0．概述
冷軋電工鋼（硅鋼）連續(xù)退火涂層機(jī)組（SACL）是冷軋?zhí)幚砭€中工藝最復(fù)雜、技術(shù)含量最高的機(jī)組，同時電工鋼也是冶金工業(yè)采用現(xiàn)代化技術(shù)最多、生產(chǎn)難度最大的品種，全世界只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家可以生產(chǎn)，并實(shí)行技術(shù)壟斷。電工鋼的產(chǎn)量、品種、質(zhì)量水平可視為國家是否有強(qiáng)大冶金工業(yè)的一個象征。目前國內(nèi)只有武鋼、太鋼、寶鋼能生產(chǎn)，且都是從國外引進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，而鞍鋼冷軋硅鋼廠NO.1電工鋼SACL機(jī)組是國內(nèi)第一條全部由國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造及軟件編程調(diào)試的SACL機(jī)組。
鞍鋼SACL機(jī)組是由武漢院總承包，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)和自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件編程調(diào)試。HMI人機(jī)接口系統(tǒng)作為基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)重要組成部分，用于控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)的設(shè)定、顯示、故障報警，以及相應(yīng)操作和設(shè)備的在線調(diào)試及維護(hù)，發(fā)揮越來越重要的作用。SACL機(jī)組的HMI系統(tǒng)信息都以友好方式提供給用戶。自動化控制系統(tǒng)接收過程計(jì)算機(jī)（PCS）和操作工通過HMI輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后再將過程數(shù)據(jù)信息、機(jī)組狀態(tài)信息和各種測量值以符號、數(shù)值、棒圖和圖表的形式在HMI畫面上顯示。HMI操作站的設(shè)計(jì)目標(biāo)以最少的設(shè)備數(shù)量提供最大可能的信息幫助操作人員和設(shè)備維護(hù)人員快速準(zhǔn)確的了解機(jī)組當(dāng)前狀態(tài)及其相關(guān)信息。
1. 硬件配置
硅鋼SACL機(jī)組的工藝布置設(shè)有一個PLC室和兩個操作室（一個入口操作室及一個出口操作室）。根據(jù)自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求，我們在PLC室設(shè)置了3COM SuperStack3 Switch 4200 24口中心交換機(jī)1臺，3COM OfficeConnet Switch 8口邊緣交換機(jī)2臺，WinCC服務(wù)器1臺，工程師站1臺，便攜式編程器1臺，HP 5100網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)（帶1塊10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡）1臺。在入口操作室設(shè)有1臺WinCC操作站和1臺3COM 8口邊緣交換機(jī)。在出口操作室設(shè)有2臺WinCC操作站和1臺3COM 8口邊緣交換機(jī)。HMI監(jiān)控系統(tǒng)的中心交換機(jī)是SACL機(jī)組基礎(chǔ)自動化（L1）數(shù)據(jù)交換的核心，我們在配置交換機(jī)時，采用了VLAN技術(shù)，將24口交換機(jī)按端口劃分，劃分了不同的兩個網(wǎng)段，分別連接著PLC控制器和WinCC操作站，同時還和過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（L2）相連，接受L2機(jī)有關(guān)工藝的設(shè)定值。2臺邊緣交換機(jī)放在PLC室的操作臺上用于連接PLC網(wǎng)段和PC機(jī)網(wǎng)段。
WinCC服務(wù)器和操作站的硬件配置為：
· 工業(yè)PC機(jī)
· 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
· 17” 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
入口操作室WinCC操作站，用于監(jiān)視和控制入口段的機(jī)組運(yùn)行狀況及設(shè)備運(yùn)行狀況。出口操作室WinCC操作站，用于監(jiān)視和控制工藝段和出口段的機(jī)組運(yùn)行狀況和設(shè)備運(yùn)行狀況。
2．網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
SACL機(jī)組的基礎(chǔ)自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，我們選用的是AVAYA公司的超五類銅纜按568B的標(biāo)準(zhǔn)將4個S7-400 PLC控制器和1個S7-300F急停PLC控制器連到3COM中心交換機(jī)的PLC網(wǎng)段。工程師站、便攜編程器和HP網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)也都采用雙絞線按568B的標(biāo)準(zhǔn)連到操作臺上PC機(jī)網(wǎng)段的邊緣交換機(jī)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。離PLC室較遠(yuǎn)的R I/O站采用光纜和OLM光纖模塊連接。SACL機(jī)組所有I/O點(diǎn)分布在全線的44個R I/O站里，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與PLC室的PLC控制器連接，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(yùn)行。
