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WinCC在DIET生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)上的使用

企業(yè)：西門子制造工程中心有限公司領(lǐng)域：電源行業(yè)：電子制造
點擊數(shù)：1803 發(fā)布時間：2008-02-03 12:25:31
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WinCC在DIET生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)上的使用

　　1 DIET線的設(shè)計要求
　　
　　本控制系統(tǒng)設(shè)計方案吸收了目前國內(nèi)外CO2煙絲膨脹中的先進控制技術(shù)，并結(jié)合了富通電子企業(yè)有限公司近十余年CO2煙絲膨脹線開發(fā)研究成果，以及煙草行業(yè)對CO2煙絲膨脹工藝過程提質(zhì)降耗、改善吸味、管控一體的要求。針對目前工業(yè)企業(yè)自動化系統(tǒng)的開放性、集散性、智能性、信息電子化和網(wǎng)絡(luò)化的特點，確定了總體設(shè)計思路為“集中管理，綜合監(jiān)控，分散控制”，即本系統(tǒng)采用集中―分散型工業(yè)總線控制方式，將傳感器、PLC、計算機圖形、網(wǎng)絡(luò)、通訊等諸多迅速發(fā)展的技術(shù)結(jié)合在一起，用方便靈活的硬件和軟件模塊組合設(shè)計，以適應(yīng)煙廠各種不同特點的工藝控制要求和管理要求，即是滿足工藝要求的精確控制系統(tǒng)和滿足管理現(xiàn)代化的管理信息系統(tǒng)。
　　
　　2 DIET線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　
　　整個車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層，即設(shè)備控制層和監(jiān)控管理層。示意圖如圖1、圖2所示。
　　
　　(1) 設(shè)備層
　　設(shè)備層是整個車間控制系統(tǒng)的核心，包含所有的現(xiàn)場執(zhí)行器、傳感器元件、電控單機設(shè)備，以及參與控制與管理的電控元氣件及相關(guān)設(shè)備。整個設(shè)備層由PROFIBUS-DP網(wǎng)將整個工藝段的電控設(shè)備與該段的主CPU有機的聯(lián)接在一起。
　　
　　(2) 監(jiān)控管理層
　　監(jiān)控層主要由控制主站、操作人員終端和控制網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）組成。控制網(wǎng)將各控制主站間的PLC連接起來并接中控室的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。各控制主站間、控制主站與監(jiān)控管理層間通過西門子公司的SIMATIC 100M（高速工業(yè)以太網(wǎng)）交換數(shù)據(jù)，完成各工藝段間相關(guān)數(shù)據(jù)（啟、停、故障、批次等）的傳遞。
　　放置各工藝段現(xiàn)場的操作員終端選用觸摸式人機界面，通過各控制主站CPU的MPI接口與網(wǎng)絡(luò)相連，完成各工藝（或設(shè)備）的本地監(jiān)示和控制操作。
　　管理層采用以太網(wǎng)控制技術(shù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)線的監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度與管理。整個系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（兼工程師站、Web服務(wù)器）、交換機、監(jiān)控計算機、管理計算機、打印機以及車間級工藝調(diào)度計算機、檢測室計算機等組成。
　　
　　
　　

