西門子WINCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用

1、丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊Ex traEditi on 2009冶金設(shè)備METALLURGICAL EQUIPMENT西門子W INCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用丁國(guó)峰 劉任棟（承德建龍鋼鐵有限公司河北承德067000）摘要 介紹了 WINCC冗余系統(tǒng)在軋鋼廠生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用 ，詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、 參數(shù)設(shè)置、調(diào) 試步驟和簡(jiǎn)單維護(hù)，并且以實(shí)際應(yīng)用證明了 W INCC冗余系統(tǒng)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)里的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞 WinCC服務(wù)器冗余客戶機(jī)Applicationof Siem ens Sim atic W inCC R edundancy ControlS

2、ystemin Rolled Steel L ineDin g Guofe ng L iu Re ndong(ChengdeJianlong Iron& SteelCo., L td., H ebei 067000)AB STRACT Application of SIMAT C W nCC redundancy control system rolled steel line is introduced the confguration of this control systm, preferences and debug strategy and maintenance in s

3、impleness ared iscussed This d isquisition proves that predominance of S MAT IC W nCC redundancy control systm in roboticized control sys tem.K EYW ORDS W inCC Server Redundancy C lient丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊作者簡(jiǎn)介：丁國(guó)峰，男，1979年出生，工程師，畢業(yè)于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)干部管理學(xué)院賈 1 號(hào) 94-剖1 I

4、 匸 hin；! cin i c J jam a 1 Electron iic Puhlishing House. All rigliLh restncc. I t1 Lp:. cnk . nd1項(xiàng)目簡(jiǎn)介承德建龍鋼 鐵公司軋鋼廠大規(guī)格棒材生產(chǎn)線,是以 西門子 S7- 300 PLCS7- 400 PLC, WinCC作為基礎(chǔ)自動(dòng) 化控制核心器件。其中 生產(chǎn)線主程序和上位系統(tǒng)就非常 有代表性。軋鋼廠生產(chǎn)線于 2006年投產(chǎn)，目標(biāo)是建成年產(chǎn)棒材 80萬(wàn)噸,工藝設(shè)備水平一流、產(chǎn)品質(zhì)量一流的生產(chǎn) 線。全 線可以分為加熱爐區(qū)、主軋區(qū)、冷床區(qū)和精整區(qū)四大部分 及原料、成品供應(yīng)運(yùn)輸輔助系統(tǒng)組成。W inCC

5、冗余系統(tǒng) 負(fù)責(zé)為主軋區(qū)、冷床區(qū)、精整區(qū)提供PLC數(shù)據(jù)服務(wù)，是典 型的自動(dòng)化集中控制。主軋區(qū)由粗 軋機(jī) 組、中軋機(jī)組、精軋機(jī)組、三套飛剪 系統(tǒng)和其他 輔助設(shè)備構(gòu)成，完成熱鋼坯的軋制作業(yè)。主 軋區(qū)軋制范圍是 25mm 110mmo該部分是全線的核 心，可以說(shuō)加熱爐區(qū)的所有設(shè)備都是為了保證主軋區(qū)平 穩(wěn)、順利的運(yùn)行。冷床區(qū)由裙板、冷床、冷剪系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備構(gòu) 成,完成棒材的降溫、定尺。精整區(qū)由收集 鏈、打捆、稱重和部分天車組成,完成 棒材的成品質(zhì)量檢查、包裝和存放。2 PLC控制程序系統(tǒng)的構(gòu)成整個(gè)軋線控制 程序系統(tǒng)可以分為精整、軋線主輔和 飛剪三個(gè)子系統(tǒng)。采用西門子的STEP7編程軟件進(jìn)行編程。人機(jī)