3．軟件配置
自動化控制系統(tǒng)軟件采用SIEMENS 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西文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(yùn)行于服務(wù)器上，存儲在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以通過多臺HMI Client實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)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(jìn)自動化過程中。 WinCC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。WinCC，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(jì)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(xiàng)目工程環(huán)境：
· 圖形 - 設(shè)計(jì)工廠現(xiàn)場
· 歸檔 - 將帶時間標(biāo)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(yùn)行系統(tǒng)：
允許在工廠現(xiàn)場或控制室的操作員與機(jī)械應(yīng)用相互作用。
HMI的編程工具WinCC具有可擴(kuò)充性、開放性：
· 基于客戶機(jī)/服務(wù)器模式
· 從簡單到復(fù)雜的任務(wù)擴(kuò)充
· 集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫
· 強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)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．功能描述
在SACL機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)中，下位機(jī)系統(tǒng)使用SIEMENS S7-400 PLC完成現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理；上位機(jī)系統(tǒng)采用SIEMENS WinCC V5.1平臺實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化的監(jiān)控。該系統(tǒng)上位機(jī)采用了客戶機(jī)/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，WinCC服務(wù)器負(fù)責(zé)從下位機(jī)采集、處理和存儲數(shù)據(jù)；客戶端從服務(wù)器上共享/訪問數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的組態(tài)和運(yùn)行監(jiān)控，通過通信網(wǎng)絡(luò)將PLC控制器實(shí)時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，在上位機(jī)的顯示器畫面上顯示。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)操作工從HMI、控制開關(guān)、按鈕的指令信號，進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備控制。位于操作室和PLC室的WinCC操作站和WinCC服務(wù)器用于工藝控制，它們之間的通訊將通過開放、交換式的快速以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。來自現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的信號被采集到相關(guān)的R I/O站，通過開放的PROFIBUS-DP網(wǎng)送至PLC系統(tǒng)。幾乎所有的操作都通過WinCC操作站顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤來實(shí)現(xiàn)。
SACL機(jī)組的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)可以完成以下管理功能：
· 輸入原料數(shù)據(jù)包括鋼卷號、鋼種、鋼卷尺寸等；
· 設(shè)定值和實(shí)際值的顯示（包括機(jī)組的入口段/工藝段/出口段速度、張
力的顯示）；
· 原料數(shù)據(jù)的顯示和修改；
· 系統(tǒng)故障診斷顯示、記錄、報警及其故障報表；
· 用戶的權(quán)限管理。
SACL機(jī)組的WinCC軟件設(shè)計(jì)遵循以下原則：
· 畫面操作都使用鼠標(biāo)和鍵盤完成；
· 從安全角度考慮，設(shè)備出現(xiàn)故障（設(shè)備為紅色）后必須在畫面上點(diǎn)擊
確認(rèn)按鈕（設(shè)備為灰色）即故障確認(rèn)后才能再次操作該設(shè)備；
· 從安全角度考慮，對于MCC設(shè)備在畫面都是分兩步來操作。第一步
選擇操作模式（運(yùn)行、備用、停止），第二步選擇啟動或停止；
