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，對其產(chǎn)品的技術(shù)性能有著非常嚴格的要求，這就需要對生產(chǎn)設(shè)備的各個參數(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)和過程自動化、可視化信息顯示的人機接口組態(tài)軟件。利用WinCC強大的圖形編輯器功能可以實現(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)自動化控制系統(tǒng)中央處理器使用S7-400的PLC型號為CPU417-4，S7-400機架中配置以太p冗余功能通過在WinCC的Redundancy選項中激活冗余功能（ActivateRedundancy）來實現(xiàn)。WinCC項目配置為多用戶模式（Multi-user），并且工作在時鐘同步方式下，將該系統(tǒng)內(nèi)所有具有時鐘的站點都工作在相同的時間系統(tǒng)上。運行過程中2臺服務(wù)器（SE01，SE02）相互監(jiān)控，當(dāng)SE01發(fā)生故障時，所有的客戶端自動進行切換，連接到正常運行的SE02。當(dāng)SE01上的故障處理完成后，在故障期間的歸檔記錄會從SE02自動復(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4.1畫面設(shè)計監(jiān)控操作畫面的制作原則是在實用、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個部分。在每個部分中根據(jù)功能要求在畫面上顯示所有設(shè)備的當(dāng)前運行狀況、所有溫度、壓力、流量的實時監(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。報警畫面分為實時報警畫面、已復(fù)位報警畫面以及操作歷史記錄畫面。實時報警畫面顯示所有發(fā)生的報警記錄；已復(fù)位報警畫面顯示操作員已確認過的報警信息；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。報警歷史記錄功能通過WinCCAlarmControl控件實現(xiàn)。報警歷史記錄短期檔案庫為一個環(huán)形緩存區(qū)，最多可儲存10000條消息，遵循先進先出原則，超出存儲范圍的新來的消息總是首先覆蓋最老的消息。報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。歷史曲線畫面是對退火爐主要工藝參數(shù)以曲線的形式進行跟蹤顯示并且可以記錄保存下來。歷史曲線畫面將同一功能的數(shù)據(jù)集成在一個坐標(biāo)系中對比顯示，橫坐標(biāo)顯示時間，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，還可根據(jù)需要查閱近3個月的歷史記錄，便于對不同時期爐況進行分析。在畫面運行期間，WinCC的所有應(yīng)用程序，包括圖形、報警、歸檔等，必須通過調(diào)用Tag實現(xiàn)其功能。WinCC畫面中的圖表等控件向DataManager請求Tag當(dāng)前值，DataManager通過通信驅(qū)動程序，使用通信處理器向PLC發(fā)送請求以調(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)運行時自動進入此畫面，顯示退火爐系統(tǒng)工藝流程運行情況，系統(tǒng)主要溫度、壓力、流量的實時監(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及自動切換以及工作狀態(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中進行調(diào)試，保證控制系統(tǒng)正確。（3）啟動WinCC軟件，建立WinCC項目，在變量管理中添加PLC驅(qū)動程序，在實時數(shù)據(jù)庫中創(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)個層級畫面的設(shè)計。（5）對畫面中所使用的構(gòu)件進行屬性設(shè)置，為畫面的輸入輸出域創(chuàng)建動態(tài)連接，與實時數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建的數(shù)據(jù)變量連接，實現(xiàn)現(xiàn)場設(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，還可以添加到趨勢圖曲線坐標(biāo)系中，通過趨勢圖畫面可以查閱近3個月的歷史記錄，便于對不同時期爐況進行分析。（7）WinCC項目作為操作站插入PCS7項目中，對該WinCC項目執(zhí)行編譯后，PCS7報警DB塊中編輯完成的報警信息自動導(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警的內(nèi)容、等級、故障來源等信息。當(dāng)Tag點對應(yīng)的故障信號產(chǎn)生時，Tag點被觸發(fā)，畫面上即時顯示此Tag點所對應(yīng)的歸檔信息。6結(jié)語鍍鋅退火爐控制系統(tǒng)的設(shè)計采用S7_400PLC為控制器、利用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計操作界面，通過以太網(wǎng)和profibus兩層網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了鍍鋅退火爐系統(tǒng)的基礎(chǔ)自動化。PLC作為控制系統(tǒng)的大腦，對現(xiàn)場參數(shù)進行采集，并接受上位機的控制指令，完成對設(shè)備的控制。WinCC通過通信線路接收到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了顯示、記錄、歷史趨勢以及故障報警等功能。鍍鋅退火爐系統(tǒng)實現(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