6、界面（HM I - Him an Machine Interface）是在 WinCCV5 1平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的，采用了 Server- Client（服務(wù) 器-客戶機(jī)）模式，為了提高系統(tǒng) 的可靠性降低停機(jī)時(shí)間 使用了冗余功能。PLC框架、W inCC Servers/Clients及具有以太網(wǎng) 功能 的單體設(shè)備 之間采用10M /100M /100CM以太網(wǎng)連接,根 據(jù)設(shè)備間的距離遠(yuǎn)近分 別采用光 纜、雙絞線連接，形成環(huán) 網(wǎng)模式,具備冗余功能。該系統(tǒng)的最大 特點(diǎn)就是設(shè)備點(diǎn)多、面廣,工藝復(fù)雜, 需要大量的參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備操作。如果 采用傳 統(tǒng)的硬件操 作臺(tái)點(diǎn)進(jìn)行控制則很不直觀，而且也需要非

7、常大的硬件投入。所以采用HM I（人機(jī)界面）操作為主,操作臺(tái)操作為輔的方式，即只有線路起?？刂圃诓僮髋_(tái) 上,幾乎所有其他操作、狀態(tài)顯示、故障診斷、事件記錄、過(guò) 程數(shù)據(jù)歸檔等都在 HM I上實(shí)現(xiàn)。這樣既節(jié)省了大量的硬 件投入，同時(shí)也提高了系統(tǒng) 的直觀易用性，隨著硬件線路 的減少相應(yīng)的故障率、維護(hù)量也可以大幅度的降低。但是由此也 帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題,那就是整個(gè)生產(chǎn)線的 控制非常依賴于 HM I系統(tǒng)，即W INCC服務(wù)器系統(tǒng)。3 W inCC冗余系統(tǒng)的設(shè)置與實(shí)現(xiàn)軋鋼廠軋線上位采用WinCC服務(wù)器，下設(shè)客戶端的 形式進(jìn)行生產(chǎn) 控制。它一方 面和PLC直接通訊采集、設(shè) 定數(shù)據(jù)，另一方面和客戶機(jī)通訊發(fā)布畫(huà)面和

8、數(shù)據(jù)。而客 戶機(jī)上的畫(huà)面是本機(jī)的，其中的所有數(shù)據(jù) 全部來(lái)自服務(wù) 器。軋鋼廠投 產(chǎn)初期只使用一臺(tái)服務(wù)器，這樣的優(yōu)勢(shì)是 做系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)只需要在服務(wù)器開(kāi)發(fā)一套系統(tǒng)，就可以發(fā) 布給所有的客戶機(jī)共享，而且數(shù)據(jù)管理和 維護(hù)更合理和 方便，可以把管 理級(jí)和過(guò)程級(jí)清晰的分開(kāi)。但 是缺點(diǎn)也 是很明顯的，那就是一旦服 務(wù)器發(fā)生故障，則整個(gè)控制級(jí) 就無(wú)法正常 工作，整個(gè)生產(chǎn)線就要停產(chǎn)。為解 決這一問(wèn) 題，服務(wù)器采用一臺(tái)在線、一臺(tái)備用形式，但沒(méi)有形成冗 余。一旦在線服務(wù)器岀 現(xiàn)問(wèn)題必須由人為將網(wǎng)線換到備 用服務(wù)器上，并且客戶機(jī)WinCC畫(huà)面需要 重新激活才能 正常使用。這種方式不 但維護(hù)不便而且會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成極 大影響。

9、如圖1所示，如果兩臺(tái)服務(wù)器做成冗余，使他們互為 熱備。運(yùn)行期間，兩臺(tái)服務(wù) 器相互監(jiān)控，可以及 時(shí)的發(fā)現(xiàn) 對(duì)方是否進(jìn)入故障狀 態(tài)，如果主服務(wù)器發(fā)生故障，則所有 的客戶機(jī)自動(dòng)切換到仍然正常的從服務(wù)器，從而保證所 有客戶機(jī)總可以進(jìn)行對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。W nCC就提供了這樣的解決方案即 W irCC冗余系統(tǒng)腦務(wù)器2療作方式圖1冗余系統(tǒng)組態(tài)在主服務(wù)器 發(fā)生故障期間，正常的從服務(wù)器繼續(xù)完 成系統(tǒng)內(nèi)的信息、過(guò)程數(shù)據(jù) 歸檔和記錄；當(dāng)修復(fù)故障的主 服務(wù)器正常投入后，故障期間的歸檔記錄會(huì)自動(dòng)復(fù)制到 恢復(fù)后的主服務(wù)器，從而保證了服務(wù)器數(shù)據(jù)的完整和連 續(xù)。這一過(guò)程也稱作 恢復(fù)后同步。同 時(shí)在服務(wù) 器進(jìn)行維 護(hù)

