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本文主要介紹西門子公司的工業組態控制軟件Wincc在高速線材改造中應用,分析系統組成、通信結構及特點。攀鋼高速線材改造，利用原有工藝設備，在中軋機與精軋機之間增加預精軋1、預精軋2，對原精軋機、夾送輥、吐絲機的傳動設備進行數字改造，從而將軋線速度從原來30米/秒提高到55_60米/秒。品種規格從原來的幾種擴大到現在的幾十種，大大改善生產工藝。

本次設備改造，其控制系統采用Simatic公司的PLCNS7_400完成邏輯控制，操作站和監控站采用Simatic的Wincc4.01控制軟件，傳動設備采用ABB公司的DCSN500。傳動設備和各操作室的操作控制與PLC之間，采用SimaticJProfibusDP通信網進行通信，操作站、監控站與PLC之間采用SimaticNH1工業以太網構成。其系統配置圖參見附圖一：攀鋼線材改造系統配置圖。

附圖1 攀鋼線材改造系統配置圖

1、工業以太網（H1）的特點

SimaticJH1總線系統是德國西門子公司開發出來的、符合IEEE802.3－CSMD/CA協議標準的高速工業局域通信網，可構成大型的分布式自動化系統。工業以態網通過第4層進行通信，在該網上可使用不同的協議進行通信，及可同時使用上S7協議、SINECNH1－TF以及PC－LAN協議在不同的站間切換。該網絡總線通過收發器或中繼器和多路轉換器接口，可連接多達1024個站點。

H1的特點如下：

·傳輸電纜：H1網的傳輸介質可是光纜、同軸電纜和雙絞屏蔽電纜，也可混合使用。在距離較遠，工業干擾較嚴重的場所應使用光纜在工業控制中，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：每段網站可連接100個點。整個網絡最多可達1024個。
·通信線路長度：在不使用中繼器的情況下可達到500米，使用兩個中繼器可達1500米，使用遠程中繼器可達2500米。

2、Wincc的特點及通信方式比較

Wincc(WindowsJControlKCenter)是Windows環境下面向對象的32位工業控制組態軟件，它適合任何自動化控制系統。它具有如下特點：

·Wincc 是一個通用的系統

Wincc可用于自動化領域中所有的操作員控制和監控任務。Wincc可將過程或生產過程中的狀態以圖像、文字、棒圖、曲線或報警形式清楚地表達出來。它同時能夠將所發生的事件、過程數據記錄下來，供歷史數據查詢使用。你可很方便地組態產生你的報表格式，按時間或事件觸發打印。

·Wincc是一個全面開放的系統

Wincc在Windows環境下，通過OLE和ODBC很容易將其他控件集成到你的應用軟件中。也可通過DDE方式與其他應用程序進行通信。在Wincc中，嵌套一個標準c語言，在你的工程中，你可隨意地發揮你的聰明才智來完成你任務。同時你可訪問Wincc的API編程接口來達到某些特殊功能。Wincc的具有開放通信協議，支持多種PLC系統。

·Wincc功能可隨任務而增加

Wincc本身提供了一個強有力的標準功能庫，用戶可通過調用這些功能塊來實現控制功能。同時用戶也可將你開發好的功能塊寫進庫中供他人使用。Simatic公司，開發許多特殊的功能包，考慮到應用的投資利益，在通常情況下，用戶只需購買標準軟件包便可，當你工程中，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。用戶可根據需要，做出多種語言界面的應用程序，這為你的工程能夠走向世界提供了方便。

Wincc H1網通信方式比較

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、監控站、S7－PLC站之間完全平等，不存在主、從，服務器和客戶機之分。通常情況下，當在一個系統中存在多個操作站時可采用如圖二網絡結構進行連接。Wincc服務器可選擇一個或兩個，當選擇兩個服務器時，兩個服務器相互熱備，形成冗余系統。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中取得自己所需數據，不受服務器的制約。在工業生產中，可保證系統的正常生產。
·風險分散，當一個操作站出現事故時，其它操作站可進行工作。
·網絡系統的理解點數不受制約，整個網絡可連接1024個站點。

缺點：各站點之間相互聯系較困難，各操作站之間相互獨立。網絡較忙，數據一致性較差。

(2) 客戶機/服務器通信方式的特點

·所有的組態數據和過程數據集中放在服務器上，所有的客戶機 年均可以訪問組態數據。
·數據的一致性較好，每個操作員都能看到其它人所進行的操作
·由于數據的傳送是分層進行，過程總線較輕松。

缺點：風險較集中。連接的點數較小，當服務器不作操作站時最多可連接16個客戶機，當服務器作操作員站時，最多可連接4個客戶機。

附圖2 Wincc客戶機/服務器網絡結構

3、攀鋼線材高速改造操作站及監控站的功能

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控站，其中兩個操作站之間采用互為熱備的方式，當一臺操作站出現故障時，另一臺操作站可切換到該線進行生產控制從而保證生產的正常進行。而在監控站上，配置分頻卡和分配器，將監控站的主要數據信息傳送到100米遠5#、6#操作臺進行數據實時顯示。根據工業要求，在操作員站下實現如下控制功能：

