摘要：本文主要介紹西門子公司的組態(tài)監(jiān)控軟件Wincc的應(yīng)用，分析系統(tǒng)組成、通信結(jié)構(gòu)及特點。 　　關(guān)鍵詞：H1網(wǎng)；Wincc；操作站；監(jiān)控站 　　中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　
　　對鋼廠攀鋼高速線材設(shè)備的改造，利用了原有工藝設(shè)備，在中軋機(jī)與精軋機(jī)之間增加預(yù)精軋1、預(yù)精軋2，對原精軋機(jī)、夾送輥、吐絲機(jī)的傳動設(shè)備進(jìn)行數(shù)字改造，從而將軋線速度從原來30米/秒提高到55-60米/秒。品種規(guī)格從原來的幾種擴(kuò)大到現(xiàn)在的幾十種，大大改善了生產(chǎn)工藝。
　　
　　1 控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　本次改造，其控制系統(tǒng)采用Simatic公司的PLCS7-300完成邏輯控制，操作站和監(jiān)控站采用Simatic的Wincc6.0軟件，傳動設(shè)備采用ABB公司的DCSN600。傳動設(shè)備和各操作室的操作控制與PLC之間，采用SimaticJProfibus DP通信網(wǎng)進(jìn)行通信，操作站、監(jiān)控站與PLC之間采用SimaticNH1工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成。其系統(tǒng)配置圖參見圖一：攀鋼線材改造系統(tǒng)配置圖。
　　
　　
　　2 網(wǎng)絡(luò)特點
　　
　　2.1 工業(yè)以太網(wǎng)（H1）的特點
　　西門子公司開發(fā)出來的SimaticJH1總線系統(tǒng)，是符合IEEE802.3－CSMD/CA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的高速工業(yè)局域通信網(wǎng)，可構(gòu)成大型的分布式自動化系統(tǒng)。工業(yè)以態(tài)網(wǎng)通過第4層進(jìn)行通信，在該網(wǎng)上可使用不同的協(xié)議進(jìn)行通信，及可同時使用上S7協(xié)議、SINECNH1－TF以及PC－LAN協(xié)議在不同的站間切換。該網(wǎng)絡(luò)總線通過收發(fā)器或中繼器和多路轉(zhuǎn)換器接口，可連接多達(dá)1024個站點。
　　H1的特點如下：
　　（1）傳輸電纜：H1網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可是光纜、同軸電纜和雙絞屏蔽電纜，也可混合使用。在距離較遠(yuǎn)，工業(yè)干擾較嚴(yán)重的場所應(yīng)使用光纜在工業(yè)控制中，通常使用同軸電纜，其抗干擾能力較雙絞屏蔽線高近10倍。
　�。�2）傳輸速率：10MB/秒。
　�。�3）連接站點數(shù)：每段網(wǎng)站可連接100個點。整個網(wǎng)絡(luò)最多可達(dá)1024個。
　�。�4）通信線路長度：在不使用中繼器的情況下可達(dá)到500米，使用兩個中繼器可達(dá)1500米，使用遠(yuǎn)程中繼器可達(dá)2500米。
　　
　　2.2 Wincc的特點及通信方式比較
　　Wincc是Windows環(huán)境下面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)控制組態(tài)軟件，具有如下特點：
　�。�1）Wincc可用于自動化領(lǐng)域中所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)�？蓪⑦^程或生產(chǎn)過程中的狀態(tài)以圖像、文字、棒圖、曲線或報警形式清楚地表達(dá)出來。同時能夠?qū)⑺�發(fā)生的事件、過程數(shù)據(jù)記錄下來，供歷史數(shù)據(jù)查詢使用，很方便地組態(tài)產(chǎn)生報表格式，按時間或事件觸發(fā)打印。
　　（2）Wincc是一個全面開放的系統(tǒng)
　　Wincc在Windows環(huán)境下，通過OLE和ODBC很容易將其他控件集成到應(yīng)用軟件中。也可通過DDE方式與其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信。在Wincc中，嵌套一個標(biāo)準(zhǔn)c語言，在工程中，可隨意地發(fā)揮來完成任務(wù)。同時可訪問Wincc的API編程接口來達(dá)到某些特殊功能。Wincc的具有開放通信協(xié)議，支持多種PLC系統(tǒng)。
　�。�3）Wincc功能可隨任務(wù)而增加