10、的時(shí)候，不必停止生產(chǎn)。即在 不影響生產(chǎn)的情況下就 可以進(jìn)行主服務(wù)器的正常維護(hù)和維修。4冗余系統(tǒng)的基本需求1）服務(wù)器需要 安裝 Windows 2000 Server版，WinCC 項(xiàng)目配置為多用戶模式（Multi- user）2）系統(tǒng)要求工作在時(shí)鐘同 步方式下。最好整個(gè)系統(tǒng) 包括過(guò)程級(jí)和控制級(jí)都進(jìn)行時(shí)鐘同步,最少要在過(guò)程級(jí) 進(jìn)行時(shí)鐘同 步。如果 控制級(jí)也要進(jìn)行時(shí)鐘同步,則需要 安裝 W inCC的 ! T me synchronization?選項(xiàng)。3）從PLC來(lái)的報(bào)警信息必須包含時(shí)間幀信息,在 PLC程序內(nèi)用報(bào)警 塊觸發(fā)信息就包含時(shí)間幀信息。4）兩個(gè)服務(wù) 器必須分別連接到PLC這樣下級(jí)的過(guò)

11、程數(shù)據(jù)和信息可以并行的傳送到服務(wù)器。5）兩個(gè)服務(wù)器都 需要安裝 W inCC ! Redundancy （冗 余）選項(xiàng)。6）兩個(gè)服務(wù)器在功能的配置上需要完全相同。7）每一個(gè)用戶歸檔都要指定 唯一的字段用來(lái)保存最 后變化的時(shí)間。5冗余系統(tǒng)的安裝按照安裝光盤 的安裝步驟進(jìn)行安裝,只是在選擇組 建服務(wù)時(shí)增加！冗余？等系列選項(xiàng)，安裝完成后進(jìn)行授權(quán) 安裝即可。6冗余系統(tǒng)的組態(tài)冗余系統(tǒng)的前期開(kāi)發(fā) 和多用戶系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是完全一 樣的,只是在系 統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M態(tài)。具體的設(shè)置過(guò)程如下：1）如圖2所示，右擊WinCC資源 管理器的冗余（Re dundancy）選項(xiàng)點(diǎn)擊打開(kāi)，打開(kāi)冗余組態(tài) 界面,激活冗余配

12、 置，進(jìn)行相關(guān)設(shè) 置,而后點(diǎn)擊確定退岀。圖2冗余選項(xiàng)設(shè)置打開(kāi)冗余（R edundancy）配置環(huán)境時(shí)，在！服務(wù)（server）: ?的輸入框內(nèi)系統(tǒng) 會(huì)自動(dòng)輸入當(dāng)前計(jì)算機(jī)名，此時(shí)除 !冗余伙伴服務(wù)器？外其他都不可以操作。激活！冗余伙 伴服務(wù)器？選擇框，其他選項(xiàng)才可以操作,根據(jù)自己項(xiàng)目 的實(shí)際使用要求和情況進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置即可。如圖3所 示,激活同步 用戶歸檔。即！全部用戶歸檔的同步？項(xiàng)設(shè) 置為激活。而后點(diǎn)擊確定退岀。2）如圖4所示,生成服務(wù)器數(shù)據(jù)。右擊！服務(wù)器數(shù) 據(jù)？選項(xiàng)點(diǎn)擊創(chuàng)建，WinCC自動(dòng)生成以服 務(wù)器計(jì)算機(jī)名稱 為名字的服務(wù)器數(shù)據(jù)。右擊該服務(wù)器數(shù)據(jù)選項(xiàng)點(diǎn)擊屬 性,設(shè)置！符號(hào)計(jì)算機(jī)名稱、物理

