本文主要介紹西門子公司的工業(yè)組態(tài)控制軟件Wincc在高速線材改造中應(yīng)用,分析系統(tǒng)組成、通信結(jié)構(gòu)及特點。攀鋼高速線材改造，利用原有工藝設(shè)備，在中軋機與精軋機之間增加預(yù)精軋1、預(yù)精軋2，對原精軋機、夾送輥、吐絲機的傳動設(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)格從原來的幾種擴大到現(xiàn)在的幾十種，大大改善生產(chǎn)工藝。

本次設(shè)備改造，其控制系統(tǒng)采用Simatic公司的PLCNS7_400完成邏輯控制，操作站和監(jiān)控站采用Simatic的Wincc4.01控制軟件，傳動設(shè)備采用ABB公司的DCSN500。傳動設(shè)備和各操作室的操作控制與PLC之間，采用SimaticJProfibusDP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)配置圖參見附圖一：攀鋼線材改造系統(tǒng)配置圖。

附圖1 攀鋼線材改造系統(tǒng)配置圖
1、工業(yè)以太網(wǎng)（H1）的特點

SimaticJH1總線系統(tǒng)是德國西門子公司開發(fā)出來的、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：

·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。
·傳輸速率：10MB/秒
·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。
·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、Wincc的特點及通信方式比較

Wincc(WindowsJControlKCenter)是Windows環(huán)境下面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)控制組態(tài)軟件，它適合任何自動化控制系統(tǒng)。它具有如下特點：

·Wincc 是一個通用的系統(tǒng)

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)。Wincc可將過程或生產(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。它同時能夠?qū)⑺l(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。你可很方便地組態(tài)產(chǎn)生你的報表格式，按時間或事件觸發(fā)打印。

·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你的應(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，在你的工程中，你可隨意地發(fā)揮你的聰明才智來完成你任務(wù)。同時你可訪問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)。

·Wincc功能可隨任務(wù)而增加

Wincc本身提供了一個強有力的標(biāo)準(zhǔn)功能庫，用戶可通過調(diào)用這些功能塊來實現(xiàn)控制功能。同時用戶也可將你開發(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，考慮到應(yīng)用的投資利益，在通常情況下，用戶只需購買標(biāo)準(zhǔn)軟件包便可，當(dāng)你工程中，確實需要某些特殊功能時你可單獨購買特殊功能包來滿足你的需要（如：冗余軟件包、服務(wù)器軟件包、過程控制軟件包等）。

·Wincc是一個國際通用軟件

在Wincc中提供了五種在線翻譯功能。用戶可根據(jù)需要，做出多種語言界面的應(yīng)用程序，這為你的工程能夠走向世界提供了方便。

Wincc H1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

·每一個站點對等，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)。
·風(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。
·網(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。

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/服務(wù)器通信方式的特點

·所有的組態(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 年均可以訪問組態(tài)數(shù)據(jù)。
·數(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
·由于數(shù)據(jù)的傳送是分層進(jìn)行，過程總線較輕松。

缺點：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，當(dāng)服務(wù)器作操作員站時，最多可連接4個客戶機。

附圖2 Wincc客戶機/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
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)，計算機根據(jù)金屬秒流量相等的原則，計算出各機組的是設(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，計算出各機組的線速度。然后將線速度轉(zhuǎn)換成電機的轉(zhuǎn)速，下送到PLCW完成其控制功能。金屬秒流量相等原則：

Sn-1：n-1機架軋件的橫截面積
Vn-1：n-1機架的線速度
Sn：n機架軋件的橫截面積
Vn：n機架的線速度
K= Sn / Sn-1：為延伸系數(shù)。

N電：m機架電機轉(zhuǎn)速
Dm：m機架的工作輥徑
Vm：m機架的線速度
Im =N電/N軋Im：轉(zhuǎn)動比，N電：電機轉(zhuǎn)速，N軋：軋輥轉(zhuǎn)速