　　Wincc本身提供了一個強(qiáng)有力的標(biāo)準(zhǔn)功能庫，可通過調(diào)用這些功能塊來實現(xiàn)控制功能。同時也可將開發(fā)好的功能塊寫進(jìn)庫中供他人使用。Simatic公司，開發(fā)許多特殊的功能包，在通常情況下，只需購買標(biāo)準(zhǔn)軟件包便可，當(dāng)工程中確實需要某些特殊功能時，可單獨購買特殊功能包來滿足需要（如：冗余軟件包、服務(wù)器軟件包、過程控制軟件包等）。
　�。�4）Wincc是一個國際通用軟件
　　在Wincc中提供了五種在線翻譯功能�？筛鶕�(jù)需要，做出多種語言界面的應(yīng)用程序，這為工程能夠走向世界提供了方便。
　　
　　2.3 WinccH1網(wǎng)通信方式比較
　　在攀鋼線材高速改造項目中，H1的通信方式如附圖一所示，采用分布式，點對點對等通信方式，操作站、監(jiān)控站、S7－PLC站之間完全平等，不存在主、從，服務(wù)器和客戶機(jī)之分。通常情況下，當(dāng)在一個系統(tǒng)中存在多個操作站時可采用如圖二網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。Wincc服務(wù)器可選擇一個或兩個，當(dāng)選擇兩個服務(wù)器時，兩個服務(wù)器相互熱備，形成冗余系統(tǒng)。兩種通信方式的特點比較如下：
　　（1）分布式通信方式的特點
　�、倜恳粋�站點對等，每一個控制站可平等地從過程網(wǎng)中取得自己所需數(shù)據(jù)，不受服務(wù)器的制約。在工業(yè)生產(chǎn)中，可保證系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。
　�、陲L(fēng)險分散，當(dāng)一個操作站出現(xiàn)事故時，其它操作站可進(jìn)行工作
　�、劬W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的理解點數(shù)不受制約，整個網(wǎng)絡(luò)可連接1024個站點。
　　④缺點：各站點之間相互聯(lián)系較困難，各操作站之間相互獨立。網(wǎng)絡(luò)較忙，數(shù)據(jù)一致性較差。
　�。�2）客戶機(jī)/服務(wù)器通信方式的特點
　�、偎�有的組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)集中放在服務(wù)器上，所有的客戶機(jī)均可以訪問組態(tài)數(shù)據(jù)。
　�、跀�(shù)據(jù)的一致性較好，每個操作員都能看到其它人所進(jìn)行的操作。
　�、塾捎跀�(shù)據(jù)的傳送是分層進(jìn)行，過程總線較輕松。
　�、苋秉c：風(fēng)險較集中。連接的點數(shù)較小，當(dāng)服務(wù)器不作操作站時最多可連接16個客戶機(jī)，當(dāng)服務(wù)器作操作員站時，最多可連接4個客戶機(jī)。
　　
　　
　　3 攀鋼線材高速改造操作站及監(jiān)控站的功能
　　
　　攀鋼線材高速改造共有A、B兩線，采用兩個操作員站和一個監(jiān)控站，其中兩個操作站之間采用互為熱備的方式，當(dāng)一臺操作站出現(xiàn)故障時，另一臺操作站可切換到該線進(jìn)行生產(chǎn)控制從而保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。而在監(jiān)控站上，配置分頻卡和分配器，將監(jiān)控站的主要數(shù)據(jù)信息傳送到100米遠(yuǎn)5#、6#操作臺進(jìn)行數(shù)據(jù)實時顯示。根據(jù)工業(yè)要求，在操作員站下實現(xiàn)如下控制功能：
　　
　　（1）軋制速度分配
　　在操作站上，操作人員輸入相關(guān)的工藝參數(shù)，計算機(jī)根據(jù)金屬秒流量相等的原則，計算出各機(jī)組的是設(shè)定轉(zhuǎn)速。首先根據(jù)不同的軋制孔型計算出其工作輥徑，根據(jù)金屬秒流量相等的原則，計算出各機(jī)組的線速度。然后將線速度轉(zhuǎn)換成電機(jī)的轉(zhuǎn)速，下送到PLCW完成其控制功能。金屬秒流量相等原則：
　　Sn-1Vn-1=SnVn
　　Sn-1n-1機(jī)架軋件的橫截面積；Vn-1n-1機(jī)架的線速度；Snn機(jī)架軋件的橫截面積；
　　Vnn機(jī)架的線速度；K=Sn/Sn-1為延伸系數(shù)。
　　N電=(60*1m*1000Vm)/(π*Dm)
　　各機(jī)架電機(jī)的轉(zhuǎn)速與線速的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
　　N電m機(jī)架電機(jī)轉(zhuǎn)速；Dmm機(jī)架的工作輥徑；Vmm機(jī)架的線速度；Im=N電/N軋轉(zhuǎn)動比，N電電機(jī)轉(zhuǎn)速，N軋軋輥轉(zhuǎn)速；其中Dm根據(jù)其孔型按下列公式計算：
　　對橢圓孔型工作輥徑Dm為：
　　Dm=（D-1.33Z）*1.01
　　Z=（h-s）/2
