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(shè)計(jì)方法和應(yīng)用。它的建立綜合了計(jì)算機(jī)和PLC的長處, 實(shí)現(xiàn)了造紙生產(chǎn)過程中各測控點(diǎn)的監(jiān)控和管理, 為造紙生產(chǎn)過程的自動(dòng)化及實(shí)現(xiàn)智能控制、優(yōu)化控制奠定基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：通信;WinCC;工控組態(tài)軟件; PLC 引言 　　中國發(fā)明造紙術(shù)曾對(duì)推動(dòng)人類文明的進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)。造紙工業(yè)在經(jīng)歷了手工業(yè)、機(jī)械化和自動(dòng)化三個(gè)技術(shù)發(fā)展階段后，目前達(dá)到了相當(dāng)高的生產(chǎn)水平和技術(shù)水平，使造紙工業(yè)的生產(chǎn)形成了高速、高效、高質(zhì)量、低消耗、低污染、連續(xù)化、自動(dòng)化的作業(yè)系統(tǒng)。 　　我們?cè)O(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)主要可應(yīng)用在對(duì)各測控點(diǎn)有嚴(yán)格要求，且需對(duì)大量測控點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測、實(shí)時(shí)監(jiān)控的生產(chǎn)過程系統(tǒng)，并能對(duì)測控點(diǎn)如溫度、壓力、流量、液位、濃度等進(jìn)行自動(dòng)顯示，從而為其生產(chǎn)過程的自動(dòng)化及實(shí)現(xiàn)智能控制、優(yōu)化控制奠定基礎(chǔ)。 1 DCS控制系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì) 　　DCS控制系統(tǒng)以PLC（如S7-300）與工控機(jī)為硬件基礎(chǔ)，以Step7與WinCC為開發(fā)平臺(tái)開發(fā)其數(shù)據(jù)通道，完成數(shù)據(jù)總線的軟硬件設(shè)計(jì)，從而將工業(yè)現(xiàn)場的各種需要采集的信號(hào)（如電壓，電流等）通過各種傳感器進(jìn)行采集，然后輸入給現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，再通過總線向上位PC機(jī)傳送，上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息和控制命令，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)根據(jù)命令對(duì)現(xiàn)場的執(zhí)行器進(jìn)行控制操作。 　　典型紙機(jī)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(dòng)部自控系統(tǒng)等[1,2]。可據(jù)廠方提供的技術(shù)資料和工藝要求，確定系統(tǒng)測控點(diǎn)數(shù)，繼而選用若干套西門子PLC、操作員站及若干智能調(diào)節(jié)器完成對(duì)現(xiàn)場各測控點(diǎn)的檢測、顯示及控制。其中由車間級(jí)管理計(jì)算機(jī)及現(xiàn)場控制計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成車間級(jí)DCS系統(tǒng)，完成在造紙工藝中抄紙品種或車速變化時(shí)的協(xié)調(diào)控制，使整臺(tái)紙機(jī)很快進(jìn)入新的工作狀態(tài)。車間與廠部通過光纜連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將車間的各種信息以圖形、表格等形式，實(shí)時(shí)地送往廠部管理級(jí)[3]。 　　紙機(jī)DCS控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 紙機(jī)DCS控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖[/align] 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(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司軟件功能結(jié)合的產(chǎn)物，是一個(gè)集成的人機(jī)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(nèi)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(luò)通信狀態(tài)圖、各電機(jī)順序控制圖、報(bào)警指示圖等功能模塊的設(shè)計(jì)，并將所有的壓力、流量、液位、濃度等信號(hào)在計(jì)算機(jī)上以動(dòng)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(dòng)存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)查詢，同時(shí)定時(shí)報(bào)表打印。