　　
　　
　　
　　圖1 整個車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層
　　
　　
　　
　　
　　

　　
　　
　　
　　圖2 宜昌金絲BOC型CO2膨脹煙絲線電控系統(tǒng)標準配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
　　
　　3 設(shè)備層工藝段劃分
　　
　　設(shè)備層為最低層，它采用西門子公司的PROFIBUS網(wǎng)中的PROFIBUS-DP協(xié)議。在現(xiàn)場測控元件比較集中的地方，利用ET-200S系列產(chǎn)品接連到PROFIBUS-DP網(wǎng)上，這樣可減少硬件連線，減少故障點，大大方便了系統(tǒng)的維護。所有分布式I/O產(chǎn)品都按一定的控制范圍安裝于分布式I/O控制箱內(nèi)。分布式I/O控制箱則就近安裝于所控制的設(shè)備中間。安裝完成的防護等級達到IP54。在設(shè)備層共使用了3組西門子S7-400PLC及1組S7-300PLC。
　　全線控制系統(tǒng)共劃分為2個工藝段，即：冷端控制系統(tǒng)（EP1）、熱端控制系統(tǒng)（EP2）。
　　
　　4 WinCC監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能
　　
　　4.1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置
　　在控制層共設(shè)置三臺西門子工控機，其中一臺作為現(xiàn)場操作站，放在浸漬器下蓋門處，二臺放置中控室。主要負責人機界面與PLC之間的通訊，不同控制段的數(shù)據(jù)由本段PLC負責采集，送到PLC后由人機界面采用。控制層主要采用工業(yè)以太網(wǎng)，在此層上位機除完成對PLC內(nèi)地址的讀寫操作外，還可完成一些簡單的報表和趨勢圖的顯示及打印，示意圖如圖3所示。
　　
　　
　　
　　

　　
　　
　　圖3 CO2膨絲機組的基礎(chǔ)自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
　　
　　
　　WinCC 服務(wù)器和操作站的硬件配置為：
　　 SIEMENS工業(yè)PC 機；
　　 CPU Pentium IV 2.2GHz (Server)；
　　 CPU Pentium IV 2GHz (Client)；
　　硬盤60G，軟驅(qū)1.44MB；
　　 RAM 1G（Server）；RAM 512M(Client)；
　　 CD-RW (Server)；
　　 CD-ROM (Client)；
　　 64M 緩存顯卡；
　　 19” 液晶顯示器；
　　 Intel 10/100 自適應(yīng)以太網(wǎng)卡；
　　 SIEMENS CP1613 (Server)；
　　工業(yè)防水鍵盤，軌跡球。
　　
　　4.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
　　 CO2膨絲機組的基礎(chǔ)自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)見上圖，筆者選用的是西門子公司的光纖將2個S7-400 PLC 控制器和1 個S7-300 PLC 控制器連到3COM 中心交換機的PLC 網(wǎng)段。工程師站、便攜編程器和HP 網(wǎng)絡(luò)打印機采用雙絞線按568B 的標準連到操作臺上PC 機網(wǎng)段的邊緣交換機上。PLC 控制器與WinCC Server 之間采用SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)ISO 協(xié)議通訊，WinCC Server 與WinCC Client 之間采用TCP/IP 協(xié)議通訊。PLC 室與兩個操作室之間通過光纜連接。PLC 控制器與PLC 控制器、傳動裝置、R I/O 站通過PROFIBUS DP 現(xiàn)場總線連接。故通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性決定了整個監(jiān)控系統(tǒng)可靠運行
　　
　　4.3 軟件配置
　　自動化控制系統(tǒng)軟件采用西門子公司的PCS7 V5.2 軟件包，PLC 控制器采用STEP 7 V5.2，HMI 監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCC V5.1 版本。HMI 服務(wù)器和操作站都是采用WINDOWS 2000 操作系統(tǒng),具有開放的編程環(huán)境。WinCC V5.1中Sybase SQL Anywhere 數(shù)據(jù)庫運行于服務(wù)器上，存儲在實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以通過多臺HMI Client 實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時交換。作為Client/Server 結(jié)構(gòu)，HMI 上監(jiān)控的數(shù)據(jù)全部通過服務(wù)器提交查詢、修改等指令，通過光纖以太網(wǎng)再傳送至PLC，完成對現(xiàn)場設(shè)備的在線監(jiān)控與操作。
　　 WinCC 作為 HMI 軟件系統(tǒng)，它將工廠控制軟件真正集成進自動化過程中；用戶友好組件允許新的或已存在的應(yīng)用程序的無錯誤集成；一個過程可視化應(yīng)用程序能夠使用戶方便地觀察自動控制過程的全部特征。
　　 WinCC 將WINDOWS應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和便于使用的圖形設(shè)計程序結(jié)合起來。WinCC 包括用于解決過程監(jiān)控和控制任務(wù)的所有元素：
　　
　　WinCC 項目工程環(huán)境：
　　圖形―設(shè)計工廠現(xiàn)場；
　　歸檔―將帶時間標識的數(shù)據(jù)/事件存儲到SQL 數(shù)據(jù)庫；
　　報表編輯器―為要求的數(shù)據(jù)產(chǎn)生報表；
　　數(shù)據(jù)管理器―定義并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
　　
　　WinCC 運行系統(tǒng)：
　　允許在工廠現(xiàn)場或控制室的操作員與機械應(yīng)用相互作用。
　　
　　HMI 的編程工具WinCC 具有可擴充性、開放性：
　　基于客戶機/服務(wù)器模式；
　　從簡單到復雜的任務(wù)擴充；
　　集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫；
　　強大的標準接口（如OPC、OLE、ActiveX）；
　　通用的腳本語言ANSI C；
　　針對所有主要PLC 廠商的通訊接口。
　　
　　4.4 WinCC實現(xiàn)的主要功能
　　
　　(1) 監(jiān)控系統(tǒng)操作員管理功能
　　通過上位機系統(tǒng)可對車間管理人員的操作權(quán)限進行管理，即在每天開機前上位機可對現(xiàn)場操作站的操作權(quán)限進行分配。
　　
　　
　　

