李倩

（山東鋼鐵股份濟南分公司，山東濟南 250101）

WinCC軟件的編程功能在高線上的開發(fā)應用

李倩

（山東鋼鐵股份濟南分公司，山東濟南 250101）

介紹了組態(tài)軟件編程的功能和使用方法，并結(jié)合在高線自動化系統(tǒng)中的實際應用，分析了利用WinCC組態(tài)軟件強大的腳本功能實現(xiàn)控制器間數(shù)據(jù)通訊、軋制表功能及區(qū)域權(quán)限過程。實踐證明，該方法有效節(jié)約了系統(tǒng)資源，而且能夠滿足控制要求，達到降本增效的目的。

組態(tài)軟件；編程；腳本功能；數(shù)據(jù)通訊；軋制表；區(qū)域權(quán)限

1 項目背景

某高線項目由南、北兩條并列軋線組成,每條生產(chǎn)線包括加熱爐、30架軋機、風冷線及精整區(qū)設備，出口保證速度115m/s，每條線的設計年產(chǎn)量為600 kt。全線自動化系統(tǒng)由4套PLC完成。PLC之間，遠程I/O和變頻器與PLC控制器之間都是采用Profibus DP現(xiàn)場總線實現(xiàn)通訊。自動化系統(tǒng)完成全線的順控、速度控制和位置控制,包括軋件跟蹤和模擬軋鋼功能。

HMI采用客戶機/服務器結(jié)構(gòu),服務器雙機熱備,可在線切換、可在線更新畫面及數(shù)據(jù)庫,監(jiān)控軟件選用目前成熟先進的SIMATIC WinCC V7.0 SP1亞洲版,操作系統(tǒng)為Windows XP SP3，為了數(shù)據(jù)可靠,維護方便,服務器采用了raid1磁盤鏡象。監(jiān)控系統(tǒng)通過100 M光纖環(huán)形以太網(wǎng)與控制器通訊連接。HMI人機接口實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的狀態(tài)監(jiān)視、人工干預及控制系統(tǒng)的設備故障診斷功能,完成軋制表的建立、存貯、修改和下載功能,完成生產(chǎn)報表的統(tǒng)計、分析和打印等生產(chǎn)管理功能。

2 組態(tài)軟件

組態(tài)軟件是計算機技術與控制技術發(fā)展的產(chǎn)物,隨著以工業(yè)PC為核心的自動控制集成系統(tǒng)技術的日趨完善,組態(tài)軟件越來越多地應用于工控系統(tǒng)的各個領域，組態(tài)軟件能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。

SIMATIC WinCC(Windows Control Center，視窗控制中心),是西門子在自動化領域中的先進技術和Microsoft的強大功能相結(jié)合的產(chǎn)物。通常主要完成圖形組態(tài)、I/O組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和報表等功能，除了這些，其后臺還具有強大的編程功能，在實現(xiàn)一些邏輯處理功能，以及對大量數(shù)據(jù)進行采集和處理方面優(yōu)勢明顯，能為使用者提供極大的方便，而且節(jié)約了PLC的資源，因此有必要對組態(tài)軟件的編程功能進行研究、開發(fā)和利用。

3 WinCC的編程功能

WinCC軟件的編程功能是通過全局腳本來實現(xiàn)的?！澳_本”功能是指通過其提供的一種嵌入到其自身內(nèi)部的簡單編程語言實現(xiàn)基本的程序流程控制手段(比如條件語句)和可執(zhí)行指令。可執(zhí)行指令可以劃分為兩種類型:第一類指令是調(diào)用組態(tài)軟件功能的指令,如打開或關閉畫面,第二類指令是與組態(tài)軟件功能無關的命令,如運算和文件操作等命令?！澳_本”功能極大地增強了組態(tài)軟件的靈活性,使組態(tài)軟件能夠去適應用戶千變?nèi)f化的需求,按照用戶的意愿來編寫指定的邏輯和控制流程。

