西門子S7-400與WinCC在鍍鋅退火爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

西門子S7_400與WinCC在鍍鋅退火爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用【摘要】邯寶冷軋廠的產(chǎn)品未來(lái)將主要面向高檔汽車板和家電板。作為邯寶冷軋廠的重要生產(chǎn)部門，對(duì)其產(chǎn)品的技術(shù)性能有著非常嚴(yán)格的要求，這就需要對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的各個(gè)參數(shù)有著非常精確的控制。通過S7-400控制器及WINCC組態(tài)軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了集中可視化監(jiān)控，保證了生產(chǎn)操作的可靠、穩(wěn)定，大大減少了設(shè)備故障，為生產(chǎn)合格的冷硬卷奠定了基礎(chǔ)?！娟P(guān)鍵詞】集中可視化監(jiān)控鍍鋅退火爐冗余功能WinCC1工藝流程鍍鋅線退火工藝段由立式退火爐、鍍后冷卻段、終冷段組成。采用了利用煙氣余熱加熱保護(hù)氣體噴射預(yù)熱帶鋼、全輻射管加熱和均熱、箱式窄縫噴嘴噴吹保護(hù)氣體快速冷卻和鍍后空氣噴射冷卻等技術(shù)。WinCC是西門子公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下解決生產(chǎn)和過程自動(dòng)化、可視化信息顯示的人機(jī)接口組態(tài)軟件。利用WinCC強(qiáng)大的圖形編輯器功能可以實(shí)現(xiàn)鍍鋅生產(chǎn)線退火爐工藝流程圖、參數(shù)設(shè)置圖、歷史曲線圖、報(bào)警信息等各種畫面的制作。2控制系統(tǒng)構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)通訊基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中央處理器使用S7-400的PLC型號(hào)為CPU417-4，S7-400機(jī)架中配置以太p冗余功能通過在WinCC的Redundancy選項(xiàng)中激活冗余功能（ActivateRedundancy）來(lái)實(shí)現(xiàn)。WinCC項(xiàng)目配置為多用戶模式（Multi-user），并且工作在時(shí)鐘同步方式下，將該系統(tǒng)內(nèi)所有具有時(shí)鐘的站點(diǎn)都工作在相同的時(shí)間系統(tǒng)上。運(yùn)行過程中2臺(tái)服務(wù)器（SE01，SE02）相互監(jiān)控，當(dāng)SE01發(fā)生故障時(shí)，所有的客戶端自動(dòng)進(jìn)行切換，連接到正常運(yùn)行的SE02。當(dāng)SE01上的故障處理完成后，在故障期間的歸檔記錄會(huì)從SE02自動(dòng)復(fù)制到SE01中，從而保證了服務(wù)器數(shù)據(jù)的同步。4監(jiān)控操作畫面的設(shè)計(jì)4.1畫面設(shè)計(jì)監(jiān)控操作畫面的制作原則是在實(shí)用、便于操作的前提下盡量保持美觀。系統(tǒng)畫面主要由操作畫面、報(bào)警畫面、歷史曲線畫面組成。根據(jù)鍍鋅加熱爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及程序結(jié)構(gòu)將監(jiān)控操作畫面又劃分為總體布局、煙氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、爐區(qū)供輔系統(tǒng)、合金化爐系統(tǒng)8個(gè)部分。在每個(gè)部分中根據(jù)功能要求在畫面上顯示所有設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀況、所有溫度、壓力、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示、系統(tǒng)工藝流程、操作員參數(shù)設(shè)定區(qū)域以及主要的工藝參數(shù)值。報(bào)警畫面分為實(shí)時(shí)報(bào)警畫面、已復(fù)位報(bào)警畫面以及操作歷史記錄畫面。實(shí)時(shí)報(bào)警畫面顯示所有發(fā)生的報(bào)警記錄；已復(fù)位報(bào)警畫面顯示操作員已確認(rèn)過的報(bào)警信息；操作歷史記錄畫面顯示操作人員在畫面上所做的所有操作的記錄。報(bào)警歷史記錄功能通過WinCCAlarmControl控件實(shí)現(xiàn)。報(bào)警歷史記錄短期檔案庫(kù)為一個(gè)環(huán)形緩存區(qū)，最多可儲(chǔ)存10000條消息，遵循先進(jìn)先出原則，超出存儲(chǔ)范圍的新來(lái)的消息總是首先覆蓋最老的消息。報(bào)警歷史記錄可以通過工具欄中的篩選按鈕按日期、類型等信息查看。歷史曲線畫面是對(duì)退火爐主要工藝參數(shù)以曲線的形式進(jìn)行跟蹤顯示并且可以記錄保存下來(lái)。