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      基于WinCC的全集成除塵監控系統

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-03-31   來源:山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠   作者:張剛   瀏覽次數:11602
      “全集成自動化(TIA)”是西門子公司為響應工業自動化過程控制的新需求而提出的系統集成概念。TIA其核心思想就是統一的數據管理、統一的標準、統一的接口,是集統一性和開放性于一身的自動化技術。本文依托TIA技術和思想,利用WinCC對集中除塵站現有的五大除塵系統進行整合,化分散為統一,達到監管控于一體。結果表明,該系統安全穩定、監控效果好,對于建設現代化智慧工廠具有重要意義。
       1 引 言

      隨著工業技術的不斷革新,工業產品的制造過程也越來越趨于集成化、智能化,傳統的離散系統工作起來效率低、信息滯后嚴重,已經不能滿足整個生產流程的需要,F如今我廠集中除塵站就是這種狀況,集中除塵站由成型除塵系統、制絲除塵系統、卷包風力送絲和工藝除塵系統、異味除塵系統、負壓清掃除塵系統共五大系統組成。這個五個除塵系統是由不同的廠家分不同的時間制作而成,每個控制系統都有單獨的控制柜和人機界面,全部安裝在電盤間。集中除塵站構成參見圖1所示。
       
      圖1 集中除塵站構成圖
       
      操作人員每天往復于各個除塵系統前觀察設備的運行情況,由于設備眾多、分散,整個過程需要消耗大量的時間。并且每兩個小時就需要填寫圖2所示的《除塵運行巡檢記錄表》,每次都是手動填寫、人工分析、紙質保存,費時費力。每臺設備的每個工藝參數一天下來也只有12個數據,對于全天24小時運轉的設備來說數據量太少,觀察研究設備運行狀態參考價值不高;谝陨蠁栴},我們利用西門子工業集成化技術設計了一套全集成除塵監控系統,它主要將現有的五個除塵系統整合,化分散為整體,對數據進行統一采集、處理,并在值班室用同一個人機界面展示,以此來解決現運行系統所存在的弊端。
       
      圖2 除塵運行巡檢記錄表
       
      2 系統整體設計方案

      鑒于除塵站所有系統均是由西門子控制器S7系列PLC控制,從通信協議的開放性、兼容性等出發,我們選擇了SIMATIC WinCC視窗控制中心作為基于TIA的系統集成技術平臺。 
       
      SIMATIC WinCC為工業領域提供完備的監控與數據采集(SCADA)功能,集成了工廠智能、高效維護的創新過程可視化,具有可擴展、開放、靈活的特點,是西門子全集成自動化系統TIA的核心組成部分[1]。
       
      基于WinCC全集成除塵監控系統的整體方案為:通過千兆以太網線將各個系統的PLC以太網口進行連接,其中成型水膜除塵系統沒有網口對其進行了CP343-1以太網模塊擴展。連接好以后,通過高性能工業交換機,以TCP/IP協議傳輸到值班室計算機的WinCC上,與此同時,在WinCC上進行數據的采集、處理,最終通過各個界面展現在操作人員面前。系統的整體結構參見圖3所示。
       
      圖3 系統整體設計方案
       
      3 系統功能

      3.1 通道連接
       
      通過STEP-7,研究五個除塵系統PLC程序、硬件組態,確定變量地址、機架號、CPU槽號、IP地址等信息。為保證通信的成功,將各個除塵系統重復的IP重新進行分配,并下載到PLC硬件組態當中[2]。根據統計的信息,通過WinCC→變量管理→SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE→TCP/IP ,建立與五個除塵系統的通道 ,并把所統計的變量地址,全部添加到各個系統的通道中去,參見圖4所示。
       
      圖4 變量通道
       
      3.2 監控畫面功能
       
      監控畫面是信息展示的最有效方式,WinCC提供了豐富的全局庫以及各式各樣的標準對象、智能對象、窗口對象等[1],我們根據現場的實物進行監控畫面的研發。為了操作人員使用方便,我們最大限度的保留原系統的模樣。整個系統的格局分為主監控畫面和分監控畫面;主監控畫面可以看到集中除塵站所有除塵設備的運行狀況和最重要的工藝參數參見圖5所示,在值班室就可以對各個車間的生產狀況一目了然。

       
      圖5 主監控畫面
       
      主監控畫面對設備的了解信息有限,分監控畫面可以更加詳細到每一臺設備每個部分的運行情況,比方我們點擊“FC3卷包除塵”參見圖6所示,分監控畫面FC3除塵就顯示出來,從分監控畫面我們看到了這臺設備所有參數和設備的運行狀況。
       
      圖6 卷包FC3監控畫面
       
      3.3 數據庫功能
       
      數據庫可以自動對一些重要的工藝參數進行數據庫的保存和查詢,摒棄傳統的人工紙質填寫。WinCC的數據庫采用的是微軟的SQL,利用WinCC“變量記錄”,可以將“變量管理”所有的變量地址進行數據庫的保存,我們根據實際需求將每臺設備重要的工藝參數添加到數據庫里面,并且設置采集周期為一秒、歸檔周期為一分鐘存儲一次,每個參數可以存儲半年,
      半年內可以隨時隨地的對數據進行查詢。數據庫存儲畫面參見圖7所示。
       
       
      圖7 數據庫存儲畫面
       
      3.4 報警功能
       
      對于重要的工藝參數,當發生異常時,為了及時將信息傳遞給工作人員,我們設置了報警功能。利用WinCC的“報警記錄”,可以對數字變量進行了狀態設置,對模擬量變量進行了上下限設置。當有異常發生時,可以通過畫面紅色閃爍、報警報表、報警聲音等方式進行信息的傳遞參見圖8所示,第一時間告訴工作人員立即處理,避免生產事故的發生。
       
      對于復雜設備運行狀態的報警,報警記錄無法滿足的,我們利用WinCC的全局腳本進行了C腳本的程序編寫[3]參見圖9所示,保證所有的設備異常都可以通過報警系統體現出來。
       
      圖8 報警功能   
                               

      圖9 C腳本程序
       
      4 結束語

      本文立足于實際的除塵工作,將生產工作中遇到的實際問題,通過先進的工業技術加以改造,完成了基于WinCC全集成除塵監控系統的研發,事實證明,整個系統應用于生產后安全、穩定,監控效果好,控制精度高,相比于以前無論是生產效率還是生產安全都有了很大的進步,具有很好的市場推廣前景,也為建設現代化智慧工廠打下了堅實基礎。
       
      參考文獻

      [1]向曉漢.西門子WinCC V7從入門到提高[M].機械工業出版社,2012.
       
      [2]劉華波,何文雪,王雪.西門子S7-300/400PLC編程與應用[M].機械工業出版社,2010. 
       
      [3]張飛.WINCC利用C腳本實現聲音報警功能[J].現代物業(上旬刊),2015(7):131-132.
       
      作者簡介

      張剛(1991— ) 男 工學碩士 助理工程師 研究方向:工業自動化工程領域
       
       
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