WinCC的腳本語言分為C語言和VB語言,腳本動作是指可以自己創(chuàng)建和修改的動作。在WinCC項目的啟動控制中心里的全局腳本編輯器，可以創(chuàng)建和編輯全局腳本動作,運行時,通過使用全局腳本動作來對過程進行控制。動作由觸發(fā)器啟動,觸發(fā)器可以分為時間周期性、非周期性以及變量觸發(fā)設置。創(chuàng)建一個全局腳本動作的基本步驟包括：新建動作，編寫程序，設置啟動觸發(fā)事件，編譯動作，保存動作。

腳本動作可以調(diào)用函數(shù)。動作用于獨立于畫面的后臺任務，例如打印日常報表、監(jiān)控變量或執(zhí)行計算等。函數(shù)是一段代碼，可在多處使用，但只能在一個地方定義，WinCC包括的函數(shù)分為3類：項目函數(shù)、標準函數(shù)和內(nèi)部函數(shù)。項目函數(shù)是用戶可編程和修改的C函數(shù)，它們創(chuàng)建后對于當前項目是唯一的；標準函數(shù)是WinCC系統(tǒng)自帶的在C語言基礎上開發(fā)的若干常用函數(shù)，如報警、圖形、標簽記錄及用戶歸檔等函數(shù)；內(nèi)部函數(shù)使圖形對象和歸檔動態(tài)化[1]，比如標簽的寫入和讀出過程標簽、讀出圖形對象屬性的函數(shù)等，可用在項目函數(shù)、標準函數(shù)和全局腳本動作中。

4 WinCC編程在高線系統(tǒng)上的應用

利用WinCC組態(tài)軟件的編程功能，已在高線控制器間數(shù)據(jù)通訊、軋制表設計、風冷線設定表、區(qū)域權(quán)限處理上得到了很好的開發(fā)和應用。

4.1 控制器間數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)

4.1.1 問題的提出

高線項目調(diào)試初期，軋機PLC和風冷PLC之間需要交換數(shù)據(jù)，兩系統(tǒng)之間是通過Profibus DP網(wǎng)絡實現(xiàn)通訊的，但由于某些原因,當時Profibus DP網(wǎng)絡還未搭建起來，系統(tǒng)之間的關鍵數(shù)據(jù)不能傳輸，制約了整個系統(tǒng)的調(diào)試進度。

4.1.2 解決方案

高線的自動化系統(tǒng)架構(gòu)設計中，控制器之間通過Profibus DP網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，而組態(tài)服務器與各PLC控制器之間是通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊的，經(jīng)過分析研究,確定利用已運行的以太網(wǎng)網(wǎng)絡，由組態(tài)服務器通過WinCC的編程功能,將兩PLC控制器所需要的數(shù)據(jù)發(fā)布,臨時性的實現(xiàn)兩控制器之間的數(shù)據(jù)交換。

4.1.3 具體實施

在組態(tài)軟件Wincc7.0中，利用全局腳本進行邏輯編寫，通過觸發(fā)器對動作“程序”進行周期調(diào)用。在動作中，通過調(diào)用內(nèi)部函數(shù)GetTagBit（）讀取變量的數(shù)值，然后通過內(nèi)部函數(shù)SetTagBit（）將該數(shù)據(jù)寫入指定的變量中。例如下行語句：

SetTagBit("temp_plc3_2",GetTagBit("PLC3/DB_ LCRT_TEMP.Roll_speed_low_temp"));其中:“PLC3/ DB_LCRT_TEMP.Roll_speed_low_temp”指的是風冷線PLC的信號“13#-19#輥道由于集卷站未準備好,轉(zhuǎn)為低速并禁止出鋼”;“temp_plc3_2”是軋線PLC接收的變量名。由于通訊數(shù)據(jù)要周期性刷新，因此該動作執(zhí)行的觸發(fā)條件選擇“周期性時間”模式，以250 ms的速率在服務器后臺周期性執(zhí)行。