歷史曲線畫面將同一功能的數(shù)據(jù)集成在一個(gè)坐標(biāo)系中對(duì)比顯示，橫坐標(biāo)顯示時(shí)間，縱坐標(biāo)顯示變化值，可直觀又方便地觀察壓力、溫度、流量的變化趨勢(shì)，還可根據(jù)需要查閱近3個(gè)月的歷史記錄，便于對(duì)不同時(shí)期爐況進(jìn)行分析。在畫面運(yùn)行期間，WinCC的所有應(yīng)用程序，包括圖形、報(bào)警、歸檔等，必須通過調(diào)用Tag實(shí)現(xiàn)其功能。WinCC畫面中的圖表等控件向DataManager請(qǐng)求Tag當(dāng)前值，DataManager通過通信驅(qū)動(dòng)程序，使用通信處理器向PLC發(fā)送請(qǐng)求以調(diào)用Tag當(dāng)前值。畫面控件的圖形或數(shù)值根據(jù)各自屬性所調(diào)用的Tag當(dāng)前值而變化。4.2典型畫面退火爐總體布局畫面是退火爐系統(tǒng)的總貌畫面，通過WinCC設(shè)置在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)進(jìn)入此畫面，顯示退火爐系統(tǒng)工藝流程運(yùn)行情況，系統(tǒng)主要溫度、壓力、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示、主要閥門的開關(guān)按鈕和開關(guān)狀態(tài)，退火爐氣氛、熱值等工藝參數(shù)的顯示，以及其他畫面的切換按鈕。在此畫面可以完成各工藝流程的手動(dòng)及自動(dòng)切換以及工作狀態(tài)的選擇（使用、停用）。如圖2所示。5WinCC組態(tài)過程（1）根據(jù)退火爐系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備分配I/O地址。（2）根據(jù)I/O配置設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的外部接線圖，并與PLC相連，按照控制要求編寫程序，并下載到PLC中進(jìn)行調(diào)試，保證控制系統(tǒng)正確。（3）啟動(dòng)WinCC軟件，建立WinCC項(xiàng)目，在變量管理中添加PLC驅(qū)動(dòng)程序，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建數(shù)據(jù)變量。（4）打開圖形編輯器，根據(jù)工藝要求利用繪圖工具完成退火爐系統(tǒng)個(gè)層級(jí)畫面的設(shè)計(jì)。（5）對(duì)畫面中所使用的構(gòu)件進(jìn)行屬性設(shè)置，為畫面的輸入輸出域創(chuàng)建動(dòng)態(tài)連接，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建的數(shù)據(jù)變量連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在HMI控制畫面上的監(jiān)控。（6）WinCC通過“變量記錄”組件來(lái)組態(tài)過程值的歸檔。已歸檔的過程值既可以連接到畫面顯示，還可以添加到趨勢(shì)圖曲線坐標(biāo)系中，通過趨勢(shì)圖畫面可以查閱近3個(gè)月的歷史記錄，便于對(duì)不同時(shí)期爐況進(jìn)行分析。（7）WinCC項(xiàng)目作為操作站插入PCS7項(xiàng)目中，對(duì)該WinCC項(xiàng)目執(zhí)行編譯后，PCS7報(bào)警DB塊中編輯完成的報(bào)警信息自動(dòng)導(dǎo)入AlarmLog-ging組件中，并以Tag的形式建立歸檔，歸檔中記錄了每一條報(bào)警的內(nèi)容、等級(jí)、故障來(lái)源等信息。當(dāng)Tag點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，Tag點(diǎn)被觸發(fā)，畫面上即時(shí)顯示此Tag點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的歸檔信息。6結(jié)語(yǔ)鍍鋅退火爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用S7_400PLC為控制器、利用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)操作界面，通過以太網(wǎng)和profibus兩層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)了鍍鋅退火爐系統(tǒng)的基礎(chǔ)自動(dòng)化。PLC作為控制系統(tǒng)的大腦，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行采集，并接受上位機(jī)的控制指令，完成對(duì)設(shè)備的控制。WinCC通過通信線路接收到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了顯示、記錄、歷史趨勢(shì)以及故障報(bào)警等功能。鍍鋅退火爐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集中可視化監(jiān)控，操作性靈活，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性高