WinCC在邯鋼酸洗線自動化控制中的應用

馬玉賓

（河鋼集團邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056015）

WinCC是基于32位技術的過程監視系統，其多樣化的自動化解決方案和通用的應用程序可滿足多種復雜工況下的生產過程監控，適合所有工業監控的解決方案，在現代工業自動化控制領域有著極其廣泛的應用。邯鋼酸洗生產線由寶信公司總設計承包，該生產線工藝成熟，技術先進，自動化程度高，采用WinCC自動化過程監控系統對整個酸洗生產流程進行監控。系統軟件的編程調試全部由寶信公司完成，滿足了酸洗生產線自動化控制的需要，其在硬件配套和軟件控制方面體現出良好的適用性，對其他生產工序的應用也有著一定的借鑒作用。

1 邯鋼酸洗生產線WinCC系統簡介

邯鋼酸洗生產線（PLL）由寶信公司總設計承包，整個生產線的工藝設計、設備設計、自動化控制系統設計以及系統軟件的編程調試全部由該公司完成。其系統通信和自動化控制過程主要由HMI人機接口系統實現，可用于控制系統各種參數的設定，故障顯示和報警，以及設備的在線調試與維護。酸洗線HMI系統人機交互界面十分友好，控制界面簡潔明了，為用戶使用提供了很大便利。WinCC過程監控系統做為HMI的軟件系統，在運行時會通過計算機和各類傳感器對生產線各種數據進行實時的采集和處理，之后通過交換機對數據信息進行轉換并傳輸至HMI系統，同時將其以圖形、列表、符號和具體數值的形式在HMI畫面上顯示，從而使設備操作和維保人員可以及時準確地了解機組運行狀態及相關信息，實現對生產線的自動化監控。WinCC過程監控系統主要由硬件和軟件兩部分組成。

1.1 硬件配置

邯鋼冷軋廠為推拉式酸洗線，工藝布置設置有1個入口操作室，1個出口操作室和一個PLC控制室。根據自動化控制網絡布局要求，在入口操作室設有1臺8接口3COM邊緣交換機和2臺WinCC操作站；出口操作室與入口操作室硬件設備布置一致；PLC控制室設置有WinCC服務器1臺，24口中心交換機1臺，便攜式系統編程器1臺。酸洗線自動化數據交換的核心部件為HMI監控系統24口中心交換機，該交換機在配置時采用了VLAN技術，將24口交換機按端口劃分為PC機網段和PLC網段，分別連接至WinCC操作站和PLC控制器，其中PC機網段連接入口HMI和出口HMI；PLC網段連接工藝段PLC和板帶傳輸PLC。

WinCC服務器的硬件配置為:

(1)CPU：INTEL I7處理器；(2)內存：8G內存；(3)硬盤：1TB ；(4)網卡：2x 10/100/1000 Mbit/s Ethernet(RJ45)；(5)光驅：DVD-ROM；(6)鍵盤和鼠標(標準)：光電Mouse；(7)顯示器：22"LCD（16：9）。

入口操作室WinCC操作站用于生產線入口段機組與設備運行狀況的監控；出口操作室WinCC操作站用于出口段機組設備運行狀況的監視和控制。

1.2 軟件配置

自動化監控系統軟件采用德國西門子公司的PCS7系列軟件包，HMI采用WinCC V7.2過程監視系統，PLC可編程邏輯控制器為STEP7 V5.5版本。HMI監控系統的操作站和服務器運行于Windows操作系統，經管理者授權可實現對HMI系統的在線編程，較為開放的編程環境為適應不同生產條件下的過程監控提供了便利。WinCC V7.2具有數據實時存儲的功能，可通過多臺HMI Client實現對各項監控數據的實時交換，確保了數據上傳的及時性，提高了監控水平，也便于對生產線工藝數據的調閱。HMI系統監控數據的查詢和修改在服務器控制板面輸入相應的控制指令即可實現，將控制指令輸入系統后，系統會通過光纖以太網將該指令信息再傳輸至工藝段PLC，由PLC按照內設程序控制執行機構完成對現場設備的在線監控與操作。

WinCC具有高度的集成性，做為HMI的軟件系統，可將工廠各類控制軟件完全無錯誤地集成進自動化過程中，包括了用于解決過程監控和控制任務的所有元素，既實現了自動化控制的無間斷運行，同時便于用戶自動化控制過程和全部特征觀察。

1.3 網絡拓撲結構

通信網絡的可靠性決定了自動化控制系統運行的穩定性。酸洗線自動化控制通信網絡采用亞美亞公司的超五類銅線纜，按照568B標準將3COM中心交換機PLC網段與2個PLC控制器相連接。網絡打印機、便攜式編程器、工程師站也同樣按照上述標準采用雙絞線連接至交換機PC網段。WinCC與PLC控制之間的采用工業控制常用的工業以太網ISO通信協議，各操作室之間通過光纖連接；PLC控制器與現場和執行機構通過DP現場總線連接。酸洗線全線共有11個RI/O站，其中包括了所有的I/O點，各I/O點與PLC控制器之間通過DP網相連接。

2 WinCC在邯鋼酸洗線自動化控制中的應用

2.1 酸洗WinCC自動化控制的實現

酸洗線自動化監控系統中，下位機主要負責對現場數據的監測和處理；上位機系統采用西門子WinCC V7.2平臺，通過PLC控制器負責從下位機進行數據的采集、處理和存儲，同時進行數據的組態和運行監控，并將處理后的數據顯示在上位機顯示屏上，人員通過上位機顯示器即可實現對酸洗線各現場數據進行實時化、可視化監控。

自動化控制的數據通信都是通過工業以太網實現的，來自現場傳感器和執行機構的信號首先被采集到相關的RI/O站，再通過開放的DP網傳輸至PLC系統，由PLC系統內置程序對現場設備進行自動化控制。利用WinCC系統，操作人員一方面可根據上位機顯示屏對現場數據進行監控；另一方面，還可通過HMI、控制開關等對PLC系統輸入相關控制指令和給定值，并由PLC系統完成對工藝參數的自動化調節。自動化控制中，大部分的操作指令都可通過WinCC操作站的鍵盤、鼠標等來完成，人員不用親臨現場，只需在操作室內即可實現對生產和設備運行情況的全過程監控，以及實現對工藝數據的自動化、精確化調節，從而使各項參數指標始終符合生產工藝要求。

2.2 WinCC自動控制系統在酸洗生產線的功能應用

酸洗生產WinCC系統生產應用的主要功能，一是對生產過程和設備運行情況的監控，包括對酸洗段、漂洗段以及冷凝水系統、排廢氣系統、污水處理系統、電機運行情況的監控；二是對工藝參數的調節，包括輥徑設置、切頭刀數及長度設置、圓盤剪寬度及GAP、LAP設置、矯直機壓下量設置、對中設置、廢酸交換參數設置、全線絕對值碼盤數值顯示及設置等；三是數據存儲和提取，對于設備運行中的各種數據信息，例如生產參數信息、設備狀態信息、報警故障信息等，系統都會自動對其進行存儲，并集中歸檔。

操作人員除了可以實時觀測數據，還可以根據需要隨時調閱和打印歷史數據，并以曲線和具體數值的形式直觀反映。四是權限管理，酸洗線WinCC系統設置了不同級別的管理權限，可對操作人員身份和安全級別進行權限控制。WinCC系統的登錄、參數設置、退出等操作都必須有相應的權限身份才能進行，防止了越權操作行為，保證了系統的安全穩定運行。