4.1.4 投用效果

在調(diào)試中,無需新增硬件成本,僅用幾行編程語句,就可完成兩個PLC控制器系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換功能，為系統(tǒng)的調(diào)試提供了有力的支持。

4.2 軋制表的設計

4.2.1 高線軋制表

高線軋制表主要包括粗軋、中軋、預精軋、精軋機的軋輥輥徑、輥徑補償、工作輥徑，延伸率、拉鋼系數(shù)、軋件面積、線速度和電機轉(zhuǎn)速等內(nèi)容,還包括軋制編號、坯料規(guī)格、成品規(guī)格、出口速度等信息。每個軋機的速度給定要根據(jù)軋制表來進行計算,是軋線速度級聯(lián)控制的基礎工藝參數(shù)。針對不同鋼種和產(chǎn)品規(guī)格可人工錄入或調(diào)用不同的軋制參數(shù)，在長期的生產(chǎn)過程對工藝參數(shù)不斷進行修改和優(yōu)化，逐漸通過軋制表功能總結(jié)出適合本軋線生產(chǎn)的不同產(chǎn)品規(guī)格的一整套工藝參數(shù),所以軋制表功能的實現(xiàn)對于軋線長期穩(wěn)定安全生產(chǎn)起著重要的作用[2]。

和軋制表相關的操作包括數(shù)據(jù)的存儲、讀取、優(yōu)化和下載，以及軋制表的建立、命名和刪除。為避免軋制表的文件名丟失，在數(shù)據(jù)存儲的同時，各表的文件名都寫入一個記錄文件進行保存，可以通過“讀取文件名”獲得所有的軋制表名。

4.2.2 設計方案

在開發(fā)前期,采用的設計方案是：利用WinCC軟件自帶的用戶歸檔功能，在畫面中調(diào)用用戶歸檔表格，作為軋制程序表，操作員通過畫面完成軋制程序的相關操作。但在測試中，發(fā)現(xiàn)用戶歸檔的表格在監(jiān)控畫面調(diào)用后，樣式單一，不易更改；用戶歸檔有一系列函數(shù)，編程較繁瑣[3]；而且，WinCC軟件的歸檔功能需要另外購買授權(quán)。綜合考慮以上利弊，確定采用WinCC軟件的編程功能，利用C腳本來完成軋制表的全部功能。

4.2.3 具體實施

在組態(tài)軟件Wincc7.0中，利用全局腳本進行邏輯編寫，通過按鈕觸發(fā)對組態(tài)“程序”進行調(diào)用。建立WinCC內(nèi)部變量,分別代表軋制表的相關信息,在監(jiān)控畫面上顯示,操作人員可以進行修改變量值。通過操作畫面上的讀取、存儲、刪除、計算、優(yōu)化和下載等按鈕命令,完成軋制表的相關功能。其中：1）讀取。將該軋制表內(nèi)的數(shù)據(jù)調(diào)入到當前畫面上,具體步驟如下：先通過字符串函數(shù)strcat獲取當前軋制表的名字，然后通過函數(shù)fopen打開該文件，通過函數(shù)fscanf讀取文件中的數(shù)據(jù)，最后將讀取的數(shù)據(jù)利用函數(shù)SetTagFloat寫入軋制表的內(nèi)部變量，在畫面上顯示。2）存儲。將當前畫面上的數(shù)據(jù)寫入文件進行存儲，具體步驟是：先通過GetTag系列函數(shù)獲取當前畫面上的軋制數(shù)據(jù)，然后通過字符串函數(shù)strcat獲取當前軋制表的名字，通過函數(shù)fopen打開該文件,通過函數(shù)fprintf將相關數(shù)據(jù)寫入該文件名的軋制表中。3）計算。通過GetTag、SetTag系列函數(shù),進行工作輥徑、轉(zhuǎn)速、線速度給定的計算。4）優(yōu)化。使用GetTag、SetTag系列函數(shù)，將控制器里的運行數(shù)據(jù)更新當前的軋制表數(shù)據(jù)。5)下載。利用SetTag系列函數(shù),將當前畫面上的軋制數(shù)據(jù)寫入控制器,參與控制。6)讀文件名。通過fscanf()函數(shù)獲取記錄文件里的文件序號和文件名,然后通過函數(shù)SetTag按序號寫入畫面里的軋制表清單中。7)寫文件名。通過函數(shù)GetTagChar獲得當前軋制表清單所有的文件名，然后打開記錄文件，通過函數(shù)fprintf將相關數(shù)據(jù)寫入該文件。