(1) 軋制速度分配

在操作站上，操作人員輸入相關的工藝參數，計算機根據金屬秒流量相等的原則，計算出各機組的是設定轉速。首先根據不同的軋制孔型計算出其工作輥徑，根據金屬秒流量相等的原則，計算出各機組的線速度。然后將線速度轉換成電機的轉速，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。

N電：m機架電機轉速
Dm：m機架的工作輥徑
Vm：m機架的線速度
Im =N電/N軋Im：轉動比，N電：電機轉速，N軋：軋輥轉速

其中Dm根據其孔型按下列公式計算：

對橢圓孔型工作輥徑Dm為：

D：軋輥輥環直徑
Z：為軋槽最大深度，h：為孔型高度，s：為輥縫

對圓孔型工作輥徑Dm為：

D：軋輥輥環直徑
Z：為軋槽最大深度，h：為軋件高度 s：為輥縫

根據上述公式，我們知道中軋機組的轉速為恒值，從而可推出各機組的電機轉速。在wincc中，對上述這種復雜的推算，你可很方便地采用ANSI C編寫而實現。

(2) 過程數據的顯示、操作、記錄

在操作站上，操作人員需要知道有關軋線狀態，操作事件、過程數據的曲線顯示和記錄。在WINCC我們以各種非常豐富的圖形、棒圖、指示表等多種形式來實行軋線狀態的顯示。在WINCC這種環境中，很方便地實現。在WINCC的曲線跟蹤功能中，它既可以顯示實時數據，也可查詢歷史數據。WINCC的曲線跟蹤有如下特殊功能：

1) X軸時間顯示范圍可調整

進口在WINCC的曲線跟蹤功能中，可改變時間范圍，當點擊其功能按鈕時，用戶可指定當前曲線區顯示的時間范圍為：500毫秒，1秒，1小時，1天五個時間段，曲線可以這五個時間段進行數據查詢。同時用戶也可指定特定的時間段進行數據查詢。

2) 用戶也可對曲線進行局部放大查詢，方便用戶對數據的分析使用，有利于對故障的查找。對大可將圖像放大到滿屏時時間范圍為500ms。

3) 可以顯示鼠標處的實際值，其值跟隨鼠標變化。

4) 缺點：數據采集周期太長，其最小時間為500ms，對于高速線材系統，一個周期時間內將軋制30米左右的線材。這樣的時間間隔太大，不利于精確分析故障。

(3) 分屏功能

在我們的改造項目中，由于在A、B兩線的成品操作室未設計操作站，操作人員不能了解軋線各機組設備的運行情況。為了解決這一問題，我們利用監控站采用方屏技術，將軋線各機組的主要參數轉送到5#、6#操作臺進行顯示。5#、6#操作臺所顯示的數據為一固定畫面，監控站的畫面可操作變化。分屏的功能將屏幕放大，如原顯示器的分辨率800x600，使用2屏分屏卡，你可以得到一個1600x600顯示范圍。你也可以的得到其他組合的顯示。

我們利用分屏卡，得到一個2048X768的顯示范圍。在WINCC中對屏幕進行如下分區便可實現我們所需的功能。

其中區域1顯示在主顯示器上，區域2顯示在遠端顯示上，利用區域1中功 就能切換鍵，可改變區域1中的顯示畫面。在WINCC要實現這一功能，有兩種年方法可以實現，一是購買專門的軟件包，你可很方便地實現上述功能。二是每用戶自己開發，也很方便。我們就是利用基本軟件包，來完成上述功能。

4、WINCC使用過程中的體會

年本人由于工作性質需要，使用過多個工控軟件，如：FIX，INTOUCH等。 本人的感受是，從系統的靈活性、通用性來看，WINCC應該是比前兩個略強。因為在WINCC系統中嵌套的ANSIKC語言，給系統提供了最大的靈活性。其標簽點的定義比其它工控軟件不同，在WINCC中，其模擬量點為一個點一個標簽，對數字量點，在WINCC中，可以以8位，16位，32位為一個標簽，從最大限度地節約標簽數來說，對數字量點來說，可以以一模板為一個標簽點計算，但根據我們使用的經驗看，最好使用8位為一個標簽，在計算機處理更方便。WINCC的報警管理、報表管理功能比其它工控軟件好。根據我們的使用經驗，有如下兩點體會僅供參考：

(1) WINCC對于過程數據的記錄，數據采集周期太長，其最小時間為周期為500ms，對于高速線材系統，一個周期時間內將軋制30米左右的線材。這樣的時間間隔太大，不利于精確分析故障。

(2) 在WINCC中，當我們需要在一個操作站中控制多個同樣的設備時，需要作許多重復工作，因為它不也許標簽點同名或者是使用邏輯名。

(3) 我們在使用過程中，遇到這樣一個現象令人難解，借此機會，向西門子的專家請教。我編輯兩個項目腳本程序（CAL_SPEED－A，CAL－SPEED－B）用于分別實現不同軋線的速度計算，每一個程序絕對無任何問題，任何一個都能正確完成任務。但當這兩個腳本同時存在時，總有一個腳本，在WINCC執行時不能認識，WINCC提示為"外部函數不存在"。在我們編程時，確實不能解決該問題，只有將兩個函數合并在一起利用不同的狀態來進行兩流的參數計算。望各位專家指教。