· 從安全角度考慮，對于采用VC或VVVF變頻設(shè)備在操作前必須先對
接觸器合閘后再對該設(shè)備操作；
畫面中設(shè)備的顏色標(biāo)準(zhǔn)化，每一種顏色代不同的含義：
深綠： On
深灰： Off and ready for switching
藍(lán)： Off and not ready for switching
黃： Warming
紅： Alarm
青： Actual value
藍(lán)綠： Computer setpoint
洋紅： Operator setpoint
橙： Calculated value
深洋紅：Operation mode
<1> WinCC畫面說明
所有畫面分成以下三個區(qū)域： 標(biāo)題區(qū)、工藝畫面區(qū)、功能按鈕區(qū)。
頂部標(biāo)題區(qū)域顯示以下內(nèi)容：
顯示公司標(biāo)識
顯示工藝畫面名稱
顯示當(dāng)前日期和時間
顯示當(dāng)前計(jì)算機(jī)名和登錄用戶名
顯示HMI和PLC之間連接狀態(tài)
中間工藝畫面區(qū)域顯示以下內(nèi)容：
顯示機(jī)組全線帶鋼跟蹤信息
顯示入/出口鋼卷跟蹤信息
顯示各種介質(zhì)系統(tǒng)信息
顯示電機(jī)合閘信息
顯示電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速信息
顯示急停信息
顯示傳動設(shè)備診斷信息
顯示CPC/EPC狀態(tài)信息
顯示報警信息
底部功能按紐區(qū)域顯示以下內(nèi)容：
該區(qū)域共有6個主菜單，它們是TRACKING、TECHNO、CSCD、DIAG、MISC、SYSTEM。
TRACKING包括6個子菜單共6幅畫面，它們是焊縫跟蹤系統(tǒng)、入口段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、工藝段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、出口段帶鋼跟蹤系統(tǒng)、入口段鋼卷跟蹤系統(tǒng)、工藝段鋼卷跟蹤系統(tǒng)、出口段鋼卷跟蹤系統(tǒng)；
TECHNO包括9個子菜單共42幅畫面，它們是堿液系統(tǒng)、涂層系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、水淬和熱風(fēng)干燥系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、線傳動電流和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)、爐輥電流和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)、CPC/EPC系統(tǒng)；
CSCD包括6個子菜單共25幅畫面，它們是急停系統(tǒng)、線傳動系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)、爐輥轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、維護(hù)模式系統(tǒng)；
DIAG包括2個子菜單共9幅畫面，它們是分區(qū)診斷系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)；
MISC包括5個子菜單共5幅畫面，它們是顏色說明、圖例符號說明表1~4表；
SYSTEM包括3個子菜單共2幅子畫面，它們是系統(tǒng)登錄；系統(tǒng)退出；打印功能。
<2> 信息系統(tǒng)
在報警記錄里將所有的事件都集中歸檔，如系統(tǒng)信息、機(jī)組運(yùn)行信息（包括張力建立信息、斷帶信息）、設(shè)備狀態(tài)信息、設(shè)備操作信息等。這些事件以消息的形式按時間順序直觀顯示出來，并可打印輸出。
在每一幅畫面最下面一行是信息欄，該欄始終顯示在畫面前端，可以幫助操作人員和設(shè)備維護(hù)人員及時快速地了解機(jī)組及相關(guān)設(shè)備情況。為了獲得機(jī)組情況的完整概貌，可以調(diào)用消息畫面。它顯示歸檔中的全部消息。
<3> 權(quán)限管理
SACL機(jī)組WinCC系統(tǒng)設(shè)置了各層管理權(quán)限，操作人員或系統(tǒng)管理人員進(jìn)入WinCC 實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)必須先登錄，通過不同身份用戶的安全級別進(jìn)行權(quán)限控制。從而保證系統(tǒng)的正常操作，防止越權(quán)操作。
一旦進(jìn)入WinCC 實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)后，實(shí)時監(jiān)控畫面是在滿屏方式下運(yùn)行，非管理員身份的用戶按鍵盤上任何鍵是無法退出WinCC實(shí)時運(yùn)行畫面或切換到其它窗口，只有管理員身份的用戶才有權(quán)限退出WinCC 實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。
5．結(jié)束語
綜上所述，鞍鋼SACL機(jī)組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(jìn)性，對其它處理線都有值得借鑒和學(xué)習(xí)地方。通過對硅鋼處理線自動化系統(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(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。由于該機(jī)組自動化水平較高，使得整個生產(chǎn)線只有5個操作工負(fù)責(zé)操作和生產(chǎn)。