　　
　　
　　
　　圖4 監(jiān)控系統(tǒng)操作員
　　
　　(2) 工藝參數(shù)的管理功能
　　由于不同等級的煙絲對于熱端的工藝參數(shù)有著不同的要求，所以通過上位機可對不同煙絲所對應(yīng)的一組工藝參數(shù)進行處理，如圖5所示。
　　
　　

　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖5 對工藝參數(shù)進行處理
　　
　　(3) 統(tǒng)計功能
　　通過對監(jiān)控軟件的腳本進行編程，可對上位機所采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計運算，計算出成品煙絲合格率，如圖6所示。
　　
　　
　　
　　

　　
　　
　　圖6 對上位機所采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計運算
　　
　　(4) 監(jiān)控功能
　　位于冷熱端的工控機可對冷熱端、燃燒爐的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，并可實現(xiàn)對設(shè)備的遠程操作及工藝參數(shù)的修改；
　　位于浸漬器上蓋門及壓縮機組的觸摸屏可使操作人員對浸漬器及壓縮機組進行相應(yīng)的本地操作，并在觸摸屏上對浸漬器的19步步序及壓縮機工作狀態(tài)進行指示；
　　上位機則可對膨脹段設(shè)備進行監(jiān)控，但三臺上位機有著不同授權(quán)，每一臺上位機只能對具有授權(quán)的設(shè)備進行監(jiān)控；
　　可對水分、溫度及流量等信號進行趨勢圖顯示及打印。如圖7所示。
　　
　　(5) 報警功能
　　上位機均有報警功能，并可對報警進行應(yīng)答及復位，而且還可顯示出報警點位置，并通過不同顏色來區(qū)分哪些報警以做了復位，哪些報警只是做了應(yīng)答。如圖8所示。
　　
　　
　　
　　

　　
　　
　　圖7 監(jiān)控
　　
　　
　　
　　

　　
　　
　　
　　
　　
　　圖8 報警
　　
　　
　　4.5 WinCC上位監(jiān)控作環(huán)境
　　溫度低于30℃，相對濕度50%-60%。
　　室內(nèi)設(shè)施：
　　地面采用防靜電地板，并可在地板夾層內(nèi)走線；
　　隔離、防塵；
　　視線良好，能觀察車間全貌。
　　提供與生產(chǎn)線獨立的220VAC電源，容量10kVA。
　　提供獨立接地點，接地電阻小于等于1Ω。
　　
　　5 結(jié)語
　　
　　綜上所述，宜昌金絲CO2膨脹煙絲線的WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件控制思想方面都有一定的先進性，對其它CO2線都有值得借鑒和學習地方。通過對西門子自動化系統(tǒng)的集成降低了整個生產(chǎn)線操作故障率與操作工地勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率。由于該機組自動化水平較高，使得整個生產(chǎn)線只有6個操作工負責操作和生產(chǎn)。目前該系統(tǒng)已調(diào)試完成，運行穩(wěn)定。

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