　　D軋輥輥環(huán)直徑；Z為軋槽最大深度；h為孔型高度s為輥縫；對圓孔型工作輥徑Dm為：
　　Dm=D-1.56Z
　　Z=（h-s）/2
　　D軋輥輥環(huán)直徑；Z為軋槽最大深度；h為軋件高度；s為輥縫；
　　根據(jù)上述公式，可知中軋機(jī)組的轉(zhuǎn)速為恒值，從而可推出各機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
　　在wincc中，對上述這種復(fù)雜的推算，可很方便地采用ANSIC編寫而實現(xiàn)。
　　
　　（2）過程數(shù)據(jù)的顯示、操作、記錄
　　在操作站上，操作人員需要知道有關(guān)軋線狀態(tài)，操作事件、過程數(shù)據(jù)的曲線顯示和記錄。WINCC以各種非常豐富的圖形、棒圖、指示表等多種形式來實行軋線狀態(tài)的顯示。WINCC的曲線跟蹤功能中，既可顯示實時數(shù)據(jù)，也可查詢歷史數(shù)據(jù)。WINCC的曲線跟蹤有如下特殊功能：
　　①X軸時間顯示范圍可調(diào)整
　　可改變時間范圍，當(dāng)點擊其功能按鈕時，可指定當(dāng)前曲線區(qū)顯示的時間范圍為：500毫秒，1秒，1小時，1天五個時間段，曲線可以這五個時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。同時也可指定特定的時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。
　�、诳蓪η�線進(jìn)行局部放大查詢，方便對數(shù)據(jù)的分析使用，有利于對故障的查找。對大可將圖像放大到滿屏?xí)r時間范圍為500ms。
　　③可以顯示鼠標(biāo)處的實際值，其值跟隨鼠標(biāo)變化。
　�、苋秉c：數(shù)據(jù)采集周期太長，其最小時間為500ms，對于高速線材系統(tǒng)，一個周期時間內(nèi)將軋制30米左右的線材。這樣的時間間隔太大，不利于精確分析故障。
　　
　　（3）分屏功能
　　在改造中，由于在A、B兩線的成品操作室未設(shè)計操作站，操作人員不能了解軋線各機(jī)組設(shè)備的運行情況。為了解決這一問題，利用監(jiān)控站采用方屏技術(shù)，將軋線各機(jī)組的主要參數(shù)轉(zhuǎn)送到5#、6#操作臺進(jìn)行顯示。5#、6#操作臺所顯示的數(shù)據(jù)為一固定畫面，監(jiān)控站的畫面可操作變化。分屏的功能將屏幕放大，如原顯示器的分辨率800×600，使用2屏分屏卡，可得到一個1600×600顯示范圍，也可以的得到其他組合的顯示。利用分屏卡，得到一個2048X768的顯示范圍。在WINCC中對屏幕進(jìn)行如下分區(qū)便可實現(xiàn)所需的功能。
　　
　　其中區(qū)域1顯示在主顯示器上，區(qū)域2顯示在遠(yuǎn)端顯示上，利用區(qū)域1中功能切換鍵，可改變區(qū)域1中的顯示畫面。在WINCC要實現(xiàn)這一功能，有兩種方法實現(xiàn)，一是購買專門的軟件包，可很方便地實現(xiàn)上述功能。二是自己開發(fā)，也很方便。
　　
　　4 使用WINCC的體會
　　
　　（1）從系統(tǒng)的靈活性、通用性來看，WINCC應(yīng)該是比-FIX，INTOUCH略強(qiáng)。因為在WINCC系統(tǒng)中嵌套的ANSIK C語言，給系統(tǒng)提供了最大的靈活性。
　　（2）標(biāo)簽點的定義比其它工控軟件不同，WINCC中，其模擬量點為一個點一個標(biāo)簽，對數(shù)字量點，在WINCC中，可以以8位，16位，32位為一個標(biāo)簽，從最大限度地節(jié)約標(biāo)簽數(shù)來說，對數(shù)字量點來說，可以一模板為一個標(biāo)簽點計算，但根據(jù)使用的經(jīng)驗看，最好使用8位為一個標(biāo)簽，在計算機(jī)處理更方便。
　�。�3）WINCC的報警管理、報表管理功能比其它工控軟件好。
　�。�4）WINCC對于過程數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)采集周期太長，其最小時間為周期為500ms，對于高速線材系統(tǒng)，一個周期時間內(nèi)將軋制30米左右的線材。這樣的時間間隔太大，不利于精確分析故障。
　�。�5）WINCC中，當(dāng)需要在一個操作站中控制多個同樣的設(shè)備時，需要作許多重復(fù)工作，因為它不也許標(biāo)簽點同名或者是使用邏輯名。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]北京西門子公司.SIMATIC NET 用于工業(yè)通訊[Z]，2006-02-06.
　　[2]北京西門子公司.SIMATIC WINCC 通迅手冊[Z]，2006-03-04.

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