4.2.4 投用效果

軋制表畫面如下圖1所示，監(jiān)控畫面簡單、直觀，易擴展，且編程簡易，不涉及歸檔控件和數(shù)據(jù)庫，便于操作和維護。

圖1 軋制表畫面

4.3 區(qū)域權(quán)限的設計

高線自動化系統(tǒng)中，軋機區(qū)和風冷區(qū)共用一套服務器，風冷線的操作終端可以瀏覽軋線的某些畫面，但不允許操作軋機區(qū)某些命令按鈕，如軋制啟動、停止按鈕，仿真開始、停止按鈕等。因此，需要對某些畫面或畫面中的按鈕，按照操作終端的位置設置不同的權(quán)限。

以“軋線總覽”畫面上的“軋制啟動”按鈕的操作權(quán)限為例，首先，在WinCC項目的用戶管理器中，將操作員的權(quán)限設定為“用戶管理”，其對應的PasswordLevel的值為1；然后，在按鈕所在畫面的“打開畫面”屬性進行腳本編程：通過strcmp函數(shù)，獲取當前操作終端的機器名，然后，通過SetPropBOOL函數(shù)對當前畫面上的按鈕屬性“PasswordLevel”進行設置，當操作終端為軋機區(qū)時，該值設為1時允許操作；當操作終端為風冷區(qū)時，該值設置不為1，因此當在風冷區(qū)操作該按鈕時，信息提示沒有權(quán)限，不允許操作。

利用C腳本進行編程，依據(jù)操作終端的不同機器名，來設置不同區(qū)域的控制對象的操作權(quán)限，達到區(qū)域權(quán)限管理的目的。

5 結(jié)論

綜上所述，某高線項目利用WinCC組態(tài)軟件強大的腳本功能實現(xiàn)了控制器間數(shù)據(jù)通訊、軋制表功能及區(qū)域權(quán)限的設置。實踐證明，利用計算機運行速度快、容量大的特點，把一些邏輯控制和數(shù)據(jù)處理功能放在了組態(tài)軟件中完成，提高了設備利用率，增快了響應速度，降低了PLC程序處理的開銷，值得推廣。

[1] 王錟.WinCC用戶歸檔在合鋼線材軋制表上的應用[J].安徽冶金科技職業(yè)學院學報，2007,17（4）：87-89.

[2] 張昱.軋制表功能在WinCC中的簡單實現(xiàn)[J].PLC&FA，2010（11）：76-79.

[3] 張慶.用組態(tài)軟件實現(xiàn)棒材生產(chǎn)線的軋制表功能[J].冶金動力，2011（4）：87-89.

Development and Application of Programming Function of WinCC Software in High Speed Wire

LI Qian
(Jinan Company of Shandong Iron&Steel Group Co.,Ltd.,Jinan,Shandong 250101,China)

The paper introduces the function and application method of configuration software programming,and strong script function of WinCC configuration software can be applied for data communication,roll pass schedule function and area permission between controllers in combination with actual application of high speed wire automation system.It proves in practice that this method not only can effectively save system resource,but also meet control requirement and reach the objective of cost reduction and efficiency increasing.

configuration software;programming;script function;data communication;roll pass schedule;area permission

TP31

B

1004-4345(2015)03-0057-03

2015-03-26

李倩（1973—），女，高級工程師，從事煉鋼、軋鋼電氣自動化控制工作。