WinCC在熱浸鍍模擬試驗機中的應用

摘 要：介紹了由西門子S7-300 PLC和工業PC機組成的熱浸鍍模擬試驗機計算機控制系統的硬件配置和軟件組成，重點討論了應用Win CC對設備的監控功能。實踐表明，系統穩定可靠，為產品的質量控制和優化調度管理提供了有力的工具。

關鍵詞：監控，Win CC軟件，熱浸鍍

0 前言

　　在應用熱鍍鋅工藝生產的產品中，熱鍍鋅板用途廣泛，現已普遍應用于許多領域，如建筑業、車輛制造業、容器制造業、機電工業、家用電器業等。特別是隨著冷軋機的發展，連續熱鍍鋅也得到迅速發展，多種連續熱鍍鋅機組不斷出現。為不斷改進生產技術滿足國民經濟尤其是汽車工業高質量的要求，世界各國都在研究、開發新的金屬鍍層工藝和方法，以最終達到降低能源消耗、減少污染、降低成本和提高經濟效益的目的[1]。因此熱鍍鋅工藝的模擬試驗裝置也越來越顯示出它的巨大的生命力和實用性。目前，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室研制開發了能夠解決上述問題的多功能熱浸鍍模擬試驗機，其自動控制系統采用西門子S7-300 PLC作為基礎自動化站，操作員控制站配置SIMATIC工業PC IL40，安裝Windows NT/2000操作系統和Win CC監控軟件用于實時測量和數據采集，構成監控和數據采集（SCADA）系統[2-8]，使實驗數據的采集和分析更為準確可靠。

1 系統配置

　　控制系統硬件配置如表1，圖1。

　　表1 控制系統PLC配置

　　上位機監控軟件為SIEMENS WINCC VER5.0.1，WINCC為西門子公司開發研制的自動化監控程序，是基于PC的高性能HMI和SCADA解決方案，采用Internet技術、開放的標準接口、強大的組態工具并與通用的開發環境STEP 7無縫集成。它主要由以下部分組成：Control C（控制中心）、User Administrator（用戶管理器）、Graphics Designer（圖形編輯器）、Global Scripts（全局腳本）、Tag Logging（變量記錄）、Alarm Logging（報警記錄）、Text Library（文本庫）及Report Designer（報表編輯器）等[9]。我們將Win CC應用于熱浸鍍模擬試驗機的監控，為產品的質量控制和優化調度管理提供了有力的工具。

2 監控系統主要功能

　　熱浸鍍模擬試驗機初期階段主要是用來模擬冷軋帶鋼的連續熱鍍鋅工藝。熱鍍鋅過程可分為連續退火、入鋅鍋、鍍層厚度控制（氣刀）、合金化（可選）和冷卻成型。整個工藝過程連續，工況復雜，控制條件嚴格，操作員通過良好的人機監控畫面減少了誤操作，保證了設備安全運行和可靠工作。下面詳細介紹由Win CC編制的監控系統的主要功能。

　　2.1設備啟停操作

　　操作全部采用鼠標或鍵盤方式進行，設備啟停由計算機實現集中控制，啟動之前需經人工檢查無誤后方可合閘上電，設備停止設計有正常和急停兩種功能。圖2是設備初始控制畫面。

　　2.2顯示與報警提示

　　全部設備的運行狀態用不同的顏色來區分工作或停止狀態。實驗過程的測控參數同時顯示于監視畫面上，設計有多幅畫面來表示不同的實驗工序，可切換顯示流程中的總貌與局部。發生故障時，自動顯示報警對話框，并形成報警記錄供檢查和分析，同時報警燈頻閃提醒操作員需停機和排障。

　　2.3工藝參數測控

　　主要有溫度、位置、張力等模擬量的檢測和閉環控制，Win CC通過直接使用在STEP7中配置的變量表，實現在上位機中對測控參數的讀寫。

　　2.4參數歷史紀錄

　　設計有順序記錄和周期記錄曲線，對重要的工藝參數進行數據保存，以便試生產調試、統計規律和事故分析。

　　2.5系統安全管理

　　為防止非法用戶使用和誤操作計算機，設計有開機密碼和系統運行保護，保證了整個監控系統的安全性和可靠運行。

3 系統特點

　　（1）選用Win CC進行設計開發的系統人機界面，保證了實驗過程的安全并且界面友好、操作靈活;

　　（2）生產運行中的主要工藝參數均有記錄、歸檔，測控參數可隨時查詢分析;

　　（3）監控系統設計有較完善的工藝流程提示，減少了誤操作，保障了系統穩定運行;

　　（4）系統對熱浸鍍過程中的溫度、位置、張力進行了自動控制，穩定了工藝流程，提高了處理能力，為進一步進行優化控制奠定了良好的基礎。

4 結束語

　　利用工控組態軟件實現PLC與上位機通信的方法簡單易行，降低了對操作員的要求，大大縮短了設計周期，系統繼承性較好;同時提高了勞動生產率，實現了生產過程自動控制。

　　（1）系統為熱浸鍍模擬實驗機提供了一個多任務、多處理平臺的人機界面，實現了各個工序的可視化和多元化。

　　（2）系統對各種參數可以設定和修改，為實驗提供了可選擇性，使實驗多樣化。

　　（3）系統對鍍層金屬熔化、試樣裝卡、紅外線加熱爐加熱和試樣傳輸進行了自動控制，穩定了工藝流程，改善了試驗質量，提高了處理能力。

　　（4）系統的數據采集和報表打印功能可以將重要數據定時打印，便于實驗結果分析，可有效地發現實驗過程中存在的不足，為工藝的改進和充分發揮設備的作用提供了依據。

參考文獻

　　[1]朱立。熱鍍鋅鋼板生產概述：第二講熱鍍鋅鋼板及其發展（二）[J]。鞍鋼技術，1999，3：57-62

　　[2] Cranmer, David Implementing factory control software[J], Process and Control Engineering, 1991,44（5）: 64, 66

　　[3] Barton, A.D.Practical implementation of a real-time iterative learning position controller[J], International Journal of Control, 2000,73（10）, 992-999

　　[4] Moscosa-Santillan, M. Development of a hybrid PLC-based control system applied to a monitored fermentation process[J], Laboratory Robotics and Automation, 1999,11（4）:197-206

　　[5] Pfeiffer, Bernd-Markus,Towards ‘plug and control‘: self-tuning temperature controller for PLC[J],International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 2000,14（5）:519-532

　　[6] Early, Paul L. Jr. In-line blending. Using a PLC-based process controller[J], ISA Transactions, 1990,29（2）: 57-62

　　[7] Vandoren, Vance J. Evolution of PLC-based loop control[J],Control Engineering, 1995,42（11）:4

　　[8] Campisano, A. PID and PLC units for the real-time control of sewer systems[J],Water Science and Technology, 2002,45（7）:95-104

　　[9]吳明，西門子（SIEMENS）自動化控制系統的設計與應用[J]，自動化與儀表，2001，16（4）：33-35