13、計(jì)算機(jī)？為本機(jī)，系統(tǒng)會(huì)丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊160丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊自動(dòng)生成冗余計(jì)算機(jī)名稱。而后點(diǎn)擊確定退岀務(wù)器也是主服務(wù)器丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊圈3用戶歸檔設(shè)5）如圖6所示，組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器。右擊客戶機(jī)資源 管理器的！服務(wù)器數(shù)據(jù)？選項(xiàng)，點(diǎn)擊！標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器？為客戶 機(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器組態(tài)設(shè)置。丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)

14、線的應(yīng)用2009年增刊I_|另劌芹才”VLiiX HAMAAiS捋嘲月01硯吒知t鼻曙上ttSrtn圖4腫務(wù)器數(shù)據(jù)生成3）為客戶機(jī)指定首選 服務(wù)器。配 置好主服務(wù)器計(jì)算 機(jī)和冗余功能，產(chǎn)生了服務(wù)器數(shù)據(jù)后,在客戶機(jī)資源管理 器中右擊！服務(wù)器數(shù)據(jù)？然后點(diǎn)擊第一項(xiàng)！裝載？,找到主 服務(wù)器共享項(xiàng)目中的 服務(wù)器數(shù)據(jù)信息，擴(kuò)展名是! . PCK?。 指定需要裝載的服務(wù) 器信息，點(diǎn)擊打開(kāi),客戶機(jī)自動(dòng)加載 服務(wù)器數(shù)據(jù)。生成服務(wù)后點(diǎn)擊 ！確定？退岀。為客戶機(jī)裝載服務(wù) 器數(shù)據(jù)是確定客戶機(jī)在服務(wù)器上 使用的數(shù)據(jù)。使服務(wù)器上的服務(wù)數(shù)據(jù)完全受客戶機(jī)共 享。4）如圖5所示，配置客戶機(jī)的服務(wù)器組態(tài)。右擊客 戶機(jī)資源管理器

15、的!服務(wù)器數(shù)據(jù)？選項(xiàng)，點(diǎn)擊！組態(tài)？為客 戶機(jī)指定首選服務(wù)器。對(duì)!物理的、冗余的和首選服務(wù) 器？選項(xiàng)進(jìn)行填寫(xiě)設(shè)置。丐蘇: '' Ilk£1ElZi圖5客戶機(jī)服務(wù)器選項(xiàng)設(shè)置為客戶端指定首選 服務(wù)器是為了更好的平衡服務(wù)器 的負(fù)擔(dān)，指定了首選服務(wù)器的客戶端會(huì)自動(dòng)的優(yōu)先連接 到指定的服務(wù)器，沒(méi)有指定的則始終連接到主服務(wù)器上。 一般的，客戶機(jī)上設(shè)置的物 理服務(wù)器是主服務(wù)器，首選服圖6客戶機(jī)參數(shù)設(shè)置為了降低客戶機(jī)的 使用負(fù)荷，達(dá)到資源的快速共享。 除畫(huà)面、文本庫(kù)以外的所有組建都設(shè)置為服務(wù)器。這樣， 可以在服務(wù)器上進(jìn)行各種信息收集，統(tǒng)一處理后由客戶 機(jī)共享使用，不過(guò)同時(shí)也加大了服務(wù)器

16、的服務(wù)負(fù)荷，要求 較高硬件配置。6）如圖7所示，配置好客戶機(jī)后，在主服務(wù)器上退出 W inCC管理器，點(diǎn)擊！開(kāi)始？、！ SMATIC?、！ W inCC?、 ！ TOOLS?下的! Project Duplicator?復(fù)制出冗余 項(xiàng)目到冗余 服務(wù)器。用！項(xiàng)目復(fù)制器（Project Dup licator）?復(fù)制冗余項(xiàng) 目的好處是可以自動(dòng)的完 成另外一臺(tái)服務(wù)器的冗余配置 同時(shí)生產(chǎn)完全相同的項(xiàng)目。圖7復(fù)制冗余服務(wù)器數(shù)據(jù)至此W inCC冗余項(xiàng)目已經(jīng)基本設(shè)置生成完畢，加上 其他聯(lián)網(wǎng)輔助設(shè)置就可以投入運(yùn)行了。7冗余系統(tǒng)的工作過(guò)程當(dāng)服務(wù)器都正常時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行拓?fù)淙鐖D8所示， 每臺(tái)客戶機(jī)PC都連接到自己

