摘 要： 本文介紹了WinCC與S7-300之間聯(lián)網(wǎng)通信在造紙DCS中的設計方法和應用。它的建立綜合了計算機和PLC的長處, 實現(xiàn)了造紙生產(chǎn)過程中各測控點的監(jiān)控和管理, 為造紙生產(chǎn)過程的自動化及實現(xiàn)智能控制、優(yōu)化控制奠定基礎。

關鍵詞：通信;WinCC;工控組態(tài)軟件; PLC

引言

　　中國發(fā)明造紙術曾對推動人類文明的進步做出巨大貢獻。造紙工業(yè)在經(jīng)歷了手工業(yè)、機械化和自動化三個技術發(fā)展階段后，目前達到了相當高的生產(chǎn)水平和技術水平，使造紙工業(yè)的生產(chǎn)形成了高速、高效、高質量、低消耗、低污染、連續(xù)化、自動化的作業(yè)系統(tǒng)。

　　我們設計的造紙工業(yè)分布式控制系統(tǒng)（DCS）之監(jiān)控系統(tǒng)是利用S7-300與WinCC之間通信實現(xiàn)的。該系統(tǒng)主要可應用在對各測控點有嚴格要求，且需對大量測控點進行巡回檢測、實時監(jiān)控的生產(chǎn)過程系統(tǒng)，并能對測控點如溫度、壓力、流量、液位、濃度等進行自動顯示，從而為其生產(chǎn)過程的自動化及實現(xiàn)智能控制、優(yōu)化控制奠定基礎。

1 DCS控制系統(tǒng)軟硬件總體設計

　　DCS控制系統(tǒng)以PLC（如S7-300）與工控機為硬件基礎，以Step7與WinCC為開發(fā)平臺開發(fā)其數(shù)據(jù)通道，完成數(shù)據(jù)總線的軟硬件設計，從而將工業(yè)現(xiàn)場的各種需要采集的信號（如電壓，電流等）通過各種傳感器進行采集，然后輸入給現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點，再通過總線向上位PC機傳送，上位機發(fā)送數(shù)據(jù)信息和控制命令，監(jiān)控節(jié)點根據(jù)命令對現(xiàn)場的執(zhí)行器進行控制操作。

　　典型紙機測控系統(tǒng)常由以下部分組成：流送部自控系統(tǒng)，水分定量控制系統(tǒng)，熱泵供汽部自控系統(tǒng)和傳動部自控系統(tǒng)等[1,2]?？蓳?jù)廠方提供的技術資料和工藝要求，確定系統(tǒng)測控點數(shù)，繼而選用若干套西門子PLC、操作員站及若干智能調節(jié)器完成對現(xiàn)場各測控點的檢測、顯示及控制。其中由車間級管理計算機及現(xiàn)場控制計算機一起構成車間級DCS系統(tǒng)，完成在造紙工藝中抄紙品種或車速變化時的協(xié)調控制，使整臺紙機很快進入新的工作狀態(tài)。車間與廠部通過光纜連接進行數(shù)據(jù)傳輸，將車間的各種信息以圖形、表格等形式，實時地送往廠部管理級[3]。

　　紙機DCS控制系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示。

2 WinCC組態(tài)

　　工控組態(tài)軟件WinCC（視窗控制中心），為西門子公司在過程自動化領域中的先進技術和微軟公司軟件功能結合的產(chǎn)物，是一個集成的人機界面（HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng), 。利用WinCC可根據(jù)造紙工藝要求與控制內容，完成流送部工藝流程圖、熱泵供汽示意圖、水分定量縱向與橫向掃描圖、線壓力指示圖、網(wǎng)絡通信狀態(tài)圖、各電機順序控制圖、報警指示圖等功能模塊的設計，并將所有的壓力、流量、液位、濃度等信號在計算機上以動態(tài)圖形顯示。系統(tǒng)的各種控制參數(shù)、工藝參數(shù)及生成的數(shù)據(jù)庫均可自動存儲，實時查詢，同時定時報表打印。WinCC提供多種PLC的驅動軟件, 因此使PLC與上位機的聯(lián)接變得非常方便, 如果將WinCC與STEP7合用, 更是大幅度降低工程設計及投運時間。另外, 我們還可利用WinCC中的C語言腳本（Script）及提供的與數(shù)據(jù)庫之間的接口更增加其應用功能, 從而能滿足用戶的復雜要求。