WinCC提供多種PLC的驅(qū)動(dòng)軟件, 因此使PLC與上位機(jī)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(shè)計(jì)及投運(yùn)時(shí)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(yīng)用功能, 從而能滿足用戶的復(fù)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(shè)計(jì), 在一塊機(jī)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(luò)有以下幾種典型類型:多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）、PROFIBUS現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)[4,5]。在造紙DCS中，我們主要利用MPI和PROFIBUS現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 　　3.1 MPI網(wǎng)絡(luò) 　　S7-300 CPU模塊上有一標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸, 從而構(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)。 　　3.2 PROFIBUS現(xiàn)場總線 　　通信處理器CP模塊上有一個(gè)RS485接口, 利用此接口即可構(gòu)成PROFIBUS現(xiàn)場總線, 實(shí)現(xiàn)PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。 　　3.3 相應(yīng)參數(shù)設(shè)置 　　計(jì)算機(jī)作為編程裝置, 配備專用的通信卡（如CP5412）, 運(yùn)行S7-300編程軟件包STEP7, 先對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置, 主要有：通信端口的設(shè)置, MPI地址設(shè)定, 數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置等; 然后通過MPI端口對(duì)S7-300進(jìn)行硬件組態(tài), 即對(duì)S7-300的機(jī)架、電源、CPU、信號(hào)模件、通信處理器CP等按其實(shí)際配置類型和物理地址進(jìn)行組態(tài), 其中在CPU的組態(tài)中設(shè)置MPI地址, 最后將組態(tài)程序下載到PLC以確認(rèn)。依次完成各PLC的組態(tài)后, 便構(gòu)建了MPI網(wǎng)絡(luò)。 　　在此基礎(chǔ)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(shè)定各節(jié)點(diǎn)的通信地址, 選擇相應(yīng)的PROFIBUS通信協(xié)議, 即便可構(gòu)建PROFIBUS現(xiàn)場總線。 4 WinCC與S7-300之間通信的實(shí)現(xiàn)方法 　　在建立的WinCC項(xiàng)目中標(biāo)簽管理（Tag Management）中選擇添加PLC驅(qū)動(dòng)程序, 若要建立一個(gè)多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)MPI, 選擇支持S7協(xié)議的通信驅(qū)動(dòng)程序SIMATICS7 ProtocolSuite.CHN, 在其中的“MPI”項(xiàng)聯(lián)接各S7-300, 并且要設(shè)置節(jié)點(diǎn)名、MPI地址等參數(shù), MPI地址須與PLC中設(shè)置的相同。 　　若采用PROFIBUS現(xiàn)場總線設(shè)置方法與采用MPI網(wǎng)絡(luò)類似, 但須選擇支持PROFIBUS協(xié)議的通信驅(qū)動(dòng)程序。此時(shí), 便建立了WinCC與PLC之間的通信連接。 　　在組態(tài)完的S7-300下設(shè)置標(biāo)簽, 每個(gè)標(biāo)簽有三個(gè)設(shè)置項(xiàng): 標(biāo)簽名、數(shù)據(jù)類型、地址, 其中最重要的是標(biāo)簽地址, 它定義了此標(biāo)簽與S7-300中某一確定地址如某一輸入位、輸出位或標(biāo)志位等一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。設(shè)置標(biāo)簽地址可以直接利用在STEP7中配置的變量表,如設(shè)置標(biāo)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(biāo)簽, 即完成了S7-300與WinCC之間的數(shù)據(jù)通信。 5 結(jié)論 　　利用WinCC與S7-300之間通信進(jìn)行DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合了計(jì)算機(jī)和PLC的長處：計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)提供良好的人機(jī)界面,進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理;作為基礎(chǔ)級(jí)的PLC（S7-300）執(zhí)行可靠、有效的分散控制。本設(shè)計(jì)從2002年始在多家紙廠DCS系統(tǒng)投入運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果表明，WinCC與S7-300之間通信可以在造紙過程準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)測量、發(fā)送，為其生產(chǎn)過程的自動(dòng)化及其優(yōu)化控制提供了良好的的條件。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 王孟效,孫瑜,湯偉.制漿造紙過程測控系統(tǒng)及工程. 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