17、的首選服務(wù)器。此時(shí)服務(wù)器A是主機(jī)；B為從機(jī);客戶機(jī)12連接到服務(wù)器A,客戶機(jī)3 連接到服務(wù)器 B客戶機(jī)1物理服務(wù)器 設(shè)置為A,冗余服 務(wù)器設(shè)置為B首選服務(wù)器設(shè)置為A。客戶機(jī)2物理服務(wù) 器設(shè)置為A,冗余服務(wù)器設(shè)置為B,首選服務(wù)器沒(méi)有設(shè)置。 客戶機(jī)3物理服務(wù)器設(shè)置為A,冗余服務(wù)器沒(méi)有設(shè)置，首選 服務(wù)器沒(méi)有設(shè)置。服務(wù)器 A和服務(wù)器B在歷史數(shù)據(jù)、用戶 歸檔、報(bào)警變量等設(shè)置上都會(huì)同時(shí)更新數(shù)據(jù)。當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù) 器（如服務(wù)器A ）發(fā)生故障時(shí),所有 的客戶機(jī)PC都自動(dòng)切換到另一臺(tái)服務(wù)器（如服務(wù)器B）丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線

18、的應(yīng)用2009年增刊I Chinj Acjdtinic Journal F idrcniic Publishing；ll rights reservtc. hw 161 .nkim.l丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊丁國(guó)峰等：西門子W NCC冗余系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用2009年增刊上工作，HM I系統(tǒng)可以正常的運(yùn)行，數(shù)據(jù)能夠連續(xù)，而不影響使用。切換完的運(yùn)行拓?fù)?如圖9所示。需戶機(jī)1 rpW»3KBi宵霉戶機(jī)3圖X系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的拓?fù)鋱F(tuán)K務(wù)UA 故障戟憲碎戶機(jī)1dr選魁爵器團(tuán)9主服務(wù)器故障時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行拓?fù)鋱D當(dāng)服務(wù)器A維修完成在線后，客戶機(jī)1自動(dòng)連接回

19、服務(wù)器A,客戶機(jī)2、3仍然連接到服務(wù)器 B。服務(wù)器B把 更新的數(shù)據(jù)參數(shù)同 時(shí)傳送給服務(wù)器A。從這里也能看岀 為客戶機(jī)指定首選服務(wù)器的作用。8服務(wù)器的維修和維護(hù)因?yàn)榉?wù)器 采用冗余形式對(duì)軋線進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、整理、分配和傳 輸。所以當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)改造和生產(chǎn)工藝調(diào)整的時(shí)候，充分顯示岀冗余的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也增加了維修、維護(hù)的精力1）服務(wù)器硬件保養(yǎng)、維護(hù)。當(dāng)服務(wù)器硬件運(yùn)行一段 時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)灰塵積累、內(nèi)存使用不足、文件碎片過(guò)多 等一系列軟硬件問(wèn)題。處理這些問(wèn)題時(shí)，首先要檢查主服務(wù)器和備用冗余服務(wù)器的運(yùn)行情況。在主服務(wù)器運(yùn)行 正常的情況下，關(guān)閉冗余服務(wù)器項(xiàng)目后，進(jìn)行冗余服務(wù)器 的保養(yǎng)和維護(hù)。冗余服務(wù)器整理完成后激活服務(wù)器項(xiàng) 目，在冗余服務(wù)器正常工作的情況下進(jìn)行主服務(wù)器的項(xiàng) 目關(guān)閉，關(guān)閉完成后冗余服務(wù)器自動(dòng)完成替換工作。而 后進(jìn)行對(duì)主服務(wù)器的保 養(yǎng)和維護(hù)。整理完主服務(wù)器后進(jìn) 行服務(wù)器項(xiàng)目激活，客戶機(jī)檢查到首選服務(wù)器運(yùn)行后，自 動(dòng)切換和主服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2）服務(wù)器常見(jiàn)故障的處理。當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生數(shù)據(jù)時(shí)間錯(cuò)誤時(shí)，客戶機(jī)會(huì)和服務(wù)器失去數(shù)據(jù)