3 S7-300組態(tài)

　　德國西門子公司的可編程控制器（PLC）S7-300采用模塊化設計, 在一塊機架底板上可安裝電源、CPU、I/O模板、通信處理器CP等模塊。 S7的網(wǎng)絡有以下幾種典型類型:多點接口網(wǎng)絡（MPI）、PROFIBUS現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡[4,5]。在造紙DCS中，我們主要利用MPI和PROFIBUS現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

　　3.1 MPI網(wǎng)絡

　　S7-300 CPU模塊上有一標準化MPI接口, 該接口既是編程接口又是數(shù)據(jù)通信接口, 使用S7協(xié)議, 通過此接口PLC之間、或與上位計算機之間可進行數(shù)據(jù)傳輸, 從而構成MPI網(wǎng)絡。

　　3.2 PROFIBUS現(xiàn)場總線

　　通信處理器CP模塊上有一個RS485接口, 利用此接口即可構成PROFIBUS現(xiàn)場總線, 實現(xiàn)PLC之間、PLC與上位計算機之間的數(shù)據(jù)通信。

　　3.3 相應參數(shù)設置

　　計算機作為編程裝置, 配備專用的通信卡（如CP5412）, 運行S7-300編程軟件包STEP7, 先對計算機進行相應參數(shù)設置, 主要有：通信端口的設置, MPI地址設定, 數(shù)據(jù)傳輸速率設置等; 然后通過MPI端口對S7-300進行硬件組態(tài), 即對S7-300的機架、電源、CPU、信號模件、通信處理器CP等按其實際配置類型和物理地址進行組態(tài), 其中在CPU的組態(tài)中設置MPI地址, 最后將組態(tài)程序下載到PLC以確認。依次完成各PLC的組態(tài)后, 便構建了MPI網(wǎng)絡。

　　在此基礎上, 將各PLC的通信端口由MPI口切換到通信處理器CP的RS485口。設定各節(jié)點的通信地址, 選擇相應的PROFIBUS通信協(xié)議, 即便可構建PROFIBUS現(xiàn)場總線。

4 WinCC與S7-300之間通信的實現(xiàn)方法

　　在建立的WinCC項目中標簽管理（Tag Management）中選擇添加PLC驅動程序, 若要建立一個多點接口網(wǎng)絡MPI, 選擇支持S7協(xié)議的通信驅動程序SIMATICS7 ProtocolSuite.CHN, 在其中的“MPI”項聯(lián)接各S7-300, 并且要設置節(jié)點名、MPI地址等參數(shù), MPI地址須與PLC中設置的相同。

　　若采用PROFIBUS現(xiàn)場總線設置方法與采用MPI網(wǎng)絡類似, 但須選擇支持PROFIBUS協(xié)議的通信驅動程序。此時, 便建立了WinCC與PLC之間的通信連接。

　　在組態(tài)完的S7-300下設置標簽, 每個標簽有三個設置項: 標簽名、數(shù)據(jù)類型、地址, 其中最重要的是標簽地址, 它定義了此標簽與S7-300中某一確定地址如某一輸入位、輸出位或標志位等一一對應的關系。設置標簽地址可以直接利用在STEP7中配置的變量表,如設置標簽地址為Q0 0, 表示S7-300中輸出地址Q0 0。 以此方法, 將S7-300與WinCC之間需要通信的數(shù)據(jù)一一定義標簽, 即完成了S7-300與WinCC之間的數(shù)據(jù)通信。

5 結論

　　利用WinCC與S7-300之間通信進行DCS系統(tǒng)設計綜合了計算機和PLC的長處：計算機作為上位機提供良好的人機界面,進行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理;作為基礎級的PLC（S7-300）執(zhí)行可靠、有效的分散控制。本設計從2002年始在多家紙廠DCS系統(tǒng)投入運行。運行結果表明，WinCC與S7-300之間通信可以在造紙過程準確、快速、穩(wěn)定的進行數(shù)據(jù)測量、發(fā)送，為其生產(chǎn)過程的自動化及其優(yōu)化控制提供了良好的的條件。

參考文獻

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　　[2] 張運展等. 制漿造紙廠的儀表配置與自動控制.[M]北京:中國輕工出版社,2003

　　[3] 孫瑜,毛明亮,張根寶.抄紙過程計算機監(jiān)控系統(tǒng).[J].自動化與儀表,2003（4）

　　[4] 邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡通信及應用[M] 北京:清華大學出版社,1999

　　[5] 張浩.工業(yè)計算機網(wǎng)絡與多媒體技術[M] 北京:機械工業(yè)出版社,1998