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基于WinCC的全集成除尘监控系统

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-31   来源:山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂   作者:张刚   浏览次数:12621
“全集成自动化(TIA)”是西门子公司为响应工业自动化过程控制的新需求而提出的系统集成概念。TIA其核心思想就是统一的数据管理、统一的标准、统一的接口,是集统一性和开放性于一身的自动化技术。本文依托TIA技术和思想,利用WinCC对集中除尘站现有的五大除尘系统进行整合,化分散为统一,达到监管控于一体。结果表明,该系统安全稳定、监控效果好,对于建设现代化智慧工厂具有重要意义。
 1 引 言

随着工业技术的不断革新,工业产品的制造过程也越来越趋于集成化、智能化,传统的离散系统工作起来效率低、信息滞后严重,已经不能满足整个生产流程的需要。现如今我厂集中除尘站就是这种状况,集中除尘站由成型除尘系统、制丝除尘系统、卷包风力送丝和工艺除尘系统、异味除尘系统、负压清扫除尘系统共五大系统组成。这个五个除尘系统是由不同的厂家分不同的时间制作而成,每个控制系统都有单独的控制柜和人机界面,全部安装在电盘间。集中除尘站构成参见图1所示。
 
图1 集中除尘站构成图
 
操作人员每天往复于各个除尘系统前观察设备的运行情况,由于设备众多、分散,整个过程需要消耗大量的时间。并且每两个小时就需要填写图2所示的《除尘运行巡检记录表》,每次都是手动填写、人工分析、纸质保存,费时费力。每台设备的每个工艺参数一天下来也只有12个数据,对于全天24小时运转的设备来说数据量太少,观察研究设备运行状态参考价值不高。基于以上问题,我们利用西门子工业集成化技术设计了一套全集成除尘监控系统,它主要将现有的五个除尘系统整合,化分散为整体,对数据进行统一采集、处理,并在值班室用同一个人机界面展示,以此来解决现运行系统所存在的弊端。
 
图2 除尘运行巡检记录表
 
2 系统整体设计方案

鉴于除尘站所有系统均是由西门子控制器S7系列PLC控制,从通信协议的开放性、兼容性等出发,我们选择了SIMATIC WinCC视窗控制中心作为基于TIA的系统集成技术平台。 
 
SIMATIC WinCC为工业领域提供完备的监控与数据采集(SCADA)功能,集成了工厂智能、高效维护的创新过程可视化,具有可扩展、开放、灵活的特点,是西门子全集成自动化系统TIA的核心组成部分[1]。
 
基于WinCC全集成除尘监控系统的整体方案为:通过千兆以太网线将各个系统的PLC以太网口进行连接,其中成型水膜除尘系统没有网口对其进行了CP343-1以太网模块扩展。连接好以后,通过高性能工业交换机,以TCP/IP协议传输到值班室计算机的WinCC上,与此同时,在WinCC上进行数据的采集、处理,最终通过各个界面展现在操作人员面前。系统的整体结构参见图3所示。
 
图3 系统整体设计方案
 
3 系统功能

3.1 通道连接
 
通过STEP-7,研究五个除尘系统PLC程序、硬件组态,确定变量地址、机架号、CPU槽号、IP地址等信息。为保证通信的成功,将各个除尘系统重复的IP重新进行分配,并下载到PLC硬件组态当中[2]。根据统计的信息,通过WinCC→变量管理→SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE→TCP/IP ,建立与五个除尘系统的通道 ,并把所统计的变量地址,全部添加到各个系统的通道中去,参见图4所示。
 
图4 变量通道
 
3.2 监控画面功能
 
监控画面是信息展示的最有效方式,WinCC提供了丰富的全局库以及各式各样的标准对象、智能对象、窗口对象等[1],我们根据现场的实物进行监控画面的研发。为了操作人员使用方便,我们最大限度的保留原系统的模样。整个系统的格局分为主监控画面和分监控画面;主监控画面可以看到集中除尘站所有除尘设备的运行状况和最重要的工艺参数参见图5所示,在值班室就可以对各个车间的生产状况一目了然。

 
图5 主监控画面
 
主监控画面对设备的了解信息有限,分监控画面可以更加详细到每一台设备每个部分的运行情况,比方我们点击“FC3卷包除尘”参见图6所示,分监控画面FC3除尘就显示出来,从分监控画面我们看到了这台设备所有参数和设备的运行状况。
 
图6 卷包FC3监控画面
 
3.3 数据库功能
 
数据库可以自动对一些重要的工艺参数进行数据库的保存和查询,摒弃传统的人工纸质填写。WinCC的数据库采用的是微软的SQL,利用WinCC“变量记录”,可以将“变量管理”所有的变量地址进行数据库的保存,我们根据实际需求将每台设备重要的工艺参数添加到数据库里面,并且设置采集周期为一秒、归档周期为一分钟存储一次,每个参数可以存储半年,
半年内可以随时随地的对数据进行查询。数据库存储画面参见图7所示。
 
 
图7 数据库存储画面
 
3.4 报警功能
 
对于重要的工艺参数,当发生异常时,为了及时将信息传递给工作人员,我们设置了报警功能。利用WinCC的“报警记录”,可以对数字变量进行了状态设置,对模拟量变量进行了上下限设置。当有异常发生时,可以通过画面红色闪烁、报警报表、报警声音等方式进行信息的传递参见图8所示,第一时间告诉工作人员立即处理,避免生产事故的发生。
 
对于复杂设备运行状态的报警,报警记录无法满足的,我们利用WinCC的全局脚本进行了C脚本的程序编写[3]参见图9所示,保证所有的设备异常都可以通过报警系统体现出来。
 
图8 报警功能   
                         

图9 C脚本程序
 
4 结束语

本文立足于实际的除尘工作,将生产工作中遇到的实际问题,通过先进的工业技术加以改造,完成了基于WinCC全集成除尘监控系统的研发,事实证明,整个系统应用于生产后安全、稳定,监控效果好,控制精度高,相比于以前无论是生产效率还是生产安全都有了很大的进步,具有很好的市场推广前景,也为建设现代化智慧工厂打下了坚实基础。
 
参考文献

[1]向晓汉.西门子WinCC V7从入门到提高[M].机械工业出版社,2012.
 
[2]刘华波,何文雪,王雪.西门子S7-300/400PLC编程与应用[M].机械工业出版社,2010. 
 
[3]张飞.WINCC利用C脚本实现声音报警功能[J].现代物业(上旬刊),2015(7):131-132.
 
作者简介

张刚(1991— ) 男 工学硕士 助理工程师 研究方向:工业自动化工程领域
 
 
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