任何自动化控制系统。它具有如下特点：

·Wincc 是一个通用的系统

Wincc可用于自动化领域中所有的操作员控制和监控任务。Wincc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。它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。你可很方便地组态产生你的报表格式，按时间或事件触发打印。

·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你的应用软件中。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，在你的工程中，你可随意地发挥你的聪明才智来完成你任务。同时你可访问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。

·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，用户可通过调用这些功能块来实现控制功能。同时用户也可将你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，考虑到应用的投资利益，在通常情况下，用户只需购买标准软件包便可，当你工程中，确实需要某些特殊功能时你可单独购买特殊功能包来满足你的需要（如：冗余软件包、服务器软件包、过程控制软件包等）。

·Wincc是一个国际通用软件

在Wincc中提供了五种在线翻译功能。用户可根据需要，做出多种语言界面的应用程序，这为你的工程能够走向世界提供了方便。

Wincc H1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

·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。
·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。
·网络系统的理解点数不受制约，整个网络可连接1024个站点。

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

·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 年均可以访问组态数据。
·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
·由于数据的传送是分层进行，过程总线较轻松。

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。

附图2 Wincc客户机/服务器网络结构
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-1：n-1机架轧件的横截面积
Vn-1：n-1机架的线速度
Sn：n机架轧件的横截面积
Vn：n机架的线速度
K= Sn / Sn-1：为延伸系数。

N电：m机架电机转速
Dm：m机架的工作辊径
Vm：m机架的线速度
Im =N电/N轧Im：转动比，N电：电机转速，N轧：轧辊转速